ФІЛОГЕНЕТИЧНА СПОРІДНЕНІСТЬ УКРАЇНСЬКИХ ЗРАЗКІВ ЧИНИ РЯБОЇ (LATHYRUS VENETUS (MILL.) WOHLF.) ТА ЧИНИ ВЕСНЯНОЇ (L. VERNUS (L.) BERNH.) ЗА ДАНИМИ АНАЛІЗУ ДІЛЯНКИ ХЛОРОПЛАСТНОГО ГЕНОМУ psbA-trnH
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2022.01.039Ключові слова:
psbA-trnH, ДНК-баркодінг, Lathyrus, гібридизаціяАнотація
Представник роду Lathyrus чина ряба (L. venetus) занесена до Червоної книги України у статусі вразливого виду. Аналіз чисельності чини рябої ускладнюється розповсюдженістю гібридних форм цього виду з іншим українським представником роду Lathyrus – чиною весняною (L. vernus). Такі гібридні популяції часто помилково визначаються як популяції чини рябої, завдяки їх морфологічній подібності. Для вивчення генетичних ресурсів чини рябої необхідне використання молекулярних маркерів, як ядерної (безпосередньо для ідентифікації гібридних форм), так і пластидної (для визначення напрямку гібридизації) локалізації. Одним із найбільш перспективних маркерів на основі хлоропластної ДНК є IGS між генами psbA-trnH, який досі не був просиквенований для L. venetus та L. vernus. Отже, в цій роботі ми вивчили можливість використання ділянки хлоропластного геному psbA-trnH для ідентифікації батьківських форм гібридів між L. venetus та L. vernus. Ми ампліфікували та сиквенували послідовності psbA-trnH для зразків L. venetus та L. vernus зібраних на території України. Для порівняння були використанні послідовності psbA-trnH з бази даних GenBank, які представляють види з філогенетично віддалених секцій роду Lathyrus, а також, споріднені до L. venetus та L. vernus види секції Orobus. На основі аналізу вирівнювання всіх використаних в роботі послідовностей було показано, що рівень мінливості psbA-trnH перевищує такий для інших ділянок хлоропластної ДНК, які використовувались у філогенетичних дослідженнях роду Lathyrus. На побудованому нами філогенетичному дереві рід Lathyrus з високою статистичною підтримкою утворює монофілетичну групу. Порівняння сиквенованих послідовностей IGS psbA-trnH показало наявність значних відмінностей між IGS psbA-trnH чини рябої та весняної та підтвердило ефективність використання цієї ділянки для молекулярної ідентифікації цих видів та для визначення напрямку гібридизації у підтверджених гібридних форм.
Посилання
Anisimova M, and Gascuel O. Approximate likelihood-ratio test for branches: a fast, accurate, and powerful alternative. Systematic Biology. 2006; 55: 539-552. doi:10.1080/10635150600755453
Boratyn GM, Camacho C, Cooper PS, Coulouris G, Fong A, Ma N, et al. BLAST: a more efficient report with usa-bility improvements. Nucleic Acids Research. 2013; 41(W1): W29–33. doi.org:10.1093/nar/gkt282
Bruyns P.V., Mapaya R.J., Hedderson T.J. A new subge-neric classification for Euphorbia (Euphorbiaceae) in southern Africa based on ITS and psbA-trnH sequence data. Taxon. 2006; 55(2): 397-420. doi:10.2307/25065587
Castro C, Hernandez A, Alvarado L, Flores D. DNA bar-codes in fig cultivars (Ficus carica L.) Using ITS regions of ribosomal DNA, the psbA-trnH spacer and the matK coding sequence. American Journal of Plant Sciences. 2015; 06(01): 95–102. doi:10.4236/ajps.2015.61011
Chubukova OV, Baymiev AlKh, Baymiev AnKh. Poly-morphism of lectin genes in Lathyrus plants. Russian Journal of Genetics. 2011; 47(7): 813–8. doi:10.1134/s1022795411070040.
Coissac E, Hollingsworth PM, Lavergne S, Taberlet P. From barcodes to genomes: extending the concept of DNA barcoding. Molecular Ecology. 2016; 25(7): 1423–8. doi:10.1111/mec.13549
Didukh, Y.P., Chervona knyha Ukrainy. Roslynnyi svit (Red Data Book of Ukraine. Plant Kingdom), Kyiv: Globalconsulting, 2009.
Fehrer J, Slavíková R, Paštová L, Josefiová J, Mráz P, Chrtek J, et al. Molecular Evolution and Organization of Ribosomal DNA in the Hawkweed Tribe Hieraciinae (Cichorieae, Asteraceae). Frontiers in Plant Science. 2021; 12. doi:10.3389/fpls.2021.647375
Frigerio J, Agostinetto G, Mezzasalma V, De Mattia F, Labra M, Bruno A. DNA-based herbal teas’ authentica-tion: AN ITS2 and psbA-trnH multi-marker DNA metabarcoding approach. Plants. 2021; 10(10): 2120. doi:10.3390/plants10102120.
Gao F. Faculty Opinions recommendation of MAFFT online service: multiple sequence alignment, interactive sequence choice and visualization. Faculty Opinions – Post-Publication Peer Review of the Biomedical Litera-ture. 2017; doi:10.3410/f.731078852.793536612
Grabiele M, Aguilera PM, Ducasse DA, Debat HJ. Mo-lecular characterization of the 5S rDNA non-transcribed spacer and reconstruction of phylogenetic relationships in Capsicum. Rodriguésia. 2021; 72. doi:10.1590/2175-7860202172071
Guindon S, Gascuel O. A simple, fast, and accurate algo-rithm to estimate large phylogenies by Maximum Likeli-hood. Systematic Biology. 2003; 52(5): 696–704. doi:10.1080/10635150390235520.
Intharuksa A, Sasaki Y, Ando H, Charoensup W, Suksa-than R, Kertsawang K, et al. The combination of ITS2 and psbA-trnH region is powerful DNA barcode markers for authentication of medicinal Terminalia plants from Thailand. Journal of Natural Medicines. 2019; 74(1): 282–93. doi:10.1007/s11418-019-01365-w.
Ishchenko OO, Mel’nyk VM, Parnikoza ІY, Budzhak VV, Panchuk ІІ, Kunakh VA, et al. Molecular organization of 5S ribosomal DNA and taxonomic status of Avenella flexuosa (L.) Drejer (Poaceae). Cytology and Genetics. 2020; 54(6): 505–13. doi:10.3103/s0095452720060055.
Katoh K, Rozewicki J, Yamada KD. MAFFT online ser-vice: multiple sequence alignment, interactive sequence choice and visualization. Briefings in Bioinformatics. 2017; 20(4): 1160–6. doi:10.1093/bib/bbx108
Kenicer GJ, Kajita T, Pennington RT, Murata J. Systemat-ics and biogeography of Lathyrus (Leguminosae) based on internal transcribed spacer and cpDNA sequence data. American Journal of Botany. 2005; 92(7): 1199–209. doi:10.3732/ajb.92.7.1199.
Kumar S, Stecher G, Li M, Knyaz C, Tamura K. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across Computing Platforms. Battistuzzi FU, editor. Molecular Biology and Evolution. 2018; 35(6): 1547–9. doi:10.1093/molbev/msy096
Letunic I, Bork P. Interactive Tree Of Life (iTOL) v5: an online tool for phylogenetic tree display and annotation. Nucleic Acids Research. 2021; 49(W1):W293–6. doi:10.1093/nar/gkab301.
Mel’nyk VM, Andreev IO, Myryuta GYu, Shelyfist AY, Volkov RA, Kunakh VA. Molecular organization of 5S rDNA intergenic spacer in Gentiana pneumonanthe L. and G. punctata L. Visnik ukrains’kogo tovaristva ge-netikiv i selekcioneri. 2021; 18(1–2): 9–15. doi:10.7124/visnyk.utgis.18.1-2.1349
Mienna IM, Speed JDM, Bendiksby M, Thornhill AH, Mishler BD, Martin MD. Differential patterns of floristic phylogenetic diversity across a post‐glacial landscape. Journal of Biogeography. 2019; 47(4): 915–26. doi:10.1111/jbi.13789
Neumann P, Pavlíková Z, Koblížková A, Fuková I, Jedličková V, Novák P, et al. Centromeres Off the Hook: massive changes in centromere size and structure follow-ing duplication of CenH3 gene in Fabeae species. Molec-ular Biology and Evolution. 2015; 32(7): 1862–79. doi:10.1093/molbev/msv070
Oskoueiyan R, Kazempour Osaloo S, Maassoumi AA, Nejadsattari T, Mozaffarian V. Phylogenetic status of Vavilovia formosa (Fabaceae-Fabeae) based on nrDNA ITS and cpDNA sequences. Biochemical Systematics and Ecology. 2010; 38(3): 313–9. doi:10.1016/j.bse.2010.01.011
Panchuk II, Volkov RA. Practical course in molecular genetics. Chernivtsi: Ruta. 2007; 120 p. [in Ukrainian] / Панчук І.І., Волков Р.А. Практикум з молекулярної генетики. Чернівці: Рута. 2007; 120 c.
Porebski S, Bailey LG, Baum BR. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant Mo-lecular Biology Reporter. 1997; 15(1): 8–15. doi:10.1007/bf02772108
Ren B, Xiang X, Chen Z. Species identification of Alnus (Betulaceae) using nrDNA and cpDNA genetic markers. Molecular Ecology Resources. 2010; 10(4): 594–605. doi:10.1111/j.1755-0998.2009.02815.x
Schaefer H, Hechenleitner P, Santos-Guerra A, de Sequei-ra MM, Pennington RT, Kenicer G, et al. Systematics, biogeography, and character evolution of the legume tribe Fabeae with special focus on the middle-Atlantic island lineages. BMC Evolutionary Biology. 2012; 12(1): 250. doi:10.1186/1471-2148-12-250
Senderowicz M, Nowak T, Weiss-Schneeweiss H, Papp L, Kolano B. Molecular and cytogenetic analysis of rDNA evolution in Crepis sensu lato. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(7): 3643. doi:10.3390/ijms23073643
Tynkevich YO, Biliay DV, Volkov RA. Utility of the trnH–psbA region for DNA barcoding of Aconitum anthora L. and related taxa. Faktori eksperimental’noi evolucii organizmiv. 2022; 31: 134–41. doi:10.7124/feeo.v31.1500
Tynkevich YO, Bushyla KD, Volkov RA. Organization of the 5S rDNA intergenic spacer of Quercus rubra L. and its relationship to the Ukrainian Quercus species. Faktori eksperimental’noi evolucii organizmiv. 2020; 26: 125–31. doi:10.7124/feeo.v26.1254
Tynkevich YO, Nevelska AO, Chorney II, Volkov RA. Organization and variability of the 5S rDNA intergenic spacer of Lathyrus venetus. Visnik ukrains’kogo tova-ristva genetikiv i selekcioneriv. 2015; 13(1): 81–7. doi:10.7124/visnyk.utgis.19.1-2.1439Acién Fernández FG, García Camacho F, Chisti Y. Photobioreactors: light regime, mass transfer, and scaleup. Progress in Industrial Microbiology. 1999; 35: 231–247.
