Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66721610.31857/S0016675824080068bfptnkГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХResearch ArticlePolymorphism of Russian Populations of Rhopalosiphum padi L. Based on DNA MarkersПолиморфизм российских популяций Rhopalosiphum padi L. по ДНК-маркерамRadchenkoE. E.РадченкоE. E.
Russian Federation
eugene_radchenko@rambler.ruAnisimovaI. N.АнисимоваИ. Н.
Russian Federation
eugene_radchenko@rambler.ruAlpatievaN. V.АлпатьеваН. В.
Russian Federation
eugene_radchenko@rambler.ruVavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesВсероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова15082024608667326022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/667216

Using the next-generation sequencing (NGS) technology, the nucleotide polymorphism in a fragment of the ND4 gene encoding NADH dehydrogenase subunit 4 was studied in 14 samples from three populations of the bird cherry-oat aphid (Rhopalosiphum padi L.) and the range of nucleotide polymorphism was determined. The insects were collected in 2021 and 2022 in the North-West of Russia (in the vicinity of St. Petersburg) and in the northern Caucasus (Krasnodar Territory and Dagestan). Mitochondrial DNA haplotypes were identified, which have 97.95–99.80% sequence identity with the reference GenBank accession number KT447631.1. The level of intraspecific polymorphism of a 438 bp ND4 gene fragment in Rh. padi varied from 0.2 to 4.3%. In the two-year experiments, 33 polymorphic sites (17 transitions and 16 transversions) were found in the ND4 sequences, which made it possible to identify 30 mitochondrial DNA haplotypes. The Rh. padi populations collected simultaneously on different host plants or at different times on bird cherry (spring) and cereals (summer) differed in the proportion of the main haplotype, as well as in the composition of unique minor haplotypes. Analysis of the ratio of mitochondrial DNA haplotypes suggests the important role of the host plant genotype in the formation of the structure of Rh. padi populations.

С помощью технологии высокопродуктивного секвенирования нового поколения (NGS) в 14 выборках из трех популяций черемухово-злаковой тли (Rhopalosiphum padi L.) изучали полиморфизм фрагмента гена ND4, кодирующего субъединицу 4 NADH-дегидрогеназы, и определяли спектр точечных замен. Насекомых собирали на северо-западе России (окрестности С.-Петербурга) и на Северном Кавказе (Краснодарский край и Дагестан). Идентифицировали гаплотипы митохондриальной ДНК (мтДНК), нуклеотидные последовательности которых на 97.95–99.80% совпадали с референсной (GenBank accession KT447631.1). Уровень внутривидового полиморфизма данного фрагмента гена ND4 длиной 438 пн варьировал от 0.2 до 4.3%. В течение двух лет в последовательностях ND4 найдено 33 полиморфных сайта (17 транзиций и 16 трансверсий), что позволило идентифицировать 30 гаплотипов мтДНК. Популяции Rh. padi, собранные одновременно на разных растениях-хозяевах или в разное время на черемухе (весной) и злаках (летом), различались по соотношению основного гаплотипа, а также по составу уникальных минорных гаплотипов. Анализ соотношений митохондриальных ДНК гаплотипов свидетельствует о важной роли генотипа растения-хозяина при формировании структуры популяций Rh. padi.

Rhopalosiphum padipopulationsgene ND4nucleotide substitutionsmitochondrial DNA haplotypeRhopalosiphum padiпопуляцииген ND4нуклеотидный полиморфизмгаплотип митохондриальной ДНКПравительство РФ, госзадание согласно тематическому плану ВИР (проект № FGEM-2022-0009)Government of the Russian Federation, state assignment according to the VIR thematic plan (project No. FGEM-2022-0009)224020600758-8Wiktelius S. Long range migration of aphids into Sweden // Int. J. Biometeorol. 1984. V. 28. № 3. P. 185–200. https://doi.org/10.1007/BF02187959Kieckhefer R.W., Lytle W.F. Summer and autumn flight of cereal aphids in South Dakota // J. Econ. Entomol. 1976. V. 69. № 3. P. 421–422. https://doi.org/10.1093/jee/69.3.421Song N., Zhang H., Li H., Cai W. All 37 mitochondrial genes of aphid Aphis craccivora obtained from transcriptome sequencing: Implications for the evolution of aphids // PLoS One. 2016. V. 11. № 6. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0157857Wongsa K., Duangphakdee O., Rattanawannee A. Genetic structure of the Aphis craccivora (Hemiptera: Aphididae) from Thailand inferred from mitochondrial COI gene sequence // J. Insect Sci. 2017. V. 17. № 4. Article 84. https://doi.org/10.1093/jisesa/iex058Guo J., Li J., Massart S. et al. Analysis of the genetic diversity of two Rhopalosiphum species from China and Europe based on nuclear and mitochondrial genes // Insects. 2023. V. 14. Article 57. https://doi.org/10.3390/insects14010057Aikhionbare F.O., Mayo Z.B. Mitochondrial DNA sequences of greenbug (Homoptera: Aphididae) biotypes // Biomol. Eng. 2000. V. 16. № 6. P. 199–205. https://doi.org/10.1016/S1389-0344(99)00054-4Radchenko E.E., Alpatieva N.V., Chumakov M.A., Abdullaev R.A. Variability of the North Caucasian populations of greenbug for the virulence to host plants and by the molecular markers // Russ. J. Genet. 2019. V. 55. № 11. P. 1417–1425. https://doi.org/10.1134/S1022795419110127Radchenko E.E., Berim M.N., Zubov A.A. Genetic control of different types of the aphid resistance in cereal crops // Entomol. Rev. 2007. V. 87. № 3. P. 253–262. https://doi.org/10.1134/S0013873807030025Алпатьева Н.В., Антонова О.Ю., Радченко Е.Е. и др. ПЦР-диагностика вредных организмов гуара: методические указания / Под ред. Потокиной Е.К. СПб.: ВИР, 2019. https://doi.org/10.30901/978-5-907145-44-3Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data // Bioinformatics. 2014. V. 30. № 15. P. 2114–2120. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J. et al. QIIME allows analysis of high throughput community sequencing data // Nat. Methods. 2010. V. 7. № 5. P. 335–336. https://doi.org/10.1038/nmeth.f.303Callahan B.J., McMurdie P.J., Rosen M.J. et al. DADA2: High-resolution sample inference from Illumina amplicon data // Nat. Methods. 2016. V. 13. № 7. P. 581–583. https://doi.org/10.1038/nmeth.3869Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets // Mol. Biol. Evol. 2016. V. 33. № 7. P. 1870–1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054Tamura K., Nei M., Kumar S. Prospects for inferring very large phylogenies by using the neighbor-joining method // Proc. Natl. / Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. № 30. P. 11030–11035. https://doi.org/10.1073/pnas.0404206101Giraud T., Enjalbert J., Fournier E. et al. Population genetics of fungal diseases of plants // Parasite. 2008. V. 15. № 3. P. 449–454. https://doi.org/10.1051/parasite/2008153449Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update // Bioinformatics. 2012. V. 28. №19. P. 2537–2539. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460Sneath P.H.A., Sokal R.R. Numerical Taxonomy: The Principles and Practice of Numerical Classification. San Francisco: Freeman, 1973. 573 p.Kinyanjui G., Khamis F.M., Mohamed S. et al. Identification of aphid (Hemiptera: Aphididae) species of economic importance in Kenya using DNA barcodes and PCR-RFLP-based approach // Bull. Entomol. Res. 2016. V. 106. № 1. P. 63–72. https://doi.org/10.1017/S0007485315000796Wang K., Liu G.M., Song C.M. et al. Mitochondrial genetic diversity in the bird cherry-oat aphid Rhopalosiphum padi (L.) in China // J. Agr. Sci. Tech. 2018. V. 20. № 1. P. 95–107.