DNA polymorphism and genetic diversity of the oak lace bug (Corythucha arcuata Say) population in Krasnodar Krai | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2021. № 55. DOI: 10.17223/19988591/55/3

DNA polymorphism and genetic diversity of the oak lace bug (Corythucha arcuata Say) population in Krasnodar Krai

One of the directions of insect population genetics is the study of the variability of the genetic structure of populations, which includes the assessment of genetic diversity, DNA polymorphism and genetic similarity of the studied objects. This makes it possible to judge the flow of genes, i.e. exchange of genetic material within a population or between populations, and determine the degree of their genetic differentiation, i.e. they represent different populations or one population, and in this case, they are intrapopulation groupings. The aim of this work was to study the molecular genetic structure of local populations of the oak lace bug C. arcuata in Krasnodar Krai using RAPD markers to assess their genetic similarity. We carried out the studies in the territories of the invasive distribution of the oak lace bug in Krasnodar Krai in 2020. The object of the research was a sample of insects (n = 20) from the areas of oak lace bug in the forest park zones of Krasnodar, Tikhoretsk, Krymsk and Sochi. The total number of samples examined was 240. We collected C. arcuata bugs on model trees of English oak (Quercus robur L.). The selection of trees was 10 oak trees from each locality. Isolation of DNA from whole insects (adults), amplification RAPD-PCR (random amplified polymorphic DNA) and electrophoresis were carried out according to the method we had developed earlier (Kil, 2009). Amplification was performed in 25 mcl reaction mix containing 10 mM Tris-HCl, pH 9.0; 50 mM KCl; 3.0 mM MgCl2; 50 pM of each dNTP; 0.8pM primer; 0.5 U Taq polymerase and 20 ng DNA. We evaluated DNA polymorphism of the studied samples from the population of bugs using three primers highly specific for the DNA of the oak lace bug: OPA07, OPA09, OPA18 (See Fig. 1 and Table 1). We assessed genetic diversity and genetic similarity using the Nei and Shannon information indices with the help of POPGENE computer program (version 1.31) (Yeh et al., 1999). The statistical significance of the differences between the mean values for the sample was determined by the Student’s t-test (p < 0.05). Molecular genetic analysis of C. arcuata revealed high levels of DNA polymorphism and genetic diversity in the oak lace bug population and the absence of significant differences between the samples for these parameters (See Table 2). The studies have shown that the closest in genetic terms are the samples from Tikhoretsk and Krymsk (genetic identity (GI) = 0.998; genetic distance (GD) = 0.003), and the most genetically distant from others are the Krasnodar and Sochi intra-population groupings (GI = 0.942; GD = 0.06) (See Table 4). This was also demonstrated by the cluster analysis of data (See Fig. 2). Genetic diversity, estimated by Nei index, within four geographic samples (Hs = 0.275) was 93.2% of the total genetic diversity in the lace bug population (Ht = 0.295) (See Table 3). This indicates a significant level of gene flow between intra-population groupings (Nm = 6.98), which prevents their differentiation. The low value of the coefficient of genetic differentiation (Gst = 0.07) indicates that only 6.8% of the total genetic variability of the population is accounted for by the variability between intra-population groupings. Based on this, we can conclude that the analyzed insect samples represent intra-population groupings from one population of oak lace bugs, C. arcuata. The paper contains 2 Figures, 4 Tables and 39 References. Abbreviations: GI - Genetic Identity; GD - Genetic Distances. The Authors declare no conflict of interest.

Download file
Counter downloads: 98

Keywords

Corythucha arcuata, insects, PCR, RAPD analysis, genetic variability, intra-population groupings

Authors

NameOrganizationE-mail
Besedina Ekaterina N.Federal Scientific Center of Biological Plant Protectionkatrina7283@yandex.ru
Kil Vladimir I.Kuban State Universityvlkil@inbox.ru
Всего: 2

References

Froeschner R.C., Miller L.T. Corythucha melissa, a new species of lace bug (Heteroptera: Tingidae) from manzanita in California // Entomological News. 2002. Vol. 113, № 2. PP. 94-96.
Bernardinelli I., Zandigiacomo P. First record of the oak lace bug Corythuchaarcuata (Say) (Heteroptera, Tingidae) in Europe // Informatore Fitopatologico. 2000. № 12. PP. 47-49.
EPPO, 2019. Corythucha arcuata (Crthar). URL: https://gd.eppo.int/taxon/CRTHAR/distribution (accessed: 01.06.2021).
Единый перечень карантинных объектов Евразийского экономического союза / Утвержден Решением Совета Евразийской экономической комиссии от 30 ноября 2016 г. № 158. URL: https://legalacts.ru/doc/resheme-soveta-evraziiskoi-ekonomicheskoi-komissii-ot-30112016-n-158/(дата обращения: 1.06.2021).
Гниненко Ю.И., Хегай И.В., Васильева У.А. Клоп дубовая кружевница - новый опасный инвайдер в лесах России // Карантин растений. Наука и практика. 2017. № 4 (22). C. 9-12.
Gninenko Yu.I. Identification of invasive bugs in Russian forests. Pushkino : VNIILM, 2018. 32 p.
Гниненко Ю.И., Чернова У.А., Раков А.Г., Гимранов Р.И., Хегай И.В. Методические рекомендации по защите от дубового клопа-кружевницы (для производственной проверки). Пушкино : ВНИИЛМ, 2019. 28 с.
Neimorovets V.V., Shchurov V.I., Bondarenko A.S., Skvortsov M.M., Konstantinov F.V First documented outbreak and new data on the distribution of Corythucha arcuata (Say, 1832) (Hemiptera: Tingidae) in Russia // Acta Zoologica Bulgarica. 2017. Suppl. 9. PP. 139-142.
Карпун Н.Н., Проценко В.Е., Борисов Б.А., Ширяева Н.В. Обнаружение дубовой кружевницы Corythucha arcuata (Say, 1832) (Heteroptera: Tingidae) в субтропической зоне Черноморского побережья Кавказа и прогноз изменения фитосанитарной ситуации в регионе // Евразиатский энтомологический журнал. 2018. Т 17, № 2. С. 113-119. doi: 10.15298/euroasentj.17.2.07
Щуров В.И., Замотайлов А.С., Бондаренко А.С., Щурова А.В., Скворцов М.М., Глущенко Л.С. Кружевница дубовая Corythucha arcuata (Say, 1832) (Heteroptera: Tingidae) на Северо-Западном Кавказе: фенология, биология, мониторинг территориальной экспансии и вредоносности // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 228. С. 58-87. doi: 10.21266/2079-4304.2019.228.58-87
Щуров В.И., Бондаренко А.С., Скворцов М.М., Щурова А.В. Чужеродные насекомые - вредители леса, выявленные на северо-западном Кавказе в 2010-2016 гг., и последствия их неконтролируемого расселения // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2017. Вып. 220. С. 212-228. doi: 10.21266/2079-4304.2017.220.212-228
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Южное межрегиональное управление Россельхознадзора. Перечень карантинных объектов. URL: http://rsn. krasnodar.ru/otkrytye-dannye/7149/perechen-karantinnyh-obektov/ (дата обращения: 01.06.2021).
Стрюкова Н.М., Омельяненко Т.З., Голуб В.Б. Дубовая кружевница в Республике Крым // Защита и карантин растений. 2019. № 9. С. 43-44.
Щуров В.И., Замотайлов А.С., Щурова А.В. Особенности сезонного цикла и экологии кружевницы дубовой Corythucha arcuata (Say, 1832) (Heteroptera: Tingidae) в природных зонах и высотных поясах Западного Кавказа (Heteroptera: Tingidae) // Материалы международной научной конференции «Биосфера и человек». 2425 октября 2019 г., г. Майкоп, Республика Адыгея. Майкоп : Электронные издательские технологии, 2019. С. 118-120.
Борисов Б.А., Карпун Н.Н., Бибин А.Р., Грабенко Е.А., Ширяева Н.В., Лянгузов М.Е. Новые данные о трофических связях инвазионного клопа дубовой кружевницы Corythucha arcuata (Heteroptera: Tingidae) в Краснодарском крае и Республике Адыгея по результатам исследований в 2018 году // Субтропическое и декоративное садоводство. 2018. № 67. С. 188-203. doi: 10.31360/2225-3068-2018-67-188-203
Иерусалимов Е.Н. Зоогенная дефолиация и лесное сообщество. М. : Товарищество научных изданий КМК, 2004. 263 с.
Беседина Е.Н., Исмаилов В.Я. Мониторинг развития клопа дубовая кружевница (Corythucha arcuata Say) на основе использования теплосодержания атмосферы // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2021. № 54. С. 138-157. doi: 10.17223/19988591/54/7
Yang W.Y., Du Y.Z., Yu W.W. The complete mitochondrial genome of the sycamore lace bug Corythucha ciliata (Hemiptera: Tingidae) // Gene. 2013. Vol. 27, № 401. PP. 27-40. doi: 10.1016/j.gene.2013.08.087
Kocher A., Guilbert E., Lhuillier E., Murienne J. Sequencing of the mitochondrial genome of the avocado lace bug Pseudacysta perseae (Heteroptera, Tingidae) using a genome skimming approach // Comptes Rendus Biologies. 2015. Vol. 338, № 3. PP. 149-160. doi: 10.1016/j.crvi.2014.12.004
Guilbert E., Damgaard J., D’Haese, C.A. Phylogeny of the lacebugs (Insecta: Heteroptera: Tingidae) using morphological and molecular data // Systematic Entomology. 2014. № 39 (3). PP. 431-441. doi: 10.1111/syen.12045
Golub N.V, Golub V.B., Kuznetsova V.G. Further evidence for the variability of the 18S rDNA loci in the family Tingidae (Hemiptera, Heteroptera) // Comparative cytogenetics. 2016. Vol. 10, № 4. PP. 517-528. doi: 10.3897/CompCytogen.v10i4.9631
Yang W.Y., Tang X.T., Ju R.T., Zhang Y, Du Y.Z. The population genetic structure of Corythucha ciliata (Say) (Hemiptera: Tingidae) provides insights into its distribution and invasiveness // Scientific Reports. 2017. Vol. 7 (1). PP. 635. doi: 10.1038/s41598-017-00279-5
Yang X.M., Sun J.T., Xue X.F., Li J.B., Hong X.Y. Invasion genetics of the western flower thrips in China: evidence for genetic bottleneck, hybridization and bridgeheadead effect // PLoS One. 2012. № 7 (4). PP. 34567. doi: 10.1371/journal.pone.0034567
Ascunce M.S., Yang C.C., Oakey J., Calcaterra L. Global invasion history of the fire ant Solenopsis invicta // Science. 2011. Vol. 331, № 6020. PP. 1066-1068. doi: 10.1126/ science.1198734
Ciosi M., Miller N.J., Kim K.S., Giordano R., Estoup A., Guillemaud T. Invasion of Europe by the western corn rootworm, Diabrotica virgifera virgifera: multiple transatlantic introductions with various reductions of genetic diversity // Molecular Ecology. 2008. № 17 (16). PP. 3614-3627. doi: 10.1111/j.1365-294X.2008.03866.x
Li F., Wang R., Qu C., Fu N., Luo C., Xu Y. Sequencing and characterization of the invasive sycamore lace bug Corythucha ciliata (Hemiptera: Tingidae) transcriptome // Plos One. 2016. Vol. 11, № 8. PP. 1-19. doi: 10.1371/journal.pone.0160609
Williams J.G.K., Kubelik A.R., Livak K.J., Rafalski J.A., Tingey S.V DNA polymorphism’s amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers // Nucleic Acids Research. 1990. Vol. 18. PP. 6531-6535.
Welsh J., McClelland M. Fingerprinting genomes using PCR with arbitrary primers // Nucleic Acids Research. 1990. Vol. 18. PP. 7213-7218.
Stevens J., Wall R. The use of random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis for studies of genetic variation in populations of the blowfly Lucilia sericata (Diptera: Calliphoridae) in southern England // Bulletin of Entomological Research. 1995. Vol. 85. PP. 549-555. doi: 10.1017/S000748530003305
Киль В.И. Использование высокоспецифических RAPD-праймеров для ПЦР-анализа популяций вредных и полезных насекомых // Доклады РАСХН. 2014. № 6. С. 21-25.
Kavar T., Pavlovcic P., Susnik S., Meglic V., Virant-Doberlet M. Genetic differentiation of geographically separated populations of the southern green stink bug Nezara viridula (Hemiptera: Pentatomidae) // Bulletin of Entomological Research. 2006. Vol. 96, № 2. PP. 117-128.
Kil V.I. Using RAPD PCR method for studying DNA polymorphism of agricultural importance arthropods // Agricultural Research & Technology: Open Access Journal. 2017. Vol. 9 (4). е555769. doi: 10.19080/ARTOAJ.2017.09.555769
Киль В.И. Методика оценки ДНК полиморфизма популяций насекомых с помощью ПЦР (RAPD- и ISSR-PCR). Методические рекомендации. Краснодар : Просвещение Юг, 2009. 16 с.
Беседина Е.Н., Киль В.И. Молекулярно-генетический анализ различных видов клопов-кружевниц (Heteroptera: Tingidae) по RAPD-маркерам // Садоводство и виноградарство. 2019. № 6. С. 21-25. doi: 10.31676/0235-2591-2019-6-21-25
Беседина Е.Н., Киль В.И. Высокоспецифические RAPD-праймеры для ПЦР-анализа клопов-кружевниц (Heteroptera: Tingidae) // Материалы международной научной конференции «Биосфера и человек», 24-25 октября 2019 г., г. Майкоп, Республика Адыгея. Майкоп : Электронные издательские технологии, 2019. С. 17-18.
Беседина Е.Н., Киль В.И., Карпунин М.Н. Универсальные RAPD- и ISSR-праймеры для ПЦР-анализа клопов-кружевниц (Heteroptera: Tingidae) : Юбилейный сб. научн. труд. XIII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 90-летию ДГТУ ..., в рамках XXIII Агропромышленного форума юга России и выставки «Интерагромаш», «Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса», 26-28 февраля 2020 г., г. Ростов-на Дону. Ростов н/Д : ДГТУ-ПРИНТ, 2020. Т. 1. С. 393-396. doi: 10.23947/ interagro.2020.1.393-396
Yeh F.C., Yang R.C., Boyle T.B.J., Ye Z.H., Mao J.X. POPGENE, the user-friendly shareware for population genetic analysis, version 1.31. Computer program and documentation. Edmonton : University of Alberta and Centre for International Forestry Research, 1999. 29 p.
Slatkin M. Gene flow in natural populations // Annual Review of Ecology and Systematics. 1985. Vol. 39. PP. 53-65.
Besedina E., Kil V., Ismailov V., Karpunina M. Molecular genetic analysis and phenology of the plane lace bug Corythucha ciliata Say (Hemiptera: Tingidae) in different parts of Krasnodar Krai // BIO Web of Conferences 21, 00011 (2020) XI International Scientific and Practical Conference «Biological Plant Protection is the Basis of Agroecosystems Stabilization». doi: 10.1051/bioconf/20202100011
 DNA polymorphism and genetic diversity of the oak lace bug (Corythucha arcuata Say) population in Krasnodar Krai | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2021. №  55. DOI: 10.17223/19988591/55/3

DNA polymorphism and genetic diversity of the oak lace bug (Corythucha arcuata Say) population in Krasnodar Krai | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2021. № 55. DOI: 10.17223/19988591/55/3

Download full-text version
Counter downloads: 194