ОЦІНКА МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ДІЛЯНКИ ХЛОРОПЛАС-ТНОГО ГЕНОМУ psbA-trnH ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЕНЕТИЧНОГО ПО-ЛІМОРФІЗМУ УКРАЇНСЬКИХ ПОПУЛЯЦІЙ MUSCARI BOTRYOIDES (L.) MILL.
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2022.02.124Keywords:
psbA-trnH, ДНК-баркодінг, MuscariAbstract
Рід Muscari представлений в Україні трьома видами. Один з них, M. botryoides, занесений в Червону книгу України. M. botryoides є морфологічно поліморфним видом, який протягом тривалого часу намагаються розділити на кілька окремих видів. Одним з аргументів на користь такого поділу є каріологічні відмінності між популяціями з різних частин ареалу. Зокрема, в Закарпатській області було знайдено диплоїдні популяції, на відміну від типових для цього виду тетраплоїдних. Проте, для підтвердження генетичного поліморфізму необхідно проведення молекулярно-генетичних досліджень. В цій роботі ми вивчили можливість використання ділянки хлоропластного геному psbA-trnH для ДНК-баркодінгу українських популяцій M. botryoides. Ми ампліфікували та сиквенували послідовності psbA-trnH для зразків M. botryoides з трьох різних, географічно віддалених українських популяцій та порівняли їх з наявними в базі даних GenBank послідовностями psbA-trnH для зразків M. botryoides з Південно-Західної Європи та M. armeniacum. На основі аналізу вирівнювання всіх використаних в роботі послідовностей встановлено, що дванадцять нуклеотидних замін на початку спейсера є наслідком однієї еволюційної події, інверсії ділянки, яка відповідає петлі (stem-loop region) в районі 3΄ UTR мРНК psbA. Уніфікація положення цієї інверсії призводить до значної зміни показника подібності. Крім цієї інсерції проаналізовані послідовності psbA-trnH відрізняються також однонуклеотиною заміною та двома інделами довжиною 1 нп та 7 нп. Інверсія та індел довжиною 7 нп є поліморфними на внутрішньовидовому рівні M. botryoides, що обмежує їх філогенетичне використання, проте, може бути корисним для мікроеволюційного аналізу. Так, всі три зразки M. botryoides з трьох різних областей Західної України відрізняються між собою за комбінацією цих ознак. Ці дані дають можливість говорити про наявність генетичного поліморфізму у представників українських популяцій M. botryoides.
References
Beam SC, VanGessel MJ, Vollmer KM, Flessner ML. Grape hyacinth [Muscari botryoides (L.) Mill] control in a wheat-soybean rotation. Weed Techn. 2019. 33(4): 578-585. doi: 10.1017/wet.2019.29
Boychuk S.V. Distribution of Muscari botryoides (Asparagaceae) in Ukraine. Biol. syst. 2019; 11(1): 81–86. doi:10.31861/biosystems2019.01.081
Boychuk SV, Budzhak VV. Intraspecific taxonomy of Muscari botryoides sl (Asparagaceae sl/Hyacinthaceae s. str.): history of research and synonymy. Ukr. Bot. J. 2021a, 78(6): 07-413. doi:10.15407/ukrbotj78.06.407
Boychuk SV, Budzhak VV. Modern views on phylogeny and systematic position of the genus Muscari (Aspara-gaceae) Miller. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems). 2020; 12(2): 312-318. doi: 10.31861/biosystems2020.02.312
Boychuk SV, Budzhak VV. Ontogenetic and vitality structure of Muscari botryoides (L.) Mill. (Asparagaceae Juss.) populations at the northeastern limit of its nature area. Chornomors’k. bot. z. 2021b; 17(2): 107–118. doi:10.32999/ksu1990-553X/2021-17-2-2
Bruni I, De Mattia F, Martellos S, et al. DNA barcoding as an effective tool in improving a digital plant identification system: a case study for the area of Mt. Valerio, Trieste (NE Italy). PLoS One. 2012; 7(9): e43256. doi:10.1371/journal.pone.0043256
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 YP, Chervona knyha Ukrainy. Roslynnyi svit (Red Data Book of Ukraine. Plant Kingdom), Kyiv: Globalconsulting, 2009.
Federici S, Fontana D, Galimberti A, et al. A rapid diag-nostic approach to identify poisonous plants using DNA barcoding data. Plant Biosyst. 2015; 149(3): 537-545. doi:10.1080/11263504.2014.941031
Grundmann M, Rumsey F J, Ansell SW, et al. Phylogeny and taxonomy of the bluebell genus Hyacinthoides, As-paragaceae [Hyacinthaceae]. Taxon. 2010; 59(1): 68-82. doi:10.1002/tax.591008
Intharuksa A, Sasaki Y, Ando H, et al. The combination of ITS2 and psbA-trnH region is powerful DNA barcode markers for authentication of medicinal Terminalia plants from Thailand. J. of Nat. Medicines. 2019; 74(1): 282–93. doi:10.1007/s11418-019-01365-w.
Kish R. Chromosome numbers of bulbous monocotyle-dons of the Transcarpathian flora (Ukraine). Thaiszia. 2016; 26(1): 21–26.
Kricsfalusy VV. Critical-systematic analysis of ephemeroid geophytes (Amaryllidales, Liliales) in the East Carpatian flora. Scient. Bul. Uzhhorod Univ. Ser. Biol. 1999; 6: 21–32.
Li YC, Korol AB. Fahima T, Beiles A, Nevo E. Microsatel-lites: genomic distribution, putative functions and muta-tional mechanisms: a review. Mol. Ecol. 2005; 11(12): 2453-2465. doi:10.1046/j.1365-294X.2002.01643.x
Onyshchenko VA, Mosyakin SL, Korotchenko IA, et al. IUCN Red List categories of vascular plant species of the Ukrainian flora. FOP Huliaeva V.M., Kyiv, 2022; 198 pp.
Panchuk II, Volkov RA. Practical course in molecular genetics. Chernivtsi: Ruta. 2007; 120 p.
Porebski S, Bailey LG, Baum BR. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant Mol. Biol. Rep. 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. Mol. Ecol. Res. 2010; 10(4): 594–605. doi:10.1111/j.1755-0998.2009.02815.x
Somlyay L, Pinter I, Csontos P. Taxonomic studies of the Muscari botryoides complex in Hungary. Folia Geobot. 2006. 41: 213–228.
Speta F. Muscari (subg. Leopoldia) Speta, spec. nova, im Kreise seiner nächsten Verwandten. Phyton. 1989; (29): 105-117.
Štorchová H, Olson MS. The architecture of the chloro-plast psbA-trnH non-coding region in angiosperms. Plant Syst. Evol. 2007; 268(1): 235-256.
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. 2022a; 31: 134–141. doi:10.7124/feeo.v31.1500
Tynkevich YO, Derevenko TO, Chorney II. 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 ge-nome. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems). 2022b; 14(1): 135–140. doi: 10.31861/biosystems2022.01.039
Tynkevich YO, Moysiyenko II, Volkov RA. 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. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2022c; in press
WCSP (n.d.). 2022. World checklist of selected plant fam-ilies published update. Facilitated by the Trustees of the Royal Botanic Gardens, Kew. http://apps.kew.org/wcsp/ (accessed 7 December 2022)
WFO World Flora Online. 2022. Available from: http://www.worldfloraonline.org/ (accessed 7 December 2022)
Whitlock BA, Hale AM, Groff PA. Intraspecific inversions pose a challenge for the trnH-psbA plant DNA barcode. PloS one. 2010; 5(7): e11533. doi:10.1371/journal.pone.0011533
Zúñiga JD, Gostel MR, Mulcahy DG, et al. Data release: DNA barcodes of plant species collected for the Global Genome Initiative for Gardens program, National Muse-um of Natural History, Smithsonian Institution. Phy-toKeys. 2017; (88): 119-122. doi:10.3897/phytokeys.88.14607
