Научная статья на тему 'Генетический полиморфизм в популяциях Hieracium × robustum (Asteraceae) как результат деятельности фитофага-галлообразователя Aulacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae)'

Генетический полиморфизм в популяциях Hieracium × robustum (Asteraceae) как результат деятельности фитофага-галлообразователя Aulacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
94
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ISSR / стеблевые галлы / орехотворка / контаминация ДНК / ISSR / stem galls / gall wasp / DNA contamination

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Крицкая Татьяна Алексеевна, Кашин Александр Степанович, Аникин Василий Викторович

С помощью генетических межмикросателлитных маркеров (ISSR) изучен полиморфизм в популяциях Hieracium × robustum (Asteraceae) – растения-хозяина галлообразователя Aulacidea hieracii (Hymenoptera, Cynipidae). В каждой популяции анализировали растения H. × robustum со стеблевыми галлами орехотворки и без них. Установлено, что у отдельно взятых особей без галлов ISSR-фрагментов было в два раза меньше по сравнению с растениями, поврежденными орехотворкой. Все они имели четкий паттерн в агарозном геле, в то время как паттерны особей с галлами были хаотичны. Анализ молекулярной дисперсии (AMOVA) также показал, что значительная доля дисперсии обусловлена вариабельностью фрагментов, полученных от особей с галлами. Кластерный анализ (UPGMA) достоверно разделил всю исследуе мую выборку на два кластера. Первый кластер объединил особи H. × robustum с галлами, второй – особи без галлов. При отдельном анализе только особей без галлов выборка разбивается на кластеры в полном соответствии с географическим происхождением образцов. Включение же в матрицу фрагментов, полученных от растений с галлами орехотворки, привело к значительному искажению и бессистемности результатов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Крицкая Татьяна Алексеевна, Кашин Александр Степанович, Аникин Василий Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Genetic Polymorphism in Populations of Hieracium × robustum (Asteraceae) as Result of the Hallabrottet Aulacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae) Influence

Based on Inter Simple Sequence Repeats (ISSR), we examined polymorphism in populations of Hieracium × robustum (Asteraceae) – the host of gall-making Aulacidea hieracii (Hymenoptera, Cynipidae). In each population, we studied H. × robustum specimens with and without stem galls induced by gall wasps. It was revealed that individual gallfree plants have half as much ISSR fragments as plants contaminated by galls. In agarose gel, ISSR fragments of the former have clear-cut patterns while patterns of gall-contaminated plants are shapeless. Also, molecular dispersion analysis (AMOVA) shows that a significant proportion of dispersion is due to the variability of fragments obtained from gall-contaminated specimens. Cluster analysis (UPGMA) subdivides the sample into two clusters. The first was constituted by H. × robustum specimens with galls; the second comprised gall-free specimens. When cluster analysis was carried out exclusively on gallfree specimens, the obtained clusters were in complete correspondence with the geographic origins of the specimens. However, when fragments of gall-contaminated plants were added to the matrix, it distorted the analysis and gave inconsistent results.

Текст научной работы на тему «Генетический полиморфизм в популяциях Hieracium × robustum (Asteraceae) как результат деятельности фитофага-галлообразователя Aulacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae)»

УДК 58.073

Генетический полиморфизм в популяциях Шепасшт х гоЬивШт ^егасеае) как результат В® деятельности фитофага-галлообразователя шМ1

Аи\ас\6еа Ыегаси (Нутепс^ега: Cynipidae) ЖШ1

Т. А. Крицкая, А. С. Кашин, В. В. Аникин, М. И. Никельшпарг

Крицкая Татьяна Алексеевна, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной биологии и цитогенетики, Учебно-научный центр «Ботанический сад», Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, kritckaiata@gmail.com

Кашин Александр Степанович, доктор биологических наук, профессор кафедры генетики, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, kashinas2@yandex.ru

Аникин Василий Викторович, доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры морфологии и экологии животных, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, anikinvasiliiv@mail.ru

Никельшпарг Матвей Ильич, ученик МАОУ «Гимназия № 3» г. Саратова, matveynikel@yandex.ru

С помощью генетических межмикросателлитных маркеров (^Я) изучен полиморфизм в популяциях Н1егас1ит х гоЬиэШт (Astera-ceae) - растения-хозяина галлообразователя Ли1а^еа Метен (Hymenoptera, Cynipidae). В каждой популяции анализировали растения Н. х гоЬиэ1ит со стеблевыми галлами орехотворки и без них. Установлено, что у отдельно взятых особей без галлов ^Я-фрагментов было в два раза меньше по сравнению с растениями, поврежденными орехотворкой. Все они имели четкий паттерн в агарозном геле, в то время как паттерны особей с галлами были хаотичны. Анализ молекулярной дисперсии (АМОА) также показал, что значительная доля дисперсии обусловлена вариабельностью фрагментов, полученных от особей с галлами. Кластерный анализ (иРОМА) достоверно разделил всю исследуемую выборку на два кластера. Первый кластер объединил особи Н. х гоЬиэ1иш с галлами, второй - особи без галлов. При отдельном анализе только особей без галлов выборка разбивается на кластеры в полном соответствии с географическим происхождением образцов. Включение же в матрицу фрагментов, полученных от растений с галлами орехотворки, привело к значительному искажению и бессистемности результатов.

Ключевые слова: ^Я, стеблевые галлы, орехотворка, конта-

I I Г Г I (

минация ДНК.

DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2019-19-3-357-363

Растения и насекомые сосуществуют на Земле более 350 млн лет. В ходе коэволюции и те и другие стараются избежать защитных систем друг друга. Эта эволюционная «гонка воору-

жений» привела к развитию у растений тонко организованной защитной системы, способной распознавать чужеродные молекулы и специфические сигналы от клеток, поврежденных насекомыми [1, 2].

Повреждение фитофагами вызывает в растении незамедлительную экспрессию генов, отвечающих за фотосинтез, электронный транспорт, цитоскелет, метаболизм углерода и азота, сигнальную систему, а также группы генов, реагирующих на стресс, ранение или вторжение патогенов, и как следствие, полную функциональную реорганизацию транскрипции [3]. Чтобы противостоять атаке фитофагов, растения образуют специализированные морфологические структуры или вторичные метаболиты и белки, вызывающие отталкивающие и токсические эффекты [4]. Насекомые, в свою очередь, вынуждены изменять свой метаболизм, чтобы обойти защитную систему растений. Одним из путей преодоления иммунитета растений является синтез симбиотической микрофлорой насекомого полезных для растения веществ [5], таких как гормоноподобные регуляторы роста.

На примере популяций ястребинки могучей (Шегастт х уоЪшЫт Бг.) из Саратовской области было показано, что растения со стеблевыми галлами, образованными в результате жизнедеятельности фитофага-галлообразователя Ли1ас1йеа Ыегаси из отряда перепончатокрылых (Ыушепор1:ега, Cynipidae), отличались увеличением массы вегетативных органов и большим ко -личеством соцветий по сравнению с растениями, не имеющими галлов [6]. Однако присутствие во всех изученных популяциях Н. х гоЪшЫт определенной доли растений, не поврежденных орехотворкой, позволяет предполагать наличие качественных различий между растениями в популяции и возможной микроэволюции таксона.

В данной работе мы попытались оценить внутри- и межпопуляционные различия между растениями Н. х гоЪшШт со стеблевыми галлами орехотворки и без них с помощью генетических межмикросателлитных маркеров (ТЗБЯ), хорошо

зарекомендовавших себя в большом количестве популяционных исследований представителей трибы СюЬопеае семейства Л81егаееае.

Сбор материала проводили в трех естественных популяциях Н. х гоЪшЫт: в окрестностях пос. Юбилейный в Волжском районе г. Саратова (6 образцов: 3 - с галлами, 3 - без галлов), лесопарка «Кумысная поляна» в Заводском районе г. Саратова (2 образца: 1 - с галлами, 1 - без галлов) и с. Ягодная Поляна Татищевского района Саратовской области (2 образца: 1 - с галлами, 1 - без галлов). Особи Н. х гоЪшЫт со стеблевыми галлами орехотворки и без галлов гербаризировали и хранили до начала исследования отдельно друг от друга.

Разделение продуктов амплификации проводили электрофоретически в 1.5%-ном ага-розном геле. Фрагменты ДНК визуализировали с помощью трансиллюминатора (Vilber Lourmat, Франция) и фотографировали с помощью гель-документирующей системы (Doc-print VX2, Германия). Типирование ISSR фрагментов было представлено в виде матрицы наличия или отсутствия фрагментов, закодированных как «1» или «0» соответственно.

Итоговая матрица включала 250 ISSR фрагментов, амплифицированных из 10 образцов из трех популяций. Анализ полученной матрицы проводили в программе PAST ver. 3.0. [9] кластеризацией методом невзвешенного попарно-

ДНК выделяли из язычковых цветков соцветия без признаков механического повреждения с помощью коммерческих наборов DiaGene (Bio Silica, Новосибирск) на колонках согласно протоколу производителя. Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) проводили в амплификаторе Mastercycler gradient (Eppendorf, Germany) с 12 ISSR-праймерами (табл. 1), синтезированными НПК «Синтол» (Москва). Выбор прай-меров производили с учетом уже имеющихся литературных данных по другим родам трибы Cichorieae семейства Asteraceae [7, 8]. Для приготовления реакционной смеси были использованы реактивы Ready-To-Load Master-mix 5X MasDDTaqMIX-2025 (Диалат Лтд., Москва).

группового среднего (UPGMA) с использованием коэффициента Жаккара. Оценку генетической дифференциации исследованных выборок проводили в программе Arlequin ver. 3.5 [10] с помощью анализа молекулярной дисперсии (AMOVA).

Всего в результате ПЦР с 12 ISSR праймера-ми получено 250 полиморфных фрагментов, их длина варьировала в пределах от 200 до 3000 пн. Согласно результатам AMOVA, при разбиении всей выборки на три группы в соответствии с их географическим происхождением около 90% дисперсии приходится на внутрипопуляционные различия, а именно различия между особями с галлами и без галлов. Межпопуляционная дисперсия в данном случае недостоверна (табл. 2).

Таблица 1 / Table 2

ISSR праймеры, амплифицирующие информативные фрагменты ДНК H. х robustum ISSR primers producing informative DNA fragments of H. х robustum

Название праймера / Primer code Последовательность 5'-З'/ Sequence 5'-З' Количество полиморфных фрагментов / Number of polymorphic loci

Все образцы / All specimen Образцы без галлов / Specimen without galls

ISSR З (AG)9C 17 В

ISSR 4 (AC)9G 20 7

ISSR 5 (AC)BCG З7 1б

ISSR 1В (ACTG)5 21 11

"Aster" (TG)BRC 14 б

UBC В10 (GA)BT 2б 14

UBC В11 (GA)BC 25 12

UBC В1З (CT)BT 1б б

UBC ВЗ4 (AG)BYT 29 14

UBC ВЗ5 (AG)BYC 11 5

UBC В41 (GA)BYC 15 В

UBC В4З (CT)bRA 19 З

Всего: 250 110

Примечание. R = A, G; Y = C, T. Note. R = A, G; Y = C, T.

Таблица 2 / Table 2

Результаты анализа молекулярной дисперсии (AMOVA) популяций H. х robustum AMOVA results for populations H. х robustum

Изменчивость / Variability d. f. Сумма квадратов / Sum of squares Доля дисперсии, % / % of variation

Три группы согласно географическому положению / Grouping of the populations according to their geographical position

Между группами / Between the groups 2 111.07 10.86ns

Внутри групп / Between the populations within the group 7 289.83 89.14

Две группы: с галлами орехотворки и без галлов / Two groups: with galls and without galls

Между группами / Between the groups 1 119.30 32.33***

Внутри групп / Between the populations within the group 8 281.60 67.67

Примечание. Уровни достоверности определены на основании 1000 пермутаций матрицы; ***p (наблюдаемая величина > случайная величина) < 0.0001; ns - не достоверно.

Note. The statistical significance levels were determined on the basis of 1000 permutations of the matrix; *** p (observed value > random value) < 0.0001; ns - not significant.

У отдельно взятых особей без галлов маркеров было в 2 раза меньше (см. табл. 1). При разбиении всей выборки на две группы, первая из которых представлена только особями без галлов, а вторая только особями с галлами, независимо от географического происхождения результаты ЛМОУЛ оказались высоко достоверными (р < 0.0001). При этом преобладающая доля дисперсии осталась на уровне внутригрупповой

изменчивости (см. табл. 2). Из рис. 1 видно, что особи популяции из пос. Юбилейный без галлов имеют четкий паттерн в агарозном геле и полностью идентичны друг другу, в то время как паттерны особей с галлами орехотворки хаотичны. Очевидно, что значительная доля внутригруп-повой дисперсии обусловлена главным образом вариабельностью фрагментов, полученных от особей с галлами.

Рис. 1. Результат электрофореза фрагментов ДНК, полученных при использовании прай-меров ISSR5 и ISSR18 для популяции H. х robustum в окр. пос. Юбилейный Саратовской области: М - маркер молекулярного веса; К - отрицательный контроль; 1-3 - особи без

галлов; 4-6 - особи с галлами Fig. 1. The result of electrophoresis of DNA fragments obtained using the primers ISSR5 and ISSR18 for the population of H. х robustum in the vicinity of the village of Yubileiny Saratov region: M - molecular weight marker; K - negative control; 1-3 - individuals without galls;

4-6 - individuals with galls

Кластерный анализ (ИРОМЛ) достоверно разделил исследуемую выборку на два кластера (рис. 2, а). Первый кластер объединил особи Н. х уоЪшЫт с галлами, второй - особи без галлов. Внутри первого кластера высокую бутстреп поддержку (100%) получили два кластера тре-

тьего порядка, в один из которых вошли образцы популяций с Кумысной поляны и из Ягодной Поляны, в другой - образцы из пос. Юбилейный. Внутри второго кластера обособленным является лишь образец из Ягодной Поляны, в то время как остальные узлы поддержки не имеют.

1.0-1 0.90.80.71 0.6 Е ОТ

0.50.40.30.2-

100

100

98

100

а /а

0.96

0.88

0.80

0.72

I 0.64 от

0.56

0.48

0.40

100

б/Ь

Рис. 2. UPGMA-дендрограмма, построенная на основе ISSR данных для H. х robustum с использованием коэффициента Жаккара: а - результат кластеризации всех образцов, включенных в сравнительный анализ; б - результат кластеризации только образцов растений без галлов. Бутстреп = 100 реплик. 1-6 - особи популяции в окрестностях пос. Юбилейный г. Саратова (1-3 - без галлов, 4-6 - с галлами); 7-8 - особи популяции лесопарка «Кумысная поляна» г. Саратова (7 - без галлов, 8 - с галлами); 9-10 - особи популяции с. Ягодная Поляна Саратовской области (9 - без галлов,

10 - с галлами)

Fig. 2. UPGMA-dendrogram built on the basis of ISSR data for H. x robustum, using the Jaccard coefficient: a - the result of clustering all samples included in the comparative analysis; b - the result of clustering only samples of plants without galls. Bootstrap = 100 replicas. 1-6 - individuals of the population in the vicinity of the Yubileiny village of Saratov (1-3 without galls, 4-6 with galls); 7-8 - individuals of the "Kumysnaya Polyana" forest park of the city of Saratov (7 without galls, 8 with galls); 9-10 - individuals of the population of the village Yagodnaya Polyana, Saratov region (9 - without galls, 10 - with galls)

При отдельном анализе только особей без галлов выборка также разбивается на два кластера, первый из которых представлен образцом из Ягодной Поляны, второй - объединенными образцами из популяций пос. Юбилейный и Ку -мысной поляны (рис. 2, б). То есть полученная дендрограмма топологически идентична второму кластеру общей дендрограммы на рис. 2, а. В отличие от общей, эта дендрограмма позволяет визуализировать вполне прогнозируемый и легко интерпретируемый результат.

Популяции пос. Юбилейный и Кумысной поляны разделяет расстояние всего около 10 км, и препятствия для потока генов между ними отсутствуют. Генетическая идентичность особей популяции в пос. Юбилейный может быть объяснима формированием популяции в результате единичного заноса семян на эту территорию с последующим клоновым характером воспроизводства. Обособленность популяции из Ягодной Поляны обусловлена, по-видимому, ее относительной географической удаленностью, более чем на 50 км, как от популяции пос. Юбилейный, так и от популяции Кумысной поляны.

Включение же в матрицу паттернов, полученных от растений с галлами орехотворки, привело к значительному искажению и бессистемности результатов. Можно выдвинуть все альтернативные гипотезы, объясняющие причины этого искажения.

Гипотеза 1. Несмотря на то что для проведения ПЦР отбирались неповрежденные части растения, в анализе участвовала чужеродная ДНК. Учитывая то, что ¡ЗБЯ маркеры успешно используются для популяционно-генетических исследований различных групп насекомых [11-13], есть все основания предположить, что чужеродная ДНК принадлежит орехотворке и, очевидно, циркулирует по проводящей системе растения. В этом случае полученные нами результаты подтверждают общеизвестные рекомендации, согласно которым недопустимо отбирать растения со следами повреждения животными для популяционно-генетических исследований [14]. Так как сама орехотворка является средой обитания различных симбиотических микроорганизмов, которые попадают в организм растения с ее выделениями и продуктами жизнедеятельности, а механические повреждения тканей растения, вызванные ею, являются воротами для различных вирусов и бактерий, ДНК растения со стеблевыми галлами следует рассматривать как метагеном и применять соответствующие методы для его изучения.

Гипотеза 2. Своеобразие ISSR паттернов растений с галлами может быть связано с изменением сайтов узнавания праймера в результате модификации ДНК. В этом случае сама орехотворка или ее симбиотическая микрофлора является источником транспозонов, способных внедряться в геном растения и служить источником новых факторов транскрипции [15], обусловливающих увеличение количества и массы всех органов, ко -торое наблюдалось у пораженных орехотворкой растений H. х robustum [6].

Таким образом, насекомое-галлообразова-тель A. hieracii значительно искажает результаты исследования генома растения-хозяина H. х robustum. Причины этого искажения спорны. Тем не менее выбранные объекты представляют собой удобную модель для дальнейших исследований, способных пролить свет на понимание молекулярных механизмов взаимодействия фи-тофага-галлообразователя и растения-хозяина, а также на роль галлообразователей в адаптивной эволюции покрытосеменных растений.

Список литературы

1. Howe G. A., Jander G. Plant immunity to insect herbivores // Annual Review of Plant Biology. 2008. Vol. 59. P. 41 -66. DOI: 10.1146/annurev. arplant.59.032607.092825

2. Verhage A., Wees S. C. M. van, Pieterse C. M. J. Plant immunity: it's the hormones talking, but what do they say? // Plant Physiology. 2010. Vol. 154. P. 536-540. DOI: 10.1104/pp.110.161570

3. Hermsmeier D., Schittko U., Baldwin I. T. Molecular interactions between the specialist herbivore Manduca sexta (Lepidoptera, Sphingidae) and its natural host Nicotiana attenuata: I. Large-scale changes in the accumulation of growth- and defense-related plant mRNAs // Plant Physiology. 2001. Vol. 125. P. 683-700. DOI: 10.1104/ pp.125.2.683

4. Giri A. P., Wünsche H., Mitra S., Zavala J. A., Muck A., Svatos A., Baldwin I. B. Molecular Interactions between the Specialist Herbivore Manduca sexta (Lepidoptera, Sphingidae) and Its Natural Host Nicotiana attenuata. VII. Changes in the Plant's Proteome // Plant Physiology. 2006. Vol. 142. P. 1621-1641. DOI: 10.1104/pp.106.088781

5. Конарев А. В. Молекулярные аспекты иммунитета растений и их коэволюции с насекомыми // Биосфера. 2017. Т. 9, № 1. С. 79-99.

6. Аникин В. В., Никельшпарг М. И. Эффект увеличения числа листьев на растениях Hieracium х robustum (Asteraceae) при их заселении галлобразователем Au-lacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae) // Бюл. Бот. сада Сарат. гос. ун-та. 2018. Т. 16, вып. 4. С. 49-54.

7. Ryu J., Bae C.-H. Genetic diversity and relationship analysis of genus Taraxacum accessions collected in Korea // Korean Journal of Plant Resourses. 2012. Vol. 25, № 3. P. 329-338.

8. Кашин А. С., Крицкая Т. А., Попова А. О., Пархоменко А. С. Генетическая дифференциация видов Chondril-la (Asteraceae) Европейской части России по данным ISSR-маркирования // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел биологический. 2017. Т. 122, вып. 1. С. 60-70

9. Hammer O, Harper D. A. T, Ryan P. D. PAST : Palaeonto-logica Statistics software package for education and data analysis // Palaeontologia Electronica. 2001. Vol. 4, № 1. P. 9.

10. Excoffier L., Lischer H. E. L. Arlequin suite ver 3.5 : A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows // Molecular Ecology Resourses. 2010. Vol. 10. P. 564-567.

11. Grasela J. J., Mcintosh A. H. Application of Inter-Simple Sequence Repeats to insect cell lines: identification at the clonal and tissue-specific level // In vitro Cellular

and Developmental Biology - Animal. 2003. Vol. 39. P. 353-363.

12. ShouhaniH., DoustiA., RadjabiR., ZareiM. Application of ISSR to study the genetic diversity of honeybee (Apis mellifera L.) populations in some areas of Iran // Journal of Bioscience and Biotechnology. 2014. Vol. 3, № 2. P. 127-131.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

13. Xie J.-N., Guo J.-J., Jin D.-C., Wang X.-J. Genetic Diversity of Sogatella furcifera (Hemiptera: Delphacidae) in China Detected by Inter-Simple Sequence Repeats // Journal of Insect Science. 2014. Vol. 14, № 233. DOI: 10.1093/jisesa/ieu095

14. Куцев М. Г. Фрагментный анализ ДНК растений : RAPD, DAF, ISSR. Барнаул : ARTIKA, 2009. 164 с.

15. Biemont C., Vieira C. Genetics : junk DNA as an evolutionary force // Nature. 2006. Vol. 443, № 7111. P. 521-524.

Образец для цитирования:

Крицкая Т. А., Кашин А. С., Аникин В. В., Никельшпарг М. И. Генетический полиморфизм в популяциях Шегасшт х уо-ЪтШт (Asteгaceae) как результат деятельности фитофага-галлообразователя Ли1а^еа Ыегаси (Ыymenopteгa: Cynipidae) // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2019. Т. 19, вып. 3. С. 357-363. Б01: https:// doi.org/10.18500/1816-9775-2019-19-3-357-363

Genetic Polymorphism in Populations of Hieracium x robustum (Asteraceae) as Result of the Hallabrottet Aulacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae) Influence

T. A. Kritskaya, A. S. Kashin, V. V. Anikin, M. I. Nikelshparg

Tatyana A. Kritskaya, https://orcid.org/0000-0003-0181-3022, Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia, kritckaiata@gmail.com

Alexandr S. Kashin, https://orcid.org/0000-0002-2342-2172, Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia, kashinas2@yandex.ru

Vasily V. Anikin, https://orcid.org/0000-0001-8575-5418, Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia, anikinvasiliiv@mail.ru

Matvey I. Nikelshparg, Municipal Educational Institution "Gymnasium № 3" of Saratov, 121 Bolshaya Kazach'ya St., Saratov 410012, Russia, matveynikel@yandex.ru

Based on Inter Simple Sequence Repeats (ISSR), we examined polymorphism in populations of Hieracium x robustum (Asteraceae) - the host of gall-making Aulacidea hieracii (Hymenoptera, Cynipidae). In each population, we studied H. x robustum specimens with and without stem galls induced by gall wasps. It was revealed that individual gallfree plants have half as much ISSR fragments as plants contaminated by galls. In agarose gel, ISSR fragments of the former have clear-cut patterns while patterns of gall-contaminated plants are shapeless. Also, molecular dispersion analysis (AMOVA) shows that a significant proportion of dispersion is due to the variability of fragments obtained from gall-contaminated specimens. Cluster analysis (UPGMA) subdivides the sample into two clusters. The first was constituted by

H. x robustum specimens with galls; the second comprised gall-free specimens. When cluster analysis was carried out exclusively on gallfree specimens, the obtained clusters were in complete correspondence with the geographic origins of the specimens. However, when fragments of gall-contaminated plants were added to the matrix, it distorted the analysis and gave inconsistent results.

Key words: ISSR, stem galls, gall wasp, DNA contamination.

References

I. Howe G. A., Jander G. Plant immunity to insect herbivores. Annual Review of Plant Biology, 2008, vol. 59, pp. 41-66. DOI: 10.1146/annurev. arplant.59.032607.092825

2. Verhage A., van Wees S. C. M., Pieterse C. M. J. Plant immunity: it's the hormones talking, but what do they say? Plant Physiology, 2010, vol. 154, pp. 536-540. DOI: 10.1104/pp.110.161570

3. Hermsmeier D., Schittko U., Baldwin I. T. Molecular interactions between the specialist herbivore Manduca sexta (Lepidoptera, Sphingidae) and its natural host Nicotiana attenuata: I. Large-scale changes in the accumulation of growth- and defense-related plant mRNAs. Plant Physiology, 2001, vol. 125, pp. 683-700. DOI: 10.1104/pp.125.2.683

4. Giri A. P., Wünsche H., Mitra S., Zavala J. A., Muck A., Svatos A., Baldwin I. B. Molecular Interactions between the Specialist Herbivore Manduca sexta (Lepidoptera, Sphingidae) and Its Natural Host Nicotiana attenuata. VII. Changes in the Plant's Proteome. Plant Physiology, 2006, vol. 142, pp. 1621-1641. DOI: 10.1104/ pp.106.088781

5. Konarev A. V. Molecular aspects of plant immunity and their coevolution with insects. Biosfera, 2017, vol. 9, no. 1, pp. 79-99 (in Russian). DOI: 10.24855/biosfera.v9i1.325

6. Anikin V. V., Nikelshparg M. I. The effect of increasing the number of leaves on plants Hieracium x robustum (Asteraceae) at their settling by gall-former Aulacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae). Bulletin of Botanic Garden of Saratov State University, 2018, vol. 16, no. 4, pp. 49-54 (in Russian). DOI: 10.18500/16821637-2018-4-49-54

7. Ryu J., Bae C.-H. Genetic diversity and relationship analysis of genus Taraxacum accessions collected in Korea. Korean Journal of Plant Resourses, 2012, vol. 25, no. 3, pp. 329-338. DOI: 10.7783/KJMCS.2011. 19.3.149

8. Kashin A. S., Kritskaya T. A., Popova A. O., Parkhomen-ko A. S. ISSR analysis of genetic diversity of Chondrilla species (Asteraceae) in European part of Russia. Bulletin of Moscow Society of Naturalists. Biological series, 2017, vol. 122, no. 1, pp. 60-70 (in Russian).

9. Hammer O., Harper D. A. T., Ryan P. D. PAST: Palae-ontologica Statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica, 2001, vol. 4, no. 1, pp. 9.

10. Excoffier L., Lischer H. E. L. Arlequin suite ver 3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Molecular

Ecology Resourses, 2010, vol. 10, pp. 564-567. DOI: 10.1111/j.l755-0998.2010.02847.x

11. Grasela J. J., Mcintosh A. H. Application of Inter-Simple Sequence Repeats to insect cell lines: identification at the clonal and tissue-specific level. In Vitro Cellular and Developmental Biology - Animal, 2003, vol. 39, pp. 353-363. DOI: 10.1290/1543-706X(2003)039<0353: A0ISRT>2.0.C0;2

12. Shouhani H., Dousti A., Radjabi R., Zarei M. Application of ISSR to study the genetic diversity of honeybee (Apis mellifera L.) populations in some areas of Iran. Journal of Bioscience and Biotechnology, 2014, vol. 3, no. 2, pp. 127-131. DOI: 10.13140/2.1.1140.5448

13. Xie J.-N., Guo J.-J., Jin D.-C., Wang X.-J. Genetic Diversity of Sogatella furcifera (Hemiptera: Delphacidae) in China Detected by Inter-Simple Sequence Repeats. Journal of Insect Science, 2014, vol. 14, no. 233. DOI: 10.1093/jisesa/ieu095

14. Kutsev M. G. Fragmentnyy analizDNK rasteniy: RAPD, DAF, ISSR [Fragment analysis of plant DNA: RAPD, DAF, ISSR]. Barnaul, ARTIKA Publ., 2009. 164 p. (in Russian).

15. Biemont C., Vieira C. Genetics: junk DNA as an evolutionary force. Nature, 2006, vol. 443, no. 7111, pp. 521-524. DOI: 10.1038/443521a

Сite this article as:

Kritskaya T. A., Kashin A. S., Anikin V. V., Nikelshparg M. I. Genetic Polymorphism in Populations of Hieracium x robustum (Asteraceae) as Result of the Hallabrottet Aulacidea hieracii (Hymenoptera: Cynipidae) Influence. Izv. Saratov Univ. (N. S.), Ser. Chemistry. Biology. Ecology, 2019, vol. 19, iss. 3, pp. 357-363 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2019-19-3-357-363

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.