vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-4-120-130vir-nw-2503Research ArticleИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ПРОБЛЕМIDENTIFICATION OF THE DIVERSITY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVES FOR SOLVING FUNDAMENTAL AND APPLIED PROBLEMSРетротранспозонные ISAP-маркеры в анализе полиморфизма образцов Rosa L. на федеральной территории «Сириус» и в прилегающих районахRetrotransposon-based ISAP markers in the analysis of Rosa L. in the Sirius Federal Territory and adjacent areashttps://orcid.org/0000-0001-8334-8069АнтоноваО. Ю.AntonovaO. Yu.

Ольга Юрьевна Антонова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, ВИР; научный сотрудник, Научно-технологический университет «Сириус», Научный центр генетики и наук о жизни

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; 354340 Россия, Краснодарский край, федеральная территория «Сириус», пгт. Сириус, Олимпийский пр., 1

Olga Yu. Antonova, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, VIR; Researcher, Sirius University of Science and Technology, Research Center of Genetics and Life Sciences

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia; 1 Olimpiysky Ave., Sirius Settlem., Sirius Federal Territory, Krasnodar Territory 354340, Russia

olgaant326@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-2982-0115ЖидяеваС. В.ZhidiyaevaS. V.

Серафима Валерьевна Жидяева, младший научный сотрудник, Научно-технологический университет «Сириус», Научный центр генетики и наук о жизни

354340 Россия, Краснодарский край, федеральная территория «Сириус», пгт. Сириус, Олимпийский пр., 1

Serafima V. Zhidiyaeva, Associate Researcher, Sirius University of Science and Technology, Research Center of Genetics and Life Sciences

1 Olimpiysky Ave., Sirius Settlem., Sirius Federal Territory, Krasnodar Territory 354340, Russia

zhidyaeva.sv@talantiuspeh.ruhttps://orcid.org/0009-0000-1909-3671НигамадьяновА. Р.NigamadyanovA. R.

Айдар Рашитович Нигамадьянов, аспирант, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Aidar R. Nigamadyanov, Postgraduate Student, VIR

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

angelogwars59@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0492-2024БеренсенФ. А.BerensenF. A.

Федор Алексеевич Беренсен, заведующий лабораторией, ВИР

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Fedor A. Berensen, Head of a Laboratory, VIR

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000 Russia

fberensen@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7590-3173ШипилинаЛ. Ю.ShipilinaL. Yu.

Лилия Юрьевна Шипилина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, ВИР; научный сотрудник, Научно-технологический университет «Сириус», Научный центр генетики и наук о жизни

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; 354340 Россия, Краснодарский край, федеральная территория «Сириус», пгт. Сириус, Олимпийский пр., 1

Lilija Yu. Shipilina, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, VIR;Researcher, Sirius University of Science and Technology, Research Center of Genetics and Life Sciences

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia;  1 Olimpiysky Ave., Sirius Settlem., Sirius Federal Territory, Krasnodar Territory 354340, Russia

l.shipilina@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова; Научно-технологический университет «Сириус»РоссияНаучно-технологический университет «Сириус»РоссияSirius University of Science and TechnologyRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I.  Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian FederationФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова; Научно-технологический университет «Сириус»РоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources; Sirius University of Science and TechnologyRussian Federation2025271220251864120130Copyright © Антонова О.Ю., Жидяева С.В., Нигамадьянов А.Р., Беренсен Ф.А., Шипилина Л.Ю., 20252025Антонова О.Ю., Жидяева С.В., Нигамадьянов А.Р., Беренсен Ф.А., Шипилина Л.Ю.Antonova O.Y., Zhidiyaeva S.V., Nigamadyanov A.R., Berensen F.A., Shipilina L.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2503Актуальность

Актуальность. Семейство Rosaceae входит в первую пятерку наиболее значимых по числу видов на Кавказе. Род Rosa L. представлен на этой территории девятью видами. Виды Rosa очень полиморфны, многие имеют гибридогенное происхождение, легко дичают при культивировании и образуют гибридные формы, что усложняет определение их видовой принадлежности. Поэтому изучение внешне схожих субпопуляций только по морфологическим признакам сильно затруднено, и актуальным является привлечение для этих целей молекулярных маркеров. Кроме того, молекулярные маркеры могут быть использованы для мониторинга биоразнообразия в антропогенно измененных районах, к которым относится федеральная территория «Сириус».

Материалы и методы

Материалы и методы. В работе использованы новые ISAP-маркеры (ROSE-CL0, ROSE-CL3, ROSE-CL6, ROSE-CL7), основанные на анализе полиморфизма расположения в геноме SINE-ретротранспозонов. Изучены 132 образца Rosa L., произрастающих на 16 различных локациях федеральной территории «Сириус» и прилегающих участках.

Результаты

Результаты. ISAP-анализ выявил высокий уровень полиморфизма по всем рассчитанным показателям. В выборке идентифицировано 127 различных ампликонов, при среднем количестве 31,8 на маркер. Среднее число эффективных аллелей Ne для всех праймеров равнялось 11,9, индекс P% по выборке = 100%, MI = 1,41, Dj = 0,96. Сравнение образцов на отдельных локациях (2, 3, 4, 7, 8, 9, 13) показало, что они отличаются своеобразием как по рассчитанным индексам полиморфизма, так и по аллельному составу. Образцы локации 8 оказались почти гомогенны; не исключено, что на этой площадке размножение происходило вегетативным путем. Кластеризация по методу Варда позволила разделить образцы на три кластера с некоторой географической приуроченностью.

Заключение

Заключение. ISAP-анализ полиморфизма роз подтвердил высокую эффективность нового типа ретротранспозонных маркеров. Метод может быть рекомендован для использования в популяционной генетике и для оценки биоразнообразия Rosa.

Background

Background. Rosaceae is among the top five most significant families in the Caucasus, where the genus Rosa L. is represented by nine species. This genus is polytypic, which complicates species identification; roses easily run wild under cultivation and readily produce hybrid forms. Therefore, it is quite problematic to study visually similar populations solely on the basis of their morphological characters, so the use of molecular markers seems highly relevant. Additionally, molecular markers can be used to monitor biodiversity in anthropogenically modified areas, such as the Sirius Federal Territory.

Materials and methods

Materials and methods. This study employed new ISAP markers (ROSE-CL0, ROSE-CL3, ROSE-CL6, and ROSE-CL7) based on the analysis of polymorphisms in the genomic localization of SINE retrotransposons. A total of 132 rose samples from 16 different locations within the Sirius Federal Territory and adjacent areas were studied.

Results

Results. The ISAP analysis revealed high levels of polymorphism across all calculated parameters. In total, 127 different amplicons were identified in the samples, with a mean of 31.8 per marker. The average number of effective Ne alleles for all primers was 11.9, with the polymorphism index P% = 100% for the studied subset, MI = 1.41, and Dj = 0.96. Comparing subpopulations from locations #2, #3, #4, #7, #8, #9 and #13 showed that they differed in their unique characteristics both in terms of calculated polymorphism indices and allelic composition. Samples from location #8 proved to be almost homogeneous, suggesting that their reproduction at this site may have occurred vegetatively. Ward’s clustering made it possible to divide the samples into three clusters, with some geographic affinity.

Conclusion

Conclusion. The ISAP analysis of polymorphism in roses confirmed high effectiveness of this new type of retrotransposon-based markers. The method can be recommended for use in population genetics and for assessing the biodiversity of wild roses and rose cultivars.

Rosa L.ISAP-маркерымолекулярный полиморфизмRosa L.ISAP markersmolecular polymorphismРезультаты получены при финансовой поддержке исследования, реализуемого в рамках государственной программы федеральной территории «Сириус» «Научно-технологическое развитие федеральной территории “Сириус”» (соглашение № 18-03 от 10.09.2024). Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The results were obtained with financial support from the state program for the Sirius Federal Territory “Scientific and technological development of the Sirius Federal Territory” (Agreement No. 18-03 dated Sept. 10, 2024). The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesAmiryousefi A., Hyvönen J., Poczai P. iMEC: Online marker efficiency calculator. Applications in Plant Sciences. 2018;6(6):e01159. DOI: 10.1002/aps3.1159Amiryousefi A., Hyvönen J., Poczai P. iMEC: Online marker efficiency calculator. Applications in Plant Sciences. 2018;6(6):e01159. DOI: 10.1002/aps3.1159Антонова О.Ю., Клименко Н.С., Рыбаков Д.А., Фомина Н.А., Желтова В.В., Новикова Л.Ю. Гавриленко Т.А. SSR-анализ современных российских сортов картофеля с использованием ДНК номенклатурных стандартов. Биотехнология и селекция растений. 2020;3(4):77-96. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-o2Antonova O.Yu., Klimenko N.S., Rybakov D.A., Fomina N.A., Zheltova V.V., Novikova L.Yu., Gavrilenko T.A. SSR analysis of modern Russian potato varieties using DNA samples of nomenclatural standards. Plant Biotechnology and Breeding. 2020;3(4):77-96. [in Russian]. DOI: 10.30901/2658-6266-2020-4-o2Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological statistics software. Package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):1-9. Available from: http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/past.pdf [accessed Sept. 23, 2025].Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological statistics software. Package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):1-9. Available from: http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/past.pdf [accessed Sept. 23, 2025].Камнев А.М., Лапкасов М.Е., Тюкалова А.А., Жидяева С.В., Антонова О.Ю. In silico-анализ геномов представителей семейства Rosaceae Juss. c целью создания ISAP-маркеров. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. [в печати] 2025.Kamnev A.M., Lapkasov M.E., Tyukalova A.A., Zhidiyaeva S.V., Antonova O.Yu. In silico analysis of the genomes within the Rosaceae Juss. family to develop ISAP markers. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. [preprint] 2025. [in Russian]Клемешова К.В. Анализ видового состава декоративных насаждений курортного района «Имеретинский». Субтропическое и декоративное садоводство. 2022;(83):25-36. DOI: 10.31360/2225-3068-2022-83-25-36Klemeshova K.V. Analysis of the species composition among ornamental plantings grown in the resort area “Imeretinsky”. Subtropical and Ornamental Horticulture. 2022;(83):25-36. [in Russian]. DOI: 10.31360/2225-3068-2022-83-25-36Кузьмин П.А., Лушникова Е.С., Романова И.М. Использование ISSR-маркеров для генотипирования джузгуна безлистного (Calligonum aphyllum (Pall.) Guerke), произрастающего на территории Астраханской области и Ставропольского края. Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2025;2(75):61-68. DOI: 10.31677/2072-6724-2025-75-2-61-68Kuzmin P.A., Lushnikova E.S., Romanova I.M. Using ISSR markers for genotyping Calligonum aphyllum (Pall.) Guerke, growing in the Astrakhan region and Stavropol region. Bulletin of NSAU (Bulletin of Novosibirsk State Agrarian University). 2025;2(75):61-68. [in Russian]. DOI: 10.31677/2072-6724-2025-75-2-61-68Li Y., Jiang N., Sun Y. AnnoSINE: a short interspersed nuclear elements annotation tool for plant genomes. Plant Physiology. 2022;188(2):955-970. DOI: 10.1093/plphys/kiab524Li Y., Jiang N., Sun Y. AnnoSINE: a short interspersed nuclear elements annotation tool for plant genomes. Plant Physiology. 2022;188(2):955-970. DOI: 10.1093/plphys/kiab524Morgante M., Rafalski A., Biddle P., Tingey S., Olivieri A.M. Genetic mapping and variability of seven soybean simple sequence repeat loci. Genome. 1994;37(5):763-769. DOI: 10.1139/g94-109Morgante M., Rafalski A., Biddle P., Tingey S., Olivieri A.M. Genetic mapping and variability of seven soybean simple sequence repeat loci. Genome. 1994;37(5):763-769. DOI: 10.1139/g94-109Nagaraju J., Reddy K.D., Nagaraja G.M., Sethuraman B.N. Comparison of multilocus RFLPs and PCR-based marker systems for genetic analysis of the silkworm, Bombyx mori. Heredity. 2001;86(Pt 5):588-597. DOI: 10.1046/j.1365-2540.2001.00861.xNagaraju J., Reddy K.D., Nagaraja G.M., Sethuraman B.N. Comparison of multilocus RFLPs and PCR-based marker systems for genetic analysis of the silkworm, Bombyx mori. Heredity. 2001;86(Pt 5):588-597. DOI: 10.1046/j.1365-2540.2001.00861.xNei M., Li W.H. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1979;76(10):5269-5273. DOI: 10.1073/pnas.76.10.5269Nei M., Li W.H. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1979;76(10):5269-5273. DOI: 10.1073/pnas.76.10.5269Pejic I., Ajmone-Marsan P., Morgante M., Kozumplick V., Castiglioni P., Taramino G. et al. Comparative analysis of genetic similarity among maize inbred lines detected by RFLPs, RAPDs, SSRs, and AFLPs. Theoretical and Applied Genetics. 1998;97(8):1248-1255. DOI: 10.1007/s001220051017Pejic I., Ajmone-Marsan P., Morgante M., Kozumplick V., Castiglioni P., Taramino G. et al. Comparative analysis of genetic similarity among maize inbred lines detected by RFLPs, RAPDs, SSRs, and AFLPs. Theoretical and Applied Genetics. 1998;97(8):1248-1255. DOI: 10.1007/s001220051017Powell W., Morgante M., Andre C., Hanafey M., Vogel J., Tingey S. et al. The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis. Molecular Breeding. 1996;2(3):225-238. DOI: 10.1007/BF00564200Powell W., Morgante M., Andre C., Hanafey M., Vogel J., Tingey S. et al. The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis. Molecular Breeding. 1996;2(3):225-238. DOI: 10.1007/BF00564200Вакула С.И., Анисимова Н.В., Титок В.В., Кильчевский А.В., Хотылева Л.В. Использование доминантных мультилокусных маркеров для оценки генетического разнообразия льна масличного. Молекулярная и прикладная генетика. 2015;19:25-34.Vakula S.I., Anisimova N.V., Titok V.V., Kilcheuski A.V., Khotyleva L.V. The use of dominant multilocus markers for assessment of flaxseed genetic diversity. Molecular and Applied Genetics. 2015;19:25-34. [in Russian]Wenke T., Döbel T., Sörensen T.R., Junghans H., Weisshaar B., Schmidt T. Targeted identification of short interspersed nuclear element families shows their widespread existence and extreme heterogeneity in plant genomes. The Plant Cell. 2011;23(9):3117-3128. DOI: 10.1105/tpc.111.088682Wenke T., Döbel T., Sörensen T.R., Junghans H., Weisshaar B., Schmidt T. Targeted identification of short interspersed nuclear element families shows their widespread existence and extreme heterogeneity in plant genomes. The Plant Cell. 2011;23(9):3117-3128. DOI: 10.1105/tpc.111.088682Зернов А.С. Иллюстрированная флора юга Российского Причерноморья. Москва: КМК; 2013.Zernov A.S. Illustrated flora of the south of the Russian Black Sea region (Illyustrirovannaya flora yuga Rossiyskogo Prichernomorya). Moscow: KMK; 2013. [in Russian]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.