ДНК-аналіз багатовікових дерев Tilia Cordata L. за допомогою SSR-маркерів

S. Yu. Bilous, L. M. Prysiazhniuk

Анотація


Багатовікові дерева є не тільки пам’ятками природи, але й об’єктом біологічних, генетичних та екологічних досліджень. На території України найчисельнішою групою багатовікових дерев поряд із представниками роду Quercus L. є Tilia L. Проведення генетичного аналізу багатовікових дерев липи дозволить оцінити генетичний поліморфізм між різними представниками одного і того ж виду, здійснити пошуку еталонних співтовариств, й створити генетичні карти в межах певного виду.

ДНК маркерів, набули широкого поширення серед методів молекулярного ДНК-маркування, зокрема, SSR маркери.

Для оцінки поліморфізму Tilia cordata L.  використано 6 SSR маркерів (Tc5, Tc915, Tc920, Tc927, Tc937, Tc963).

Висвітлено основні етапи та результати ПЛР методики для проведення генетичного аналізу багатовікових лип за допомогою SSR маркерів, та визначення генетичного поліморфізму між ними. Розроблено власну універсальну SSR-ПЛР-тест систему для ДНК ідентифікації генотипів багатовікових лип.

За результатами SSR-генотипування отримано ДНК-профілі для 6 зразків історично цінних та багатовікових дерев Tilia cordata L. віком 400-1000 років. На основі даних мікросателлітного аналізу здійснено оцінку генетичних взаємозв’язків та рівня генетичного різноманіття  вибраних генотипів.

У результаті ПЛР отримали алелі очікуваних розмірів. Відповідно до розрахованого значення індексу поліморфності локуса (РІС), найбільш поліморфним виявився маркер Tc920 PIC становить 0,72, найнижче значення генетичних дистанцій (1,73).

За результатами досліджень 6 зразків липи дрібнолистої за SSR маркерами визначено молекулярно-генетичний поліморфізм у всіх досліджуваних зразках.

Проведений аналіз показав, що досліджувана вибірка харктеризувалась низьким рівнем генетичного поліморфізму, що може бути наслідком використання обмеженої кількості батьківських форм у селекційному процесі або генетично близьких форм.

Ключові слова: поліморфізм, Tilia cordata L., багатовікові дерева, ДНК-маркери


Повний текст:

PDF

Посилання


Barreneche, T., Bodenes, C., Lexer, C., Trontin, J. F., Fluch, S., Streiff, R., ... & Favre, J. M. (1998). A genetic linkage map of Quercus robur L. (pedunculate oak) based on RAPD, SCAR, microsatellite, minisatellite, isozyme and 5S rDNA markers. Theoretical and Applied Genetics, 97 (7), 1090-1103. https://doi.org/10.1007/s001220050996

Bilous, A., Matsala, M., Radchenko, V., Matiashuk, R., Boyko, S., & Bilous, S. (2019). Coarse Woody Debris in Mature Oak Stands of Ukraine: Carbon Stock and decomposition features. Forest Ideas, 25.1 (57), 196-219.

Chornobrov, O., Bilous, S., Chornobrov, O., & Manko, M. (2019). Peculiarities of morphogenesis of the endangered species of willow (Salix spp.) in vitro. Biologyja, 65 (1), 48-55. https://doi.org/10.6001/biologija.v65i1.3986

Chokheli, V., Kozlovsky, B., Sereda, M., Lysenko, V., Fesenko, I., Varduny, T., ... & Bondarenko, E. (2016). Preliminary comparative analysis of phenological varieties of Quercus robur by ISSR-markers. Journal of Botany. https://doi.org/10.1155/2016/7910451

Craciunesc, I., Ciocîrlan, E., Sofletea, N., & Curtu, A. L. (2011). Genetic diversity of pedunculate oak (Quercus robur L.) in Prejmer Natural Reserve. Bulletin of the Transilvania University of Brasov. Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, Series II, 4 (1), 15.

Cvrčková, H., Komárková, M., Trčková, O., & Máchová, P. (2018). Micropropagation of Tilia cordata Mill. and verification of genetic diversity of donor trees. Clonal Trees in the Bioeconomy Age: Opportunities and Challenges. The 5th International Conference (September 10-15, 2018), Coimbra, Portugal, 43-46.

Diniz-Filho, J. A. F., Soares, T. N., Lima, J. S., Dobrovolski, R., Landeiro, V. L., Telles, M. P. D. C., ... & Bini, L. M. (2013). Mantel test in population genetics. Genetics and molecular biology, 36 (4), 475-485. https://doi.org/10.1590/S1415-47572013000400002

Drozdov, V. I. (2010). Instructions for using the Statistica 6.0. [in Russian].

Erichsen, E. O., Wolff, K., & Hansen, O. K. (2019). Genetic and clonal structures of the tree species Tilia cordata mill. in remnants of ancient forests in Denmark. Population Ecology, 61 (3), 243-255. https://doi.org/10.1002/1438-390X.12002

Ermantraut, E. R., Prysiazhniuk, O. I., & Shevchenko, I. L. (2007). Statistical analysis of agronomic study data in the software suite Statistica 6.0. Kyiv [in Ukrainian].

Galkin, S. I., Dragan, N. V., & Doiko, N. M. (2013). Experience the conservation of ancient trees and historical compositions in arboretum Olexandria of the NAS of Ukraine. Plant Introduction, 4, 42-50 [in Ukrainian].

Hutchison, D. W., & Templeton, A. R. (1999). Correlation of pairwise genetic and geographic distance measures: inferring the relative influences of gene flow and drift on the distribution of genetic variability. Evolution, 53 (6), 1898-1914. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1999.tb04571.x

Kampfer, S., Lexer, C., Glossl, J., & Steinkellner, H. (1998). Brief report characterization of (GA) n microsatellite loci from Quercus robur. Hereditas, 129 (183), 1-86. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1998.00183.x

Klyachenko, O., & Prysiazhniuk, L. (2018). Polymorphism in sugar beet varieties and hybrids in cell selection for resistance to abiotic factors. The Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences, (6), 602. https://doi.org/10.15414/jmbfs.2018.7.6.602-606

Kushnir, А. I., & Vakulуk, I. I. (2018). Value of unique old trees - a natural monument. Biological Resources and Nature Managment, 10 (3-4), 176-182 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31548/bio2018.03.023

Lefèvre, F., Alia, R., Bakkebø Fjellstad, K., Graudal, L., Oggioni, S. D., Rusanen, M., Vendramin, G. G., & Bozzano, M. (2020). Dynamic conservation and utilization of forest tree genetic resources: indicators for in situ and ex situ genetic conservation and forest reproductive material. European Forest Genetic Resources Programme (EUFORGEN), European Forest Institute.

Legendre, P., & Fortin, M. J. (2010). Comparison of the Mantel test and alternative approaches for detecting complex multivariate relationships in the spatial analysis of genetic data. Molecular ecology resources, 10 (5), 831-844. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02866.x

Lobo, A., Hansen, O. K., Hansen, J. K., Erichsen, E. O., Jacobsen, B., & Kjær, E. D. (2018). Local adaptation through genetic differentiation in highly fragmented Tilia cordata populations. Ecology and evolution, 8 (12), 5968-5976. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02866.x

Logan, S. A., Phuekvilai, P., & Wolff, K. (2015). Ancient woodlands in the limelight: delineation and genetic structure of ancient woodland species Tilia cordata and Tilia platyphyllos (Tiliaceae) in the UK. Tree Genetics & Genomes, 11 (3), 52. https://doi.org/10.1007/s11295-015-0872-z

Masalskyi, V. P. (2015). Longevity and their preservation in Ukraine. Scientific journal of NULES of Ukraine. Series: Forestry and ornamental gardening, 229, 271-277 [in Ukrainian].

Mohammad-Panah, N., Shabanian, N., Khadivi, A., Rahmani, M. S., & Emami, A. (2017). Genetic structure of gall oak (Quercus infectoria) characterized by nuclear and chloroplast SSR markers. Tree Genetics & Genomes, 13 (3), 70. https://doi.org/10.1007/s11295-017-1146-8

Müller, M., & Gailing, O. (2018). Characterization of 20 new EST-SSR markers for northern red oak (Quercus rubra L.) and their transferability to Fagus sylvatica L. and six oak species of section Lobatae and Quercus. Annals of Forest Research, 61 (2), 211-222. https://doi:10.15287/afr.2018.1191

https://doi.org/10.15287/afr.2018.1191

Mylett, A. J. (2016). Genetic diversity and regenerative potential of Tilia cordata Miller in the Lincolnshire limewoods. (Doctoral dissertation, University of Lincoln).

Oleksiichenko, N., & Pidkhovna, S. (2018). The old-age trees of the parks-monuments as park and garden art objects a in Ternopil region. Proceedings of the forestry academy of sciences of Ukraine, 16, 41-49 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15421/411805

Phuekvilai, P., & Wolff, K. (2013). Characterization of microsatellite loci in Tilia platyphyllos (Malvaceae) and cross‐amplification in related species. Applications in plant sciences, 1 (4), 1200386. https://doi.org/10.3732/apps.1200386

Pohjanmies, T., Elshibli, S., Pulkkinen, P., Rusanen, M., Vakkari, P., Korpelainen, H., & Roslin, T. (2016). Fragmentation-related patterns of genetic differentiation in pedunculate oak (Quercus robur) at two hierarchical scales. https://doi.org/10.14214/sf.1510

Popovych, S. Yu., Stepanenko, N. P., Ustymenko, P. M., Diachenko Y. M., & Korinko, O. M. (2011). Dendrosozolohichnyi kataloh pryrodno-zapovidnoho fondu Lisostepu Ukrainy. NULES of Ukraine. Kyiv: Ahrar Media Hrup [in Ukrainian].

Popovych, S. Yu., Vlasenko, A. S., Beruta, E. I., Diachenko, Yu. M., Stepanenko, N. P. (2014). Dendrososological catalog of the nature reserve fund of the Steppe of Ukraine. Kyiv: Komprynt [in Ukrainian].

Popovych, S. Yu. Savoskina, A. M., Ustymenko, P. M., et al. (2017). Dendrososological catalog of the nature reserve fund of Ukrainian Polissia. NULES of Ukraine. Kyiv: Komprynt [in Ukrainian].

Prysiazhniuk, L., Shytikova, Y., Dikhtiar, I., & Mizerna, N. (2019). Evaluation of genetic and morphological distances between soybean (Glycine max L.) cultivars. Zemdirbyste-Agriculture, 106 (2), 117-122. https://doi.org/10.13080/z-a.2019.106.015

Sandurska, E., Ulaszewski, B., & Burczyk, J. (2017). Genetic insights into ecological succession from oak-(Quercus robur L.) to beech-(Fagus sylvatica L.) dominated forest stands. Acta Biologica Cracoviensia s. Botanica, 59 (1), 23-33. https://doi.org/10.1515/abcsb-2017-0002

Sivolap, Yu. M., Kalendar, R. N., & Verbitskaya, T. G. (1998). The use of PCR analysis in genetic selection studies. Scientific guidance.. Kiev: Agrarna nauka [in Russian].

Sliusar, S. I., & Kushnir, A. I. (2015). Modern socio-ecological aspects of the development of the methodology of research of centuries-old trees. Scientific journal of NULES of Ukraine. Series: Forestry and ornamental gardening, 229, 323-333 [in Ukrainian].

Sovakova, M. O., & Sovakov, O. V. (2015). Age limes in Kyiv. Scientific journal of NULES of Ukraine. Series: Forestry and ornamental gardening, 229, 333-339 [in Ukrainian].

Steinkellner, H., Lexer, C., Turetschek, E., & Glössl, J. (1997). Conservation of (GA)n microsatellite loci between Quercus species. Molecular Ecology, 6 (12), 1189-1194. https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.1997.00288.x

Streiff, R., Labbé, T., Bacilieri, R., Steinkellner, H., Glössl, J., & Kremer, A. (1998). Within‐population genetic structure in Quercus robur L. and Quercus petraea (Matt.) Liebl. assessed with isozymes and microsatellites. Molecular Ecology, 7 (3), 317-328. https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.1998.00360.x

Tkachyk, S. O. (Ed.). (2015). Regulations on the procedure and the conduct of qualification tests for suitability of crop varieties for dissemination in Ukraine. Methods of determining quality indices of crop products. Vinnytsia: Nilan-LTD [in Ukrainian].

Tommasini, L., Batley, J., Arnold, G., Cooke, R., Donini, P., Lee, D., ... & Edwards, K. (2003). The development of multiplex simple sequence repeat (SSR) markers to complement distinctness, uniformity and stability testing of rape (Brassica napus L.) varieties. Theoretical and Applied Genetics, 106 (6), 1091-1101. https://doi.org/10.1007/s00122-002-1125-8

Yücedağ, C., & Gailing, O. (2013). Morphological and genetic variation within and among four Quercus petraea and Q. robur natural populations. Turkish Journal of Botany, 37 (4), 619-629. https://doi.org/10.3906/bot-1205-18




DOI: https://doi.org/10.31548/forest2020.04.001

Метрики статей

Завантаження метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Bookmark and Share