ВИКОРИСТАННЯ ДІЛЯНКИ rpl32-trnL ХЛОРОПЛАСТНОГО ГЕНОМУ У МОЛЕКУЛЯРНІЙ ТАКСОНОМІЇ ВИДІВ РОДУ HERACLEUM
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2024.01.058Ключові слова:
біоінформатичний аналіз, генетичний поліморфізм, молекулярні маркери, молекулярна геноміка, міжгенний спейсер rpl32-trnL, міжвидова гібридизація, Heracleum, ApiaceaeАнотація
Інвазія чужорідних видів рослин протягом останніх десятирічь набула статусу однієї із найбільших загроз для біорізноманіття. Інвазійні рослини здатні не тільки витісняти місцеві види, а й трансформувати екосистеми, що призводить до більш глобальних негативних наслідків. Додатковою небезпекою є гібридизація інвазійних видів з близькоспорідненими аборигенними рослинами, яка може сприяти появі більш агресивних інвазійних форм. Територія України також активно колонізується чужорідними рослинами, серед яких особливу увагу привертає група гігантських борщівників (Heracleum, Apiaceae). Крім впливу на екосистеми ці рослини є небезпечними для людей, адже здатні викликати фотохімічні опіки при контакті зі шкірою. Для одного з видів цієї групи, а саме H. mantegazzianum Sommier & Levier, була показана можливість гібридизації із аборигенним європейським видом H. sphondylium L. Проте, як обидва батьківських види, так і потенційні гібридні форми з території України залишаються недослідженими з використанням молекулярно-генетичних методів. В цій роботі ми вперше ампліфікували та сиквенували спейсерну ділянку хлоропластного геному між генами rpl32 та trnL для зразків H. mantegazzianum і H. sphondylium. Отримані послідовності було порівняно між собою та із доступними в базі даних GenBank послідовностями rpl32-trnL для інших видів роду Heracleum. Філогенетичний аналіз показав, що використання ділянки rpl32-trnL дозволяє розділити всі види роду на дві основні групи, до одної з яких належать H. mantegazzianum та H. sphondylium. Таким чином, ділянка rpl32-trnL може бути успішно використана для молекулярної ідентифікації українських представників роду Heracleum, а також для визначення напрямку гібридизації для потенційних гібридних форм між інвазійним видом H. mantegazzianum та аборигеним представником української флори H. sphondylium.
Посилання
Anibaba, Q. A., Dyderski, M. K., & Jagodziński, A. M. (2022). Predicted range shifts of invasive giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) in Europe. Science of the Total Environment, 825, 154053. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154053
Bartz, R., & Kowarik, I. (2019). Assessing the environmental impacts of invasive alien plants: a review of assessment approaches. NeoBiota, 43, 69-99.
Bhowmik, P. C., & Chandran, R. S. (2015). Biology, ecology, distribution and current status of Heracleum mantegazzianum Sommier & Levier. J. Crop and Weed. 11, 1-17.
Chac, L. D., & Thinh, B. B. (2023). Species identification through DNA barcoding and its applications: A review. Biology Bulletin, 50(6), 1143-1156. https://doi.org/10.1134/S106235902360229X
Eidi, M., Ebadi, M. T., Falahati Anbaran, M., & Shojaeiyan, A. (2021). Phylogenetic relationships in the Heracleum sp. species complex from Iran by using nuclear ribosomal DNA (ITS) and rpl32-trnL. Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology), 34(3), 372-383.
Eviner, V. T., Garbach, K., Baty, J. H., & Hoskinson, S. A. (2012). Measuring the effects of invasive plants on ecosystem services: challenges and prospects. Invasive Plant Science and Management, 5(1), 125-136. https://doi.org/10.1614/IPSM-D-11-00095.1
Gioria, M., Hulme, P. E., Richardson, D. M., & Pyšek, P. (2023). Why are invasive plants successful? Annual Review of Plant Biology, 74(1), 635-670. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-070522-071021
Goncharenko, I., Koniakin, S., & Leshcheniuk, O. (2024). Giant hogweeds (and) in Ukraine: distribution, ecological and coenotical features. Folia Oecologica, 51(1), 93-107. https://doi.org/10.2478/foecol-2024-0010
Gruľová, D., Baranová, B., Eliašová, A., Brun, C., Fejér, J., Kron, I., ... & Sedlák, V. (2024). Does the invasive Heracleum mantegazzianum influence other species by allelopathy? Plants, 13(10), 1333. https://doi.org/10.3390/plants13101333
Gubar, L., & Koniakin, S. (2021). Populations of and (Apiaceae) in Kyiv (Ukraine). Folia Oecologica, 48(2), 215-228. https://doi.org/10.2478/foecol-2021-0022
Jahodová, Š., Trybush, S., Pyšek, P., Wade, M., & Karp, A. (2007). Invasive species of Heracleum in Europe: an insight into genetic relationships and invasion history. Diversity and Distributions, 13(1), 99-114. https://doi.org/10.1111/j.1366-9516.2006.00305.x
Le Roux, J., & Wieczorek, A. M. (2009). Molecular systematics and population genetics of biological invasions: towards a better understanding of invasive species management. Annals of Applied Biology, 154(1), 1-17. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2008.00280.x
Morris, A. B., & Shaw, J. (2018). Markers in time and space: a review of the last decade of plant phylogeographic approaches. Molecular Ecology, 27(10), 2317-2333. https://doi.org/10.1111/mec.14695
Ochsmann, J. (1996). Heracleum mantegazzianum Sommier & Levier (Apiaceae) in Deutschland Untersuchungen zur Biologie, Verbreitung, Morphologie und Taxonomie. Feddes Repertorium, 107(7), 557-595. https://doi.org/10.1002/fedr.19961070701
Palmer, J. D. (2019). Chloroplast DNA and phylogenetic relationships. DNA systematics, 63-80.
Panchuk, I. I., & Volkov, R. A. (2007). A practical course in molecular genetics. [Praktykum z molekuliarnoi henetyky] Chernivtsi: Ruta. 120 p. [In Ukrainian]
Porebski, S., Bailey, L. G., & Baum, B. R. (1997). Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant molecular biology reporter, 15, 8-15. https://doi.org/10.1007/BF02772108
Roman, M. G., Gangitano, D., & Houston, R. (2019). Characterization of new chloroplast markers to determine biogeographical origin and crop type of Cannabis sativa. International journal of legal medicine, 133(6), 1721-1732. https://doi.org/10.1007/s00414-019-02142-w
Shaw, J., Lickey, E. B., Schilling, E. E., & Small, R. L. (2007). Comparison of whole chloroplast genome sequences to choose noncoding regions for phylogenetic studies in angiosperms: the tortoise and the hare III. American journal of botany, 94(3), 275-288. doi.org/10.3732/ajb.94.3.275
Stewart, F., & Grace, J. (1984). An experimental study of hybridization between Heracleum mantegazzianum Somm. & Levier and H. sphondylium L. subsp. sphondylium (Umbelliferae). Watsonia, 15, 73-83.
Thompson, J. D., Higgins, D. G., & Gibson, T. J. (1994). CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice. Nucleic acids research, 22(22), 4673-4680. https://doi.org/10.1093/nar/22.22.4673
Tutin, T.G., & Davis, A. (1980). Umbellifers of the British isles. London, UK: Botanical Society of the British Isles.
Tynkevich, Y. O., Biliay, D. V., & Volkov, R. A. (2022). Utility of the trnH–psbA region for DNA barcoding of Aconitum anthora L. and related taxa. [Vykorystannia dilianky psbA-trnH dlia DNK-barkodynhu Aconitum anthora L. ta sporidnenykh taksoniv] Faktori eksperimental’noi evolucii organizmiv, 31, 134-41. [In Ukrainian]
Tynkevich, Y. O., Derevenko, T. O., & Chorney, I. I. (2022). Phylogenetic relationships of Ukrainian accessions of Lathyrus venetus (Mill.) Wohlf. and L. vernus (L.) Bernh. based on the analysis of the psbA-trnH region of the chloroplast genome. [Filohenetychna sporidnenist ukrainskykh zrazkiv Chyny riaboi (Lathyrus venetus (Mill.) Wohlf.) ta Chyny vesnianoi (L. vernus (l.) bernh.) za danymy analizu dilianky khloroplastnoho henomu psbA-trnH] Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems), 14(1), 135-140. [In Ukrainian]
Tynkevich, Y. O., Moysiyenko, I. I., & Volkov, R. A. (2022). The use of the intergenic spacer region psbA-trnH of the chloroplast genome for the analysis of the taxonomic position and genetic polymorphism of the Ukrainian populations of Tulipa quercetorum Klokov et Zoz. [Vykorystannia mizhhennoi speisernoi dilianky psbA-trnH khloroplastnoho henomu dlia analizu taksonomichnoho polozhennia ta henetychnoho polimorfizmu ukrainskykh populiatsii Tiulpanu dibrovnoho (Tulipa quercetorum Klokov et Zoz)]. Visnik ukrains’ kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv, 20, 1-2. [In Ukrainian]
Tynkevich, Y. O., Valin, M. O., & Volkov, R. A. (2022). Organization and polymorphism of the chloroplast genome region psbA-trnH in representatives of the Goniolimon Boiss. [Orhanizatsiia ta polimorfizm dilianky khloroplastnoho henomu psbA-trnH u predstavnykiv rodu Goniolimon Boiss.] Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems), 14(2), 137-142. [In Ukrainian]
Vijayan, K., & Tsou, C. H. (2010). DNA barcoding in plants: taxonomy in a new perspective. Current science, 1530-1541.
Weidenhamer, J. D., & Callaway, R. M. (2010). Direct and indirect effects of invasive plants on soil chemistry and ecosystem function. Journal of chemical ecology, 36, 59-69. https://doi.org/10.1007/s10886-009-9735-0
Weimarck, G., Stewart, F., & Grace, J. (1979). Morphometric and chromatographic variation and male meiosis in the hybrid Heracleum mantegazzianum x H. sphondylium (Apiaceae) and its parents. Hereditas, 91(1), 117-127. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1979.tb01651.x
Ya-Na, L. V., Chun-Yong, Y. A. N. G., Lin-Chun, S. H. I., Zhang, Z. L., An-Shun, X. U., Zhang, L. X., ... & Hai-Tao, L. I. (2020). Identification of medicinal plants within the Apocynaceae family using ITS2 and psbA-trnH barcodes. Chinese journal of natural medicines, 18(8), 594-605. https://doi.org/10.1016/S1875-5364(20)30071-6
Yao, H., Song, J. Y., Ma, X. Y., Liu, C., Li, Y., Xu, H. X., ... & Chen, S. L. (2009). Identification of Dendrobium species by a candidate DNA barcode sequence: the chloroplast psbA-trnH intergenic region. Planta medica, 75(06), 667-669. https://doi.org/10.1055/s-0029-1185385
Yu, Y., Downie, S. R., He, X., Deng, X., & Yan, L. (2011). Phylogeny and biogeography of Chinese Heracleum (Apiaceae tribe Tordylieae) with comments on their fruit morphology. Plant Systematics and Evolution, 296, 179-203. https://doi.org/10.1007/s00606-011-0486-3
