Genetic evidence for modern reticulate microevolution in mixed populations of Elymus uralensis, E. viridiglumis, E. mutabilis, and E. caninus (Poaceae) in the Southern Urals

UDC 582.542.1+575.174.015.3+631.523

Keywords: fertility, hybridization, introgression, ISSR, reproductive isolation, variability

Abstract

The article considers microevolutionary relationships of Elymus species common in the Southern Urals. The objectives were to trace genetic links between E. uralensis and E. viridiglumis described from closely located habitats and to assess the possibility of introgression of E. uralensis with E. mutabilis and E. caninus during joint growth. ISSR DNA analysis was used to identify genotypes. The use of six ISSR primers showed the presence of multiple reticulate microevolutions in mixed populations of Elymus species in the Southern Urals. This process is based on periodic spontaneous hybridization with subsequent interspecific introgression. According to the specificity of ISSR profiles, the endemic species E. uralensis showed no relationship with the Siberian group of E. komaroviiE. transbaicalensisE. margaritae species. The objective was to identify reproductive compatibility between the species E. uralensis, E. viridiglumis, E. mutabilis, and E. caninus of the Southern Urals, to trace the dynamics of seed fertility and recombination of diagnostic traits in hybrids in the F1–F3 generations. In seven crossbreeding combinations, F1 hybrids were created that produced full grains. This fact indicates the absence of strict reproductive isolation of E. uralensis from other species growing together with it. Modeling the introgression process under experimental conditions showed the possibility of stabilizing the seed fertility of hybrids in subsequent generations. As a result of hybridization, a set of recombinant morphotypes was formed that combined trait of different species. Based on the analysis of hybrid segregation by marker traits, it is possible to assume the origin of the species E. uralensis and E. viridiglumis of the Southern Urals with the participation of local ancestral biotypes E. caninus and E. mutabilis.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

References

Agafonov A. V. 2004. Intraspecific structure and reproductive relationships between Elymus mutabilis and E. transbaicalensis (Poaceae) in Southern Siberia from the viewpoint of taxonomical genetics. Russ. J. Genet. 40, 11: 1229–1238. DOI: 10.1023/B:RUGE.0000048665.40740.2c
Агафонов А. В. Дифференциация рода Elymus L. (Triticeae: Poaceae) в Азиатской части России с позиций таксономической генетики // Сибирский ботанический вестник: электронный журнал, 2007. Т. 2, вып. 1. С. 5–15. URL: http://www.csbg.nsc.ru/uploads/journal.csbg.ru/pdfs/i2.pdf.
Агафонов А. В. Общая структура рекомбинационного генпула Elymus caninus (Triticeae: Poaceae) по данным скрещиваемости и оценки наследования некоторых морфологических признаков, используемых в таксономии // Растительный мир Азиатской России, 2011. № 2. С. 61–70.
Агафонов А. В., Асбаганов С. В., Шабанова (Кобозева) Е. В., Морозов И. В., Бондарь А. А. Геномная конституция и дифференциация субгеномов эндемичных сибирских и дальневосточных видов рода Elymus (Poaceae) по данным секвенирования ядерного гена waxy // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2019. Т. 23, № 7. С. 817–826. DOI: 10.18699/VJ19.555
Agafonov A. V., Salomon B. 2002. Genepools among SH genome Elymus species in boreal Eurasia. In: P. Hernández et al. (ed.). Triticeae IV. Spain, Sevilla: Consejeria de Agricultura y Pesca. Pp. 37–41.
Черепанов С. К. Сосудистые растения СССР. Л.: Наука, 1981. 510 с.
Emtseva M. V., Agafonov A. V. 2018. Identification of artificial interspecific hybrids in the genus Elymus (Poaceae) by using ISSR markers. Prospects of Development and Challenges of Modern Botany. BIO Web of Conferences 11: 00011. DOI: 10.1051/bioconf/20181100011
Кобозева Е. В., Емцева М. В., Асбаганов С. В., Агафонов А. В. Таксономическая специфичность дальневосточных видов Elymus kamczadalorum, E. charkeviczii s. l. и E. kronokensis, выявляемая с помощью ISSR-маркеров // Растительный мир Азиатской России, 2017. № 3(27). С. 43–50. DOI: 10.21782/RMAR1995-2449-2017-3(43-50)
Lu B.-R., Salomon B., Bothmer R. von. 1990. Cytogenetic studies of progeny from the intergeneric crosses Elymus × Hordeum and Elymus × Secale. Genome 33: 425–432.
Nei M. 1987. Molecular evolutionary genetics. N. Y.: Columbia Univ. Press. 512 рp.
Nei M., Li W.-H. 1979. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 76(10): 5269–5273.
Невский С. А. О новом виде рода Agropyron Gaertn. // Известия Главного ботанического сада СССР, 1930. Т. 29, вып. 1. С. 89–91.
Невский С. А. Колено XIV. Ячменевые – Hordeeae Benth. // Флора СССР. Т. 2. Л.: Изд-во АН СССР, 1934. C. 590–728.
Peer Van de Y., Wachter R. D. 1994. TREECON for Windows: A software package for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environment. Comput. Appl. Biosci. 10: 569–570.
Цвелев Н. Н. Elymus L. // Растения Центральной Азии. Материалы Ботанического института АН СССР. Вып. 4. Л.: Наука, 1968. С. 210–223.
Цвелев Н. Н. Заметки о некоторых родах злаков флоры СССР // Новости сист. высш. раст., 1971. Т. 8. С. 57–82.
Цвелев Н. Н. Новые таксоны злаков (Poaceae) флоры СССР // Новости сист. высш. раст., 1972. Т. 9. С. 55–64.
Цвелев Н. Н. Обзор видов трибы Triticeae Dum. семейства злаков (Poaceae) во флоре СССР // Новости сист. высш. раст., 1973. Т. 10. С. 19–60.
Цвелев Н. Н., Пробатова Н. С. Роды Elymus L., Elytrigia Desv., Agropyron Gaertn., Psathyrostachys Nevski и Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) во флоре России // Комаровские чтения. Вып. 57. Владивосток: Дальнаука, 2010. С. 5–102.
Вавилов Н. И. Линнеевский вид как система // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 1931. Т. 26, вып. 3. С. 109–134.
Published
2024-12-28
How to Cite
Shabanova (Kobozeva) E. V., Asbaganov S. V., Agafonov A. V. Genetic evidence for modern reticulate microevolution in mixed populations of Elymus uralensis, E. viridiglumis, E. mutabilis, and E. caninus (Poaceae) in the Southern Urals // Turczaninowia, 2024. Vol. 27, № 4. P. 141–156 DOI: 10.14258/turczaninowia.27.4.16. URL: http://turczaninowia.asu.ru/article/view/16653.
Section
Science articles