Генетическое разнообразие канареечника (Phalaris arundinaceae L.), выявленное с помощью изоферментных маркеров

Канареечник тростниковидный (Phalaris arundinaceae L.) – многолетний корневищный дикорастущий злак. Эта ценная кормовая и декоративная культура, широко распространен­ ная по всем континентам (кроме Антарктиды), рассматрива­ ется в последнее время во многих европейских странах еще и как перспективный источник биотоплива. Основными достоинствами канареечника являются высокая продуктив­ ность биомассы, экологическая стабильность и устойчивость к абиотическому стрессу, высокая семенная продуктивность. По сравнению с большинством других дикорастущих расте­ ний тростниковидный канареечник изучен слабо. В настоя­ щей работе с помощью изоферментных маркеров изоцитрат-дегидрогеназы (ИДГ), глутаматдегидрогеназы (ГДГ), малатде-гидрогеназы (НАД-МДГ), малик-энзима (МЭ) и шикиматде­ гидрогеназы (ШДГ) изучена коллекция канареечника тростниковидного, представленная 42 популяциями луговых биоценозов нескольких регионов России и ряда других стран. Данные ферменты тростниковидного канареечника впервые описаны в настоящем исследовании с генетической точки зрения. Установлено, что ИДГ и МЭ кодируются каждый одним локусом (Idh и Me соответственно), ШДГ и ГДГ имеют дигенный контроль (локусы Skdh1 и Skdh2, Gdh1 и Gdh2 соответственно). МДГ соответствуют 3 локуса (Mdh1, Mdh2 и Mdh3). Число аллелей на локус варьировало от 1 до 3. Высокая активность в различных органах и тканях, а также кодоминантный тип наследования делают изоферменты удобными маркерами в эколого- и популяционно-генетических исследованиях, особенно у видов растений с неизученным геномом, к кото­ рым относится и канареечник тростниковидный. В статье обсуждаются результаты кластерного анализа, выполненного на основе данных исследования изоферментов в коллекции канареечника. Кластерный анализ выявил 22 различные группы. Сделан вывод о том, что степень генетического сходства образцов из изученной коллекции не связана с географическим происхождением материала.

канареечник тростниковидный (Phalaris arundinaceae L.), источник биотоплива, генетическое разнообразие, изоферментные маркеры

1. Adams W.T., Joly R.J. Genetics of allozyme variants in loblolly pine. J. Heredity. 1980a;71:33-40.

2. Adams W.T., Joly R.J. Linkage relationships among twelve allozyme loci in loblolly pine. J. Heredity. 1980b;71:199-202.

3. Arulsekar S., Parfitt D., Beres W., Hansche P.E. Genetics of malate dehydrogenase isozymes in the peach. J. Heredity.1986;77:49-51.

4. Arus O., Orton T.J. Inheritance patterns and linkage relationships of eight genes of celery (Apium graveolens L.). J. Heredity. 1984;75: 11-14.

5. Benito C., Salinas J. The chromosomal location of malate dehydrogenase isozymes in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.). Theor. Appl. Genet.1983;64:255-258.

6. Börner A., Khlestkina E.K., Chebotar S., Nagel M., Arif M.A.R., Neumann K., Kobiljski B., Lohwasser U., Röder M.S. Molecular markers in management of ex situ PGR – A case study J. Biosci. 2012; 37:871-877.

7. Brown A.H.D., Munday J. Population genetics structure and optimal sampling of land races of barley. Genetica. 1982;40:315-324.

8. Dice L.R. Measures of the amount of ecologic association between species. Ecology. 1945;26:297-302.

9. Dubrovskis V., Adamovics A., Plüme I. Biogas production from reed canary grass and silage of mixed oats and barley. Proc. 8th Intern. Sci. Conf. Engineering for rural development Jelgava, Latvia, 2009: 243-246.

10. Endo T., Morishima H. Rice. Isozymes in plant genetics an breeding. Amsterdam. Elsevier.1983;B:129-146.

11. Goodman M.M., Stuber C.W. Genetic identification of lines and crosses using isoenzyme electrophoresis. Proceedings of 35th annual corn and sorghum industry research conference, (Am. Seed Trade Association). 1980:10-31.

12. Goodman M.M., Stuber C.W., Lee C.N., Johnson F.M, Genetic control of malate dehydrogenase isozymes in maize. Genetics. 1980;94: 153-168.

13. Goodman M.M., Stuber C.W. Maize. In: Isozymes in plant genetics and breeding. Amsterdam. Elsevier.1983;B:1-33.

14. Harry D.E. Identification of a locus modifying the electrophoretic mobility of malate dehydrogenase isozymes in incense-cedar (Calocedrus decurrens), and its implications for population studies. Biochem. Genet. 1983;21:417-434.

15. Kacprzak A., Matyka M., Krzystek L., Ledakowicz S. Evaluation of biogas collection from reed canary grass, depending on nitrogen fertilization levels. Chem. Proc. Eng. 2012;3:698-701.

16. Kandel T.P., Gislum R., Jørgensen U., Lærke P.E. Prediction of biogas yield and its kinetics in reed canary grass near infrared reflectance spectroscopy and chemometrics. Bioresour. Technol. 2013;146: 282-287.

17. Khlestkina E.K., Huang X., Quenun S.Y.B., Chebotar S., Röder M.S., Börner A. Genetic diversity in cultivated plants – loss or stability. Theor. Appl. Genet. 2004a;108:1466-1472.

18. Khlestkina E.K., Röder M.S., Efremova T.T., Börner A., Shumny V.K. The genetic diversity of old and modern Siberian varieties of common spring wheat determined by microsatellite markers. Plant Breed. 2004b;123:122-127.

19. Koebner R.M.D., Shepherd K.W. Shikimate dehydrogenase – a biochemical marker for group 5 chromosomes in Triticinae. Genet. Res. Camb. 1982.;41:209-213.

20. Koren O.G., Yatsunskaya M.S., Nakonechnaya O.V. Low level of allozyme polymorphism in relict aquatic plants of the Far East Nelumbo komarovii Grossh. and Euryale ferox Salisb. Russ. J. Genet. 2012;48:912-919.

21. Kutlunina N.A., Belyaev A.Yu. Genetic diversity and clonal structure in the populations of two closely related species of tulip in the South Urals. Vestnik OGU. 2008;81:93-98.

22. Larionova A.Ya., Yakhneva N.V., Abaimov A.P. Genetic diversity and differentiation of gmelin larch Larix gmelinii populations from Evenkia (Central Siberia). Russ. J. Genet. 2004;40:1127-1133.

23. Levites E.V. Genetics of plant isozymes. Novosibirsk.: Nauka, 1986.

24. Levites E.V., Yudina R.S., Maletsky S.I. Genetic control of NADdependent malate dehydrogenase of sugar beet (Beta vulgaris L.). Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1980;255:989-991.

25. McMillin D.E., Scandalios J.G. Genetic analysis of the two groups of duplicated genes coding for mitochondrial malate dehydrogenase in Zea mays: Possible origin of mMdh genes by chromosome segment duplication. Mol. Gen. Genet. 1981;182:211-221.

26. McMillin D.E., Scandalios J.G. Genetic, imunnological and gene dosage studies of mitochondrial and cytosolic MDH variant in maize. J. Heredity. 1982;73:177-182.

27. Mitra R., Bhatia C.R. Isoenzymes and polyploidy. I. Qualitative and quantative isoenzyme studies in the Triticinae. Genet. Res. Camb. 1971;18:57-69.

28. Mullagulov R.Yu., Redkina N.N., Yanbaev Yu.A. Allozyme variability of English oak Quercus robur L. (Fagaceae) in isolated populations on the eastern boundary of the range. Vestnik OGU. 2008;81: 107-110.

29. Newton K.J. Genetics of mitochondrial isozymes. In: Isozymes in plant genetics and breeding. Amsterdam. Elsevier. 1983;A:157-170.

30. Newton K.J., Schwartz D. Genetics basis of the major malate dehydrogenase in maize. Genetics. 1980;95:425-442.

31. Rohlf F.J. NTSYS-pc: Numerical taxonomy and multivariate analysis system. vers. 2.0, Applied Biostatistics Inc., New York, 1998.

32. Sikdar B., Bhattacharya M., Mukherjee A., Banerjee A., Ghosh E., Ghosh B., Roy S.C. Genetic diversity in important members of Cucurbitaceae using isozyme, RAPD and ISSR markers Biologia Plantarum. 2010;54:135-140.

33. Siva R., Kunal Kumar, Rajasekaran C. Genetic diversity study of important Indian rice genotypes using biochemical and molecular markers. African J. Biotech. 2013;12:1004-1009.

34. Sokal R., Michener C. A statistical method for evaluating systematic relationships. Univ. Kansas Sci. Bull. 1958;38:1409-1438.

35. Suchorzhevskaya T.B. Study the genetic control of glutamate dehydrogenase in maize (Zea mays L.). Russ. J. Genet. 1980;16:914-917.

36. Tahir M.H.N., Casler M.D., Moore K.J., Brummer E.C. Biomass yield and quality of reed canarygrass under five harvest management system for bioenergy production. Bioenerg. Res. 2001;4:111-119.

37. Tarasova R.S., Levites E.V., Maletsky S.I. Isozyme as markers for identification of sugar beet inbred lines in the process of their development, Biochemical identification of varieties. Proc. III Intern. Symp. ISTA, 1987, Leningrad, USSR. 1988:240-243.

38. Van De Wouw M., Kik C., Van Hintum T., Van Treuren R., Visser B. Genetic erosion in crops: Concept, research results and challenges. Plant Genet. Resour.: Characterisation and Utilisation. 2010;8:1-15.

39. Wijsman N.J.W. Petunia. Isozymes in plant genetics and breeding. Amsterdam: Elsevier.1983;B:229-252.

40. Wrobel C., Coulman B.E., Smith D.L. The potential use of reed canarygrass (Phalaris arundinaceae L.) as a biofuel crop. Acta Agric. Scandi., Section B – Soil & Plant Science. 2008;59:1-18.

41. Yudina R.S., Levites E.V. Malate dehydrogenase isozymes as markers of organelles physiological state sugar beet (Beta vulgaris L.). Sugar Tech. 2007;9:67-71.

42. Yudina R.S., Zheleznova N.B., Zaharova O.V., Zhelesnov A.V., Shumny V.K. Isozyme analysis in a genetic collection of amaranths (Amaranthus L.). Russ. J. Genet. 2005;41:1395-1400.

43. Zoro B.I., Maquet A., Wathelet B., Baudoin J.-P. Genetic control of isozymes in the рrimary gene pool Phaseolus lunatus L. Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 1999;3:10-27.