RU EN

Page menu:

Sboeva Ya. V., Vasil’eva Yu. S., Chertov N. V., Pystogova N. A., Boronnikova S. V., Kalendar R. N., Martynenko N. A. Molecular Genetic Identification of Scots Pine and Siberian Larch Populations in Perm Krai Based on Polymorphism of ISSR-PCR Markers

Keywords:
DNA polymorphism, genetic diversity, ISSR-analysis, Larix sibirica Ledeb., Pinus sylvestris L., genetic formulas, barcodes
Pages:
35–44

Abstract

UDC 575.2:575.22:574.3

How to cite: Sboeva Ya. V.1, Vasil’eva Yu. S.1, Chertov N. V.1, Pystogova N. A.1, Boronnikova S. V.1, Kalendar R. N.2, Martynenko N. A.1, 3 Molecular genetic identification of Scots pine and Siberian larch populations in Perm Krai based on polymorphism of ISSR-PCR markers // Sibirskij Lesnoj Zurnal (Sib. J. For. Sci.). 2020. N. 4. P. 35–44 (in Russian with English abstract and references).

DOI: 10.15372/SJFS20200405

© Sboeva Ya. V., Vasil’eva Yu. S., Chertov N. V., Pystogova N. A., Boronnikova S. V., Kalendar R. N., Martynenko N. A., 2020

The use of DNA-fingerprinting of forest-forming woody plants is considered the most promising tool for genetic control of wood’s geographic origin, the formation of a reliable management system for harvesting and turnover of lumber. The purpose of this work was to search for identification markers, genotyping trees, and molecular genetic identification of previously not studied 2 populations of the Siberian larch Larix sibirica Ledeb. and 4 populations of Scots pine Pinus sylvestris L. of different regions of the Perm Krai. To DNA extraction, from each plant specimens wood were individually obtained and a modified method of extracting DNA from wood was used. In total, the analysis used the DNA of 114 Scots pine trees and 55 Siberian larch trees. For genetic testing, we used ISSR (Inter Simple Sequence Repeats)-method of DNA polymorphism analysis. Genetic identification was performed based on the original author's method proposed by S. V. Boronnikova and I. V. Boboshina (2014). As a result of molecular genetic analysis, 74 ISSR markers were found and analyzed in populations of Scots pine, 85 ISSR markers were identified in populations of the Siberian larch, and the share of polymorphic loci in both species was high. As a result of molecular genetic identification, identification of species and polymorphic ISSR-markers and their combinations were found that characterize the belonging of trees to a species, as well as to a specific population. Molecular genetic formulas and barcodes for each individual population of two species have been compiled. The effectiveness, stability, and reproducibility of detected identification markers and their combinations have been proven through anonymous testing. The data obtained are the basis for determining the place of origin of wood, which will allow us to recommend measures to counter illegal logging and reduce the damage to the budget of logging regions of Russia, such as the Perm Krai.

Article


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)

Аветов Н. А., Александровский А. Л., Алябина И. О., Ананко Т. В., Барсова Н. Ю., Бирюков М. В., Бирюкова О. Н., Богатырев Л. Г., Богданова М. Д., Булгаков Д. С., Быкова Е. П., Быховец С. С., Вандышева Н. М., Васильевская В. Д., Вильчевская Е. В., Владыченский А. С., Волкова Е. А., Востокова Л. Б., Гиличинский Д. А., Глазовская М. А., Горячкин С. В., Градусов Б. П., Губин С. В., Гуров А. Ф., Деева Н. Ф., Демидов В. В., Демин В. В., Добровольский Г. В., Есафова Е. Н., Завгородняя Ю. А., Зборищук Ю. Н., Иванов А. В., Ильина А. А., Карманов И. И., Карпова Е. А., Каштанов А. Н., Ковалева Н. О., Колесникова В. М., Конюшков Д. Е., Кречетов П. П., Кузнецов А. В., Кузнецов М. С., Куст Г. С., Лебедева-Верба М. П., Маречек М. С., Мартыненко И. А., Мартынов А. С., Митенко Г. В., Моисеев Б. Н., Мотузова Г. В., Назырова Р. И., Нефедова Т. Г., Оглезнев А. К., Очагов Д. М., Пиковский Ю. И., Погожева Е. А., Попов П. Д., Потапова Н. А., Присяжная А. А., Прокофьева Т. В., Решоткин О. В., Рухович Д. И., Сапожников П. М., Снакин В. В., Соколова Т. А., Сорокина Н. П., Сороковиков В. А., Таргульян В. О., Тихонравова П. И., Тишков А. А., Урусевская И. С., Федорова И. Т., Хрисанов В. Р., Худяков О. И., Чернова О. В., Шарый П. А., Шоба С. А., Юрковская Т. К., Январева Л. Ф. Национальный атлас почв Российской Федерации. М.: Астрель, 2011. 632 с. [Avetov N. A., Aleksandrovskiy A. L., Alyabina I. O., Ananko T. V., Barsova N. Yu., Biryukov M. V., Biryukova O. N., Bogatyrev L. G., Bogdanova M. D., Bulgakov D. S., Bykova Е. P., Bykhovets S. S., Vandysheva N. M., Vasil’evskaya V. D., Vil’chevskaya Е. V., Vladychenskiy A. S., Volkova Е. A., Vostokova L. B., Gilichinskiy D. A., Glazovskaya M. A., Goryachkin S. V., Gradusov B. P., Gubin S. V., Gurov A. F., Deeva N. F., Demidov V. V., Demin V. V., Dobrovolskiy G. V., Еsafova Е. N., Zavgorodnyaya Yu. A., Zborishchuk Yu. N., Ivanov A. V., Il’ina A. A., Karmanov I. I., Karpova Е. A., Kashtanov A. N., Kovaleva N. O., Kolesnikova V. M., Konyushkov D. Е., Krechetov P. P., Kuznetsov A. V., Kuznetsov M. S., Kust G. S., Lebedeva-Verba M. P., Marechek M. S., Martynenko I. A., Martynov A. S., Mitenko G. V., Moiseev B. N., Motuzova G. V., Nazyrova R. I., Nefedova T. G., Ogleznev A. K., Ochagov D. M., Pikovskiy Yu. I., Pogozheva Е. A., Popov P. D., Potapova N. A., Prisyazhnaya A. A., Prokof’eva T. V., Reshotkin O. V., Rukhovich D. I., Sapozhnikov P. M., Snakin V. V., Sokolova T. A., Sorokina N. P., Sorokovikov V. A., Targulyan V. O., Tikhonravova P. I., Tishkov A. A., Urusevskaya I. S., Fedorova I. T., Khrisanov V. R., Khudyakov O. I., Chernova O. V., Shary P. A., Shoba S. A., Yurkovskaya T. K., Yanvareva L. F. Natsionalny atlas pochv Rossiyskoy Federatsii (National Atlas of Soils of the Russian Federation), 2011. 632 p. (in Russian)].

Боронникова С. В., Бобошина И. В. Способ молекулярно-генетической идентификации популяций древесных видов растений. Патент на изобретение РФ № 2505956. Бюл. изобр., 2014. № 4. 10 с. [Boronnikova S. V., Boboshina I. V. Sposob molekulyarno-geneticheskoy identifikatsii populyatsiy drevesnykh vidov rasteniy. Patent na izobretenie RF N. 2505956 (Method of molecular-genetic identification of woody plant species populations. Patent for the invention of the Russian Federation N. 2505956). Bull. invent. 2014. N. 4. 10 р. (in Russian with English abstract)]. https://patentimages.storage.googleapis.com/01/ff/bc/382e30adce201a/RU 2505956C2.pdf

Васильева Ю. С., Пришнивская Я. В., Чертов Н. В., Жуланов А. А. Анализ генетического разнообразия и структуры популяций западной расы лиственницы сибирской Larix sibirica Ledeb. Урала на основе полиморфизма межмикросателлитных маркеров // Бюлл. науки и практики. 2018. Т. 4. № 12. С. 113–124 [Vasil’eva Yu. S., Prishnivskaya Ya. V., Chertov N. V., Zhulanov A. A. Analiz geneticheskogo raznoobraziya i struktury populyatsiy zapadnoy rasy listvennitsy sibirskoy Larix sibirica Ledeb. Urala na osnove polimorfizma mezhmikrosatellitnykh markerov (Analysis of genetic diversity and structure of Urals populations of western race of the Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) based on polymorphism of intermicrosatellite markers) // Byull. nauki i praktiki (Bull. Sci. and Practice). 2018. V. 4. N. 12. P. 113–124 (in Russian with English abstract)].

Ветчинникова Л. В., Титов А. Ф., Кузнецова Т. Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство. Петрозаводск: Карел. науч. центр РАН, 2013. 312 с. [Vetchinnikova L. V., Titov A. F., Kuznetsova T. Yu. Karelskaya bereza: biologicheskie osobennosti, dinamika resursov i vosproizvodstvo (Curly birch: biological characteristics, resource dynamics, and reproduction). Petrozavodsk: Karel. nauch. tsentr RAN (Karel. Sci. Center Rus. Acad. Sci.), 2013. 312 p. (in Russian with English title and summary)].

Доклад о состоянии и использовании лесов РФ за 2015 г. от 20 декабря 2016 г. [Doklad o sostoyanii i ispol’zovanii lesov RF za 2015 g. ot 20 dekabrya 2016 g. (Report on the state and use of forests of the Russian Federation for 2015 dated December 20, 2016) (in Russian)]. http://oldsite.zapoved.ru/regulatory/detail. php?ID=254471

Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 г. ВП-П8-2322. Утв. Правительством РФ 24.04.2012 г. № 1853п-П8 [Kompleksnaya programma razvitiya biotekhnologiy v Rossiyskoy Federatsii na period do 2020 g. VP-P8-2322. Utv. Pravitel’stvom RF 24.04.2012 g. N. 1853p-P8 (Complex program for the development of biotechnology in the Russian Federation for the period until 2020. VP-P8-2322. Government-approved of the Russian Federation on 24.04.2012 N. 1853p-P8) (in Russian)]. http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_130043/

Кузьмичев Е. П., Трушина И. Г., Лопатин Е. В. Объемы незаконных рубок лесных насаждений в Российской Федерации // Лесохозяйственная информация: электрон. сетевой журн. 2018. № 1. С. 63–77 [Kuzmichev E. P., Trushina I. G., Lopatin E. V. Ob’emy nezakonnykh rubok lesnykh nasazhdeniy v Rossiyskoy Federatsii (Volumes of illegal forest logging in the Russian Federation) // Lesokhozyaistvennaya informatsiya: elektron. setevoy zhurn. (For. Inform.: electronic online J.). 2018. N. 1. P. 63–77 (in Russian with English abstract)]. http://lhi.vniilm.ru/PDF/2018/1/LHI_2018_01-06-Kuzmichev.pdf

Лесной план Пермского края на 2018–2027 г. (с изменениями по форме, утвержденной приказом Мин-ва природ. ресурсов и экологии Российской Федерации от 20 декабря 2017 г. № 692). Утв. указом губернатора Пермского края от 19.04.2018 г. № 36 [Lesnoy plan Permskogo kraya na 2018–2027 g. (s izmeneniyami po forme, utverzhdennoi prikazom Ministerstva prirodnykh resursov i ekologii Rossiyskoy Federatsii ot 20 dekabrya 2017 g. N. 692). Utv. ukazom gubernatora Permskogo kraya ot 19.04.2018 g. N. 36 (The forest plan of the Perm Krai for 2018–2027 (with changes in the form approved by the order of the Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation of December 20, 2017 N. 692). Approved by the decree of the Governor of the Perm Krai of April 19, 2018 N. 36) (in Russian)]. https://priroda.permkrai.ru/timberraw/les_plan/Лесной%20план%20 Пермского%20края%20на%202018-2027%20годы.pdf

Пальчиков С. Б., Липаткин В. А., Румянцев Д. Е., Гиряев Н. М. Экспертиза места происхождения древесины как ведущий фактор контроля за оборотом круглых лесоматериалов // Ежегодные Реймеровские чтения. Науч. тр. МНЭПУ. М: МНЭПУ, 2012. Т. 2012. С. 98–108 [Pal’chikov S. B., Lipatkin V. A., Rumyantsev D. E., Giryaev N. M. Ekspertiza mesta proiskhozhdeniya drevesiny kak vedushchiy faktor kontorolya za oborotom kruglykh lesomaterialov (Examination of origin of wood as a leading factor in control for trade of round timber) // Yezhegodnye Reymerovskie chteniya. Nauch. tr. MNEPU (Annual Reimers Readings. Sci. works of MNEPU). Moscow: MNEPU, 2012. V. 2012. P. 98–108 (in Russian with English abstract)].

Пелявина И. П. «Мы заинтересованы, чтобы лес перерабатывался именно на территории Пермского края» (интервью министра природных ресурсов Пермского края Дмитрия Килейко) // Коммерсантъ. Темат. приложение «Лесн. пром-сть». 17.09.2019 г. № 168. С. 10 [Pelyavina I. P. «My zainteresovany, chtoby les pererabatyvalsya imenno na territorii Permskogo kraya» (intervyu ministra prirodnykh resursov Permskogo kraya Dmitriya Kileyko) («We are interested in forest processing on the territory of the Perm Krai» (interview with Dmitry Kileyko, Minister of Natural Resources of the Perm Krai)) // Kommersant. Temat. prilozhenie «Lesn. prom-st’» (Kommersant, thematic application «Forest industry»). 17.09.2019. N. 168. P. 10 (in Russian)]. https://www.kommersant.ru/doc/4095721

Пришнивская Я. В., Красильников В. П., Боронникова С. В. Молекулярно-генетическая идентификация популяций Pinus sylvestris L. на востоке Русской равнины на основании полиморфизма ISSR-маркеров // Вестн. Перм. ун-та. Сер. «Биол.». 2016. № 2. С. 171–176 [Prishnivskaya Ya. V., Krasil’nikov V. P., Boronnikova S. V. Molekulyarno-geneticheskaya identifikatsiya populyatsiy Pinus sylvestris L. na vostoke Russkoy ravniny na osnovanii polimorfizma ISSR-markerov (Molecular genetic identification of populations of Pinus sylvestrys L. in the east of the Russian plain based on polymorphism of ISSR-markers) // Vestn. Perm. un-ta. Ser. «Biol.» (Bull. Perm Univ. Ser. Biol.). 2016. N. 2. P. 171–176 (in Russian with English abstract)].

Пришнивская Я. В., Нассонова Е. С., Чертов Н. В., Жуланов А. А., Васильева Ю. С., Боронникова С. В., Календарь Р. Н. Внутривидовое генетическое разнообразие популяций двух видов древесных растений Пермского края // Бюлл. науки и практики. 2019. Т. 5. № 4. С. 58–68 [Prishnivskaya Ya. V., Nassonova E. S., Chertov N. V., Zhulanov A. A., Vasil’eva Yu. S., Boronnikova S. V., Kalendar R. N. Vnutrividovoe geneticheskoe raznoobrazie populyatsiy dvukh vidov drevesnykh rasteniy Permskogo kraya (Genetic diversity within species of two species woody plants populations in Perm Krai) // Byull. nauki i praktiki (Bull. Sci. and Practice). 2019. V. 5. N. 4. P. 58–68 (in Russian with English abstract)].

Чимидов Ц. Счетная палата оценила ущерб от незаконных вырубок леса в 12 млрд рублей в год // Общественное телевидение России. 03.12.2019 [Chimidov Ts. Schetnaya palata otsenila ushcherb ot nezakonnykh vyrubok lesa v 12 mlrd rubley v god (The accounting chamber estimated the damage from illegal logging at 12 billion rubles a year) // Obshchestvennoe televidenie Rossii (Public television of Russia). 03.12.2019 (in Russian)]. https://otr-online.ru/news/schetnaya-palata-ocenila-ushcherb-ot-nezakonnyh-vyrubok-lesa-v-12-mlrd-rubley-v-god-140853.html?fbclid=IwAR2J9-I-CFsVJTkDjYU8-HcTGDfBIwBr-MKT9Jv_rBaTq61_QwctEH2oyRA

Шилкина Е. А., Ибе А. А., Шеллер М. А., Сухих Т. В. Использование методов ДНК-анализа в экспертизе незаконного оборота древесины // Сиб. лесн. журн. 2019. № 3. С. 64–70 [Shilkina E. A., Ibe A. A., Sheller M. A., Sukhikh T. V. Ispol’zovanie metodov DNK-analiza v ekspertize nezakonnogo oborota drevesiny (Using methods of DNA-analysis in the examination of the illegal timber trade) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2019. N. 3. P. 64–70 (in Russian with English abstract)].

Cota-Sanchez J. H., Remarchyk K., Ubayasena K. Ready-to-use DNA extracted with a CTAB method adapted for herbarium specimens and mucilaginous plant tissue // Plant Mol. Biol. Rep. 2006. V. 24. N. 2. P. 161–167.

Degen B., Höltken A. М., Rogge M. Use of DNA-fingerprints to control the origin of forest reproductive material // Silvae Genet. 2010. V. 59. N. 6. P. 268–273.

Groudeva V. Remediation of metal pollutants by sulfate-reducing bacteria // Environment protection and biotechnology – innovative aspects / Editor-in-chief A. Kujumdzhieva. Sofia: National bank for industrial microorganisms and cell cultures, 2001. BioINEP published series. Р. 7–33.

Peakall R., Smouse P. E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update // Bioinformatics. 2012. V. 28. N. 19. P. 2537–2539.

Vlam М., Groot G. A. de, Boom A., Copini P., Laros I., Veldhuijzen K., Zakamdi D., Zuidema P. A. Developing forensic tools for an African timber: Regional origin is revealed by genetic characteristics, but not by isotopic signature // Biol. Conserv. 2018. V. 220. Р. 262–271.

Zietkiewicz E., Rafalski A. J., Labuda D. Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification // Genomics. 1994. V. 20. N. 2. P. 176–183.


Return to list