vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2021-1-142-152vir-nw-881Research ArticleСИСТЕМАТИКА, ФИЛОГЕНИЯ И ГЕОГРАФИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙSYSTEMATICS, PHYLOGENY AND GEOGRAPHY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESМорфологический и генетический полиморфизм интродукционной популяции Prunus pumila L. в Челябинской областиMorphological and genetic polymorphism of the introduced population of Prunus pumila L. in Chelyabinsk Provincehttps://orcid.org/0000-0002-1422-4983ЛёзинМ. С.LezinM. S.

630090 , г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101

101 Zolotodolinskaya St., Novosibirsk 630090

Lezin-misha@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7482-7495АсбагановС. В.AsbaganovS. V.

630090 , г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101

101 Zolotodolinskaya St., Novosibirsk 630090

Центральный сибирский ботанический сад СО РАНРоссияCentral Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of the RASRussian Federation2021030420211821142152Copyright © Лёзин М.С., Асбаганов С.В., 20212021Лёзин М.С., Асбаганов С.В.Lezin M.S., Asbaganov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/881Актуальность

Актуальность. Изучение генетического полиморфизма представителей Prunus pumila L. с широким диапазоном изменчивости морфологических признаков позволит выявить перспективные генотипы с высокой комбинационной способностью при их гибридизации.

Материал и методы

Материал и методы. В исследование включены 39 генотипов челябинской культурной популяции и 6 генотипов из Хакасии с крайними и промежуточными проявлениями признаков размера, окраски и формы плода, формы и структуры поверхности косточки, зазубренности края и формы листовой пластинки, габитуса растений и некоторых других. Генетические дистанции рассчитаны  с помощью  программы Past (Gower), используя матрицу бинарных состояний наличия или отсутствия  амплифицированных  фрагментов. UPGMA-дендрограмма построена с помощью TREECON (version 1.3b).

Результаты  и  заключение.  Отобранные 5 ISSR- и 2 RAPD-праймеры продемонстрировали свою эффективность  в выявлении  генетического  полиморфизма изученных  образцов.  Удалось  выявить  связь  отдельных  праймеров  с признаками  морфологии  косточек, формы листовой пластинки, габитуса растений и географического  происхождения  генотипа.  При  одновременном включении в анализ всех праймеров и генотипов кластерный анализ не смог сгруппировать клады для образцов P. pumila с наличием или отсутствием каких-либо признаков. Самостоятельная клада с достоверной бутстреп-поддержкой (100%) сформировалась только для генотипов систематически близкого вида P. tomentosa Thunb., взятых в анализ в качестве внешней группы. Причем внутри этой клады с достоверностью  бутстреп-поддержки 86% выявлены  различия между генотипами гибридного происхождения видов P. pumila × P. tomentosa (F3) и генотипом вида P. tomentosa. В селекционных целях на основе данных индексов генетического различия выявлены перспективные родительские пары для улучшения показателей качества плодов и типа кроны.

Background

Background. Studying genetic polymorphism of the Prunus pumila L. representatives with a wide range of variability in morphological characters will make it possible to identify promising genotypes with high combining ability for hybridization.

Material and methods

Material and methods. The study covered 39 genotypes from the Chelyabinsk cultivated population and 6 genotypes from Khakassia, with extreme or intermediate expressions of such characters as fruit size, color and shape; stone shape and surface structure; leaf blade serration and shape; plant habitus, and some others. Genetic distances were calculated using the data matrix for binary states of presence (1) or absence (0) of amplified fragments with the Past Program (Gower). The UPGMA dendrograms were obtained in TREECON (version 1.3b).

Results and discussion

Results and discussion. The selected 5 ISSR and 2 RAPD primers demonstrated their effectiveness in detecting genetic polymorphism in the studied accessions. In individual cases, a weak connection of separate markers with leaf blade edge serration, stone surface structure, plant habitus, and geographic origin of the genotype was detected. Concurrent inclusion of all primers and genotypes in the cluster analysis failed to group the studied P. pumila samples into clades according to the presence/absence of any traits, which may attest to their close genetic affinity. An independent clade with reliable bootstrap support (100%) was formed only for the genotypes of the taxonomically close sp. P. tomentosa Thunb., analyzed as an external group. Moreover, this clade manifested (with the 86% reliability of bootstrap support) differences between the hybrid genotypes of P. pumila × P. tomentosa (F3) and the genotype of P. tomentosa. Parent pairs promising for fruit quality and shrub shape improvement through breeding were identified using the produced indices of genetic distinction.

молекулярно-генетические маркерыморфологические признакиISSR-маркерыRAPD-маркерыкластеризацияmolecular genetic markersmorphological charactersISSR markersRAPD markersclusteringReferencesBortiri E., Oh S.H., Jiang J., Bagett S., Granger A., Weeks C. et al. Phylogeny and systematics of Prunus (Rosaceae) as determined by sequence analysis of ITS and the chloroplast trnL-trnF spacer DNA. Systematic Botany. 2001;26:797-807. DOI: 10.1043/0363-6445-26.4.797Bortiri E., Oh S.H., Jiang J., Bagett S., Granger A., Weeks C. et al. Phylogeny and systematics of Prunus (Rosaceae) as determined by sequence analysis of ITS and the chloroplast trnL-trnF spacer DNA. Systematic Botany. 2001;26:797-807. DOI: 10.1043/0363-6445-26.4.797Catling P.M., McKay-Kuja S.M., Mitrow G. Rank and typification in North American dwarf cherries, and a key to the taxa. Taxon. 1999;48(3):483-488. DOI: 10.2307/1224559Catling P.M., McKay-Kuja S.M., Mitrow G. Rank and typification in North American dwarf cherries, and a key to the taxa. Taxon. 1999;48(3):483-488. DOI: 10.2307/1224559Еремин Г.В. Отдаленная гибридизация косточковых плодовых растений. Москва: Агропромиздат; 1985.Eremin G.V. Remote hybridization of stone fruit plants (Otdalennaya gibridizatsiya kostochkovykh plodovykh rasteniy). Moscow: Agropromizdat; 1985. [in Russian]Еремин Г.В., Юшев А.А., Новикова Л.Н. Исследование видов рода Microcerasus Webb emend Spach в связи с их селекционным использованием. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1979;65(3):70-86.Eremin G.V, Yushev A.A, Novikova L.N. The investigation of the species of the genus Microcerasus Webb emend Spach in connection with their utilization in breeding. Bulletin of Applied Botany, Genetics and Plant Breeding. 1979;65(3):70-86. [in Russian]Flora of North America: North of Mexico. Vol. 9. Mag no liophyta: Picramniaceae to Rosaceae. Oxford, UK: Oxford University Press; 2016.Flora of North America: North of Mexico. Vol. 9. Magnoliophyta: Picramniaceae to Rosaceae. Oxford, UK: Oxford University Press; 2016.Gu C., Li C., Lu L., Jiang S., Alexander C., Bartholomew B., Brach A.R., Boufford D.E., Ikeda H., Ohba H., Robertson K.R., Spongberg S.A. Rosaceae A. L. Jussieu. In: Wu Z.Y., Raven P.H., Hong D.Y. (eds). Flora of China. Vol. 9 (Pittosporaceae through Connaraceae). Beijing: Science Press; St. Louis: Missouri Botanical Garden Press; 2003. p.46-434.Gu C., Li C., Lu L., Jiang S., Alexander C., Bartholomew B., Brach A.R., Boufford D.E., Ikeda H., Ohba H., Robertson K.R., Spongberg S.A. Rosaceae A. L. Jussieu. In: Wu Z.Y., Raven P.H., Hong D.Y. (eds). Flora of China. Vol. 9 (Pittosporaceae through Connaraceae). Beijing: Science Press; St. Louis: Missouri Botanical Garden Press; 2003. p.46-434.Hansen N.E. The western sand cherry. Brookings, SD: South Dakota Agricultural College Experiment Station; 1904.Hansen N.E. The western sand cherry. Brookings, SD: South Dakota Agricultural College Experiment Station; 1904.Krška B., Oukropec I., Mařák J. The possibilities of propagation of the rootstock of Prunus pumila L. ‘Pumiselekt’ by hardwood cuttings. Acta Horticulturae. 2002;658:647-649. DOI: 10.17660/Act aHor t ic.2004.658.98Krška B., Oukropec I., Mařák J. The possibilities of propagation of the rootstock of Prunus pumila L. ‘Pumiselekt’ by hardwood cuttings. Acta Horticulturae. 2002;658:647-649. DOI: 10.17660/Act aHor t ic.2004.658.98Лёзин М.С., Симагин В.С., Локтева А.В. Особенности проявления внутривидовой изменчивости плодов Prunus pumila в Челябинской области при интродукционном процессе. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(3):82-90). DOI: 10.30901/2227-8834-2019-3-82-90Lezin M.S., Simagin V.S., Lokteva A.V. Specific features in the expression intraspecies variability of Prunus pumila fruits in Chelyabinsk Province in the process of introduction. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2019;180(3):82-90. [in Russian]Меркер В.В. Инвазивные и потенциально инвазивные виды интродуцированной дендрофлоры Челябинской области. В кн.: Интеграция ботанических исследований и образования: традиции и перспективы. Труды Международной научно-практической конференции, посвященной 125-летию кафедры ботаники. Томск: Томский государственный университет; 2013. С.115-117.Merker V.V. Invasive and potentially invasive species of dendroflora of introduced the Chelyabinsk area. In: Integration of botanical research and education: traditions and prospects: Proceedings of the International Scientific Conference devoted to the 125th anniversary of the Department of Botany (Integratsiya botanicheskikh issledovaniy i obrazovaniya: traditsii i perspektivy. Trudy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy 125-letiyu kafedry botaniki).Tomsk: Tomsk State University; 2013. p.115-117. [in Russian]Mowrey B.D., Werner D.J. Phylogenetic relationships among species of Prunusas inferred by isozyme markers. Theoretical and Applied Genetics. 1990;80(1):129-133. DOI: 10.1007/bf00224026Mowrey B.D., Werner D.J. Phylogenetic relationships among species of Prunusas inferred by isozyme markers. Theoretical and Applied Genetics. 1990;80(1):129-133. DOI: 10.1007/bf00224026Nei 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.76.10.5269Нижников В.С. О таксономии Cerasus pumila (L.) Michx. и C. besseyi (Bailey) Lunell (Rosaceae). Ботанический журнал. 1977; 62(4):533-536.Nizhnikov V.S. On the taxonomy of Cerasus pumila (L.) Michx. and C. besseyi (Bailey) Lunell (Rosaceae) (O taksonomii Cerasus pumila (L.) Michx. i C. besseyi(Bailey) Lunell (Rosaceae)). Botanicheskii zhurnal = Botanical Journal. 1977;62(4):533-536. [in Russian]Путов В.С., Пучкин И.А. Вишня песчаная для селекции клоновых подвоев сливы в Западной Сибири. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. 1982;123:48-50).Putov V.S, Puchkin I.A. Cerasus besseyi (Bailey) Lunell for breeding clone stocks of plum in Western Siberia (Vishnya peschanaya dlya selektsii klonovykh podvoyev slivy v Zapadnoy Sibiri). Scientific and Technical Bulletin of the N.I. Vavilov All-Russian Research Institute of Plant Industry. 1982;123:48-50. [in Russian]Rohrer J.R. The sand cherry in Wisconsin and neighboring States. The Michigan Botanist. 2000;39(4):59-69.Rohrer J.R. The sand cherry in Wisconsin and neighboring States. The Michigan Botanist. 2000;39(4):59-69.Саламатов М.Н. Вишня в Западной Сибири. Новосибирск; 1959.Salamatov M.N. Cherries in Western Siberia (Vishnya v Zapadnoy Sibiri). Novosibirsk; 1959. [in Russian]Shimada T, Hayama H, Nishimura K, Yamaguchi M., Yo shida M. The genetic diversities of 4 species of subgenus Lithocerasus (Prunus, Rosaceae) revealed by RAPD analysis. Euphytica. 2001;117:85-90. DOI: 10.1023/A:1004193327542Shimada T, Hayama H, Nishimura K, Yamaguchi M., Yo shida M. The genetic diversities of 4 species of subgenus Lithocerasus (Prunus, Rosaceae) revealed by RAPD analysis. Euphytica. 2001;117:85-90. DOI: 10.1023/A:1004193327542Симагин В.С. Итоги интродукционных исследований по косточковым плодовым культурам. В кн.: Интродукция нетрадиционных плодовых, ягодных и овощных растений в Западной Сибири / под ред. И.Ю. Коропачинского, А.Б. Горбунова. Новосибирск: ГЕО; 2013. С.8-23.Simagin V.S. Introduction research results on stone fruit plants (Itogi introduktsionnykh issledovaniy po kostochkovym plodovym rasteniyam). In: I.Yu. Koropachinskii, A.B. Gorbunov (eds). Introduction of unconventional fruit, berry and vegetable plants in Western Siberia (Introduktsiya netraditsionnykh plodovykh, yagodnykh i ovoshchnykh rasteniy v Zapadnoy Sibiri). Novosibirsk: GEO; 2013. p.8-23. [in Russian]Скворцов А.К., Крамаренко Л.А. Абрикос в Москве и Подмосковье. Москва: КМК; 2007.Skvortsov AK, Kramarenko LA. The apricot in Moscow and Moscow Province (Abrikos v Moskve i Podmoskovye).Moscow: KMK; 2007. [in Russian]Van de Peer Y., De Wachter R. TREECON for Windows: software for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environment. Bioinformatics. 1994; 10(5):569-570. DOI: 10.1093/bioinformatics/10.5.569Van de Peer Y., De Wachter R. TREECON for Windows: software for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environment. Bioinformatics. 1994; 10(5):569-570. DOI: 10.1093/bioinformatics/10.5.569Юшев А.А. Объем и систематика рода Сerasus Mill. и селекционное использование видового потенциала вишен. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1992;146:16-26.Yushev A.A. Volume and systematics of the genus Cerasus Mill. as well as breeding use of specific potential in cherries. Bulletin of Applied Botany, Genetics and Plant Breeding. 1992;146:16-26. [in Russian]

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