WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Полиплоидия существенно усложняет филогенетические исследования, основанные на ядерных последовательностях. В этом случае необходим дополнительный этап клонирования и информация о специфических характеристиках каждого генома, чтобы было возможно отделять его от других. Однако, информация о делециях, инсерциях и нуклеотидных заменах в разных геномах могут быть использованы для выбора праймеров, специфичных для каждого генома в отдельности. Проблема заключается только в наличии подходящих гомологичных последовательностей из разных геномов в базе данных. Для того чтобы выполнить поставленную задачу был проведен поиск доступных последовательностей у видов рода Triticum в базе данных GenBank. Последовательности генов Acc-1 и Pgk-1 (GenBank, AF343496 - AF343536 и AF343474 - AF343495 соответственно) были получены ранее для всех четырех геномов (Huang et al., 2002) и были использованы в настоящем исследовании. После их выравнивания были обнаружены специфические для каждого генома пшениц нуклеотидные замены, инсерции и делеции, на основе которых выбраны 6 пар геном-специфичных праймеров. В последовательностях Acc-1 гена показаны B геном-специфическая делеция размером 11 п.н. (рис. 4А) и А геном-специфическая делеция размером 46 п.н. (рис. 5).

A.

Б.

Рисунок 4 Места отжига праймеров (Acc3T sense, Acc3T antisense) для В геном-специфичной амплификации и электрофорез продуктов амплификации Acc-1 гена у пшениц и близкородственных видов А. Полиплоидные пшеницы; Б. Диплоидные пшеницы.

В выравнивании Pgk-1 гена были обнаружены две перестройки (5 п.н. делеция и 6 п.н. инсерция), специфические для A генома пшениц (рис. 6), а также - 89 п.н. инсерция, которая была общей только для G и S геномов T. timopheevii и Ae. speltoides, соответственно.

Рисунок 5. Места отжига одной из пар праймеров для А геном-специфичной амплификации и электрофорез продуктов амплификации Acc-1 гена у пшениц и близкородственных видов с праймерами (Acc1T(2T) sense, Acc2T antisense). Буквами D, S, G, B, A в выравнивании обозначены последовательности геномов полиплоидных пшениц (B, G, D, A) и Ae. speltoides (S).

Специфическая амплификация В генома пшениц.

Для амплификации участка Acc-1 гена, принадлежащего B геному, были сконструированы соответствующие праймеры (рис. 4А). В ПЦР анализ были включены все виды из кластера I и синтетические виды из других кластеров (рис. 3), которые имели в своей геномной формуле B геном. Все полученные последовательности были идентичны и по наличию специфических нуклеотидных замен принадлежали В геному. Полученные данные позволяют четко разделять B и G геномы, и демонстрируют возможность селективной амплификации определенных геномов в полиплоидном организме (рис. 4А).

Рисунок 6. Полиморфные позиции в выравнивании последовательностей Pgk-1 гена, специфичные для различных геномов полиплоидных пшениц (А, В, G и D), генома Ae. speltoides (S) и трех гаплотипов диплоидных видов (I, II, III). Цифрами сверху обозначены позиции в общем выравнивании.

Происхождение A генома пшениц.

На следующем этапе работы мы исследовали A геном. Геном-специфичные праймеры были разработаны для обоих генов Acc-1 и Pgk-1. Все полученные фрагменты полиплоидных пшениц принадлежали А геному и были идентичны между собой, как и последовательности B генома. Неожиданные результаты были получены при анализе некоторых образцов диплоидных видов (T. urartu, T. boeoticum и T. monococcum). ПЦР амплификация с праймерами, неспецифичными для A генома, давала положительные результаты (рис. 4Б, дорожка 5), тогда как отрицательный результат был получен при использовании A геном-специфичных пар праймеров (рис. 5, дорожки 1 и 5). Для более детального анализа диплоидных видов рода Triticum мы включили в исследование по 8-10 различных географических вариантов этих видов. После установления нуклеотидных последовательностей оказалось, что диплоидные виды имеют по несколько различных вариантов последовательностей исследуемых участков Асс-1 и Pgk-1 генов (гаплотипов). По наличию-отсутствию делеции размером 46 п.н. и специфических замен в гене Acc-1 диплоидные виды поделились на две группы, тогда как последовательности Pgk-1 гена этих видов имели три различных варианта I, II, III (рис. 6). Первый гаплотип (I) был общим для T. urartu и А геномов полиплоидных пшениц, доказывая их общее происхождение. Cреди 9 проанализированных образцов T. boeoticum из различных популяций не было обнаружено образцов с подобным гаплотипом. Это подтверждает предыдущие схемы (Chantret et al., 2005), где донором А генома полиплоидных пшениц признается представитель T. urartu.

На основе полученных результатов можно заключить, что три существующих диплоидных вида T. urartu, T. boeoticum и T. monococcum могут иметь различные гаплотипы геномов, тогда как в геномах полиплоидных видов никакой гетерогенности не обнаружено.

Основные дополнения в эволюционном сценарии и происхождении видов рода Triticum

В результате сравнительного и филогенетического анализов хлоропластных и ядерных последовательностей различных видов родов Triticum и Aegilops, полученных в данном исследовании, а также принимая во внимание существующие литературные данные, настоящая работа позволяет сделать следующие выводы относительно эволюции рода Triticum:

  1. На основании вариабельности нуклеотидных последовательностей Ae. speltoides следует выделить из секции Sitopsis в отдельную секцию либо подрод. Происхождение этого вида, вероятно, произошло ранее дивергенции остальных видов секции (рис. 7). Более того, мы подтверждаем гипотезу о том, что Ae. speltoides является наиболее вероятным донором плазмона и двух геномов (B и G) полиплоидных пшениц. Другие виды эгилопсов в видообразовании пшениц не участвовали.
  2. Проведенный анализ последовательностей ядерных генов Acc-1 и Pgk-1 выявил три различных, не видоспецифичных гаплотипа этих участков у диплоидных пшениц (рис. 6), тогда как полиплоиды имеют одинаковые последовательности исследуемых районов в А геномах. То есть, в предковой популяции рода Triticum, до разделения диплоидных видов T. boeoticum и T. urartu, возникло несколько вариантов последовательностей, только одна из которых затем была унаследована полиплоидными видам в составе А генома.

Рисунок 7. Филогенетическая схема эволюции родов Triticum и Aegilops. по Kilian et al., 2007 c дополнениями. Звездочками обозначены эволюционные этапы, изученные в данной работе.

  1. Настоящее исследование подтверждает данные том, что донором А генома всех тетра - и гексаплоидных пшениц являлся представитель T. urartu, так как только последовательность Pgk-1 гена этого вида идентична таковым полиплоидных пшениц. Во-вторых, гаплотип II Pgk-1 гена является общим для дикой и культурной однозернянки T. boeoticum и T. monococcum, подтверждая происхождение культурной формы T. monococcum именно от дикой T. boeoticum (рис. 6)
  2. Видовой статус диплоидных видов T. boeoticum и T. urartu в данной работе не исследовался и не обсуждается. Взаимоотношения внутри трех диплоидов T. urartu, T. boeoticum и T. monococcum требуют дополнительного изучения. Данные, полученные в нашей работе, позволяют предполагать существование обмена генетической информацией между дикими диплоидными видами T. urartu и T.boeoticum.

ВЫВОДЫ.

  1. Проведен молекулярный RAPD анализ и построена фенограмма 13 сибирских видов ирисов, принадлежащих разным подродам (Limniris, Xyridon, Iris, Pardanthopsis), и родственного вида Belamcanda chinensis в качестве внешней группы. За исключением Pardanthopsis dihotoma кластеризация близкородственных видов согласуется с современными классификациями Родионенко (1988) и Мэтью (1989).
  2. Установлены филогенетические взаимоотношения 22 видов сибирских ирисов, на основе сравнения нуклеотидных последовательностей двух некодирующих участков хлоропластной ДНК, trnL интрона и trnL-trnF межгенного спейсера. Показано преимущество их использования в качестве филогенетических маркеров для определения филогении ирисов перед нуклеотидными последовательностями rbcL гена и ITS районами.
  3. Показано, что все сибирские ирисы формируют на филогенетическом древе две главные ветви, соответствующие подродам Limniris и Iris. Подтверждено отделение от остальных видов рода Iris вида Pardanthopsis dichotoma и выделение его в отдельный род. Показана недостаточная обоснованность выделения видов кластеров 4 (I. hallophila, I. ludwigii) и 7 (I. pallasii, I. lactea, I. biglumis) в состав отдельных подродов Xyridon sensu lato по Родионенко (1988), Eremiris sensu lato по Доронькину (1987).
  4. Установлены филогенетические взаимоотношения 39 различных видов и подвидов пшениц, 6 видов рода Aegilops на основе последовательностей хпДНК. Впервые на молекулярном уровне было проанализировано 22 вида и подвида рода Triticum, их кластеризация с остальными изученными видами пшениц соответствует их геномным формулам. Установлен хлоропластный филогенетический маркер, позволяющий четко различать эволюционные линии Emmer и Timopheevii. Подтверждено участие единственного вида из секции Sitopsis Ae.speltoides в видообразовании полиплоидных пшениц.
  5. Анализ синтетических видов T. kiharae, T. timococcum, T. dimococcum, T. soveticum, T. soveticum ssp. fungicidum, T. flaksbergeri, T.palmovae, Tritordium, Aegilotriticum, Triticale показал, что наследование хпДНК пшениц и эгилопсов у данных видов происходит строго по материнской линии.
  6. Разработаны геном-специфичные ядерные маркеры на основе последовательностей Acc-1 и Pgk-1 генов для амплификации A, B и G геномов пшениц. Специфичность полученных маркеров проверена экспериментально.
  7. Выявлено 3 различных гаплотипа A генома у диплоидных видов рода Triticum, только один из которых был унаследован полиплоидными пшеницами. Подтверждено происхождение А генома всех изученных полиплоидных пшениц от диплоидного вида T. urartu.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

  1. Makarevich I., Golovnina K., Scherbik S., Blinov A. Phylogenetic relationships of the Siberian Iris species inferred from noncoding chloroplast DNA sequences // Int. J. Plant Sci., 2003, V.164, P.229-237.
  2. К.А. Головнина. Молекулярная филогения сибирских видов рода Iris, основанная на анализе нуклеотидных последовательностей некодирующих участков хлоропластной ДНK // Материалы VIII Молодежной Конференции Ботаников в Санкт-Петербурге, 17-21 мая, 2004, с. 243.
  3. Golovnina K., Glushkov S. Molecular phylogeny of the genus Triticum // Proceedings of the I(IX) international conference of young botanists in Saint-Petersburg, May 21-26, 2006, P. 39.
  4. Гончаров Н.П., Кондратенко Е.А., Храброва М.А., Коновалов А.А., Лайкова Л.И., Блинов А.Г., Головнина К.А., Глушков С.А. Рукотворные виды - источник биоразнообразия пшениц. // Агромеридиан, 2006, T.3(4), C.86-91.
  5. Golovnina K., Glushkov S., Blinov A., Mayorov V., Adkison L., Goncharov N. Molecular phylogeny of the genus Triticum L. // Proceedings of the fifth international conference on bioinformatics of genome regulation and structure – BGRS 2006, Novosibirsk, Russia, July 16-22, 2006, V. 3, P. 147-150.
  6. Golovnina K., Glushkov S., Blinov A., Goncharov N.P. Genome-specific markers for A, B and G Triticum genomes. // Proceedings of the fifth plant genomics european meetings - PLANT GEMS, Venice, Italy, October 11-14, 2006, P. 211.
  7. Golovnina K.A., Glushkov S.A., Blinov A.G., Mayorov V.I., Adkison L., Goncharov N.P Phylogeny of the genus Triticum L. Based on chloroplast TrnL and MatK sequences // Proceedings of the fifth plant genomics european meetings - PLANT GEMS, Venice, Italy, October 11-14, 2006, P. 319.
  8. Н.П. Гончаров, Е.Я. Кондратенко, С.В. Банникова, А.А. Коновалов, К.А. Головнина. Сравнительно-генетический анализ голозерной диплоидной пшеницы Triticum sinskajae и еe исходной формы T. monococcum // Генетика, 2007, T.43(11), C.1491-1500.
  9. K. A. Golovnina, S. A. Glushkov, A. G. Blinov, V. I. Mayorov, L. R. Adkison and N. P. Goncharov. Molecular phylogeny of the genus Triticum L. // Pl. Syst. Evol., 2007, V.264, P.195-216.
  10. N.P. Goncharov, K.A. Golovnina, B. Kilian, S. Glushkov, A. Blinov, V.K. Shumny. Evolutionary history of wheats - the main cereal of mankind // In. N. Dobretsov et al. (eds.), Biosphere Origin and Evolution, part VI, Springer 2008, P. 407-419. (DOI 10.1007/978-0-387-68656-1_29).
  11. Kseniya A. Golovnina, Sergey A. Glushkov, Nikolay P. Goncharov, Alexander G. Blinov.
    Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»