Виртуальная in silico ПЦР в двумерном формате как инструмент для выяснения филогенетического родства у аллополиплоидных форм на примере пшениц и их диких сородичей эгилопсов

Abstract

Определение природных доноров трех субгеномов BAD мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) имеет большое значение в целях разработки технологий по дальнейшему усовершенствованию данной культуры. До сегодняшнего дня остаются открытыми некоторые вопросы происхождения субгеномов B и A мягкой пшеницы, тогда как донором субгенома D считается Aegilops tauschii подвид strangulata. Для установления видов- доноров субгеномов полиплоидных форм активно применяется сравнение нуклеотидных последовательностей различных генов, а также фрагментов повторяющейся ДНК, что позволяет строить филогенетические древа. Однако в этом случае в анализ берется лишь одна или несколько генетических систем или локусов. Предложенное нами геномное штрихкодирование, не привязанное к какой-либо генетической системе, имеет преимущество, поскольку in silico RAPD-анализ «находит» одинаковые по размеру участки сразу всего генома, делая как бы его полный «срез». Для оценки филогенетического родства разных видов пшеницы использовали метод виртуального мультиплексного RAPD-анализа с 20 ундекамерными праймерами, что позволило создать геномные штрихкоды этих видов, сопровождаемые двумерными картами, составленными для отдельных хромосом анализируемой пшеницы. Предложенный метод компьютерного анализа геномов показал, что T. aestivum субгеном D и Ae. tauschii весьма схожи между собой, что подтверждает их общее происхождение. В случае с донорами субгеномов А и В такие однозначные выводы сделать не удалось, что, возможно, связано с более древним объединением этих субгеномов в тетраплоидной пшенице и накоплением за это время большего количества мутаций

Identification of natural donors of three bread wheat (Triticum aestivum L.) BAD subgenomes is of great importance for developing technologies aimed at improving this crop. The question about the species and subspecies of the wheat–Aegilops alliance serving as donors of the B and A subgenomes remains unanswered, while the Aegilops tauschii subspecies of strangulata is considered as a donor of the D subgenome. To identify the donor species of subgenomes of polypoid forms, the comparison of the nucleotide sequences of various genes, as well as fragments of repetitive DNA, is performed to construct phylogenetic trees. In that case, however, only one or a few genetic systems or loci are taken into analysis. The genomic barcoding proposed by the authors, which is not tied to any genetic system, has an advantage, since in silico RAPD analysis «finds» fragments matching in size in the entire genome, making, as it were, a complete «slice» of it. To estimate the phylogenetic relationship of different wheat species, we used the method of virtual multiplex RAPD analysis with 20 undecamer primers, which made it possible to create genomic barcodes of these species and compile two- dimensional maps for individual chromosomes of the analyzed wheat species. The proposed method of computer analysis of genomes showed that T. aestivum subgenome D and Ae. tauschii are very similar to each other, which may indicate their common origin. No such definite conclusions could be drawn about the donors of subgenomes A and B, which is probably due to the more ancient association of these subgenomes in tetraploid wheat and the accumulation of a larger number of mutations over this time