The use of the primary structure of the ITS1-ITS2 region for species identification in some submerged aquatic macrophytes of the genus Stuckenia

Vavilovskii Zhurnal Genet Selektsii. 2023 Apr;27(2):153-161. doi: 10.18699/VJGB-23-21.

Abstract

Applicability of ITS1-ITS2 primary structure for species attribution of representatives of the genus Stuckenia was experimentally tested. Analysis of the ITS1-ITS2 region sequences of S. vaginata and S. pectinata from public databases showed that they differed by insertions/deletions and single or double nucleotide substitutions. Besides, the ITS1-ITS2 region of S. pectinata was shown to be represented by two haplotype groups designated as S. pectinata type A and S. pectinata type B with good bootstrap support in phylogenetic reconstructions. In 28 samples identified as S. pectinata, S. vaginata, S. macrocarpa and S. chakassiensis on the basis of morphology, the ITS1-ITS2 region was sequenced in this study. Three groups of samples with good bootstrap support were revealed to be corresponding to S. vaginata, S. pectinata type A and S. pectinata type B. The S. vaginata group was formed by the samples identified on the basis of morphology as S. vaginata, and the S. pectinata type A group was formed by the samples identified on the basis of morphology as S. pectinata. The S. pectinata type B group was further divided into two subgroups, S. pectinata type B subgroup and S. chakassiensis subgroup. The S. chakassiensis subgroup included mainly the samples identified as such on the basis of morphology. The S. pectinata type B subgroup included samples identified on the basis of morphology as S. pectinata, S. vaginata and S. macrocarpa. We suppose that these samples were S. pectinata type B, S. macrocarpa and their hybrids.

Проведен биоинформационный анализ первичной структуры района ITS1–ITS2 образцов S. vaginata и S. pectinata, взятых из публичных баз данных, ссылки на которые приведены в опубликованных работах. Показано, что межвидовые различия S. vaginata и S. pectinata обусловлены делециями/вставками и одно- или двунуклеотидными заменами. Более того, вид S. pectinata по структуре района ITS1–ITS2 представлен двумя генотипами, которые обозначены как S. pectinata тип A и S. pectinata тип B, различия между которыми обусловлены одно- или двунуклеотидными заменами. Это демонстрирует возможность применения данного района для определения видовой принадлежности у представителей рода Stuckenia. Для экспериментальной проверки возможности использования данного района у 28 образцов, определенных на основании морфологических признаков как S. pectinata, S. vaginata, S. macrocarpa и S. chakassiensis, выполнено определение первичной структуры района ITS1–ITS2. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что они распадаются на три группы, третья группа представлена двумя подгруппами. Эти группы соответствуют S. vaginata, S. pectinata тип A и S. pectinata тип B. В группу S. vaginata попали образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. vaginata. В группу S. pectinata тип A попали образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. pectinata. Группу S. pectinata тип B на основании первичной структуры района ITS1–ITS2 можно разделить на две подгруппы: S. pectinata тип B и S. chakassiensis. В подгруппу S. pectinata тип B вошли образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. pectinata, S. vaginata и S. macrocarpa. В подгруппу P. chakassiensis в основном вошли образцы, которые на основании морфологических признаков определены как S. chakassiensis. На основании выравнивания последовательностей подгруппы S. pectinata тип B сделано предположение, согласно которому в данную подгруппу объединены последовательности, принадлежащие S. pectinata тип B, S. macrocarpa и их гибридам.

Keywords: ITSI–ITS2 region; Potamogetonaceae; S. chakassiensis; S. macrocarpa; S. pectinata; S. vaginata; Stuckenia; spices identification.