Использование первичной структуры района ITS1–ITS2 для видовой идентификации у некоторых представителей водных макрофитов рода Stuckenia

Проведен биоинформационный анализ первичной структуры района ITS1–ITS2 образцов S. vaginata и S. pectinata, взятых из публичных баз данных, ссылки на которые приведены в опубликованных работах. Показано, что межвидовые различия S. vaginata и S. pectinata обусловлены делециями/вставками и одноили двунуклеотидными заменами. Более того, вид S. pectinata по структуре района ITS1–ITS2 представлен двумя генотипами, которые обозначены как S. pectinata тип A и S. pectinata тип B, различия между которыми обусловлены одноили двунуклеотидными заменами. Это демонстрирует возможность применения данного района для определения видовой принадлежности у представителей рода Stuckenia. Для экспериментальной проверки возможности использования данного района у 28 образцов, определенных на основании морфологиче ских признаков как S. pectinata, S. vaginata, S. macrocarpa и S. chakassiensis, выполнено определение первичной структуры района ITS1–ITS2. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что они распадаются на три группы, третья группа представлена двумя подгруппами. Эти группы соответствуют S. vaginata, S. pectinata тип A и S. pectinata тип B. В группу S. vaginata попали образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. vaginata. В группу S. pectinata тип A попали образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. pectinata. Группу S. pectinata тип B на основании первичной структуры района ITS1–ITS2 можно разделить на две подгруппы: S. pectinata тип B и S. chakassiensis. В подгруппу S. pectinata тип B вошли образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. pectinata, S. vaginata и S. macrocarpa. В подгруппу P. chakassiensis в основном вошли образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. chakassiensis. На основании выравнивания последовательностей подгруппы S. pectinata тип B сделано предположение, согласно которому в данную подгруппу объединены последовательности, принадлежащие S. pectinata тип B, S. macrocarpa и их гибридам.

1. Coffey W.W. The feasibility of submerged macrophyte re­establishment in Kaituna Lagoon, Lake Ellesmere (Te Waihora). A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Master of Applied Science in Resource Management/Ecology at Lincoln University. Lincoln University, N.Z. 2001. https://researcharchive. lincoln.ac.nz/handle/10182/2271

2. Desalle R. Species discovery versus species identification in DNA barcoding efforts: response to Rubinoff. Conserv. Biol. 2006;20(5): 1545-1547. DOI:10.1111/j.1523­1739.2006.00543.x.

3. Fant J.B., Kamau E., Preston C.D. Chloroplast evidence for the multiple origins of the hybrid Potamogeton x sudermanicus Hagstr. Aquat. Bot. 2003;75(4):351-356. DOI:10.1016/S0304­3770(03)00004­4.

4. Fant J.B., Kamau E., Preston C.D. Chloroplast evidence for the multiple origins of the hybrid Potamogeton × fluitans. Aquat. Bot. 2005; 83(2):154-160. DOI:10.1016/j.aquabot.2005.06.004.

5. Fazekas A.J., Kuzmina M.L., Newmaster S.G., Hollingsworth P.M. DNA barcoding methods for land plants. Methods Mol. Biol. 2012; 858:223-252. DOI:10.1007/978­1­61779­591­6_11.

6. Guseva N.V., Kopylova Yu.G., Khvashchevskaya A.A., Smetanina I.V. Chemical content of salt lakes of the Severo-Minusinsk depression, Khakasiya. Bull. Tomsk Polytech. Univ. 2012;321(1):163-168. (in Russian)

7. Haynes R.R., Les D.H., Kral M. Two new combinations in Stuckenia, the correct name for Coleogeton (Potamogetonaceae). Novon. 1998a;8(3):241. DOI:10.2307/3392010.

8. Haynes R.R., Les D.H., Holm-Nielsen L.B.I. Potamogetonaceae. In: Kubitzki K. (Ed.). The families and genera of vascular plants, Flowering Plants: Monocotyledons: Alismatanae and Commelinanae

9. (except Gramineae). Vol. IV. Berlin: Springer­Verlag, 1998b;408­414. DOI:10.1007/978­3­662­03531­3_39.

10. Hollingsworth P.M., Preston C.D., Gornall R.J. Euploid and aneuploid evolution in Potamogeton (Potamogetonaceae): a factual basis for interpretation. Aquat. Bot. 1998;60(4):337­358. DOI:10.1016/S0304-3770(97)00101-0.

11. Hollingsworth P.M., Preston C.D., Gornall R.J. Isozyme evidence for the parentage and multiple origins of Potamogeton × suecicus (P. pectinatus × P. filiformis, Potamogetonaceae). Plant Syst. Evol. 1996;202(3):219-232.

12. Holub J. Stuckenia Börner 1912 – the correct name for Coleogeton (Potamogetonaceae). Preslia. 1997;69,361-366.

13. Iida S., Kosuge K., Kadono Y. Molecular phylogeny of Japanese Potamogeton species in light of noncoding chloroplast sequences. Aquat. Bot. 2004;80(2):115-127. DOI:10.1016/j.aquabot.2004.08.005.

14. Ivanova Ye.A., Anishchenko O.V., Zuyev I.V., Avramov A.P. Content of metals in Phragmites australis Trin. ex Steud and Potamogeton pectinatus L. from water bodies of different salinity. J. Sib. Fed. Univ. Biol. 2015;8(3):347­361. DOI:10.17516/1997­1389­2015­8­3­347­361. (in Russian)

15. Kaplan Z. A taxonomic revision of Stuckenia (Potamogetonaceae) in Asia, with notes on the diversity and variation of the genus on a worldwide scale. Folia Geobot. 2008;43(2):159-234. DOI:10.1007/s12224-008-9010-0.

16. Kaplan Z., Fehrer J., Hellquist C.B. New hybrid combinations revealed by molecular analysis: the unknown side of North American pondweed diversity (Potamogeton). Syst. Bot. 2009;34(4):625-642. DOI:10.1600/036364409790139745.

17. Kaplan Z. Hybridization of Potamogeton species in the Czech Republic: diversity, distribution, temporal trends and habitat preferences. Preslia. 2010;82(3):261-287.

18. Kaplan Z., Jarolimova V., Fehrer J. Revision of chromosome numbers of Potamogetonaceae: a new basis for taxonomic and evolutionary implications. Preslia. 2013;85:421-482.

19. Kaplan Z. Phenotypic plasticity in Potamogeton (Potamogetonaceae). Folia Geobot. 2002;37(2):141-170. DOI:10.1007/BF02804229.

20. Kaplan Z., Stepanek J. Genetic variation within and between populations of Potamogeton pusillus agg. J. Plant Syst. Evol. 2003;239(1): 95-112. DOI:10.1007/s00606­002­0252­7.

21. Kashina L.I. Роtаmogenaсеае. In: Krasnoborov I.M. (Ed). Flora Sibiri. Lycopodiaceae – Hydrocharitaceae. Novosibirsk: Nauka, 1988;93-105. (in Russian)

22. King R.A., Gornall R.J., Preston C.D., Croft J.M. Molecular confirmation of Potamogeton × bottnicus (P. pectinatus × P. vaginatus, Potamogetonaceae) in Britain. Bot. J. Lin. Soc. 2001;135(1):67-70. DOI:10.1111/j.1095­8339.2001.tb02370.x.

23. Kress W.J., Wurdack K.J., Zimmer E.A., Weigt L.A., Janzen D.H. Use of DNA barcodes to identify flowering plants. PNAS. 2005; 102(23):8369-8374. DOI:10.1073/pnas.0503123102.

24. Les D.H. Taxonomic implications of aneuploidy and polyploidy in Potamogeton (Potamogetonaceae). Rhodora. 1983;85(843):301-323.

25. Les D.H., Haynes R.R. Coleogeton (Potamogetonaceae), a new genus of pondweeds. Novon. 1996;6:389-391. DOI:10.2307/3392046.

26. Lindqvist C., De Laet J., Haynes R.R., Aagesen L., Keener B.R., Albert V.A. Molecular phylogenetics of an aquatic plant lineage, Potamogetonaceae. Cladistics. 2006;22(6):568-588. DOI:10.1111/j.1096-0031.2006.00124.x.

27. Mader E., van Vierssen W., Schwenk K. Clonal diversity in the submerged macrophyte Potamogeton pectinatus L. inferred from nuclear and cytoplasmic variation. Aquat. Bot. 1998;62(3):147-160. DOI:10.1016/S0304­3770(98)00096­5.

28. McMullan J.J., Gornall R.J., Preston C. ITS rDNA polymorphism among species and hybrids of Potamogeton subgenus Coleogeton (Potamogetonaceae) in north-western Europe. New J. Bot. 2011; 1(2):111-115. DOI:10.1179/204234811X13194453002788.

29. Myaemets A.A. Potamogeton. In: Fedorova A.A. (Ed.). Flora Flora of the European Part of the USSR. Vol. 4. Leningrad: Nauka, 1979; 176-192. (in Russian)

30. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh herbarium and mummified plant tissues. Plant Mol. Biol. 1985;5(2):69-76. DOI:10.1007/BF00020088.

31. Sang T., Crawford D.J., Stuessy T.F. Documentation of reticulate evolution in peonies (Paeonia) using internal transcribed spacer sequences of nuclear ribosomal DNA: implications for biogeography and concerted evolution. PNAS. 1995;92(15):6813-6817. DOI:10.1073/pnas.92.15.6813.

32. Shneyer V.S., Rodionov A.V. Plant DNA barcodes. Biol. Bull. Rev. 2019;9(4):295-3900. DOI:10.1134/S207908641904008X.

33. Sorsa P. Pollen morphology of Potamogeton and Groenlandia (Potamogetonaceae) and its taxonomic significance. Ann. Bot. Fenn. 1988;25(2):179-199.

34. Tamura K., Nei M. Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Mol. Biol. Evol. 1993;10(3):512-526. DOI:10.1093/oxfordjournals.molbev.a040023.

35. Tamura K., Peterson D., Peterson N., Stecher G., Nei M., Kumar S. MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and Maximum Parsimony Methods. Mol. Biol. Evol. 2011;28(10):2731-2739. DOI:10.1093/molbev/msr121.

36. Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice. Nucleic Acids Res. 1994;22(22):4673-4680. DOI:10.1093/nar/22.22.4673.

37. Tsvelev N.N. On the species of the subgenus Coleogeton of the genus Potamogeton (Potamogetonaceae) in North-Western Russia. Botanicheskii Zhurnal. 1996;81(7):88-91. (in Russian)

38. Uehara K., Tanaka N., Momohara A., Zhou Z.­K. Genetic diversity of an endangered aquatic plant. Potamogeton lucens subspecies sinicus. Aquat. Bot. 2006;85(4):350-354. DOI:10.1016/j.aquabot.2006.06.008.

39. Volkova P.A., Kipriyanova L.M., Maltseva S.Y., Bobrov A.A. In search of speciation: Diversification of Stuckenia pectinata sl (Potamogetonaceae) in southern Siberia (Asian Russia). Aquat. Bot. 2017;143: 25-32. DOI:10.1016/j.aquabot.2017.07.003.

40. Wang Q.D., Zhang T., Wang J.B. Phylogenetic relationships and hybrid origin of Potamogeton species (Potamogetonaceae) distributed in China: insights from the nuclear ribosomal internal transcribed spacer sequence (ITS). Plant Syst. Evol. 2007;267(1-4):65-78. DOI:10.1007/s00606­006­0499­5.

41. Whittall J.B., Hellquist C.B., Schneider E.L., Hodges S.A. Cryptic species in an endangered pondweed community (Potamogeton, Potamogetonaceae) revealed by AFLP markers. Am. J. Bot. 2004; 91(12):2022-2029. DOI:10.3732/ajb.91.12.2022.

42. Wiegleb G. Notes on pondweeds – outlines for a monographical treatment of the genus Potamogeton L. Fedded Repertorium. 1988; 99(7-8):249-266.

43. Wiegleb G., Kaplan Z. An account of the species of Potamogeton L. (Potamogetonaceae). Folia Geobot. 1998;33(3):241-316. DOI:10.1007/BF03216205.