Генетическое разнообразие образцов Hordeum bulbosum из Ирана, выявленное с использованием ISSR-маркеров

УДК 582.542.1+577.21(55)

Ключевые слова: генетическое разнообразие, дикий ячмень, дифференциация популяций, поток генов, приоритеты сохранения

Аннотация

Hordeum bulbosum – дикий родственник культурного ячменя (H. vulgare), представляющий собой ценный источник генетических ресурсов благодаря высокой экологической адаптивности и широкому распространению в различных регионах Ирана. В настоящем исследовании ISSR-маркеры (Inter-Simple Sequence Repeat) были использованы для оценки генетического разнообразия, структуры популяций и степени генетической дифференциации между популяциями H. bulbosum, собранными в семи экологически и географически различных районах страны. Геномную ДНК выделяли модифицированным методом CTAB, а ПЦР-амплификацию проводили с использованием семи ISSR-праймеров, четыре из которых обеспечили получение воспроизводимых полиморфных фрагментов. Генетические данные анализировали с применением программ PAST, STRUCTURE, PopGene и GenAlEx. ISSR-маркеры продемонстрировали высокую эффективность при выявлении полиморфизма (среднее значение PIC = 0,363; D = 0,844), что позволило установить значительный уровень генетической изменчивости как внутри исследованных популяций, так и между ними. Анализ молекулярной дисперсии (AMOVA) показал, что 74 % общей генетической изменчивости обусловлено различиями между популяциями, сопровождаемыми высоким уровнем генетической дифференциации (Gst = 0,72) и ограниченным потоком генов (Nm = 0,19). Анализ структуры популяций (STRUCTURE) и дендрограмма, построенная методом Neighbor-Joining, выявили несколько чётко выраженных генетических кластеров: популяции 1, 2, 3 и 7 характеризуются высокой генетической однородностью, тогда как популяции 4, 5 и 6 продемонстрировали признаки смешанного происхождения. Результаты теста Мантеля и канонического корреляционного анализа (CCA) показали, что формирование генетической структуры популяций определяется совместным влиянием географической изоляции (IBD) и различий экологических условий (IBE). Полученные результаты подчёркивают эволюционную значимость H. bulbosum как ценного генетического ресурса для совершенствования культурного ячменя и селекции сортов, устойчивых к неблагоприятным условиям среды. Кроме того, выявлены генетически уникальные популяции, представляющие приоритетную ценность для сохранения и включения в национальные и международные банки генетических ресурсов.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Литература

Abbaszade S., Jafari A. A., Safari H., Shirvani H. 2013. Genetic diversity of Lolium multiflorum accessions using ISSR molecular markers. Int. J. Farming Allied Sci. 2(22): 1217–1222.
Abbaszadeh M., Sheidai M., Azizi N., Koohdar F. 2020. Genetic and morphological variability in medicinal plant Helichrysum oocephalum Boiss. (Asteraceae) in Iran. Hacquetia 19(2): 317–324. https://doi.org/10.2478/hacq-2020-0002
Abdel-Lateif K. S., Hewedy O. A. 2018. Genetic diversity among Egyptian wheat cultivars using SCoT and ISSR markers. SABRAO J. Breed. Genet.50: 36–45.
Ali F., Nadeem M. A., Habyarimana E., Yilmaz A., Nawaz M. A., Khalil I. H., Ercisli S., Chung G., Chaudhary H. J., Baloch F. S. 2020. Molecular characterization of genetic diversity and similarity centers of safflower accessions with ISSR markers. Braz. J. Bot.43: 109–121. https://doi.org/10.1007/s40415-019-00574-7
Amin A. K., El-Fayoumi H. H., Mohamed N. H., Tawfik R. S., Allam M., Karam M. A. 2017. Relationships among some regional species of the genus Lolium L. based on morphological and molecular markers Int. J. Curr. Res.3: 1333–1363.
Amiryousefi A., Hyvönen J., Poczai P. 2018. iMEC: Online marker efficiency calculator. Appl. Plant Sci. 6(6): e01159. https://doi.org/10.1002/aps3.1159
Ayaz A., Zaman W., Saqib S., Ullah F., Mahmood T. 2020. Phylogeny and diversity of Lamiaceae based on rps14 gene in Pakistan. Genetika 52: 435–452. https://doi.org/10.2298/GENSR2002435A
Ben Romdhane M., Riahi L., Selmi A., Jardak R., Bouajila A., Ghorbel A., Zoghlami N. 2017. Low genetic differentiation and evidence of gene flow among barley landrace populations in Tunisia. Crop Sci. 57(3): 1585–1593. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.05.0298
Botstein D., White R. L., Skolnick M., Davis R. W. 1980. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. Am. J. Hum. Genet. 32(3): 314.
Brbaklić L., Trkulja D., Mikić S., Mirosavljević M., Momčilović V., Dudić B., Procházková L., Aćin V. 2021. Genetic diversity and population structure of Serbian barley (Hordeum vulgare L.) collection during a 40-year long breeding period. Agronomy 11(1): 118. https://doi.org/10.3390/agronomy11010118
Cammeraat E., van Beek R., Kooijman A. 2005. Vegetation succession and its consequences for slope stability in SE Spain. Plant Soil 278(1): 135–147.
Civáň P., Drosou K., Armisen-Gimenez D., Duchemin W., Salse J., Brown T. A. 2021. Episodes of gene flow and selection during the evolutionary history of domesticated barley. BMC Genomics 22(1): 227.
Costa R., Pereira G., Garrido I., Tavares-de-Sousa M. M., Espinosa F. 2016. Comparison of RAPD, ISSR, and AFLP molecular markers to reveal and classify orchard grass (Dactylis glomerata L.) germplasm variations. PLoS One 11: e0152972. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0152972
Deng P., Wang M., Feng K., Cui L., Tong W., Song W., Nie X. 2016. Genome-wide characterization of microsatellites in Triticeae species: abundance, distribution and evolution. Sci. Rep. 6(1): 32224. https://doi.org/10.1038/srep32224
Dorogina O. V., Nuzhdina N. S., Kozlova M. V., Zueva G. A., Vasilyeva O. Y. 2023. Identification of populations by ISSR markers and a histochemical determination of transient starch in species of the genus Miscanthus Anderss. Contemp. Probl. Ecol. 16(1): 67–75. https://doi.org/10.1134/S199542552301002X
Drine S., Guasmi F., Ali S. B., Triki T., Boussorra F., Ferchichi A. 2016. Genetic diversity analysis of different barley (Hordeum vulgare L.) genotypes from arid and humid regions using ISSR and RAPD markers. J. New Sci. 34(2): 1930–1939.
Evanno G., Regnaut S., Goudet J. 2005. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol. Ecol. 14: 2611–2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x
Farajpour M., Ebrahimi M., Amiri R., Golzari R., Sanjari S. 2012. Assessment of genetic diversity in Achillea millefolium accessions from Iran using ISSR marker. Biochem. Syst. Ecol. 43: 73–79. https://doi.org/10.1016/j.bse.2012.02.017
Feldman M., Levy A. A. 2023. Wheat evolution and domestication. Springer, Cham. 673 pp. https://doi.org/10.1007/978-3-031-30175-9
Feng J.-W., Pidon H., Cuacos M., Lux T., Himmelbach A., Haghi R., et al. 2025. A haplotype-resolved pangenome of the barley wild relative Hordeum bulbosum. Nature 645(8080): 429–438. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09270-x
Fikiru E., Tesfaye K., Bekele E. 2007. Genetic diversity and population structure of Ethiopian lentil (Lens culinaris Medikus) landraces as revealed by ISSR marker. Afr. J. Biotechnol. 6(12): 1460–1468.
Frankham R., Ballou J. D., Briscoe D. A. 2010. Introduction to conservation genetics. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press. 618 pp. https://doi.org/10.1017/CBO9780511809002
Ghariani S., Elazreg H., Chtourou-Ghorbel N., Chakroun M., Trifi-Farah N. 2015. Genetic diversity analysis in Tunisian perennial ryegrass germplasm as estimated by RAPD, ISSR, and morpho-agronomical markers. Genet. Mol. Res. 14: 18523–18533. https://doi.org/10.4238/2015.december.23.40
Guo J., Yu X., Yin H., Liu G., Li A., Wang H., Kong L. 2016. Phylogenetic relationships of Thinopyrum and Triticum species revealed by SCoT and CDDP markers. Plant Syst. Evol. 302: 1301–1309. https://doi.org/10.1007/s00606-016-1332-4
Hamrick J. L., Godt M. J. W. 1996. Effects of life history traits on genetic diversity in plant species. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 351(1345): 1291–1298. https://doi.org/10.1098/rstb.1996.0112
Hu Q., Yao Y., Cui Y., Li X., An L., Bai Y., Ding B., Yao X., Wu K. 2024. Genetic diversity analysis and DNA fingerprinting of primary Qingke (Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f.) cultivars. Genet. Resour. Crop Evol. 71: 1–16. https://doi.org/10.1007/s10722-024-01785-2
Huang C. Q., Liu G. D., Bai C. J., Wang W. Q., Tang J., Yu D. G. 2012. Exploring the genetic diversity of Cynodon radiatus (Poaceae) accessions using ISSR markers. Biochem. Syst. Ecol. 45: 218–223. https://doi.org/10.1016/j.bse.2012.07.007
Hübner S., Höffken M., Oren E., Haseneyer G., Stein N., Graner A., Schmid K., Fridman E. 2009. Strong correlation of wild barley (Hordeum spontaneum) population structure with temperature and precipitation variation. Mol. Ecol. 18(7): 1523–1536. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2009.04106.x
Johnston P. A., Timmerman-Vaughan G. M., Farnden K. J., Pickering R. 2009. Marker development and characterisation of Hordeum bulbosum introgression lines: a resource for barley improvement. Theor. Appl. Genet. 118: 1429–1437. https://doi.org/10.1007/s00122-009-0931-2
Kasha K. J., Kao K. N. 1970. High frequency haploid production in barley (Hordeum vulgare L.). Nature 225(5235): 874–876. https://doi.org/10.1038/225874a0
Keshavarzi M., Tabaripour R., Ullah F. 2022. Assessment of SCoT and ISSR molecular markers in genetic diversity of rigid ryegrass (Lolium rigidum Gaud.) in Iran. Phytotaxa 538(3): 182–196. https://doi.org/10.11646/phytotaxa.538.3.2
Khodaee L., Azizinezhad R., Etminan A. R., Khosroshahi M. 2021. Assessment of genetic diversity among Iranian Aegilops triuncialis accessions using ISSR, SCoT, and CBDP markers. J. Genet. Eng. Biotechnol. 19(1): 5. https://doi.org/10.1186/s43141-020-00107-w
Legendre P., Makarenkov V. 2002. Reconstruction of biogeographic and evolutionary networks using reticulograms. Syst. Biol. 51(2): 199–216. https://doi.org/10.1080/10635150252899725
Makarenkov V., Lapointe F. J. 2004. A weighted least-squares approach for inferring phylogenies from incomplete distance matrices. Bioinformatics 20(13): 2113–2121. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bth211
Maluszynski M., Kasha K. J., Forster B. P., Szarejko I. (Ed.). 2003. Doubled Haploid Production in Crop Plants: A Manual. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 428 pp. https://doi.org/10.1007/978-94-017-1293-4
Marrs R. A., Sforza R., Hufbauer R. A. 2008. When invasion increases population genetic structure: A study with Centaurea diffusa. Biol. Invasions 10: 561–572. https://doi.org/10.1007/s10530-007-9153-6.
Meirmans P. G., Van Tienderen P. H. 2004. GENOTYPE and GENODIVE: two programs for the analysis of genetic diversity of asexual organisms. Mol. Ecol. Notes 4(4): 792–794. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00770.x
Milner S. G., Jost M., Taketa S., Mazón E. R., Himmelbach A., Oppermann M., Weise S., Knüpffer H., Basterrechea M., König P., Schüler D. 2019. Genebank genomics highlights the diversity of a global barley collection. Nat. Genet. 51(2): 319–326. https://doi.org/10.1038/s41588-018-0266-x
Morrell P. L., Clegg M. T. 2011. Hordeum. In: Kole C. (ed.). Wild Crop Relatives: Genomic and Breeding Resources. Cereals. Berlin, Heidelberg: Springer. Pp. 309–319. https://doi.org/10.1007/978-3-642-14228-4_17
Naghavi M. R., Ebrahimi A., Sabokdast M., Mardi M. 2011. Assessment of genetic variation among five Hordeum species from Iran. Cereal Res. Commun. 39: 487–496. https://doi.org/10.1556/CRC.39.2011.4.3
Nevo E., Beiles A., Kaplan D. 2012. Evolutionary dynamics of wild barley (Hordeum spontaneum): Population structure and adaptive significance. Theor. Appl. Genet. 125(4): 635–647. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1802-6
Noroozisharaf A., Hatamzadeh A., Lahiji H. S., Bakhshi D. 2015. Genetic diversity of endangered primrose (Primula heterochroma Stapf.) accessions from Iran revealed by ISSR and IRAP markers. Sci. Hortic. 190: 173–178. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.04.028
Nybom H. 2004. Comparison of different nuclear DNA markers for estimating intraspecific genetic diversity in plants. Mol. Ecol. 13(5): 1143–1155. https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.2004.02141.x
Okumus A., Uzun F. 2007. Genetic and geographic variation of bulbous barley (Hordeum bulbosum L.) assessed by RAPD markers. Russ. J. Genet. 43: 294–298. https://doi.org/10.1134/S1022795407030070
Palakurthi R., Poli Y., Juturu V. N., Gunti M., Buchanapalli S. K., Puli C. O. R., Araveeti M. R., Akila C. S. 2023. Molecular genetic and taxonomical relationship among selected Setaria species using inter simple sequence repeat (ISSR’s) and microsatellite (SSRs) markers. Genet. Resour. Crop Evol. 70(3): 903–917. https://doi.org/10.1007/s10722-022-01447-6
Peakall R., Smouse P. E. 2006. GenAlEx 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Mol. Ecol. Notes 6: 288–295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x
Perrier X., Jacquemoud-Collet J. P. 2006. DARwin Software. Available at: http://darwin.cirad.fr/darwin (Accessed 26 January 2025).
Podani J. 2000. Introduction to the Exploration of Multivariate Biological Data. Leiden: Backhuys Publishers. 407 pp.
Porras-Hurtado L., Ruiz Y., Santos C., Phillips C., Carracedo A., Lareu M. V. 2013. An overview of STRUCTURE: applications, parameter settings, and supporting software. Front. Genet. 4: 98. https://doi.org/10.3389/fgene.2013.00098
Posselt U. K., Barre P., Brazauskas G., Turner L. B. 2006. Comparative analysis of genetic similarity between perennial ryegrass genotypes investigated with AFLPs, ISSRs, RAPDs and SSRs. Czech J. Genet. Plant Breed. 42: 87. https://doi.org/10.17221/3647-CJGPB
Pritchard J. K., Stephens M., Donnelly P. 2000. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155(2): 945–959. https://doi.org/10.1093/genetics/155.2.945
Rani V., Yadav M. K., Singh R., Yadav D. 2024. Genetic diversity assessment in cereal crops. In: J. M. Al-Khayri, S. M. Jain, S. Penna (eds.). Sustainable Utilization and Conservation of Plant Genetic Diversity. Sustainable Development and Biodiversity. Vol. 35. Singapore: Springer Nature Singapore. Pp. 363–398. https://doi.org/10.1007/978-981-99-5245-8_11
Roldan-Ruiz I., Dendauw J., Van Bockstaele E., Depicker A., De Loose M. 2000. AFLP markers reveal high polymorphic rates in ryegrasses (Lolium spp.). Mol. Breed.6(2): 125–134. https://doi.org/10.1023/A:1009680614564
Safari H., Zebarjadi A., Kahrizi D., Jafari A. A. 2019. The study of inter-specific relationships of Bromus genus based on SCoT and ISSR molecular markers. Mol. Biol. Rep. 46: 5209–5223. https://doi.org/10.1007/s11033-019-04978-2
Tabaripour R., Keshavarzi M. 2021. Interspecific molecular variation of Lolium L. based on ISSR, SCoT and ITS. Iranian Iran J. Sci. Technol. Trans. Sci.45(4): 1263–1272. https://doi.org/10.1007/s40995-021-01151-y
Toubia-Rahme H., Johnston P. A., Pickering R. A., Steffenson B. J., Graner A. 2003. Inheritance and chromosomal location of Septoria passerinii resistance introgressed from Hordeum bulbosum into Hordeum vulgare. Plant Breed. 122(5): 405–409.
Van Heerwaarden J., Hellin J., Visser R. F., Van Eeuwijk F. A. 2009. Estimating maize genetic erosion in modernized smallholder agriculture. Theor. Appl. Genet. 119(5): 875–888.
Vieira J. P. S., Schnadelbach A. S., Hughes F. M., Jardim J. G., Clark L. G., de Oliveira R. P. 2020. Ecological niche modelling and genetic diversity of Anomochloa marantoidea (Poaceae): filling the gaps for conservation in the earliest-diverging grass subfamily. Bot. J. Linn. Soc. 192: 258–280. https://doi.org/10.1093/botlinnean/boz039
Walther U., Rapke H., Proeseler G., Szigat G. 2000. Hordeum bulbosum – a new source of disease resistance – transfer of resistance to leaf rust and mosaic viruses from H. bulbosum into winter barley. Plant Breed. 119(3): 215–218.
Wang I. J., Bradburd G. S. 2014. Isolation by environment. Mol. Ecol. 23: 5649–5662. https://doi.org/10.1111/mec.12938
Wang J., Luo M. C., Chen Z., You F. M., Wei Y., Zheng Y., Dvorak J. 2013. Aegilops tauschii single nucleotide polymorphisms shed light on the origins of wheat D-genome genetic diversity and facilitate its transfer to bread wheat. BMC Genomics 14(1): 1–13. https://doi.org/10.1186/1471-2164-14-431
Wang Y. 2009. Genetic Diversity and Candidate Gene Selection for Drought Tolerance in Perennial Ryegrass. M.S. Thesis. West Lafayette, IN: Purdue University. 92 pp.
Yeh F. C., Yang R. C., Boyle T. 1999. POPGENE, Version 1.31: Microsoft Windows-Based Freeware for Population Genetic Analysis. Edmonton, Canada: University of Alberta and Centre for International Forestry Research. Available at: http://www.ualberta.ca/~fyeh
Yigider E., Akgun I., Yuksel S. 2024. Determination of genetic diversity with ISSR assay among barley genotypes. Iran. J. Sci. 48(2): 289–299. https://doi.org/10.1007/s40995-024-01595-y
Опубликован
2026-10-25
Как цитировать
Кешаварзи М., Табарипур Р., Талеби С. М. Генетическое разнообразие образцов Hordeum bulbosum из Ирана, выявленное с использованием ISSR-маркеров // Turczaninowia, 2026. Т. 29, № 3. С. 132–145 DOI: 10.14258/turczaninowia.29.3.14. URL: https://turczaninowia.asu.ru/article/view/20500.
Раздел
Научные статьи