The genus Elymus L., together with wheat, rye, and barley, belongs to the tribe Triticeae. Apart from its economic value, this tribe is characterized by abundance of polyploid taxa formed in the course of remote hybridization. Single-copy nuclear genes are convenient markers for identification of source genomes incorporated into polyploids. In the present work, a CAPS-marker is developed to distinguish basic St, H, and Y genomes comprising polyploid genomes of Asiatic species of the genus Elymus. The test is based on electrophoretic analysis of restriction patterns of a PCR-amplified fragment of the gene coding for beta-amylase. There are about 50 Elymus species in Russia, and most of them are supposed to possess one of three haplome combinations, StH, StY and StHY. Boreal StH-genomic species endemic for Russia are the least studied. On the basis of nucleotide sequences from public databases, TaqI restrictase was selected, as it produced patterns of restriction fragments specific for St, H, and Y haplomes easily recognizable in agarose gel. A sample of 68 accessions belonging to 32 species was analyzed. In 15 species, the earlier known genomic constitutions were confirmed, but in E. kamoji this assay failed to reveal the presence of H genome. This unusual H genome was suggested to originate from a different Hordeum species. In 16 species, genomic constitutions were identified for the first time. Fifteen accessions from Asian Russia possessed the genomic constitution StStHH, and E. amurensis, phylogenetically close to the StY-genomic species E. ciliaris, had the genomic constitution StStYY. It is inferred that the center of species diversity of the StH-genomic group is shifted to the north as compared to the center of origin of StY-genomic species, confined to China. Key words: Elymus; taxonomy; allopolyploids; genome constitution; CAPS markers.
Род Elymus L. наряду с пшеницей, рожью и ячменем принадлежит к трибе Triticeae. Помимо своего хозяйственного значения, эта триба характеризуется широким распространением аллополиплоидных таксонов, которые формируются в ходе межвидовой и межродовой гибридизации и последующих преобразований вовлеченных в гибридизацию диплоидных геномов. Для идентификации исходных геномов в составе полиплоидов удобны малокопийные ядерные гены, менее подверженные процессам реорганизации, чем повторенные некодирующие элементы. В настоящей работе разработан удобный CAPS-маркер для различения базисных геномов St, H, Y, входящих в состав азиатских видов рода Elymus, с помощью электрофоретического анализа фрагментов рестрикции ПЦР-амплифицированного участка гена, кодирующего β-амилазу. В России распространено около 50 видов Elymus предположительно трех гапломных комбинаций: StH, StY и StHY. Наименее изученными остаются бореальные StH-геномные виды – эндемики Российской Федерации. По результатам анализа ранее изученных разными авторами нуклеотидных последовательностей гена β-амилазы была отобрана эндонуклеаза рестрикции TaqI, которая имела различающиеся по положению сайты узнавания в составе вышеуказанного фрагмента из геномов St, H и Y. В результате расщепления ПЦР- продукта эндонуклеазой TaqI у каждого из исходных гапломов формировался специфичный паттерн фрагментов рестрикции, легко визуализируемый в агарозном геле. Проанализирована выборка из 68 образцов, принадлежащих 32 видам. У 15 видов была подтверждена ранее известная геномная конституция, у E. kamoji этот метод не позволил выявить присутствие генома H. Предполагается возможное происхождение данного варианта генома H от другого вида Hordeum. У 16 видов геномная конституция определена впервые. Показано, что большинство изученных видов бореальной группы видов из Сибири и Российского Дальнего Востока имеют геномную конституцию StStHH. Исключение составил E. amurensis, филогенетически близкий к StY-геномному виду E. ciliaris и также имеющий геномный состав StStYY. Сделан вывод, что основное видовое разнообразие StH-геномной группы находится севернее центра происхождения большинства StY-геномных видов рода.
Keywords: CAPS markers; Elymus; allopolyploids; genome constitution; taxonomy.
Copyright © AUTHORS, 2020.