CC BY
23
УДК 575.22; 575.86; 585.52
ПОЛИМОРФИЗМ И ФИЛОГЕНИЯ D-ГЕНОМНЫХ ВИДОВ AEGILOPS L. ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА
МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ ЛОКУСОВ ХЛОРОПЛАСТНОГО ГЕНОМА
С.В. Горюнова1, Н.Н. Чикида2, Е.Д. Бадаева3, В.А. Пухальский1
(1 Учреждение Российской академии наук Институт общей генетики имени Н.И. Вавилова РАЛ; 2Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства имени Н.И. Вавилова; 3Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН; e-mail: orang2@yandex.ru)
14 хлоропластных микросателлитных маркеров использовано для анализа изменчивости и филогении цитоплазматического генома у 71 представителя 6 видов эгилопса с Б-гено-мом. Наибольшее внутривидовое разнообразие выявлено у диплоидного вида Ае. ?ашеки. Среди полиплоидных видов наибольшая внутривидовая изменчивость показана для вида Ае. уепМеоха. Гаплотипы Ае. уепМеоьа существенно отличаются от гаплотипов Ае. ?ашеки. Проанализированные образцы Ае. еуИпс1пеа имеют сходные гаплотипы, близкие гаплотипам Ае. ?ашеки.
Ключевые слова: хлоропластные микросателлиты, полиплоиды, филогения, Aegilops.
Диплоидный вид Ае^Иор& 1ашеки (Б-геном) считается родительским видом и донором цитоплазмы для аллополиплоидных видов: Ае. уепМео$а (БМ), Ае. ега$$а (БХ, БХБ), Ае.}иуепаИ$ (БХи), Ае. уауНо-уИ (БХ8) и Ае. еуНпйпеа (СБ). Однако исследование филогении и изменчивости цитоплазматического генома на внутривидовом уровне и у близких таксонов существенно ограничено из-за низкой скорости эволюции хлоропластного и митохондриально-го геномов. Поэтому для исследования филогенетических связей и изменчивости цитоплазматического генома у Б-геномных эгилопсов мы провели анализ хлоропластных микросателлитных локусов, скорость эволюции которых на несколько порядков выше, чем частота замен в других участках хлоро-пластного генома (табл. 1).
Таблица 1
Образцы эгилопса, использованные в анализе
Вид Образец Номер по каталогу Место сбора Выявленный гаплотип
t1 к249 Туркмения 1
t2 к259 Таджикистан 2
t3 к772 Азербайджан 3
t4 к671 Киргизия 4
t5 к912 Индия (Кашмир) 5
Ae. tauschii t6 к997 Афганистан 6
t7 к997 Узбекистан 7
Coss t8 к1481 Армения 8
t9 к1585 Израиль 8
t10 к1585 Иран 9
t11 TQ27 Грузия 10
t12 к1875 Турция 11
t13 и569818 Армения 12
Продолжение табл. 1
Номер Выяв-
Вид Образец Место сбора ленный
по каталогу гаплотип
t14 с места сбора Азербайджан 6
t15 r1782 Казахстан 13
t16 к1611 Афганистан 14
t17 к1740 Азербайджан 15
t18 к2194 Армения 16
t19 к588 17
c1 к34 Туркмения 18
c2 к214 Кабардино-Бал-
кария 19
c3 к71 Узбекистан 18
c4 к5 Крым 18
Ae. cylind- c5 и551245 Болгария 18
c6 с места сбора Армения 18
rica Host c7 к3496 Турция 18
c8 к1944 Азербайджан 18
c9 к220 Грузия 19
c10 и577992 Иран 18
c11 и570368 Сирия 18
c12 и578005 Турция 18
v1 к2385 Италия 20
v2 к2420 Италия (Сицилия) 21
v3 и539434 Португалия 20
v4 и578182 Палестина 22
Ae. ventri- v5 к2217 Испания 23
cosa Tausch v6 к46 не известно 21
v7 к2750 Алжир 22
v8 к2749 Ливия 23
v9 и571670 Испания 24
v10 и571669 Испания 25
cr1 (4x) к2687 Ирак 26
Ae. crassa cr2 (4x) к2424 Армения 27
Boiss. cr3 (6x) к1251 Казахстан 26
cr4 (6x) к1268 Узбекистан 28
11 ВМУ, биология, №4
Материалы и методы
Большинство образцов получено из коллекции ВНИИР имени Н.И. Вавилова (Санкт-Петербург). Также использованы образцы: TA2116 Ae. juvenalis, полученный из Wheat Genetics Resource Center, Kansas State University, (США); образцы Ae. tauschii и Ae. cylindrica, собранные А.Г. Гукасяном и Е.А. Назаровой в Армении, образец Ae. tauschii TQ27, полученный из Weizmann Institute of Science (Израиль). Выделение суммарной ДНК производили согласно работе [1]. Для анализа использованы 14 пар прайме-ров, разработанных ранее Т. Иши с соавт. [2] для анализа микросателлитных локусов хлоропластного генома пшеницы. PCR-реакцию проводили согласно [2]. Продукты амплификации разделяли в 6% ПААГ и окрашивали серебром. Для каждого локуса рассчитана величина генного разнообразия Н [3] (табл. 2). Анализ филогенетических взаимосвязей исследуемых видов проводили методом PCO с использованием коэффициента сходства Дайса (программа PAST).
Результаты и обсуждение
Для 14 проанализированных локусов выявлено от 2 до 8 аллелей, величина генного разнообразия Н варьировала от 0,131 до 0,823 и составила в среднем 0,06. По различиям в длине аллелей выявлено 37 гаплотипов. Максимальное разнообразие выяв-
Таблица 2
Генное разнообразие видов эгилопса с D-геномом по 14 epSSR-локусам
Праймерная пара [2] Участок хлоропластного генома Число аллелей Генное разнообразие, Н
Ae. tauschii Ae. cylindrica Ae. vent-ricosa Ae. crassa Ae. juvenalis Ae. vavi-lovii общее
WCt_2 межгенный участок psbl-trnS 6 0,632 0,000 0,460 0,000 0,000 0,000 0,691
WCt_3 межгенный участок psbC-trnS 5 0,194 0,000 0,320 0,000 0,000 0,000 0,546
WCt_4 межгенный участок 5'й-пО-й-пТ 2 0,388 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,131
WCt_5 ОЯР29-йпС 5 0,715 0,000 0,000 0,000 0,540 0,000 0,577
WCt_6 межгенный участок ОпС-гроБ 5 0,615 0,000 0,320 0,000 0,000 0,000 0,559
WCt_10 интрон арР 4 0,643 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,451
WCt_11 интрон афР 5 0,626 0,000 0,620 0,000 0,480 0,000 0,536
WCt_12 интрон иД70 5 0,643 0,278 0,000 0,000 0,000 0,000 0,609
WCt_13 межгенный участок О-пР-пёк] 2 0,499 0,000 0,500 0,000 0,420 0,000 0,498
WCt_15 межгенный участок р^ЬБ-ОКР31 3 0,000 0,000 0,000 0,000 0,480 0,000 0,545
WCt_16 межгенный участок р^ЬБ-ОКР32 4 0,100 0,000 0,000 0,000 0,480 0,000 0,561
WCt_19 межгенный участок гр1Ъ6-т/А 4 0,000 0,00 0,620 0,000 0,000 0,000 0,564
WCt_22 межгенный участок гр$8-тр114 7 0,781 0,000 0,320 0,420 0,000 0,000 0,761
WCt_24 межгенный участок пс1кР-грВ2 8 0,632 0,000 0,500 0,420 0,500 0,000 0,823
Среднее значение Н 0,46 0,02 0,26 0,06 0,20 0,00 0,60
Число гаплотипов 17 2 6 4 8 1 37
Число образцов 19 12 10 10 10 10 71
Окончание табл. 1
Номер по каталогу Выяв-
Вид Образец Место сбора ленный
гаплотип
cr5 (6х) к1618 Туркмения 26
cr6 (6х) к1772 Киргизия 26
cr7 (6x) к1790 Афганистан 29
cr8 (6х) к1009 Афганистан 29
cr9 (6x) к1324 Казахстан 27
cr10 (6x) к1344 Туркмения 26
j1 к50 Узбекистан 30
j2 к867 Узбекистан + Тадж. граница 31
j3 к1380 Узбекистан 32
Ae. juvenalis j4 и571695 Иран 33
j5 и578008 Сирия 31
(Thell.) Eig j6 и570577 Сирия 32
j7 и578009 Ирак 34
j8 TA2116 не известно 35
j9 к681 Узбекистан 36
j10 к1722 Узбекистан 37
va1 и571177 Ливан 29
va2 и538841 Иордания 29
va3 и573361 Палестина 29
Ae. vavilovii va4 va5 и538844 к2663 Иордания Сирия 29 29
(Zhuk.) va6 и538844 Сирия 29
Chennav. va7 к2664 Сирия 29
va8 к3644 Ливан 29
va9 к3645 Сирия 29
va10 к3640 Иордания 29
-0,36 -0,24 -0,12 0 0,12 0,24 0,36 Координата 1
PCO-анализ результатов cpSSR-маркирования видов эгилопса с D-геномом
лено для диплоидного вида Ае. 1ашски. Ранее была показана значительная изменчивость ядерного генома данного вида [4]. Полиплоидные виды характеризуются меньшим уровнем внутривидовой изменчивости (табл. 2). Гаплотипы образцов Ае. сга$-5а, Ае. }иуепаШ, Ае. уауНоуи заметно отличаются от гаплотипов Ае. 1ашскп. Для обозначения пластома видов комплекса Ае. ста$$а используется символ О2 [5], что подчеркивает его отличие от пластома Ае. 1а-шски. Цитоплазматический геном Ае. уепМсо$а так-
же заметно отличается от цитоплазмати-ческого генома Ае. 1ашски и на графике рассеяния образцы Ае. уеШпсо$а занимают промежуточное положение между Ае. 1ашски и видами комплекса Ае. ста$$а (рисунок). По всей видимости, для обозначения плазмона Ае. уеЫпсо$а необходимо использовать символ О со специальным индексом, что отражало бы отличия его от геномов других видов. По данным С-бэндинга и Б^Н-гибридизации, О-геном Ае. уепМсо$а более сходен с О-геномом Ае. ста$$а, чем с геномом Ае. 1ашски [4]. Все это позволяет предположить происхождение видов комплекса Ае ста$$а и вида Ае. уепМсо$а от примитивного вида рода Aegilops, родственного Ае. 1ашскп. При этом для вида Ае. уепМсо$а выявлены заметно отличающиеся гапло-типы, что может быть следствием вероятного происхождения данного вида от нескольких независимых скрещиваний.
Для вида Ае. су1Мпса выявлено всего два гап-лотипа, отличающихся по одному локусу и близких к гаплотипам Ае. 1ашски. По всей видимости, Ае. су1Мпса имеет сравнительно недавнее происхождение от современных форм Ае. 1ашски. Причем все образцы из различных географических регионов, включенные в наше исследование, можно считать происходящими от единичного скрещивания родительских видов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кочиева Е.З., Супрунова Т.П. Идентификация межи внутрисортового полиморфизма у томатов // Генетика. 1999. Т. 35. № 10. С. 1386-1389.
2. Ishii Т., Mori N, Ogihara F.Evaluation of allelic diversity at chloroplast microsatellite loci among common wheat and its ancestral species // Theor. Appl. Genetic. 2001. Vol. 103. P. 896-904.
3. Nei M. Molecular evolutionary genetics. N.Y.: Columbia Univ. Press, 1987. 512 p.
4. Badaeva E.D., Amosova A.V., Muravenko O.V., Sama-tadze T.E., Chikida N.N., Zelenin A.V., Friebe B, Gill B.S. Genome differentiation in Aegilops. Evolution of the D-genome cluster // Plant Systematics and Evolution. 2002. Vol. 231. P. 163-190.
5. Tsunewaki K. Plasmon analysis in the Triticum-Aegi-lops complex// Breeding Science. 2009. Vol. 59. P. 455—470.
Поступила в редакцию 16.04.10
DIVERSITY AND PHYLOGENY OF CHLOROPLAST GENOMES
IN D-GENOME AEGILOPS L. GROUP BASED ON CPSSR-DATE
S.V. Goryunova, N.N. Chikida, E.D. Badaeva, V.A. Pukhalskiy
14 chloroplast microsatellite markers were used for analysis of diversity and phylogenetic relationships of chloroplast genomes of 71 accessions of six D-genome Aegilops species. The highest intraspecies variation was observed for Ae. tauschii. The highes haplotype diversity among polyploid species was revealed for Ae. ventricosa (DN). All haplotypes of Ae. ventricosa were remarkably differ from haplotypes of Ae. tauschii. All accessions of Ae. cylindrica analyzed had closely related haplotypes similar with haplotypes of Ae. tauschii.
Key words: chloroplast microsatellites, polyploids, phylogeny, Aegilops.
12 ВМУ, биология, № 4
Сведения об авторах
Горюнова Светлана Валерьевна — канд. биол. наук, докторант, Учреждение Российской академии наук Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН. Тел. 8(499)135-42-07; e-mail: orang2@yandex.ru
Чикида Надежда Николаевна — канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр. Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. Тел. 8(812)311-99-01; e-mail: n.chikida@vir.nw.ru
Бадаева Екатерина Дмитриевна — докт. биол. наук, вед. науч. сотр., Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН. Тел. 8(499)135-04-60; e-mail: katerinabadaeva@gmail.com
Пухальский Виталий Анатольевич — докт. биол. наук, гл. науч. сотр., Учреждение Российской академии наук Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН. Тел. 8(499)135-42-07; e-mail: pukhalsk@vigg.ru
