Differences of Atocion lithuanicum from A. armeria and their hybrid (Sileneae, Caryophyllaceae) by ITS1-ITS2 sequences and secondary structure of their transcripts

Abstract

Many plant species have controversial taxonomical status, and clarification of that status is extremely important in cases of rare taxa when the need for their conservation is discussed. One of them is Atocion lithuanicum – an endemic taxon, treated either as separate species or synonym of A. armeria. The aim of the present study is to infer the taxonomic status of A. lithuanicum, using molecular phylogenetic analysis as well as ITS1 and ITS2 secondary structures comparison of those two taxa and their putative hybrid. The results of our phylogenetic analysis using Bayesian inference reveal that A. lithuanicum is not closely related to A. armeria, but instead is sister to A. compactum. However, phylogenetic relationships on the tree, which includes hybrids and taxa with SNPs, are not resolved well. In contrast, ITS1 secondary structure analysis allows us to distinguish clearly A. lithuanicum from A. armeria. The artificial F1 hybrid between these species has SNPs in all sites that differentiate parental forms and, by secondary structure, are located in the intermediate position between them. Thus, SNPs do not seem to be useful in phylogenetic analysis in this case. At the same time, ITS1 and ITS2 secondary structure reconstruction with SNP sites could be used as markers of hybridization events. Atocion lithuanicum is considered as separate species and could not be treated as synonym or variety of A. armeria.

Багато видів рослин мають спірний таксономічний статус, уточнення якого є особливо важливим у випадку рідкісних таксонів, коли дискутується питання необхідності їхнього збереження. Одним із таких видів є Atocion lithuanicum – ендемічний таксон, який розглядають як самостійний вид або синонім A. armeria. Мета нашого дослідження полягала в уточненні таксономічного статусу A. lithuanicum з використанням молекулярно-філогенетичного аналізу та порівнянні моделей вторинних структур ITS1- та ITS2-послідовностей цих таксонів, а також їхнього гібриду. Результати філогенетичного аналізу з використанням Байєсівського підходу показали, що A. lithuanicum віддалений від A. armeria та є сестринським до A. compactum. При цьому філогенетичні взаємозв'язки на іншому дендриті, що включає гібриди та таксони з SNP, ще до кінця не з'ясовані. Натомість аналіз вторинних структур ITS1-послідовностей дозволив чітко розмежувати A. lithuanicum та A. armeria. Штучно створені гібриди F1 цих видів мають SNP у всіх сайтах, що розрізняють батьківські форми, і на реконструкціях моделей вторинних структур займають проміжне положення між ними. У подібних випадках SNP не можуть бути використані у філогенетичному аналізі. В той же час, у реконструкціях вторинних структур ITS1 та ITS2 SNP можуть бути використані як маркери гібридизаційних подій. За результатами проведених досліджень A. lithuanicum є самостійним видом і не може розглядатися як синонім чи різновид A. armeria.

Многие виды растений имеют спорный таксономический статус, уточнение которого является особенно важным в случае редких таксонов, когда дискутируется вопрос о необходимости их сохранения. Один из таких видов – Atocion lithuanicum – эндемичный таксон, который рассматривают как самостоятельный вид или же синоним A. armeria. Цель нашего исследования заключалась в уточнении таксономического статуса A. lithuanicum с использованием молекулярно-филогенетического анализа и в сравнении моделей вторичных структур ITS1- и ITS2-последовательностей этих таксонов, а также их гибрида. Результаты филогенетического анализа с использованием Байесовского подхода показали, что A. lithuanicum отдаленный от A. armeria и является сестринским к A. compactum. При этом филогенетические отношения на другом дендрите, включающем гибриды и таксоны с SNP, еще до конца не выяснены. Вместе с тем, анализ вторичных структур ITS1-последовательностей позволил четко разграничить A. lithuanicum и A. armeria. Искусственно созданные гибриды F1 этих видов имеют SNP во всех сайтах, различающих родительские формы, и на реконструкциях моделей вторичных структур занимают промежуточное положение между ними. В подобных случаях SNP не могут использоваться в филогенетическом анализе. В то же время, в реконструкциях вторичных структур ITS1 и ITS2 SNP могут использоваться как маркеры гибридизационных событий. По итогам проведенных исследований A. lithuanicum является самостоятельным видом и не может рассматриваться как синоним или разновидность A. armeria.