Characterization of North American Armillaria species: genetic relationships determined by ribosomal DNA sequences and AFLP markers

M.‐S Kim; N. B Klopfenstein; J. W Hanna; G. I McDonald

doi:10.1111/j.1439-0329.2006.00441.x

Summary Phylogenetic and genetic relationships among 10 North American Armillaria species were analysed using sequence data from ribosomal DNA (rDNA), including intergenic spacer (IGS‐1), internal transcribed spacers with associated 5.8S (ITS + 5.8S), and nuclear large subunit rDNA (nLSU), and amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers. Based on rDNA sequence data, the nLSU region is less variable among Armillaria species than the ITS + 5.8S and IGS‐1 regions (nLSU < ITS + 5.8S < IGS‐1). Phylogenetic analyses of the rDNA sequences suggested Armillaria mellea, A. tabescens and A. nabsnona are well separated from the remaining Armillaria species (A. ostoyae, A. gemina, A. calvescens, A. sinapina, A. gallica, NABS X and A. cepistipes). Several Armillaria species (A. calvescens, A. sinapina, A. gallica, NABS X and A. cepistipes) clustered together based on rDNA sequencing data. Based on the isolates used in this study, it appears that techniques based on IGS‐1, ITS + 5.8S, and/or D‐domain/3′ ends of nLSU are not reliable for distinguishing A. calvescens, A. sinapina, A. gallica and A. cepistipes. However, AFLP data provided delineation among these species, and AFLP analysis supported taxonomic classification established by conventional methods (morphology and interfertility tests). Our results indicate that AFLP genetic markers offer potential for distinguishing currently recognized North American Biological Species (NABS) of Armillaria in future biological, ecological and taxonomic studies. Résumé Les relations phylogénétiques et génétiques entre 10 espèces nord‐américaines d’Armillaria ont été analysées à partir d'une part de données de séquences de l'ADN ribosomal (ADNr), incluant l'espaceur inter‐génique (IGS‐1), les espaceurs internes transcrits et le 5.8S associé (ITS + 5.8S), et l'ADNr nucléaire de la grande sous‐unité (nLSU), d'autre part de marqueurs AFLP. D'après les données de séquence de l'ADNr, la région nLSU est moins variable entre espèces d’Armillaria que les régions ITS + 5.8S et IGS‐1 (nLSU < ITS + 5.8S < IGS‐1). Les analyses phylogénétiques basées sur les séquences de l'ADNr suggèrent que A. mellea, A. tabescens, et A. nabsnona sont bien séparées des autres espèces d’Armillaria (A. ostoyae, A. gemina, A. calvescens, A. sinapina, A. gallica, NABS X, et A. cepistipes). Plusieurs espèces d’Armillaria (A. calvescens, A. sinapina, A. gallica, NABS X, et A. cepistipes) se trouvent regroupées avec l'utilisation de ces séquences. En se basant sur les isolats utilisés dans cette étude, il apparaît donc que les techniques basées sur l'IGS‐1, ITS + 5.8S, et/ou le domaine D/extrémité 3′ de nLSU sont insuffisantes pour distinguer A. calvescens, A. sinapina, A. gallica, et A. cepistipes. Toutefois, les données d'AFLP ont permis de différencier ces espèces et l'analyse AFLP est cohérente avec la classification taxonomique établie à partir des méthodes conventionnelles (morphologie et tests d'interfertilité). Nos résultats montrent l'intérêt des marqueurs AFLP pour distinguer les différentes espèces biologiques nord‐américaines d'Armilllaria pour des études de biologie, d’écologie et de taxonomie. Zusammenfassung Die phylogenetischen und genetischen Beziehungen zwischen zehn nordamerikanischen Armillaria‐Arten wurden mit Hilfe von Sequenzdaten der ribosomalen DNA (rDNA), welche die Regionen IGS‐1, ITS + 5,8 S und nLSU einschliesst, sowie mit AFLP‐Markern analysiert. Die Sequenzdaten ergaben, dass die nLSU‐Region bei Armillaria‐Arten weniger stark variiert als die ITS + 5,8S sowie die IGS‐1 Regionen (nLSU < ITS + 5,8 S <IGS‐1). Aus den phylogenetischen Analysen der rDNA‐Sequenzen ergab sich eine klare Trennung von A. mellea, A. tabescens und A. nabsnona von den übrigen Arten (A. ostoyae, A. gemina, A. calvescens, A. sinapina, A. gallica, NABS X und A. cepistipes). Verschiedene Arten (A. calvescens, A. sinapina, A. gallica, NABS X und A. cepistipes) bildeten aufgrund ihrer rDNA‐Sequenzen eine Gruppe. Am untersuchten Material zeigte sich, dass Techniken, die auf IGS1, ITS + 5,8 S und/oder D‐Domain/3′‐Enden der nLSU basieren, nicht zuverlässig zwischen A. calvescens, A. sinapina, A. gallica und A. cepistipes unterscheiden können. Im Gegensatz dazu konnten diese Arten mit AFLP‐Markern voneinander abgegrenzt werden und die Analyse der AFLP‐Daten bestätigte die taxonomische Klassifikation aufgrund konventioneller Methoden (Morphologie und Interfertilitätstests). Die Befunde zeigen, dass AFLP‐Marker zur Unterscheidung der derzeit akzeptierten nordamerikanischen biologischen Arten von Armillaria sowie für zukünftige biologische, ökologische und taxonomische Untersuchungen eingesetzt werden können.

Characterization of North American Armillaria species: genetic relationships determined by ribosomal DNA sequences and AFLP markers

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