Absence of genetic introgression between Elymus ciliaris and E. pendulinus (Triticeae: Poaceae) as shown by endosperm protein SDS-electrophoresis in connection with hypotheses of E. amurensis origin
https://doi.org/10.18699/VJ15.012
Abstract
The StY-genome group of Elymus species is of special interest, most of its species ranges extending to Russia from southern frontier territories, mainly from China. The ranges of Elymus pendulinus, E. ciliaris and E. amurensis within Russia overlap in the southern part of the Russian Far East only. Elymus ciliaris is considered by Russian taxonomists to be phylogenetically close to E. pendulinus, while hybridization of these species gave rise to the independent species E. amurensis. Moreover, in China, E. amurensis is recognized as a variety of E. ciliaris. Endosperm protein polymorphism was studied by SDS-electrophoresis for the purpose to reveal species specificity in E. pendulinus, E. ciliaris, and E. amurensis from a number of localities in the Primorskii Krai. Accessions of species from places of their joint occurrence were analyzed to detect identical polypeptide components which could have appeared due to genetic introgression. Nevertheless, both electrophoretic images visual analyses and construction the dendrograms of populations with various similarity coefficients revealed a high species specificity of E. ciliaris и E. pendulinus but no signs of introgression in spite of the fact that the two species often grow in common ecotopes and even form sterile hybrids. No indications of the origin of E. amurensis from the highly distinct species E. ciliaris and E. pendulinus were found either.
The necessity of biosystematic and experimental methods for confirmation of the origin and taxonomic rank of new and many recognized species in the genus Elymus is shown.
About the Authors
A. V. Agafonov
Central Siberian Botanical Garden SB RAS, Novosibirsk, Russia;
Russian Federation
Russian Federation
E. V. Kobozeva
Central Siberian Botanical Garden SB RAS, Novosibirsk, Russia;
Russian Federation
Russian Federation
S. I. Tatkov
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Агафонов А.В. Общая структура рекомбинационного генпула Elymus caninus (Triticeae: Poaceae) по данным скрещиваемости и оценки наследования некоторых морфологических признаков, используемых в таксономии. Растительный мир Азиатской России (Вестник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН). 2011;2(8):61-70.
2. Агафонов А.В., Агафонова О.В. SDS-электрофорез белков эндосперма у представителей рода пырейник (Elymus L.) с различной геномной структурой. Сиб. биол. журнал. 1992;3: 7-12.
3. Агафонов А.В., Агафонова О.В. Способ идентификации генотипов многолетних злаков трибы Пшеницевые (Triticeae): А.c. СССР No 1546022. 1989.
4. Агафонов А.В., Баум Б.Р. Индивидуальная изменчивость и репродуктивные свойства половых гибридов внутри комплекса Elymus trachycaulus (Poaceae: Triticeae) и близких таксонов. 1. Полиморфизм запасных белков эндосперма у биотипов Северной Америки и Евразии. Turczaninowia. 2000;3(1):63-75.
5. Агафонов А.В., Герус Д.Е. Исследование полиморфного комплекса Elymus charkeviczii Probat. s.l. (Triticeae: Poaceae) полуострова Камчатка с позиций биосистематики и таксономической генетики. Растительный мир Азиатской России (Вестник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН). 2008;1:58-70.
6. Агафонов А.В., Герус Д.Е., Дорогина О.В. Самоопыление видов рода Elymus (Triticeae: Poaceae) и его отражение на полипептидных спектрах белков эндосперма. Сиб. ботан. вестник: электронный журнал. 2008;3(1/2):21-26. http://journal.csbg.ru.
7. Агафонов А.В., Герус Д.Е., Кобозева Е.В. Дифференциация StYгеномных видов рода Elymus (Poaceae) в Азиатской России по данным морфологии, изменчивости запасных белков эндосперма, гистона Н1 и ДНК маркеров. Матер. IV Междунар. конф. «Проблемы изучения растительного покрова Сибири» (1–3 ноября 2010 г., Томск). Томск: Изд-во Томск. ун-та, 2010.
8. Герус Д.Е., Агафонов А.В. Генетическое разнообразие в природных популяциях Elymus fibrosus (Triticeae: Poaceae) по запасным белкам эндосперма. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2011;15(3):531-539.
9. Герус Д.Е., Агафонов А.В. Моделирование интрогрессивных процессов между Elymus fibrosus и E. caninus (Poaceae) и их регистрация c помощью одномерного SDS-электрофореза. Генетика. 2006;42(12):1405-1413.
10. Кобозева Е.В., Агафонов А.В. Существует ли вероятность интрогрессивных процессов между StY геномными видами Elymus ciliaris и E. pendulinus (Poaceae) в природных популяциях? Матер. Всерос. конф. «Проблемы сохранения растительного мира Северной Азии и его генофонда». Новосибирск: Изд-во «Сибтехнорезерв», 2011:88-91.
11. Кобозева Е.В., Герус Д.Е., Овчинникова С.В., Агафонов А.В. Таксономические взаимоотношения между StY геномными видами Elymus ciliaris и E. amurensis (Poaceae). Turczaninowia. 2011;14(3):35-44.
12. Кобозева Е.В., Овчинникова С.В., Агафонов А.В. Изменчивость и таксономические взаимоотношения между StY-геномными видами Elymus pendulinus, E. brachypodioides и E. vernicosus (Triticeae: Poaceae). Растительный мир Азиатской России (Вестник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН). 2012;2(10):87-93.
13. Конарев В.Г. Белки растений как генетические маркеры. М.: Колос, 1983.
14. Котухов Ю.А. Новые виды рода Elymus (Рoaceae) из Восточного Казахстана. Ботан. журнал. 1992;77(6):89-93.
15. Пробатова Н.С. Мятликовые, или Злаки – Poaceae Barnh. (Gramineae Juss.). Сосудистые растения Советского Дальнего Востока. Л.: Наука, 1985;1:89-382.
16. Созинов А.А. Полиморфизм белков и его значение в генетике и селекции. М.: Наука, 1985.
17. Цвелев Н.Н. Злаки СССР. Л.: Наука, 1976.
18. Цвелев Н.Н. О роде Elymus L. (Poaceae) в России. Ботан. журнал. 2008;93(10):1587-1596.
19. Цвелев Н.Н., Пробатова Н.С. Роды Elymus L., Elytrigia Desv.,
20. Agropyron Gaertn., Psathyrostachys Nevski и Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) во флоре России. Комаровские чтения. Владивосток: Дальнаука, 2010;57:5-102.
21. Agafonov A.V., Baum B. Variation of endosperm proteins in the complex of Elymus trachycaulus (Link) Gould ex Shinners / Triticeae III (Ed. Jaradat A.A.), Enfield, New Hampshire, Science Publ., 1998:273-282.
22. Barkworth M.E., Campbell J.J.N., Salomon B. Elymus L. Flora of North America (Eds K.E. Barkworth, K.M. Capels, S. Long, L.K. Anderton, M.B. Piep). V. 24. N.Y.: Oxford: Oxford Univ. Press, 2007:288-343.
23. Bothmer R. von, Salomon B., Enomoto T., Watanabe O. Distribution, habitat and status for perrennial Triticeae species in Japan. Bot. Jahrb. Syst. 2005;126:317-346. DOI: 10.1127/00068152/2005/0126-0317
24. Chen S.L., Zhu G.H. Elymus L. Flora of China (Poaceae), 2006. Beijing, St. Louis. 22:400-429. DOI: 10.1093/aob/mcm014
25. Dewey D.R. The genomic system of classification as a guide to intergeneric hybridization with the perennial Triticeae. Gene manipulation in plant improvement (Ed. J.P. Gustafson). N.Y.: Plenum Publ. Corp., 1984:209-279.
26. Gerus D.E., Agafonov A.V. Introgression between Elymus caninus and E. fibrosus as revealed by morphology and one-dimensional SDS-electrophoresis. Czech J. Genet. Plant Breed. 2005;41:74-78.
27. Kostina E.V., Agafonov A.V., Salomon B. Electrophoretic properties and variability of endosperm proteins of Elymus caninus (L.) L. Triticeae III (Ed. A.A. Jaradat). Enfield, New Hampshire: Sci. Publ., 1998:265-272.
28. Love A. Conspectus of the Triticeae. Feddes Repert.1984; 5:425-521. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970;227:680-685. DOI: 10.1038/227680a0
29. Lu B.-R. The genus Elymus in Asia. Taxonomy and biosystematics with special reference to genomic relationships. Proc. 2nd Int. Triticeae Symp. (Eds R.R.-C. Wang, K.B. Jensen, C. Jaussi). Logan, Utah, 1994:219-233.
30. Lu B.-R., Yan J., Yang J., Flink J. Biosystematic studies among Roegneria pendulina Roegneria ciliaris and Roegneria kamoji of the tribe Triticeae Gramineae. Acta Botanica Yunnanica. 1990;12(2):161-171.
31. Mason-Gamer R.J., Burns M. M., Naum M. Phylogenetic relationships and reticulation among Asian Elymus (Poaceae) allotetraploids: analyses of three nuclear gene trees. Mol. Phylogen. Evol. 2010;54:10-22. DOI: 10.1016/j.ympev.2009.10.002
32. Salomon B., Bothmer R. von, Seberg O. A proposal for an Elymus core collection. Plant Genet. Res. Newsletter. 1997;111:77-81. Sun G., Komatsuda T. Origin of the Y genome in Elymus and its relationship to other genomes in Triticeae based on evidence from elongation factor G (EF-G) gene sequences. Mol. Phylogenet.
33. Evol. 2010;56:727-733. DOI:10.1016/j.ympev.2010.03.037
34. Sun G., Salomon B. Molecular evolution and origin of tetraploid Elymus species. Breeding Sci. 2009;59:487-491. DOI: 10.1270/jsbbs.59.487
35. The BioNumerics manual (2004) Applied Maths BVBA.
36. www.appliedmaths.com.
37. Torabinejad J., Mueller R.J. Genome constitution of the Australian hexaploid grass, Elymus scabrus (Poaceae: Triticeae). Genome. 1993;36:147-151.
38. Zhou Y.-H., Yen C., Yang J.-L., Zheng Y.-L. Biosystematic study of Roegneria tenuispica, R. ciliaris and R. pendulina (Poaceae: Triticeae). Plant Syst. Evol. 1999;217:215-220.
Review
Views:
522
Email this article 