Генетика растений Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(6):648-653 ОригинальнОе исследОвание / ORIGINAL ARTICLE DOI 10.18699/VJ18.406 Анализ полиморфизма генома представителей синтетического вида ×Trititrigia cziczinii Tsvel. методом AFLP А.А. Трифонова1 , К.В. Борис1, Л.В. Дедова1, В.А. Мельник1, Л.П. Иванова2, Н.П. Кузьмина2, С.В. Завгородний2, В.П. Упелниек2 1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, Россия 2 Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина Российской академии наук, Москва, Россия ×Trititrigia cziczinii Tsvel. – синтетический вид, полученный в результа- Genome polymorphism те гибридизации различных видов пшеницы и пырея. ×T. cziczinii, – обладает уникальными признаками: многолетность, способность of the synthetic species к отрастанию после скашивания на зерно, высокая адаптивность, ×Trititrigia cziczinii Tsvel. устойчивость к болезням и вредителям, высокое содержание белка inferred from AFLP analysis и клейковины в зерне. Это позволяет считать его перспективной сельскохозяйственной культурой. Новый вид является удоб ным 1 1 1 объектом для проведения фундаментальных исследований в об- A.A. Trifonova , K.V. Boris , L.V. Dedova , V.A. Melnik1, L.P. Ivanova2, N.P. Kuzmina2, ласти генетики, филогении и эволюции злаков (Poaceae). Однако 2 2 прежде генетические исследования ×T. cziczinii практически не S.V. Zavgorodniy , V.P. Upelniek проводились. Цель настоящей работы – изучение генетиче ского 1 Vavilov Institute of General Genetics, RAS, Moscow, Russia разнообразия 24 представителей двух подвидов (ssp. Submi tans и 2 N.V. Tsitsin Main Botanical Garden, RAS, Moscow, Russia ssp. Perenne) вида ×T. cziczinii. Для оценки межвидовых раз личий в анализ было включено 17 образцов других видов трибы Triticeae (Triticum aes ti vum, Triticum durum, Agropyron glaucum и Agropyron elongatum, а так же образцы пшенично-пырейных и пшенично-эли- ×Trititrigia cziczinii Tsvel. is a synthetic species obtained мусных гибридов (ППГ и ПЭГ)). В работе был применен метод мар- as a result of hybridization of different wheat and wheat- кирования AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism), который grass species. ×T. cziczinii has unique characteristics, as позволил вы явить достаточно высокий уровень полимор физма изу- it is a perennial species, with the ability to grow after ченных образцов. С помощью двух комбинаций праймер/фермент mowing, high adaptability, resistance to diseases and (EcoRI-ACT/MseI-CCC и EcoRI-ACT/MseI-CTA) удалось идентифициро- pests, high protein and gluten content in the grain. All вать 227 фрагментов, из которых 224 были поли морфны (98.68 %), this makes it a promising new crop for agriculture. The а уровень внутривидового полиморфизма 24 образцов ×T. cziczinii new species is a good object for fundamental research составил 68.15 %. Найдены фрагменты AFLP-спектров, специфичные in the field of genetics, phylogeny and evolution of ce- для представителей ×T. cziczinii и изу ченных видов пырея, которые reals (Poaceae). However, there were practically no ge- могут стать основой для создания маркеров, выявляющих интро- netic studies of ×T. cziczinii. The aim of this work was to грессии генетического материала рода Agropyron в геноме пред- study the genetic diversity of 24 representatives of two ставителей ×T. cziczinii. Полученные результаты свидетельствуют о ×T. cziczinii subspecies (ssp. Submitans and ssp. Perenne). большей генетической близости ×T. cziczinii к T. aestivum, чем к пред- To estimate interspecific differences, 17 samples of ставителям рода Agropyron. Так, по данным кластерного анализа, other tribe Triticeae species (Triticum aestivum, Triticum представители ×T. cziczinii и сорта мягкой пшеницы объединились durum, Agropyron glaucum and Agropyron elon gatum, в один подкластер, внутри которого образцы двух видов образуют as well as samples of Triticum-Agropyron and Triticum- отдельные группы. При этом в результате оценки внутривидового Elymus hybrids) were included in the analysis. For генетического разнообразия ×T. cziczinii не было выявлено досто- the study, AFLP method (Amplified Fragment Length верной дифференциации представителей подвидов Submitans и Polymorphism) was chosen, which allowed us to reveal Perenne, что, вероятно, связано с не до конца определенной гене- a sufficiently high polymorphism level of the studied тической природой многолетности, основного признака, по кото ро- samples. The two primer/enzyme combinations му эти подвиды разделены. Проведенное изучение части уникаль- (EcoRI-ACT/MseI-CCC, EcoRI-ACT/MseI-CTA) allow ed ной коллекции синтетического вида ×T. cziczinii позволило получить the iden tification of 227 fragments, 224 of them were первые данные о генетике вида, более ранние исследования за­­тра- polymorphic (98.68 %), and the level of intraspecific гивали в основном фено типические и хозяйственно ценные при зна- polymorphism of 24 ×T. cziczinii samples was 68.15 %. ки. Применяемый в на стоящем исследовании метод AFLP-маркиро- The iden tified fragments of AFLP spectra, specific for вания показал вы со кую эффективность при работе с малоизу чен- the ×T. cziczinii representatives and the studied wheat- ным видом, а его результаты перспективны и полезны для понима - grass species, can be the basis for creating markers that ния генетической структуры нового вида (×T. cziczinii Tsvel.). will detect introgressions of genetic material of the genus Agropyron in the T. cziczinii ge nome. Our results Ключевые слова: ×Trititrigia cziczinii Tsvel.; синтетический вид; межви- indicate a greater genetic relatedness of ×T. cziczinii довая гибридизация; AFLP-анализ; генетическое разнообразие. to T. aestivum than to representatives of the genus Agropyron. According to the cluster analysis, represen- tatives of ×T. cziczinii and varieties of bread wheat were Received 27.03.2018 combined into a single subcluster, within which the Accepted for publication 25.07.2018 samples of two species form separate groups. At the © AUTHORS, 2018 same time, the evaluation of the intraspecific genetic diversity of ×T. cziczinii showed e-mail: [email protected] no reliable differentiation of representatives of the subspecies Submitans and Perenne, which is probably due to uncertain genetic nature of perenniality, the main feature that divides these subspecies. The study of the unique ×T. cziczinii collection allowed us to ob- tain the first data on the genetics of the species, while previous studies were focused mainly on phenotypic and economically valuable traits. AFLP analysis used in this study showed high efficiency when working with less studied species, and its results are promising and useful for understanding the genetic structure of the new species (×T. cziczinii Tsvel.). Key words: ×Trititrigia cziczinii Tsvel.; synthetic species; interspecific hybridization; AFLP-analysis; genetic diversity. КаК цитировать эту статью: Трифонова А.А., Борис К.В., Дедова Л.В., Мельник В.А., Иванова Л.П., Кузьмина Н.П., Завгородний С.В., Упелниек В.П. Анализ полиморфизма генома представителей синтетического вида ×Trititrigia cziczinii Tsvel. методом AFLP. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(6):648-653. DOI 10.18699/VJ18.406 HOW TO CITE THIS ARTICLE: Trifonova A.A., Boris K.V., Dedova L.V., Melnik V.A., Ivanova L.P., Kuzmina N.P., Zavgorodniy S.V., Upelniek V.P. Genome polymorphism of the synthetic species ×Trititrigia cziczinii Tsvel. inferred from AFLP analysis. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018;22(6):648-653. DOI 10.18699/VJ18.406 (in Russian) тдаленная гибридизация открывает широкие воз- ные (Любимова и др., 1976). Кроме того, растения этого можности для использования геномного потенциа- вида обладают устойчивостью к болезням и вредителям, Ола диких видов растений. Так, представители видов высокой адаптивностью. пырея являются донорами генов устойчивости к ряду С 1960 г. коллекция образцов ×T. cziczinii поддержи­ заболеваний, адаптивности и качества и, соответственно, вается в отделе отдаленной гибридизации Главного бо­ могут быть использованы в селекционных программах по танического сада им. Н.В. Цицина РАН; сотрудниками улучшению культурных видов злаков. Поэтому отдален- проводятся многолетние наблюдения и исследования ные гибриды, полученные от скрещивания культурных этого вида, отбираются новые перспективные формы. и диких видов, могут стать не только хорошим объектом Но только в последние годы начаты работы по использо- для фундаментальных исследований, но и перспектив- ванию молекулярно­генетических маркеров для оценки ными формами для селекции и сельскохозяйственного генетического разнообразия коллекции. В 2012 г. впервые производства. исследован полиморфизм запасных белков (глиадинов) Генетическое разнообразие отдаленных гибридов, в ×T. cziczinii (Упелниек и др., 2012). Однако анализ ге- частности синтетических (рукотворных), полученных с нетического разнообразия вида ×T. cziczinii с помощью помощью межродовой гибридизации, изучается недо­ ДНК­маркеров ранее не проводился. статочно активно, хотя подобные исследования позво­ Одним из эффективных методов изучения генети- ляют получать данные о механизмах межгеномных взаи­ ческого разнообразия растений является AFLP­анализ модействий в процессе образования новых таксонов при (Amplified Fragment Length Polymorphism). Он широко гибридизации, расширить знания в области сетчатой эво­ используется для изучения популяционного полимор- люции злаков – одного из способов объяснения главных физма, филогенетических отношений, идентификации эволюционных путей в трибе