![]() | |||
Vegetation classification Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2024. Preprint Article first published online: 16 JUN 2024 | DOI: 10.17581/bp.2024.13203 Genomic constitution and origin of the endemic intergeneric hybrid × Elyleymus magadanensis (Poaceae) from the Magadan Region (Russia) Alexander V. Agafonov ![]() ![]() ![]() Central Siberian Botanical Garden SB RAS, Novosibirsk, Russia The North Okhotsk endemic × Elyleymus magadanensis Khokhr. is presumably an intergeneric hybrid of Elymus boreoochotensis and Leymus mollis. A comprehensive study of a unique population of the species from a classic habitat in the vicinity of Magadan was carried out. Analysis of ISSR-fragments DNA showed the genetic heterogeneity of the sample of natural individuals. The chromosome number was established to be 2n = 4x = 28, this is consistent with the assumption that the hybrid genotypes of the species have an allotetraploid constitution, including the St and H subgenomes from the genus Elymus and the Ns and Xm subgenomes from Leymus mollis. Sequences of genes GBSS1 and β-amylase were analyzed in the putative parental genotypes of E. confusus, E. sibiricus and two accessions of × Elyleymus magadanensis. Cluster analysis of sequences made it possible to confirm the origin of × Elyleymus magadanensis as a result of hybridization of E. confusus and L. mollis. It was concluded that the hybrid taxon is a sterile amphihaploid with the most probable genomic formula Ns1Ns2StH. Агафонов А.В., Шабанова (Кобозева) Е.В., Асбаганов С.В. Геномная конституция и происхождение эндемичного межвидового гибрида × Elyleymus magadanensis (Poaceae) из Магаданской области (Россия). Североохотский эндемик × Elyleymus magadanensis предположительно является межродовым гибридом Elymus boreoochotensis и Leymus mollis. Проведено комплексное исследование уникальной популяции вида из классического местообитания в окрестностях Магадана. Анализ ISSR фрагментов ДНК показал генетическую гетерогенность выборки природных особей. Установлено число хромосом 2n = 4x = 28, что согласуется с предположением о том, что гибридные генотипы вида имеют аллотетраплоидное строение, включая субгеномы St и H из рода Elymus и субгеномы Ns и Xm от Leymus mollis. Последовательности генов GBSS1 и β-амилазы были проанализированы у предполагаемых родительских генотипов E. confusus, E. sibiricus и двух образцов × Elyleymus magadanensis. Кластерный анализ последовательностей позволил подтвердить происхождение × Elyleymus magadanensis в результате гибридизации E. confusus и L. mollis. Сделан вывод, что гибридный таксон представляет собой стерильный амфигаплоид с наиболее вероятной геномной формулой Ns1Ns2StH. Keywords: Triticeae, subgenome, nuclear genes, sequencing, polymorphism, origin, субгеном, ядерные гены, секвенирование, полиморфизм, происхождение References Agafonov, A.V., S.V. Asbaganov, E.V. Shabanova (Kobozeva), I.V. Morozov & A.A. Bondar 2019. Genome constitution and differentiation of subgenomes in Siberian and Far Eastern endemic species of the genus Elymus (Poaceae) according to the sequencing of the nuclear gene waxy. Vavilov Journal of Genetics and Breeding 23(7):817-826. CrossRef Agafonov A.V., E.V. Shabanova (Kobozeva), S.V. Asbaganov, A.V. Mglinets & V.S. Bogdanova 2020. Identification of genome compositions in allopolyploid species of the genus Elymus (Poaceae: Triticeae) in the Asian part of Russia by CAPS analysis. Vavilov Journal of Genetics and Breeding 24(2):115-122. CrossRef Agafonov, A.V., E.V. Shabanova (Kobozeva), M.V. Emtseva, S.V. Asbaganov & O.V. Dorogina 2021. Phylogenetic relationships among different morphotypes of StY-genomic species Elymus ciliaris and E. amurensis (Poaceae) as a unified microevolutional complex. Botanica Pacifica 10(1):19-28. CrossRef Anamthawat-Jónsson, K. 2005. The Leymus Ns-Genome. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding 41:13-20. CrossRef Anamthawat-Jónsson, K. 2014. Molecular cytogenetics of Leymus: mapping the Ns genome-specific repetitive sequences. Journal of Systematics and Evolution 52(6):716-721. CrossRef Dewey, D.R. 1970. Genome relations among diploid Elymus junceus and certain tetraploid and octoploid Elymus species. American Journal of Botany 57:633-639. CrossRef Dewey, D.R. 1972. Cytogenetic and genomic reletionships of Elymus giganteus with E. dasystachis and E. junceus. Bulletin of the Torrey Botanical Club 99:77-83. CrossRef Dewey, D.R. 1984. The genomic system of classification as a guide to intergeneric hybridization with the perennial Triticeae. In: Gene manipulation in plant improvement (J.P. Gustafson), pp. 209-279, Plenum Publ. Corp., N.Y. CrossRef Fan, X., L.N. Sha, R.W. Yang, H.Q. Zhang, H.Y. Kang, C.B. Ding, L. Zhang, Y.L. Zheng & Y.H. Zhou 2009. Phylogeny and evolutionary history of Leymus (Triticeae; Poaceae) based on a single-copy nuclear gene encoding plastid acetyl-CoA carboxylase. BMC Evolutionary Biology 9:247. CrossRef Felsenstein, J. 1981. Evolutionary trees from DNA sequences: A maximum likelihood approach. Journal of Molecular Evolution 17(6):368-376. CrossRef Kimura, M. 1980. A simple method for estimating evolutionary rate of base substitutions through comparative studies of nucleotide sequences. Journal of Molecular Evolution 16:111-120. CrossRef Kobozeva, E.V., M.V. Emtseva, S.V. Asbaganov & A.V. Agafonov 2017. Taxonomical specificity among species from the Russian Far East Elymus kamczadalorum, E. charkeviczii s. l. and E. kronokensis revealed by ISSR-markers. Rastitel'nyi Mir Aziatskoj Rossii 3(27):43-50 (in Russian with English summary). [Кобозева Е.В., Емцева М.В., Асбаганов С.В., Агафонов А.В. 2017. Таксономическая специфичность дальневосточных видов Elymus kamczadalorum, E. charkeviczii s. l. и E. kronokensis, выявляемая с помощью ISSR-маркеров // Растительный мир Азиатской России. T. 3, № 27. С. 43-50]. Khokhryakov, A.P. 1978. New wheatgrass taxa from the southern part of the Magadan region. Byulleten' Glavnogo botanicheskogo sada 109:24-29 (in Russian). [Хохряков А.П. 1978. Новые таксоны пырея из южной части Магаданской области // Бюллeтень Главного ботанического сада. Вып. 109. С. 24-29]. Kumar, S., G. Stecher, M. Li, C. Knyaz & K. Tamura 2018. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution 35:1547-1549. CrossRef Löve, Á. 1984. Conspectus of the Triticeae. Feddes Repertorium 95:425-521. CrossRef Lysenko, D.S. 2010. On the genera × Elyleymus and × Elymotrigia (Poaceae) in Magadan region. Botanicheskii Zhurnal 95(12):1763-1764 (in Russian with English summary). [Лысенко Д.С. 2010. О родах × Elyleymus и × Elymotrigia (Poaceae) в Магаданской области // Ботанический журнал. Т. 95, № 12. С. 1763-1764]. Mason-Gamer, R.J., C.F. Weil & E.A. Kellogg 1998. Granulebound starch synthase: structure, function, and phylogenetic utility. Molecular Biology and Evolution 15:1658-1673. CrossRef Navashin, M.S. 1936. Method of cytological research for breeding purposes. Moscow, Leningrad, 86 pp. (in Russian). [Навашин М.С. 1936. Методика цитологического исследования для селекционных целей. М.; Л. 86 с.]. Okonechnikov, K., O. Golosova & M. Fursov 2012. Ugene team. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics 28(8):1166-1167. CrossRef Sha, L.N., X. Fan, J. Li, J.Q. Liao, J. Zeng, Y. Wang, H.Y. Kang, H.Q. Zhang, Y.L. Zheng & Y.H. Zhou 2017. Contrasting evolutionary patterns of multiple loci uncover new aspects in the genome origin and evolutionary history of Leymus (Triticeae; Poaceae). Molecular Phylogenetics and Evolution 114:175-188. CrossRef Tsvelyov, N.N., N.S. Probatova 2010. The genera Elymus L., Elytrigia Desv., Agropyron Gaertn., Psathyrostachys Nevski and Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) in the flora of Russia. V.L. Komarov Memorial Lectures 57:5-102 (in Russian). [Цвелев Н.Н., Пробатова Н.С. 2010. Роды Elymus L., Elytrigia Desv., Agropyron Gaertn., Psathyrostachys Nevski и Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) во флоре России // Комаровские чтения. Вып. 57. С. 5-102]. Wang, R.R.C. & K.B. Jensen 1994. Absence of the J genome in Leymus species (Poaceae: Triticeae): evidence from DNA hybridization and meiotic pairing. Genome 37:231-235. CrossRef Wang, R.R.C., R. von Bothmer, J. Dvorak, G. Fedak, I. Linde-Laursen & M. Muramatsu 1994. Genome symbols in the Triticeae (Poaceae). In: Proceedings of the 2nd International Triticeae Symposium (R.R.C. Wang, K.B. Jensen & C. Jaussi, eds), pp. 254-260, Logan, Utah, USA. Yen, C., J.L. Yang & B.R. Baum 2009. Synopsis of Leymus Hochst. (Triticeae: Poaceae). Journal of Systematics and Evolution 47(1):67-86. CrossRef Zhang, H.B. & J. Dvorak 1991. The genome origin of tetraploid species of Leymus (Poaceae: Triticeae) inferred from variation in repeated nucleotide sequences. American Journal of Botany 78:871-884. CrossRef Zhou, X., X. Yang, X. Li & L. Li 2010. Genome origins in Leymus (Poaceae: Triticeae): evidence of maternal and paternal progenitors and implications for reticulate evolution. Plant Systematics and Evolution 289:165-179. CrossRef
|