ISSN 0564-3783  



Головна
Контакти
Архів  
Тематика журналу
Підписка
До уваги авторів
Редколегія
Мобільна версія


In English

Export citations
UNIMARC
BibTeX
RIS





Використання 5S рибосомної ДНК для молекулярної таксономії підтриби Loliinae (Poaceae)

Іщенко О.О., Беднарська І.О., Панчук І.І.

Оригінальна работа 




Рід Festuca L. (підтриба Loliinae), який налічує близько 500 видів, є одним з найбільших родів триби Poeae і поширений по всьому світу. Таксономія роду Festuca L. та підтриби Loliinae дотепер залишається предметом дискусій. З огляду на те, що порівняння послідовностей міжгенного спейсера у складі 5S рДНК (intergenic spacer, IGS) успішно застосовується для оцінки генетичних дистанцій між близькоспорідненими таксонами рослин, ми оцінили можливість його використання у вивченні філогенії підтриби Loliinae. Для цього ми клонували та сиквенували цю ділянку геному F. ovina (підрід Festuca) та F. carpatica (підрід Leucopoa) і порівняли їх з 5S рДНК Lolium perenne та інших представників триби Poeae. Встановлено, що в геномах F. ovina та F. carpatica присутні по одному структурному класу повторів 5S рДНК. Рівень подібності IGS двох досліджених видів Festuca становить 80,2–81,7 %, а цих видів та L. perenne – 62,5–70,1 %. Види родів Festuca та Lolium утворюють на філодендрограмі монофілетичну групу з високою статистичною підтримкою, що свідчить про їх походження від спільного предка. Висока швидкість еволюції IGS дозволяє використовувати цю ділянку ядерного геному у дослідженнях з молекулярної таксономії підтриби Loliinae.

Ключові слова: міжгенний спейсер 5S рДНК, молекулярна еволюція, таксономія та філогеографія, Lolium, Festuca, Poeae

Цитологія і генетика 2021, том 55, № 1, C. 13-22

  1. Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, вул. Коцюбинського, 2, Чернівці, 58012, Україна
  2. Інститут екології Карпат, Національна академія наук України, вул. Козельницька, 4, Львів, 79026, Україна

E-mail: i.panchuk chnu.edu.ua

Іщенко О.О., Беднарська І.О., Панчук І.І. Використання 5S рибосомної ДНК для молекулярної таксономії підтриби Loliinae (Poaceae), Цитологія і генетика., 2021, том 55, № 1, C. 13-22.

В "Cytology and Genetics". Якщо тільки можливо, цитуйте статтю по нашій англомовній версії:
O. O. Ishchenko, I. O. Bednarska & І. І. Panchuk Application of 5S Ribosomal DNA for Molecular Taxonomy of Subtribe Loliinae (Poaceae), Cytol Genet., 2021, vol. 55, no. 1, pp. 10–18
DOI: 10.3103/S0095452721010096


Посилання

1. Andreev, I.O., Spiridonova, E.V., Kyryachenko, S.S., et al., Population-genetic analysis of Deschampsia antarctica from two regions of Maritime Antarctica, Moscow Univ. Biol. Sci. Bull., 2010, vol. 65, no. 4, pp. 208–210. https://doi.org/10.3103/S0096392510040243

2. Barberá, P., Soreng, R.J., Peterson, P.M., et al., Molecular phylogenetic analysis resolves Trisetum (Poaceae: Pooideae: Koeleriinae) polyphyletic: evidence for a new genus, Sibirotrisetum and resurrection of Acrospelion, J. Syst. Evol., 2019, vol. 58, pp. 517–526.https://doi.org/10.1111/jse.12523

3. Baum, B.R. and Johnson, D.A., Lophopyrum Á. Löve (1980), Thinopyrum Á. Löve (1980), Trichopyrum Á. Löve (1986): one, two or three genera? A study based on the nuclear 5S DNA, Genet. Resour. Crop. Evol., 1986, vol. 65, pp. 161–186. https://doi.org/10.1007/s10722-017-0519-z

4. Catalán, P., Torrecilla, P., and Olmstead, R.G., Phylogeny of the festucoid grasses of subtribe Loliinae and allies (Poeae, Pooideae) inferred from ITS and trnL-F sequences, Mol. Phylogenet. Evol., 2004, vol. 31, pp. 517–542.https://doi.org/10.1016/j.ympev.2003.08.025

5. Catalán, P., Torrecilla, P., Lypez-Rodríguez, J.A., et al., A systematic approach to subtribe Loliinae (Poaceae: Pooideae) based on phylogenetic evidence, Aliso, 2007, vol. 23, no. 1, pp. 380–405. https://doi.org/10.5642/aliso.20072301.31

6. Cheng, Y., Zhou, K., Humphreys, M.W., et al., Phylogenetic relationships in the Festuca-Lolium complex (Loliinae; Poaceae): new insights from chloroplast sequences, Front. Ecol. Evol., 2016, vol. 4, p. 89. https://doi.org/10.3389/fevo.2016.00089

7. Clayton, W.D. and Renvoize, S.A., Genera Graminum, in Grasses of the World, Kew Bull. Add. Ser., 1986, vol. 13, pp. 1–389.

8. Cloix, C., Tutois, S., Mathieu, O., et al., Analysis of 5S rDNA arrays in Arabidopsis thaliana: physical mapping and chromosome-specific polymorphisms, Genome Res., 2000, vol. 10, no. 5, pp. 679–690. https://doi.org/10.1101/gr.10.5.679

9. Darbyshire, S.J., Realignment of Festuca subgenus Schedonorus with the genus Lolium (Poaceae), Novon, 1993, vol. 3, pp. 239–343.

10. Davis, J.I. and Soreng, R.J., A preliminary phylogenetic analysis of the grass subfamily Pooideae (Poaceae), with attention to structural features of the plastid and nuclear genomes, including an intron loss in GBSSI, Aliso, 2007, vol. 23, pp. 335—348.

11. Devesa, J.A., Catalán P, Muller, J., et al., Checklist de Festuca L. (Poaceae) en la Península Ibérica, Lagascalia, 2013, vol. 33, no. 1, pp. 183–274.

12. Duvall, M.R., Burke, S.V., and Clark, D.C., Plastome phylogenomics of Poaceae: alternate topologies depend on alignment gaps, Bot. J. Linn. Soc., 2020, vol. 192, no. 1, pp. 9–20. https://doi.org/10.1093/botlinnean/boz060

13. Edgar, R.C., MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput, Nucleic Acids Res., 2004, vol. 32, no. 5, pp. 1792–1797. https://doi.org/10.1093/nar/gkh340

14. Foggi, B., Scholz, H., and Valdés, B., The Euro Med treatment of Festuca (Gramineae)—new names and new combinations in Festuca and allied genera, Willdenowia, 2005, vol. 35, no. 2, pp. 241–244.https://doi.org/10.3372/wi.35.35202

15. Garcia, S., Garnatje, T., and Kovarik, A., Plant rDNA database: ribosomal DNA loci information goes online, Chromosoma, 2012, vol. 121, no. 4, pp. 389–394. https://doi.org/10.1007/s00412-012-0368-7

16. Garcia, S., Wendel, J.F., Borowska-Zuchowska, N., et al., The utility of graph clustering of 5S ribosomal DNA homoeologs in plant allopolyploids, homoploid hybrids, and cryptic introgressants, Front. Plant Sci., 2020, vol. 11, p. 41. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00041

17. Gaut, B.S., Tredway, L.P., Kubik, C., et al., Phylogenetic relationships and genetic diversity among members of the Festuca-Lolium complex (Poaceae) based on ITS sequence data, Plant Syst. Evol., 2000, vol. 224, pp. 33–53. https://doi.org/10.1007/BF00985265

18. Givnish, T.J., Ames, M., McNeal, J.R., et al., Assembling the tree of the monocotyledons: Plastome sequence phylogeny and evolution of Poales, Ann. Missouri Bot. Gard., 2010, vol. 97, no. 4, pp. 584–616. https://doi.org/10.3417/2010023

19. Hodkinson, T.R., Evolution and taxonomy of the grasses (Poaceae): a model family for the study of species-rich groups, Ann. Rev. Plant Biol., 2018, vol. 1, no. 1, pp. 255—294. https://doi.org/10.1002/9781119312994.apr0622

20. Inda, L.A., Sanmartín, I., Buerki, S., et al., Mediterranean origin and Miocene-Holocene Old World diversification of meadow fescues and ryegrasses (Festuca subgenus Schedonorus and Lolium), J. Biogeogr., 2014, vol. 41, no. 3, pp. 600–614. https://doi.org/10.1111/jbi.12211

21. Ishchenko, O.O., Panchuk, I.I., Andreev, I.O., et al., Molecular organization of 5S ribosomal DNA of Deschampsia antarctica, Cytol. Genet., 2018a, vol. 52, no. 6, pp. 416–421. https://doi.org/10.3103/S0095452719010146

22. Ishchenko, O.O., Derevenko, T.O., and Panchuk, I.I., 5S rDNA of Timothy-grass Phleum pratense L., Sci. Her. Chernivtsi Univ. Biol. (Biol. Systems), 2018b, vol. 10, no. 2, pp. 107–112. https://doi.org/10.3186l/biosystems2018.02.107

23. Ishchenko, O.O. and Panchuk, I.I., Molecular organization of 5S rDNA of perennial ryegrass Lolium perenne L., Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukr., 2018c, vol. 16, no. 2, pp. 166–173.https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.16.2.1054

24. Ishchenko, O.O., Mel’nyk, V.M., Parnikoza, I.Y., et al., Molecular organization of 5S ribosomal DNA and taxonomic status of Avenella flexuosa (L.) Drejer (Poaceae), Cytol. Genet., 2020, vol. 54, no. 6, pp. 505–513. https://doi.org/10.3103/S0095452720060055

25. Kolano, B.M., Cann, J., Oskedra, M., et al., Parental origin and genome evolution of several Eurasian hexaploid species of Chenopodium (Chenopodiaceae), Phytotaxa, 2019, vol. 392, no. 3, pp. 163–185. https://doi.org/10.11646/phytotaxa.392.3.1

26. Kopecký, D., Lukaszewski, A.J., and Doledžel, J., Cytogenetics of festulolium (Festuca x Lolium hybrids), Cytogen. Genom. Res., 2008, vol. 120, nos. 3–4, pp. 370–383. https://doi.org/10.1186/s12864-019-5766-2

27. Krawczyk, K., Nobis, M., Nowak, A., et al., Phylogenetic implications of nuclear rRNA IGS variation in Stipa L. (Poaceae), Sci. Rep., 2017, vol. 7, no. 1, pp. 1–11. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11804-x

28. Nani, T.F., Cenzi, G., Pereira, D.L., et al., Ribosomal DNA in diploid and polyploid Setaria (Poaceae) species: number and distribution, Comp. Cytogenet., 2015, vol. 9, no. 4, pp. 645–660. https://doi.org/10.3897/CompCytogen.v9i4.5456

29. Peng, Y.Y., Wei, Y.M., Baum, B.R., et al., Molecular diversity of the 5S rRNA gene and genomic relationships in the genus Avena (Poaceae: Aveneae), Genome, 2008, vol. 51, no. 2, pp. 137–154. https://doi.org/10.1139/G07-111

30. Peterson, P.M., Romaschenko, K., Arrieta, Y.H., et al., A molecular phylogeny of the subtribe Sporobolinae and a classification of the subfamily Chloridoideae (Poaceae), Mem. NY Bot. Gard., 2017, vol. 118, pp. 127–151. https://doi.org/10.21135/893275341.003

31. Porebski, S., Bailey, L.G., and Baum, B.R., Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components, Plant Mol. Biol. Rep., 1997, vol. 15, no. 1, pp. 8–15.https://doi.org/10.1007/BF02772108

32. Rodrigues, J., Viegas, W., and Silva, M., 45S rDNA external transcribed spacer organization reveals new phylogenetic relationships in Avena genus, PLoS One, 2017, vol. 12, no. 4, e0176l70. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176 170

33. Röser, M., Winterfeld, G., Grebenstein, B., et al., Molecular diversity and physical mapping of 5S rDNA in wild and cultivated oat grasses (Poaceae: Aveneae), Mol. Phylogen. Evol., 2001, vol. 21, no. 2, pp. 198–217. https://doi.org/10.1006/mpev.2001.1003

34. Saarela, J.M., Liu, Q., Peterson, P.M., et al., Phylogenetics of the grass ‘Aveneae-type plastid DNA clade’ (Poaceae: Pooideae, Poeae) based on plastid and nuclear ribosomal DNA sequence data, in Diversity, Phylogeny, and Evolution in the Monocotyledons, Aarhus: Aarhus Univ. Press, 2010.

35. Saini, A. and Jawali, N., Molecular evolution of 5S rDNA region in Vigna subgenus Ceratotropis and its phylogenetic implications, Plant Syst. Evol., 2009, vol. 280, nos. 3–4, pp. 187–206. https://doi.org/10.1007/s00606-009-0178-4

36. Sambrook, J., Fritsch, E., and Maniatis, T., Molecular Cloning, New York: Cold Spring Harbor Laboratory, 1989.

37. Scoppola, A., Cardoni, S., Pellegrino, M., et al., Genetic diversity and taxonomic issues in Gastridium P. Beauv (Poaceae) inferred from plastid and nuclear DNA sequence analysis, BioRxiv, 2019, 817965. https://doi.org/10.1101/817965

38. Shelyfist, A.Y., Tynkevich, Y.O., and Volkov, R.A., Molecular organization of 5S rDNA of Brunfelsia uniflora (Pohl.) D. Don, Bull. Vavilov. Soc. Genet. Breed. Ukr., 2018, vol. 16, no. l, pp. 6l–68. https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.16.1.903

39. Shelyfist, A.Y., Yakobyshen, D.V., and Volkov, R.A., Molecular structure of 5S rDNA of Mandragora autumnalis Bertol., Bull. Vavilov. Soc. Genet. Breed. Ukr., 2019, vol. 17, no. 2, pp. 187–195. https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.17.2.1220

40. Simeone, M.C., Cardoni, S., Piredda, R., et al., Comparative systematics and phylogeography of Quercus section Cerris in western Eurasia: inferences from plastid and nuclear DNA variation, Peer J., 2018, vol. 6, e5793. https://doi.org/10.7717/peerj.5793

41. Simon, L., Rabanal, F.A., Dubos, T., et al., Genetic and epigenetic variation in 5S ribosomal RNA genes reveals genome dynamics in Arabidopsis thaliana, Nucleic Acids Res., 2018, vol. 46, no. 6, pp. 3019–3033. https://doi.org/10.1093/nar/ gkyl63

42. Soreng, R.J., Davis, J.I., and Voionmaa, M.A., A phylogenetic analysis of Poaceae tribe Poeae sensu lato based on morphological characters and sequence data from three plastid-encoded genes: evidence for reticulation, and a new classification for the tribe, Kew Bull., 2007, vol. 62, no. 3, pp. 425–454.

43. Soreng, R.J., Peterson, P.M., Romschenko, K., et al., A worldwide phylogenetic classification of the Poaceae (Gramineae), J. Syst. Evol., 2015, vol. 53, no. 2, pp. 117–137. https://doi.org/10.1111/jse.12150

44. Stamatakis, A., RAxML Version 8: a tool for phylogenetic analysis and post-analysis of large phylogenies, Bioinformatics, 2014, vol. 30, no. 9, pp. 1312–1313. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu033

45. Thomas, H. and Humphreys, M.O., Progress and potential of interspecific hybrids of Lolium and Festuca, J. Agric. Sci., 1991, vol. 117, no. 1, pp. 1–8.

46. Thomas, H.M., Morgan, W.G., and Humphreys, M.W., Designing grasses with a future-combining the attributes of Lolium and Festuca, Euphytica, 2003, vol. 133, no. 1, pp. 19–26. https://doi.org/10.1023/A:1025694819031

47. Tkach, N., Schneider, J., Döring, E., et al., Phylogeny, morphology and the role of hybridization as driving force of evolution in grass tribes Aveneae and Poeae (Poaceae), BioRxiv, 2019, 707588. https://doi.org/10.1101/707588

48. Torrecilla, P. and Catalán, P., Phylogeny of broad-leaved and fine-leaved Festuca lineages (Poaceae) based on nuclear ITS sequences, Syst. Bot., 2002, vol. 27, no. 2, pp. 241–251. https://doi.org/10.1043/0363-6445-27.2.241

49. Tynkevich, Y.O. and Volkov, R.A., Structural organization of 5S ribosomal DNA in Rosa rugosa, Cytol. Genet., 2014, vol. 48, no. 1, pp. 1–6. https://doi.org/10.3103/S0095452714010095

50. Tynkevich, Y.O. and Volkov, R.A., 5S Ribosomal DNA of distantly related Quercus species: molecular organization and taxonomic application, Cytol. Genet., 2019, vol. 53, no. 6, pp. 459–466. https://doi.org/10.3103/S0095452719060100

51. Tynkevich, Y.O., Nevelska, A.O., et al., Organization and variability of the 5S rDNA intergenic spacer of Lathyrus venetus, Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukr., 2015, vol. 13, no. 1, pp. 81–87.

52. Vaio, M., Mazzella, C., et al., Effects of the diploidisation process upon the 5S and 35S rDNA sequences in the allopolyploid species of the Dilatata group of Paspalum (Poaceae, Paniceae), Austral. J. Bot., 2019, vol. 67, no. 7, pp. 521–530. https://doi.org/10.1071/BT18236

53. Volkov, A.R. and Panchuk, I.I., 5S rDNA of Dactylis glomerata (Poaceae): molecular organization and taxonomic application, Bull. Vavilov. Soc. Genet. Breed. Ukr., 2014, vol. 12, no. 1, pp. 3–11.

54. Volkov, R.A., Panchuk, I.I., et al., Plant rDNA: organization, evolution, and using, Cytol. Genet., 2003, vol. 37, no. 1, pp. 68–72.

55. Volkov, R.A., Kozeretska, I.A., Kyryachenko, S.S., et al., Molecular evolution and variability of ITS1 and ITS2 in populations of Deschampsia antarctica from two regions of the Maritime Antarctic, Polar Sci., 2010, vol. 4, no. 3, pp. 469–478. https://doi.org/10.1016/j.polar.2010.04.011

56. Wang, W., Chen, S., Guo, W., et al., Tropical plants evolve faster than their temperate relatives: a case from the bamboos (Poaceae: Bambusoideae) based on chloroplast genome data, Biotech. Biotech. Equip., 2020, vol. 34, no. 1, pp. 482–493. https://doi.org/10.1080/13102818.2020.1773312

57. Yamada, T., Festuca, in Wild Crop Relatives: Genomic and Breeding Resources, Kole, C., Ed., Berlin: Springer, 2011, pp. 153–164.

Copyright© ICBGE 2002-2021 Coded & Designed by Volodymyr Duplij Modified 16.10.21