danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-4-466-475dan-634Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYГенетическая дивергенция между дикорастущими популяциями рапса и культурными сортами Brassica napus L.Genetic divergence between feral populations of rape and varieties Brassica napus L.ЛемешВ. А.LemeshValiantsina A.

Лемеш Валентина Александровна – канд. биол. наук, доцент, заведующая лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Lemesh Valiantsina Aleksandrovna – Ph. D. (Biology), Associate professor, Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

v.lemesh@igc.byБогдановаМ. В.BahdanavaMaryna V.

Богданова Марина Владимировна – канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Bahdanava Maryna Vladimirovna – Ph. D. (Biology), Leading researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

m.bogdanova@igc.byМозговаГ. В.MozgovaGalina V.

Мозгова Галина Валерьевна – канд. биол. наук, руководитель центра

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Mozgova Galina Valerievna – Ph. D. (Biology), Head of the Centre

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

g.mozgova@igc.byБураковаА. А.BurakovaAryna A.

Буракова Арина Александровна – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Burakova Aryna Aleksandrovna – Junior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

a.burakova@igc.byХоружийН. Е.KharuzhyMikalai E.

Хоружий Николай Евгеньевич – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Kharuzhy Mikalai Evgenievich – Junior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

nickolai_horuzhiy@mail.ruИнститут генетики и цитологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus201913092019634466475Copyright © Лемеш В.А., Богданова М.В., Мозгова Г.В., Буракова А.А., Хоружий Н.Е., 20192019Лемеш В.А., Богданова М.В., Мозгова Г.В., Буракова А.А., Хоружий Н.Е.Lemesh V.A., Bahdanava M.V., Mozgova G.V., Burakova A.A., Kharuzhy M.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/634

Дана оценка генетического разнообразия сортов и дикорастущих популяций масличного рапса (Brassica napus L.), произрастающих на территории Республики Беларусь, по данным генотипирования 7 микросателлитных локусов – Na12D08, Ol12D04-1, Ol12D04-2, Ra2A05, Na10H03, Na14H11, Ol11B05. Рассчитаны среднее число аллелей на локус, эффективное число аллелей, уровни ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности, процент полиморфных локусов. Результаты свидетельствуют о большем генетическом разнообразии в дикорастущих популяциях рапса. По данным кластерного анализа, одна из девяти дикорастущих популяций кластеризовалась с культурными сортами и продемонстрировала генетическое сходство с сортом Атора, что свидетельствует о ее недавнем формировании и сохранении генетических характеристик, присущих культурным сортам. В противоположность этому сорт Мерседес кластеризовался вместе с образцами дикорастущих популяций, что может свидетельствовать о его гибридном происхождении и наличии в дикорастущих популяциях генотипов, которые являлись прародителями данного сорта. Анализ структуры распределения генотипов в программе Structure показал, что наиболее вероятно разделение исследуемой группы на три кластера – культурные сорта, дикорастущие популяции B. napus и образцы B. rapa. Установленная нами генетическая дивергенция между дикорастущими популяциями и сортами указывает на то, что дикорастущий масличный рапс способен формировать и поддерживать стабильные популяции в условиях Беларуси. На практике это следует учитывать при оценке экологического риска при высвобождении трансгенного рапса в окружающую среду. А при возделывании трансгенного рапса особое внимание необходимо уделять мерам по предотвращению возникновения его свободнорастущих популяций.

The study assessed the genetic diversity of commercial varieties and feral populations of oilseed rape (Brassica napus L.) grown in the Republic of Belarus according to the genotyping data of 7 microsatellite loci – Na12D08, Ol12D04-1, Ol12D04-2, Ra2A05, Na10H03, Na14H11, Ol11B05. The following parameters were calculated: the average number of alleles per locus, the effective number of alleles, the levels of expected and observed heterozygosity, % of polymorphic loci. The results indicate a greater genetic diversity in feral oilseed rape populations. According to the cluster analysis, one feral population fell into a cluster of commercial varieties and demonstrated similarities with the variety Atora, which indicates its recent wildness and the preservation of the genetic characteristics inherent in cultivated varieties. The variety Mercedes was clustered together with samples of feral populations, which may indicate its hybrid origin. An analysis of the structure of the genotype distribution in the Structure software showed the division into three clusters – commercial varieties, feral populations and samples of B. rapa. The established genetic divergence between feral populations and commercial varieties indicates that feral oilseed rape is able to maintain persistent populations inBelarus. In practice, this should be taken into account while assessing the environmental risk when transgenic rape is released into the environment. When cultivating transgenic rapeseed, special attention should be paid to measures to prevent the occurrence of its free-growing populations.

масличный рапсдикорастущие популяциимикросателлитные локусыгенетическое разнообразиеoilseed rapeferal populationsmicrosatellite locigenetic diversityReferencesDe novo genetic variation associated with retrotransposon activation, genomic rearrangements and trait variation in a recombinant inbred line population of Brassica napus derived from interspecifc hybridization with Brassica rapa: Genomic alterations in introgressed Brassica napus / J. Zou [et al.] // Plant Journal. – 2011. – Vol. 68, N 2. – P. 212–224. https://doi.org/10.1111/j.1365-313x.2011.04679.xZou J., Fu D., Gong H., Qian W., Xia W., Pires J. C., Li R., Long y., Mason A. S., yang T. J., Lim y. P., Park B. S., Meng J. De novo genetic variation associated with retrotransposon activation, genomic rearrangements and trait variation in a recombinant inbred line population of Brassica napus derived from interspecifc hybridization with Brassica rapa: Genomic alterations in introgressed Brassica napus. Plant Journal, 2011, vol. 68, no. 2, pp. 212–224. https://doi.org/10.1111/j.1365-313x.2011.04679.xMolecular differentiation of commercial varieties and feral populations of oilseed rape (Brassica napus L.) / k. Pascher [et al.] // BMC Evolutionary Biology. – 2010. – Vol. 10, N 1. – P. 63. https://doi.org/10.1186/1471-2148-10-63Pascher k., Macalka S., Rau D., Gollmann G., Reiner H., Glössl J., Grabherr G. Molecular differentiation of commercial varieties and feral populations of oilseed rape (Brassica napus L.). BMC Evolutionary Biology, 2010, vol. 10, no. 1, pp. 63. https://doi.org/10.1186/1471-2148-10-63Unexpected diversity of feral genetically modifed oilseed rape (Brassica napus L.) despite a cultivation and import ban in Switzerland / J. Schulze [et al.] // PloS One. – 2014. – Vol. 9, N 12. – P. e114477. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0114477Schulze J., Frauenknecht T., Brodmann P., Bagutti C. Unexpected diversity of feral genetically modifed oilseed rape (Brassica napus L.) despite a cultivation and import ban in Switzerland. PloS One, 2014, vol. 9, no. 12, pp. e114477. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0114477Long-term monitoring of feral genetically modifed herbicide-tolerant Brassica napus populations around unloading Japanese ports / k. katsuta [et al.] // Breeding Science. – 2015. – Vol. 65, N 3. – P. 265–275. https://doi.org/10.1270/jsbbs.65.265katsuta k., Matsuo k., yoshimura y., Ohsawa R. Long-term monitoring of feral genetically modifed herbicide-tolerant Brassica napus populations around unloading Japanese ports. Breeding Science, 2015, vol. 65, no. 3, pp. 265–275. https://doi.org/10.1270/jsbbs.65.265Ellstrand, N. C. When Transgenes Wander, Should We Worry? / N. C. Ellstrand // Plant Physiology. – 2001. – Vol. 125, N 4. – P. 1543–1545. https://doi.org/10.1104/pp.125.4.1543Ellstrand N. C. When Transgenes Wander, Should We Worry? Plant Physiology, 2001, vol. 125, no. 4, pp. 1543–1545. https://doi.org/10.1104/pp.125.4.1543Lu, B.-R. Gene Flow from Genetically Modifed Rice and Its Environmental Consequences / B.-R. Lu, A. A. Snow //BioScience. – 2005. – Vol. 55, N 8. – P. 669. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2005)055%5B0669:gffgmr%5D2.0.co;2Lu B.-R., Snow A. A. Gene Flow from Genetically Modifed Rice and Its Environmental Consequences. BioScience, 2005, vol. 55, no. 8. pp. 669. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2005)055%5B0669:gffgmr%5D2.0.co;2Hybridization and the colonization of novel habitats by annual sunflowers / L. H. Rieseberg [et al.] // Genetica. – 2007. – Vol. 129, N 2. – P. 149–165. https://doi.org/10.1007/s10709-006-9011-yRieseberg L. H., kim S. C., Randell R. A., Whitney k. D., Gross B. L., Lexer C., Clay k. Hybridization and the colonization of novel habitats by annual sunflowers. Genetica, 2007, vol. 129, no. 2, pp. 149–165. https://doi.org/10.1007/s10709-006-9011-yЗыбалов, В. С. Управление функцией агроценозов. Роль промежуточных посевов и поликультур / В. С. Зыбалов // Сельскохозяйственная биология. – 2002. – № 1. – С. 3–10.Zybalov V. S. Management of agrocenosis function. The role of intermediate seeding and polycultures. Selskohozyaistvennaya biologiya = Agricultural biology, 2002, no. 1, pp. 3–10 (in Russian).Monitoring the escape of transgenic oilseed rape around Japanese ports and roadsides / H. Saji [et al.] // Environ Biosafety Res. – 2005. – Vol. 4, N 4. – P. 217–222. https://doi.org/10.1051/ebr:2006003Saji H., Nakajima N., Aono M., Tamaoki M., kubo A., Wakiyama S., Hatase y., Nagatsu M. Monitoring the escape of transgenic oilseed rape around Japanese ports and roadsides. Environmental Biosafety Research, 2005, vol. 4, no. 4, pp. 217–222. https://doi.org/10.1051/ebr:2006003Belter, A. Long-Term Monitoring of Field Trial Sites with Genetically Modifed Oilseed Rape (Brassica napus L.) in Saxony-Anhalt, Germany. Fifteen years Persistence to Date but No Spatial Dispersion / A. Belter // Genes. – 2016. – Vol. 7, N 1. – P. 3. https://doi.org/10.3390/genes7010003Belter A. Long-Term Monitoring of Field Trial Sites with Genetically Modifed Oilseed Rape (Brassica napus L.) in Saxony-Anhalt, Germany. Fifteen years Persistence to Date but No Spatial Dispersion. Genes, 2016, vol. 7, no. 1, pp. 3. https://doi.org/10.3390/genes7010003Seeds of a possible natural hybrid between herbicide-resistant Brassica napus and Brassica rapa detected on a riverbank in Japan / M. Aono [et al.] // GM Crops. – 2011. – Vol. 2, N 3. – P. 201–210. https://doi.org/10.4161/gmcr.2.3.18931Aono M., Wakiyama S., Nagatsu M., kaneko y., Nishizawa T., Nakajima N., Tamaoki M., kubo A., Saji H. Seeds of a possible natural hybrid between herbicide-resistant Brassica napus and Brassica rapa detected on a riverbank in Japan. GM Crops, 2011, vol. 2, no. 3, pp. 201–210. https://doi.org/10.4161/gmcr.2.3.18931Михайлова, Е. В. Оценка возможности гибридизации генетически модифицированного рапса с родственными нетрансгенными растениями / Е. В. Михайлова, Б. Р. Кулуев, Р. М. Хазиахметов // Экологическая генетика. – 2015. – Т. 13, № 2. – С. 100–117.Mihailova E. V., Kuluev B. R., Khaziakhmetov R. M. Assessment of hybridization propensity between genetically modifed oilseed rape and nontransgenic relatives. Ekologicheskaya genetika = Ecological Genetics, 2015, vol. 13, no. 2, pp. 100–117 (in Russian).Evanno, G. Detecting the number of clusters of individuals using the software structure: a simulation study / G. Evanno, S. Regnaut, J. Goudet // Mol. Ecol. – 2005. – Vol.14, N8. – P.2611–2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294x.2005.02553.xEvanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software structure: a simulation study. Molecular Ecology, 2005, vol. 14, no. 8, pp. 2611–2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294x.2005.02553.xEarl, D. A. Structure harvester: a website and program for visualizing structure output and implementing the Evanno method / D. A. Earl, B. M. von Holdt // Conservation Genetics Resources. – 2012. – Vol. 4, N 2. – P. 359–361. https://doi.org/10.1007/s12686-011-9548-7Earl D. A., von Holdt B. M. Structure harvester: a website and program for visualizing structure output and implementing the Evanno method. Conservation Genetics Resources, 2012, vol. 4, no. 2, pp. 359–361. https://doi.org/10.1007/s12686-011-9548-7

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