RAPD-АНАЛІЗ У СИСТЕМІ КОМПЛЕКСНОГО ЕКОЛОГО-АНАЛІТИЧНОГО МОНІТОРИНГУ ПОПУЛЯЦІЙ КОНЮШИНИ ЛУЧНОЇ ТРАВ'ЯНИХ ФІТОЦЕНОЗІВ СУМСЬКОЇ ОБЛАСТІ

Ключові слова: Trifolium pratense L., RAPD-аналіз, природні трав’яні фітоценози, популяції, генетичне різноманіття, праймер

Анотація

Стаття присвячена дослідженню популяцій конюшини лучної (Trifolium pratense L.) природних трав’яних фітоценозів в умовах м. Суми та Сумської області (природний заповідник «Михайлівська цілина») з використанням методів молекулярної біології, зокрема ПЛР-діагностики з участю олігонуклеотидних RAPD-праймерів, з метою встановлення генетичного різноманіття виду на рівні популяцій. Вивчення генетичної структури популяцій виду є складовою комплексного популяційного аналізу, який, у тому числі, включає дослідження вікової та онтогенетичної, статевої, розмірної та віталітетної структур, репродукції та ростових процесів, що дозволяє розкрити механізми стійкості виду у тих чи інших умовах зростання, оцінити перспективи його існування та зробити висновок щодо генетичного різноманіття його популяцій. З агрономічної точки зору конюшина лучна – надзвичайно цінна польова культура, оскільки використовується як корм для худоби, а її здатність фіксувати атмосферний азот у ґрунті забезпечує трави-супутники цим елементом живлення. З цієї причини конюшина лучна є гарним попередником для зернових культур. У межах природних фітоценозів частка конюшини лучної може складати до 20% травостою, що разом з іншими видами трав формує високопродуктивні луки. Дослідження природних угруповань конюшини лучної на молекулярному (геномному) рівні дозволяє максимально точно оцінити ступінь біорізноманіття виду, селекційний потенціал сортів як джерела цільових генів для добору зокрема та генетичної плазми загалом. Молекулярний аналіз також дозволить оцінити втрати генетичних ресурсів конюшини лучної внаслідок агресивних бойових дій. Об’єктом дослідження були зразки конюшини лучної, зібрані у різних локаціях трав’яних фітоценозів м. Суми та природного заповідника «Михайлівська цілина». Генетичний матеріал (ДНК) виділяли з використанням сіль-ферментної екстракції з подальшим очищенням та висадженням нуклеїнової кислоти. Ампліфікацію ДНК здійснювали з використанням RAPD-праймерів Ver_1 AATCGGGCTG та Ver_2 GTTGCGATCC з подальшою візуалізацією продуктів реакції в агарозному гелі у присутності бромистого етидію. Характер ампліконів свідчить про задовільну якість препаратів нуклеїнових кислот. Ампліфікація фрагментів виявила високий ступінь поліморфізму по обох маркерах (17 поліморфних локусів з 18), а дослідження спорідненості зразків конюшини лучної з використанням кластерного аналізу встановило тісну спорідненість між зразками, що росли у межах міста Суми у суміжних локаціях, а також природного заповідника «Михайлівська цілина».

Посилання

1. Amdahl, H. (2016). Improving the seed yield potential of tetraploid red clover (Trifolium pratense L.). Norwegian University of Life Sciences, 2016 (79), 100.
2. Chao, Y., Yuan, J., Li, S., Jia, S., Han, L. & Xu, L. (2018). Analysis of transcripts and splice isoforms in red clover (Trifolium pratense L.) by single-molecule long-read sequencing. BMC Plant Biology, 18 (300), 1–12. doi: 10.1186/s12870-018-1534-8
3. Bondarieva, L.M., Kyrylchuk, K.S., Skliar, V.H., Tikhonova, O.M., Zhatova, H.O. & Bashtovyi, M.G. (2019). Population dynamics of the typical meadow species in the conditions of pasture digression in flooded meadows. Ukrainian Journal of Ecology, 9 (1), 204–211.
4. Bondarieva, L. M., & Kyrylchuk, K. S. (2023). Struktura populiatsii luchnykh roslyn na zaplavnykh lukakh lisostepovoi zony za umov vypasannia ta sinokosinnia [Structure of meadow plant populations in flood meadows of the forest-step zone under grazing and mowing conditions]. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Agronomy and Biology, 51(1), 3–13 (in Ukrainian). doi: 10.32782/agrobio.2023.1.1
5. Collins, R. P., Helgadóttir, Á., Frankow-Lindberg, B. E., Skøt, L., Jones, C. & Skøt, K. P. (2012). Temporal changes in population genetic diversity and structure in red and white clover grown in three contrasting environments in northern Europe. Annals of Botany, 110, 1341–1350. doi: 10.1093/aob/mcs058
6. De Vega, J. J., Sarah Ayling, Matthew Hegarty, Dave Kudrna, Jose L. Goicoechea, Åshild Ergon, Odd A. Rognli, Charlotte Jones, Martin Swain, Rene Geurts, Chunting Lang, Klaus F. X. Mayer, Stephan Rössner, Steven Yates, Kathleen J. Webb, Iain S. Donnison, Giles E. D. Oldroyd, Rod A. Wing, Mario Caccamo, Wayne Powell, Michael T. Abberton & Leif Skøt. (2015). Red clover (Trifolium pratense L.) draft genome provides a platform for trait improvement. Scientific Reports, 5(17394), 1–2. doi: 10.1038/srep17394
7. Dluhošová, J., Ištvánek, J., Nedĕlník, J., & Řepková, J. (2017). Red Clover (Trifolium pratense) and Zigzag Clover (T. medium) – A Picture of Genomic Similarities and Differences. Frontiers in Plant Science, 9(724), 1–14. doi: 10.3389/fpls.2018.00724
8. Drebot, O. V., Kudryk, A. P., Pitsil, A. O. & Lukianenko, O. P. (2018). Pidvyshchennia bioriznomanittia roslynnykh formatsii pid chas zemleustroiu ahrolandshaftu [Increasing the biodiversity of plant formations during land management of the agrolandscape]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy, 28(3), 18–21, (in Ukrainian).
9. Duhar, Iu. M. (2013). Henetychni vzaiemovidnosyny ukrainskykh sortiv koniushyny luchnoi za DNK-markeramy [Genetic relationships of Ukrainian meadow clover varieties according to DNA markers]. Biolohichni systemy, 5(4), 479–483 (in Ukrainian).
10. Duhar, Iu. M. & Popov, V. N. (2013). Genetic structure and diversity of Ukrainian red clover cultivars revealed by microsatellite markers. Open Journal of Genetics, 3, 235–242. doi: 10.4236/ojgen.2013.34026
11. Ištvánek, J., Dluhošová, J., Dluhoš, P., Pátková, L., Nedĕlník, J., & Řepková, J. (2017). Gene Classification and Mining of Molecular Markers Useful in Red Clover (Trifolium pratense) Breeding. Frontiers in Plant Science, 8, 1–16. doi: 10.3389/fpls.2017.00367
12. Jones, C., De Vega, J., Lloyd, D., Hegarty, M., Ayling, S., Powell, W. & Skøt, L. (2020). Population structure and genetic diversity in red clover (Trifolium pratense L.) germplasm. Scientific Reports, 10 (8364), 1 – 12. doi: 10.1038/s41598-020-64989-z
13. Kim C.S., Lee C.H., Shin J.S., Chung Y.S., Hyung N.I. (1997). A simple and rapid method for isolation of high-quality genomic DNA from fruit trees and conifers using PVP. Nucleic Acids Research. 25 (5), 1085–1086.
14. Kovalenko, I., Skliar, Iu., Klymenko, H. & Kovalenko, N. (2019). Vitality Structure of the Populations of Vegetative Motile Plants of Forest Ecosystems of the North-East of Ukraine. The Open Agriculture Journal, 13, 125–132. doi: 10.2174/1874331501913010125.
15. Kyrylchuk, K., Skliar, V., Tykhonova, O. & Kobzhev, O. (2021). Vitality dynamics of populations of some legume species in floodplain meadows of the Psel river basin under grazing and haymaking (Ukraine). Scientific Papers. Series B, Horticulture, LXV(1), 406–414.
16. Kyrylchuk, K.S. & Bashtovyi, M.H. (2018). Kompleksnyi analiz populiatsii Trifolium pratense L. na zaplavnykh lukakh lisostepovoi zony Ukrainy [Comprehensive analysis of Trifolium pratense L. populations in floodplain meadows of the forest-steppe zone of Ukraine]. Naukovyi visnyk Skhidnoievropeiskoho natsionalnoho universytetu imeni Lesi Ukrainky, 4 (377), 5–15. doi: 10.29038/2617-4723-2018-377-5-15
17. Kyrylchuk K.S. (2017). Vitalitetna struktura populiatsii Trifolium pratense L. ta Trifolium repens L. na zaplavnykh lukakh v umovakh hospodarskoho korystuvannia [Vitality structure of Trifolium pratense L. and Trifolium repens L. populations on floodplain meadows under conditions of economic use]. Visnyk SNAU: Seriia «Ahronomiia i biolohiia», 2 (33), 12–16 (in Ukrainian).
18. Kyrylchuk K.S. (2007). Vikova ta vitalitetna struktury populiatsii bobovykh na zaplavnykh lukakh r. Psel (Lisostepova zona) v umovakh hospodarskoho korystuvannia [Age and vitality structures of legume populations on the floodplain meadows of the Psel River (Forest-Steppe zone) under conditions of economic use]. Ukrainskyi botanichnyi zhurnal, 64(3), 418–425 (in Ukrainian).
19. Naydenova, G. & Vasileva, V. (2019). Comparative evaluation of diploid and tetraploid red clover genotypes in a flat area of Northern Bulgaria. Journal of Central European Agriculture, 20 (3), 919 – 927. DOI: /10.5513/JCEA01/20.3.2231
20. Osterman, J., Hammenhag, C., Ortiz, R. & Geleta, M. (2021). Insights Into the Genetic Diversity of Nordic Red Clover (Trifolium pratense) Revealed by SeqSNP-Based Genic Markers. Frontiers in Plant Science, 12, 1 – 18. doi: 10.3389/fpls.2021.748750
21. Osterman, J., Hammenhag, C., Ortiz, R. & Geleta, M. (2022). Discovering candidate SNPs for resilience breeding of red clover. Frontiers in Plant Science, 13, 1 – 17. doi: 10.3389/fpls.2022.997860
22. Petkovic, B., Przulj, N., Radic, V. & Mirosavljevic, M. (2017). Comparative study of seed yield and seed quality of advanced lines and commercial varieties of red clover (Trifolium pratense L.). Legume Research, 40(6), 1066–1071. doi: 10.18805/LR-360
23. Petrauskas, G., Norkevičienė, E. & Baistruk-Hlodan, L. (2023). Genetic Differentiation of Red Clover (Trifolium pratense L.) Cultivars and Their Wild Relatives. Agriculture, 13 (1008), 1 – 13. doi: 10.3390/agriculture13051008
24. Petrauskas, G., Stukonis, V. & Norkevičienė, E. (2020). Defining a Phenotypic Variability and Productivity in Wild Type Red Clover Germplasm. Journal of Agricultural Science, 12 (9), 52–61. doi: 10.5539/jas.v12n9p52
25. Polevoy, A. M., Bozhko, L. E. & Barsukova, E. A. (2021). The influence of weather conditions on the formation of meadow clover productivity on the right bank of the Forest-Steppe of Ukraine. Bulletin of Poltava State Agrarian Academy, 2, 38–45. doi: 10.31210/visnyk2021.02.04
26. Řepková, J. & Nedělník, J. (2014). Modern Methods for Genetic Improvement of Trifolium pratense. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding, 50 (2), 92–99.
27. Skliar, V., Kovalenko, I., Skliar, Iu. & Sherstiuk, M. (2019). Vitality structure and its dynamics in the process of natural reforestation of Quercus robur L. AgroLife Journal, 8(1), 233–241. Access mode: https://agrolifejournal.usamv.ro/index.php/agrolife/article/view/441
28. Tucak, M., Čupić, T., Popović, S., Stjepanović, M., Gantner, R. & Meglič, V. (2009). Agronomic Evaluation and Utilization of Red Clover (Trifolium pratense L.) Germplasm. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 37 (2), 206–210.
29. Trněný, O., Vlk, D., Macková, E., Matoušková, M., Řepková, J., Nedělník, J., Hofbauer, J., Vejražka, K., Jakešová, H., Jansa, J., Piálek, L. & Knotová, D. (2019). Allelic Variants for Candidate Nitrogen Fixation Genes Revealed by Sequencing in Red Clover (Trifolium pratense L.). International Journal of Molecular Science, 20 (5470), 1 – 26. doi: 10.3390/ijms20215470
30. Tykhonova O., Skliar V., Sherstiuk M., Kyrylchuk K., Butenko A., Bashtovyi M. (2021). Analysis of Setaria glauca (L.) P. Beauv. Population’s Vital Parametres in grain Agrophytocenoses. Environmental Research, Engineering and Management, 2021, 77(1), 33‒46. doi: 10.5755/j01.erem.77.1.25489
31. Zanotto, S. (2022). A study of freezing tolerance in red clover (Trifolium pratense L.). Norwegian University of Life Sciences, Faculty of Biosciences, Department of Plant Science, 160.
32. Zanotto, S., Amdahl, H. & Ergon, Å. (). Red clover adaptation to a Nordic climate. Vleugels Exploiting genetic diversity of forages to fulfil their economic and environmental roles. Proceedings of the 34th Meeting of the EUCARPIA Fodder Crops and Amenity Grasses Sectionin cooperation with the EUCARPIA Festulolium Working GroupFreising 6–8 September, 2021, 33 – 36. doi: 10.5507/vup.21.24459677.08
33. Zanotto, S., Palmé, A., Helgadóttir, Á., Daugstad, K., Isolahti, M., Öhlund, L., Marum, P., Ahlin, M., Merja, M., Odd, V., Rognli, A. & Ergon, Å. (2021). Trait characterization of genetic resources reveals useful variation for the improvement of cultivated Nordic red clover. Journal of Agronomy and Crop Science, 3, 492–503. doi: 10.1111/jac.12487
34. Verwimp, C., Ruttink, T., Muylle, H., Glabeke, S. V., Cnops, G., Quataert, P., Olivier, H. & Roldán-Ruiz, I. (2018). Temporal changes in genetic diversity and forage yield of perennial ryegrass in monoculture and in combination with red clover in swards. Plos One, 8, 1–25. doi: 10.1371/journal.pone.0206571
35. Yan, Z., Sang, L., Ma, Y., He, Y., Sun, J., Ma, L., Li, S., Miao, F., Zhang, Z., Huang, J., Wang, Z. & Yang, G. (2022). A de novo assembled high‑quality chromosome‑scale Trifolium pratense genome and fine‑scale phylogenetic analysis. BMC Plant Biology, 22(332), 1 – 12. doi: 10.1186/s12870-022-03707-5
36. Yaroshenko, N., & Skliar, V. (2023). Otsinka ontohenetychnoi ta vitalitetnoi struktur populiatsii Asarum europaeum L. u Gettinhenskomu Lisi, Nyzhnia Saksoniia, Nimechchyna [Ontogenetic and vitality structure evaluation of Asarum europeaum L. in Göttinger Wald, Low Saxony, Germany]. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Agronomy and Biology, 49(3), 76–81 (in Ukrainian). doi: 10.32845/agrobio.2022.3.10
37. Zlobin, Yu. A., Skliar, V. G. & Klymenko, G. O. (2022). Biologiia ta ekologiia fitopopuliatsii [Biology and ecology of phytopopulations] Sumy: Universytetska knyga, 512 (in Ukrainian).
38. Zlobin, Y., Kovalenko I., Klymenko H., Kyrylchuk K., Bondarieva L., Tykhonova, O., & Zubtsova, I. (2021). Vitality Analysis Algorithm in the Study of Plant Individuals and Populations. The Open Agriculture Journal, 15(1), 119–129. doi: 10 .2174/1874331502115010119
39. Zubtsova, І. V. (2023). Vitalitetna struktura populyatsiy Centaurium erythraea Rafn. v umovakh rehionalʹnoho landshaftnoho parku «Seymsʹkyy» [Vitality structure population of Centaurium erythraea Rafn. in conditions of regional landscape park «Seimskyi». Scientific Issue Ternopil Volodymyr Hnatiuk National Pedagogical University]. Series: Biology, 82(4), 6–13 (in Ukrainian). doi: 10.25128/2078-2357.22.4.1
Опубліковано
2024-10-23
Як цитувати
Кирильчук, К. С., Бакуменко, О. М., & Верещагін, І. В. (2024). RAPD-АНАЛІЗ У СИСТЕМІ КОМПЛЕКСНОГО ЕКОЛОГО-АНАЛІТИЧНОГО МОНІТОРИНГУ ПОПУЛЯЦІЙ КОНЮШИНИ ЛУЧНОЇ ТРАВ’ЯНИХ ФІТОЦЕНОЗІВ СУМСЬКОЇ ОБЛАСТІ. Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія: Агрономія і біологія, 56(2), 34-41. https://doi.org/10.32782/agrobio.2024.2.5