ГЕНЕТИЧНИЙ ПОЛІМОРФІЗМ ІНВАЗІЙНИХ РОСЛИН РОДУ REYNOUTRIA НА ОСНОВІ ISSR-МАРКЕРІВ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2025.01.022Ключові слова:
біологічне різноманіття, інвазійні види, , міжвидова гібридизація, молекулярні маркериАнотація
Представники роду Reynoutria Houtt. — одні з найагресивніших інвазійних рослин у світі. У Європі поширені два види, R. japonica Houtt. та R. sachalinensis (F.Schmidt) Nakai, а також їхній гібрид R. × bohemica Chrtek & Chrtková. Незважаючи на поширення на Європейському континенті єдиної клональної лінії R. japonica з чоловічою стерильністю, гібридизація із R. sachalinensis та поява форм з різною плоїдністю сприяють зростанню генетичного різноманіття, що сприяє подальшій інвазії. Дослідження генетичної структури цих видів для популяцій з території України досі не проводились. Отже, метою цієї роботи було дослідження генетичного поліморфізму та гібридизації для українських зразків роду Reynoutria. Для порівняння із українськими зразками у дослідження було залучено зразки з території Румунії та Німеччини. ISSR-маркери були обрані для дослідження зважаючи на їх універсальність та можливість оцінювати поліморфізм по геному в цілому. На основі аналізу ISSR-маркерів, з використанням філогенетичного аналізу та методу основних координат, було показано вищі значення генетичних дистанцій між зразками R. sachalinensis, порівняно із дистанціями між зразками R. japonica. Для зразків, морфологічно визначених як гібридний вид R. × bohemica, за допомогою ISSR-аналізу не була виявлена присутність генетичного матеріалу одного з батьківських видів - R. sachalinensis. Проте, ці зразки показали близьку спорідненість між собою, так само, як і за морфологічними ознаками. У більше, як половини зразків, морфологічно визначених як R. japonica, знайдено домішки в геномах генетичного матеріалу R. sachalinensis, яка коливалась від 8,3 % до 57,6 %, що вказує на значну поширеність інтрогресивної гібридизації між цими видами інвазійних рослин.
Посилання
1. Bailey, J. P., & Stace, C. A. (1992). Chromosome number, morphology, pairing, and DNA values of species and hybrids in the genus Fallopia (Polygonaceae). Plant Syst. Evol., 180(1), 29-52. https://doi.org/10.1007/BF00940396
2. Bailey, J. P., Bímová, K., & Mandák, B. (2009). Asexual spread versus sexual reproduction and evolution in Japanese Knotweed sl sets the stage for the “Battle of the Clones”. Biol. Invasions, 11, 1189-1203. https://doi.org/10.1007/s10530-008-9381-4
3. Bailey, J., & Wisskirchen, R. (2004). The distribution and origins of Faúopia × bohemica (Polygonaceae) in Europe. Nord. J. Bot., 24(2), 173-199. https://doi.org/10.1111/j.1756-1051.2004.tb00832
4. Desjardins, S. D., Pashley, C. H., Bailey, J. P. (2023). A taxonomic, cytological and genetic survey of Japanese knotweed s.l. in New Zealand indicates multiple secondary introductions from Europe and a direct introduction from Japan. NZ. J. Bot. 61, 49–66. https://doi.org/10.1080/0028825X.2023.2162166
5. Earl, D. A., & VonHoldt, B. M. (2012). STRUCTURE HARVESTER: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method. Conservation genetics resources, 4, 359-361. https://doi.org/10.1007/s12686-011-9548-7
6. Henderson, L., & Wilson, J. R. (2017). Changes in the composition and distribution of alien plants in South Africa: An update from the Southern African Plant Invaders Atlas. Bothalia-African Biodiversity & Conservation, 47(2), 1-26. https://doi.org/10.4102/abc.v47i2.2172
7. Hodalová, I., Mártonfiová, L., Skokanová, K., Španiel, S., & Meredá Jr, P. (2022). Fallopia × moravica (Polygonaceae), a new hybrid between Fallopia compacta and F. sachalinensis. Phytotaxa, 572(2), 123-143. https://doi.org/10.11646/phytotaxa.572.2.1
8. Hollingsworth, M. L., & Bailey, J. P. (2000). Evidence for massive clonal growth in the invasive weed Fallopia japonica (Japanese Knotweed). Bot. J. Linn. Soc., 133(4), 463-472. https://doi.org/10.1111/j.1095-8339.2000.tb01589.x
9. Ishchenko, O. O., Mel’nyk, V. M., Parnikoza, І. Y., Budzhak, V. V., Panchuk, І. І., Kunakh, V. A., & Volkov, R. A. (2020). Molecular organization of 5S ribosomal DNA and taxonomic status of Avenella flexuosa (L.) Drejer (Poaceae). Cytology and Genetics, 54, 505-513. https://doi.org/10.3103/S0095452720060055
10. Ivanovych, Y. I., Udovychenko, K. M., Bublyk, M. O., & Volkov, R. A. (2017). ISSR-PCR fingerprinting of Ukrainian sweet cherry (Prunus avium L.) cultivars. Cytol. Genet., 51, 40-47. https://doi.org/10.3103/s0095452717010066
11. Ivanovych, Y., & Volkov, R. (2018). Genetic relatedness of sweet cherry (Prunus avium L.) cultivars from Ukraine determined by microsatellite markers. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 93(1), 64-72. https://doi.org/10.1080/14620316.2017.1342568
12. Jugieau, E., Talmot, V., Staentzel, C., Noir, S., & Hardion, L. (2024). A knot of hybrids: Differentiating Asian knotweeds in North‐Eastern France using genetic, cytological, and morphological data. J. Syst. Evol., 62(6), 1218-1226. https://doi.org/10.1111/jse.13075
13. Kadlecová, M., Vojík, M., Vacula, J., & Berchová Bímová, K. (2024). Grab to fill the gap: key factors influencing Reynoutria japonica germination and seedling establishment in the secondary distribution range. Plant Ecology, 225(8), 863-873. https://doi.org/10.1007/s11258-024-01438-1
14. Lucardi, R. D., Wallace, L. E., & Ervin, G. N. (2020). Patterns of genetic diversity in highly invasive species: Cogongrass (Imperata cylindrica) expansion in the invaded range of the southern United States (US). Plants, 9(4), 423. https://doi.org/10.3390/plants9040423
15. Mereďa Jr, P., Koláriková, Z., & Hodálová, I. (2019). Cytological and morphological variation of Fallopia sect. Reynoutria taxa (Polygonaceae) in the Krivánska Malá Fatra Mountains (Slovakia). Biologia, 74(3), 215-236. https://doi.org/10.2478/s11756-018-00168-w
16. Miroshnyk, N., Grabovska, T., & Roubík, H. (2025). The spread of the invasive species Reynoutria japonica Houtt. will both expand and contract with climate change: results of climate modelling for 14 European countries. Pest Manag. Sci. https://doi.org/10.1002/ps.8732
17. Nei M, Li W (1979). Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proc Natl Acad Sci USA 76(10): 5269-5273. https://doi.org/10.1073/pnas.76.10.5269
18. Olshanskyi, I. G., & Antonenko, S. I. (2023). A new nomenclatural combination in Reynoutria (Polygonaceae). Ukr. Bot. J., 80(2), 133-135. https://doi.org/10.15407/ukrbotj80.02.133
19. Panchuk, I. I., & Volkov, R. A. (2007). A practical course in molecular genetics. [Praktykum z molekuliarnoi henetyky] Chernivtsi: Ruta. 120 p. [In Ukrainian]
20. Perrier, X., Flori, A., Bonnot, F. (2003) Data analysis methods in genetic diversity of cultivated tropical plants (pp. 43-76). Enfield: Science Publishers.
21. Perrier, X., Jacquemoud-Collet, J. P. (2006). DARwin software https://darwin.cirad.fr/.
22. 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
23. POWO Plants of the World Online. Facilitated by the Royal Botanic Gardens, Kew. 2025; Published on the Internet. http://www.plantsoftheworldonline.org/ Retrieved 3 May 2025.
24. Pritchard, J. K, Stephens, M, Donnelly, P (2000) Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155(2): 945-959. https://doi.org/10.1093/genetics/155.2.945
25. Reynoutria Houtt. in GBIF Secretariat. GBIF Backbone Taxonomy. Checklist dataset. accessed via GBIF org on 2025-05-03. https://doi.org/10.15468/39omei
26. Roshka, N, Tynkevich, Y. O., & Volkov, R. (2024). Use of ISSR markers in assessment of genetic diversity of Ukrainian representatives of the genus Heracleum. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems), 16(3), 266-273. [In Ukrainian]. https://doi.org/10.31861/biosystems2024.03.266
27. Rusak, O. O., Petrashchuk, V. I., Panchuk, I. I., & Volkov, R. A. (2016). Molecular organization of 5S rDNA in two Ukrainian populations of Sycamore (Acer pseudoplatanus). Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukr, 14(2), 216-220. [In Ukrainian]. https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.14.2.691
28. Saitou, N., & Nei, M. (1987). The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Molecular biology and evolution, 4(4), 406-425. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454
29. Shevera, M. V. (2017). Reynoutria × bohemica (Polygonaceae), a potentially invasive species of the Ukrainian flora. Ukr. Bot. J., 74(6), 548-555.
30. Tynkevich, Y. O., Bushyla, K. D., & Volkov, R. A. (2020). Organization of the 5S rDNA intergenic spacer of Quercus rubra L. and its relationship to the Ukrainian Quercus species. Factors Experimental Evol. Organisms, 26, 125-131. [In Ukrainian] https://doi.org/10.7124/FEEO.v26.1254
31. Tynkevich, Y. O., Yakobyshen, D. V., Cherkazianova, A. S., Shelyfist, A. Y., & Volkov, R. A. (2024). Intragenomic polymorphism of the ITS1-5.8S-ITS2 region in invasive species of the genus Reynoutria. Cytol. Genet., 58(6), 536-546. https://doi.org/10.3103/S0095452724060112
32. Tynkevich, Y. O., Cherkazianova, A. S., Chorney, I. I., Panchuk I. I., & Volkov, R. A. (2025). Genetic polymorphism of invasive species of knotweed (Reynoutria) assessed by the matK and rpl32-trnL (UAG) regions of chloroplastic DNA. Cytol. Genet., 59(3), 259-269. https://doi.org10.3103/S0095452725030089
33. Tynkevich, Y. O., Ivanovych, Y. I., Roshka, N. M., Tokaryuk, A. I., Blyzniuk, K. G., Shelyfist, A. Y., & Volkov, R. A. (2025). Genetic diversity of Ukrainian populations of invasive species of the genus Galinsoga assessed by ISSR-markers. Cytol Genet, 59(1), 11-23 https://doi.org/10.3103/S0095452725010141
34. WFO World Flora Online. 2023. Available from: http://www.worldfloraonline.org/ (accessed 5 May 2025).
35. Zhang, L., van Riemsdijk, I., Liu, M., Liao, Z., Cavé‐Radet, A., Bi, J. et al. (2024). Biogeography of a Global Plant Invader: From the Evolutionary History to Future Distributions. Glob. Change Biol., 30(12), e17622. https://doi.org/10.1111/gcb.17622
