Анализ вариабельности участков trnH–psbA, trnY–trnT И rpoB–trnC хлоропластного генома у представителей рода Pisum L. (Триба Fabeae)

Обложка
  • Авторы: Дьяченко Е.А.1, Семенова Е.В.2, Кочиева Е.З.1
  • Учреждения:
    1. Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук
    2. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова»
  • Выпуск: Том 18, № 4 (2020)
  • Страницы: 445-456
  • Раздел: Генетические основы эволюции экосистем
  • URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/33959
  • DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen33959
  • ID: 33959

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Хлоропластный геном растений консервативен по структуре, но достаточно полиморфен по нуклеотидному составу, в связи с чем участки хпДНК часто используются в таксономических и филогенетических исследованиях. Несмотря на повсеместное распространение и широкое использование представителей трибы Fabeae, и в первую очередь гороха (род Pisum), данные о внутривидовом разнообразии отдельных участков хпДНК ограничены. Целью работы являлся анализ внутривидовой вариабельности трех участков пластидного генома у видов Pisum. В результате работы были секвенированы участок trnY–trnT и межгенные спейсеры trnH–psbA, и rpoB–trnC у 38 образцов рода Pisum и близких видов трибы Fabeae. Несмотря на то что выбранные участки хпДНК в целом считаются достаточно вариабельными у растений и часто используются для филогенетических исследований, у представителей рода Pisum не было выявлено внутривидовых различий в двух из трех анализируемых участках. Всего у образцов Pisum было выявлено 97 SNPs, из них 7 были между видами P. sativum и P. fulvum. Наиболее вариабельным из анализируемых участков оказался межгенный спейсер rpoB–trnC, который у P. sativum был представлен 17 гаплотипами, P. fulvum — четырьмя. По результатам анализа трех участков хпДНК был проведен филогенетический анализ. Образец Vavilovia formosa формировал отдельную от образцов гороха ветвь. Представители рода Pisum формировали единый кластер, который включал отдельные подкластеры видов P. sativum и P. fulvum (индекс бутстрепа (ИБ) = 99 %).

Об авторах

Елена Андреевна Дьяченко

Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: dyachenko-el@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0570-9751
SPIN-код: 4525-9700

канд. биол. наук, научный сотрудник лаборатории системной биологии растений

Россия, Москва

Елена Викторовна Семенова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова»

Email: e.semenova@vir.nw.ru
ORCID iD: 0000-0002-2637-1091
SPIN-код: 4667-9935

канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник отдела генетических ресурсов зернобобовых культур

Россия, Санкт-Петербург

Елена Зауровна Кочиева

Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук

Email: ekochieva@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6091-0765

д-р биол. наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории системной биологии растений

Россия, Москва

Список литературы

  1. Davis CC, Anderson WR, Donoghue MJ. Phylogeny Malpighiaceae: Evidence from chloroplast ndhF and trnL-F nucleotide sequences. Am J Bot. 2001;88(10):1830-1846. https://doi.org/10.2307/3558360.
  2. Borsch T, Quandt D. Mutational dynamics and phylogenetic utility of noncoding chloroplast DNA. Plant Syst Evol. 2009;282(3-4):169-199. https://doi.org/10.1007/s00606-009-0210-8.
  3. Feldberg K, Vána J, Krusche J, et al. A phylogeny of Cephaloziaceae (Jungermanniopsida) based on nuclear and chloroplast DNA markers. Org Divers Evol. 2016;16(4):727-742. https://doi.org/10.1007/s13127-016-0284-4.
  4. Palmer J, Jorgensen R, Thompson W. Chloroplast DNA variation and evolution in pisum: patterns of change and phylogenetic analysis. Genetics. 1985;109(1):195-213.
  5. Kim KJ, Lee HL. Complete chloroplast genome sequences from Korean ginseng (Panax schinseng Nees) and comparative analysis of sequence evolution among 17 vascular plants. DNA Res. 2004;11(4):247-261. https://doi.org/10.1093/dnares/11.4.247.
  6. Jansen R, Cai Z, Raubeson L, et al. Analysis of 81 genes from 64 plastid genomes resolves relationships in angiosperms and identifies genome-scale evolutionary patterns. Proc Natl Acad Sci USA. 2007;104(49):19369-19374. https://doi.org/10.1073/pnas.0709121104.
  7. Magee A, Aspinall S, Rice D, et al. Localized hypermutation and associated gene losses in legume chloroplast genomes. Genome Res. 2010;20(12):1700-1710. https://doi.org/ 10.1101/gr.111955.110.
  8. Jansen RK, Wojciechowski MF, Sanniyasi E, et al. Complete plastid genome sequence of the chickpea (Cicer arietinum) and the phylogenetic distribution of rps12 and clpP intron losses among legumes (Leguminosae). Mol Phylogenet Evol. 2008;48(3):1204-1217. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2008.06.013.
  9. Sabir J, Schwarz E, Ellison N, et al. Evolutionary and biotechnology implications of plastid genome variation in the inverted-repeat-lacking clade of legumes. Plant Biotechnology J. 2014;12(6):743-754. https://doi.org/10.1111/pbi.12179.
  10. Wu CS, Chaw SM. Large-Scale Comparative analysis reveals the mechanisms driving plastomic compaction, reduction, and inversions in conifers II (Cupressophytes). Genome Biol Evol. 2016;8(12):3740-3750. https://doi.org/10.1093/gbe/evw278.
  11. Sveinsson S, Cronk Q. Conserved gene clusters in the scrambled plastomes of IRLC legumes (Fabaceae: Trifolieae and Fabeae). bioRxiv. 2016;040188. https://doi.org/10.1101/040188.
  12. Вишнякова М.А., Бурляева М.О., Алпатьева Н.В., Чесноков Ю.В. RAPD анализ видового полиморфизма рода чина Lathyrus L. семейства Fabaceae Lindl // Информационный вестник ВОГиС. – 2008. – T. 12. – № 4. – С. 595-607. [Vishnyakova MA, Burlyaeva MO, Alpatieva NV, Chesnokov YuV. RAPD-analysis of intrageneric polymorphism in Lathyrus L. from Fabaceae Lindl. Informatsionnyi vestnik VOGiS. 2008;12(4):595-607. (In Russ.)]
  13. Говоров Л.И. Горох // Культурная флора СССР. Т. 4. Зерновые бобовые / Под ред. Н.И. Вавилова, Е.В. Вульф. – М.-Л.: Гос. изд. совхозной и колхозной лит-ры, 1937. – 680 с. [Govorov LI. Gorokh. Kulturnaya flora SSSR. Vol. 4. Zernovye bobovye. Ed. by N.I. Vavilov, E.V. Vul’f. Moscow-Leningrad: State ed. state farm and collective farm literature; 1937. 680 р. (In Russ.)]
  14. Oskoueiyan R, Kazempour OS, Maassoumi AA, et al. Phylogenetic status of Vavilovia formosa (Fabaceae-Fabeae) based on nrDNA ITS and cpDNA sequences. Biochem Syst Ecol. 2010;38(3):313-319. https://doi.org/10.1016/j.bse.2010.01.011.
  15. Schaefer H, Hechenleitner P, Santos-Guerra A, et al. Systematics, biogeography, and character evolution of the legume tribe Fabeae with special focus on the middle-Atlantic island lineages. BMC Evol Biol. 2012;12:250. https://doi.org/10.1186/1471-2148-12-250.
  16. Mikič A, Smýkal P, Kenicer G, et al. The bicentenary of the research on ‘beautiful’ vavilovia (Vavilovia formosa), a legume crop wild relative with taxonomic and agronomic potential. Bot J Linn Soc. 2013;172(4):524-531. https://doi.org/10.1111/boj.12060.
  17. Coulot P, Rabaute P. Monographie de Leguminosae de France. 4. Tribus des Fabeae, des Cicereae et des Genisteae. Bulletin de la Société Botanique du Centre-Ouest. 2016;46:1-902.
  18. Li C, Zhao Y, Huang H, et al. The complete chloroplast genome of an inverted-repeat-lacking species, Vicia sepium, and its phylogeny. Mitochondrial DNA. 2018;3(1):137-138. https://doi.org/10.1080/23802359.2018.1431071.
  19. Макашева Р.Х. Культурная флора СССР. Т. 4. Зерновые бобовые культуры. Ч. 1. Горох / Под ред. Д.Д. Брежнева, О.Н. Коровиной. – Л.: Колос, 1979. – 324 с. [Makasheva RKh. Kul’turnaya flora SSSR Vol. 4. Zernovye bobovye kul’tury. Ch. 1. Gorokh. Ed. by D.D. Brezhnev, O.N. Korovina. Leningrad: Kolos; 1979. 324 р. (In Russ.)]
  20. Maxted N, Ambrose M. Peas (Pisum L.). In: Maxted N, Bennett SJ, eds. Plant genetic resources of Legumes in the Mediterranean. Kluwer Acad., Dordrecht: Current plant science and biotechnology in agriculture; 2001. Р. 181-190. https://doi.org/10.1007/978-94-015-9823-1_10.
  21. Kosterin OE, Zaytseva OO, Bogdanova VS, Ambrose MJ. New data on three molecular markers from different cellular genomes in Mediterranean accessions reveal new insights into phylogeography of Pisum sativum L. sbsp. elatius (Bieb.) Schmalh. Genet Resour Crop Evol. 2010;57(5):733-739. https://doi.org/10.1007/s10722-009-9511-6.
  22. Zaytseva OO, Gunbin KV, Mglinets AV, Kosterin OE. Divergence and population traits in evolution of the genus Pisum L. as reconstructed using genes of two histone H1 subtypes showing different phylogenetic resolution. Gene. 2015;556(2):235-244. https://doi.org/10.1016/j.gene.2014.11.062.
  23. Vershinin AV, Allnutt TR, Knox MR, et al. Transposable elements reveal the impact of introgression, rather than transposition, in Pisum diversity, evolution, and domestication. Mol Biol Evol. 2003;20(12):2067-2075. https://doi.org/10.1093/molbev/msg220.
  24. Jing R, Vershinin A, Grzebyta J, et al. The genetic diversity and evolution of field pea (Pisum) studied by high throughput retrotransposon based insertion polymorphism (RBIP) marker analysis. BMC Evol Biol. 2010;10(1):44. https://doi.org/10.1186/1471-2148-10-44.
  25. Jing R, Ambrose MA, Knox MR, et al. Genetic diversity in European Pisum germplasm collections. Theor App Genet. 2012;125(2):367-380. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1839-1.
  26. Cupic T, Tucak M, Popovic S, et al. Genetic diversity of pea (Pisum sativum L.) genotypes assessed by pedigree, morphological and molecular data. J Food Agric Environ. 2009;7(3-4): 343-348. https://doi.org/10.1234/4.2009.2572.
  27. Pavan S, Schiavulli A, Appiano M, et al. Pea powdery mildew er1 resistance is associated to loss-of-function mutations at a MLO homologous locus. Theor Appl Genet. 2011;123(8): 1425-1431. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1677-6.
  28. Дьяченко Е.А., Рыжова Н.Н., Вишнякова М.А., Кочиева Е.З. Молекулярно-генетическое разнообразие гороха (Pisum sativum L.) из коллекции ВИР на основе данных AFLP-анализа // Генетика. – 2014. – Т. 50. – № 9. – С. 1040–1049. [Dyachenko EA, Ryzhova NN, Vishnyakova MA, Kochieva EZ. Molecular genetic diversity of the Pea (Pisum sativum L.) from the Vavilov Research Institute collection detected by the AFLP analysis. Russ J Genet. 2014;50(9): 1040-1049. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/s1022795414090045.
  29. Wojciechowski MF, Sanderson MJ, Steele KP, Liston A. Molecular phylogeny of the “temperate herbaceous tribes” of papilionoid legumes: a supertree approach. In: Herendeen P, Bruneau A, eds. Advances in Legume Systematics 9. Royal Botanic Garden, Kew; 2000. Р. 277-298.
  30. Zaytseva OO, Bogdanova VS, Mglinets AV, Kosterin OE. Refinement of the collection of wild peas (Pisum L.) and search for the area of pea domestication with a deletion in the plastidic psbA-trnH spacer. Genet Resour Crop Evol. 2017;64(6):1417-1430. https://doi.org/ 10.1007/s10722-016-0446-4.
  31. Oskoueiyan R, Osaloo SK, Amirahmadi A. Molecular phylogeny of the genus Lathyrus (Fabaceae-Fabeae) based on cpDNA matK sequence in Iran. Iran J Biotechnol. 2014;12(2):e10315. https://doi.org/10.5812/ijb.10315.
  32. Bogdanova VS, Zaytseva OO, Mglinets AV, et al. Nuclear-cytoplasmic conflict in pea (Pisum sativum L.) is associated with nuclear and plastidic candidate genes encoding Acetyl-CoA carboxylase subunits. PLoS One. 2015;10(3): e0119835. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0119835.
  33. Gao L, Zhou Y, Wang ZW, et al. Evolution of the rpoB-psbZ region in fern plastid genomes: notable structural rearrangements and highly variable intergenic spacers. BMC Plant Biol. 2011;11(1):64. https://doi.org/10.1186/1471-2229-11-64.
  34. Bieniek W, Mizianty M, Szklarczyk M. Sequence variation at the three chloroplast loci (matK, rbcL, trnH-psbA) in the Triticeae tribe (Poaceae): comments on the relationships and utility in DNA barcoding of selected species. Plant Syst Evol. 2015;301(4):1275-1286. https://doi.org/10.1007/s00606-014-1138-1.
  35. Shaw J, Lickey E, Beck JT, et al. The tortoise and the hare II: relative utility of 21 noncoding chloroplast DNA sequences for phylogenetic analysis. Am J Bot. 2005;92(1):142-166. https://doi.org/10.3732/ajb.92.1.142.
  36. Kumar S, Stecher G, Tamura K. MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol Biol Evol. 2016;33(7): 1870-1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054.
  37. Kenicer GJ, Kajita T, Pennington RT, Murata J. Systematics, biogeography of Lathyrus (Leguminosae) based on internal transcribed spacer, cpDNA sequence data. Am J Bot. 2005;92(7): 1199-1209. https://doi.org/10.3732/ajb.92.7. 1199.
  38. Zaytseva OO, Bogdanova VS, Kosterin OE. Phylogenetic reconstruction at the species and intraspecies levels in the genus Pisum (L.) (Peas) using a histone H1 gene. Gene. 2012;504(2):192-202. https://doi.org/10.1016/j.gene.2012.05.026.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Выявленные гаплотипы в последовательности rpoB–trnC у видов гороха P. sativum (Ps) (а) и P. fulvum (Pf) (b). EL — образцы P. sativum subsp. elatius; T — образцы P. sativum subsp. transcaucasicum

Скачать (369KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дендрограмма генетического сходства 38 образцов рода Pisum и видов родов Lathyrus и Vavilovia трибы Fabeae на основании суммарной последовательности анализируемых участков хлоропластного генома (trnH–psbA, trnY–trnT, rpoB–trnC) (метод ML, модель T92+G)

Скачать (177KB)
Метаданные

© ООО "Эко-вектор", 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах