МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2013, том 47, № 1, с. 181-184
КРАТКОЕ СООБЩЕНИЕ
УДК 575.86:582.263(282.256.34)
ЭВОЛЮЦИОННЫЕ СВЯЗИ ЭНДЕМИЧНОЙ ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ ОЗЕРА БАЙКАЛ Draparnaldioides simplex С НЕБАЙКАЛЬСКИМИ ТАКСОНАМИ СЕМЕЙСТВА Chaetophoraceae (Chlorophyta)
© 2013 г. Е. В. Минчева*, Т. Е. Перетолчина, Л. А. Ижболдина, Л. С. Кравцова, Д. Ю. Щербаков
Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск, 664033
Поступила в редакцию 08.06.2012 г.
Принята к печати 13.08.2012 г.
Исследованы филогенетические связи байкальского эндемика, зеленой водоросли Draparnaldioides simplex C. Meyer et Skabitsch., 1976 с голарктическими таксонами зеленых водорослей по фрагменту гена 18S рДНК, а также по внутренним транскрибируемым спейсерам ITS1 и ITS2 ядерной ДНК. Показано, что байкальский род Draparnaldioides — отдельный самостоятельный таксон. Степень генетических отличий исследуемого вида от небайкальских таксонов водорослей сестринской группы невелика, что свидетельствует об относительной молодости рода Draparnaldioides и о его недавнем отделении от общего предка с родами Draparnaldia и Chaetophora.
Ключевые слова: Байкал, Draparnaldioides, внутренние транскрибируемые спейсеры ITS1 и ITS2 яДНК, 18S рДНК, филогенетические связи.
EVOLUTIONAL RELATIONSHIPS OF ENDEMIC GREEN ALGAE Draparnaldioides simplex FROM LAKE BAIKAL WITH NONBAICALIAN TAXA OF FAMILY Chaetoforaceae (Chlorophyta), by E. V. Mincheva*, T. E. Peretolchina, L. A. Izhboldina, L. S. Kravtsova, D. Y. Sherbakov (Limnological Institute, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, Irkutsk, 664033 Russia; *e-mail: elenakuznetsova01@gmail.com). Phylogenetic relationships between the endemic baicalian green algae Draparnaldioides simplex C. meyer et Skabitsch, 1976 and holarctic taxa of green algae were studied using the fragment of 18S rDNA and internal transcribed spacers ITS1 and ITS2 of nuclear DNA. We showed that the baicalian genus Draparnaldioides is a separate taxon. The genetic difference between Draparnaldioides and nonbaicalian taxa of the sister groups of the green algae are small enough to indicate relative youth of the genus Draparnaldioides and its recent radiation from a common ancestor with Draparnaldia and Chaetophora.
Keywords: Lake Baical, Draparnaldioides, internal transcribed spacers ITS1 and ITS2 of nDNA, 18S rDNA, phylogenetic relationships.
Б01: 10.7868/80026898413010084
В Байкале обитает 137 видов и разновидностей водорослей из отделов низших растений Оекго-рИу1а, СЫогорИу1а и СуапоЪае1ег1а. Наиболее разнообразны зеленые водоросли СЫогорИуа, включающие 36 эндемичных видов, из них 9 входит в состав рода Draparnaldioides семейства СЪае1орИогаееае. В отличие от животных, населяющих Байкал, относительно которых имеются литературные данные об их происхождении и эволюции в контексте с климатическими и геологическими событиями [1—5], эволюционная история низших растений мейо-макрофитов не изучена, хотя высказаны гипотезы и предположения. В частности, по мнению
* Эл. почта: elenakuznetsova01@gmail.еom
Скабичевского [6] байкальские Draparnaldioides эволюционировали по линии, идущей параллельно с широко распространенными видами рода Draparnaldia. К сожалению, до сих пор остается неясным таксономический статус видов и разновидностей рода Draparnaldioides. Ранее Форест [7] предлагал оставить в составе рода только три вида — Draparnaldioides arenaria, D. arnoldii и D. baicalensis — из девяти, описанных в 20-е годы Мейером и Рейн-гардтом [8]. Позднее Скабичевский [9] утверждал, что объединение видов D. arenaria, D. simplex и D. goroschankinii лишено смысла, так как виды различаются не только по строению, но и по срокам вегетации. В настоящее время представи-
182
МИНЧЕВА и др.
тели рода Draparnaldioides по морфологическому сходству подразделяются на три группы видов и разновидностей [10]. К первой группе относятся D. simplex, D. simplex f. trifurca, D. simplex f. pentafur-ca, D. goroschankinii и D. goroschankinii f. plumosa, ко второй — D. arenaria, D. arenaria f. plumosa, D. arenaria f. elegans, D. arenaria f. pilosissima, D. ar-noldii f. compacta; к третьей — D. pumila, D. vilosa, D. lubrica, D. pilosa, D. baicalensis.
Остается, однако, неясной степень родства этого рода с другими родами зеленых водорослей сем. Chaetophoraceae. Широко распространенным подходом для решения такого рода задач, является применение молекулярно-генетических маркеров [11—13]. Несмотря на то, что сама по себе степень дивергенции молекулярных маркеров не является достаточным основанием для определения ранга таксонов, их сравнение позволяет оценить, насколько родство входящих в них видов соответствует современным представлениям систематики.
Цель настоящей работы заключается в исследовании филогенетических связей эндемика Байкала Draparnaldioides simplex с другими таксонами сем. Chaetophoraceae, широко распространенными в водоемах Голарктики.
Материал собирали с помощью водолазов в 2010—2011 гг. в трех точках акватории озера Байкал (около пос. Листвянка, пос. Большие Коты и в бухте Фролиха) на глубинах 3—14 м.
ДНК выделяли из образцов D. simplex, фиксированных в 70%-ном этаноле. Геномную ДНК экстрагировали по модифицированной методике
[14]. В качестве молекулярно-генетических маркеров использовали фрагмент гена 18S рДНК, включающий практически весь ген (1650 п.н.)
[15], и ее внутренние транскрибируемые спейсе-ры ITS1 (221 п.н.) и ITS2 (351 п.н.) [16].
Фрагмент гена, кодирующего 18S рДНК, ам-плифицировали с использованием праймеров F: 5'-AACCTGGTTGATCCTGCCAGT-3' и R: 5'-TGATCCTTCTGCAGGTTCACCTACG- 3'. Параметры реакции в случае 18S рДНК были следующими. Преденатурация при 950С — 5 мин, далее 25 циклов: денатурация при 950 С — 1 мин, отжиг при 550C — 1 мин, элонгация при 720 С — 2 мин (5 минут на последнем цикле).
Фрагменты ITS1 и ITS2 амплифицировали с использованием следующих праймеров: ITS1 F: 5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3' и ITS1R: 5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3' и ITS2 F: 5'-GCATCGATGAAGAACGCAGC-3'; ITS2 R: 5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3' соответственно.
Параметры при 35 циклах амплификации следующие: преденатурация ДНК при 940С — 4 мин, денатурация при 940С — 1 мин, отжиг праймеров при 550C — 1 мин, элонгация при 720С — 1 мин (5 минут на последнем цикле).
ПЦР проводили в термоциклере ДТ-96 (ООО "НПО ДНК-ТЕХНОЛОГИЯ", Россия). Продукты реакции анализировали электрофоретически в 1%-ном агарозном геле. Полосу геля ожидаемого размера вырезали и ампликон очищали согласно Маниатису (Maniatis) и соавт. [17].
Нуклеотидные последовательности продуктов амплификации определяли на автоматическом генном анализаторе ABI 3130xl в ЦКП "Секвени-рование ДНК" СО РАН (Россия).
Последовательности редактировали при помощи программы BioEdit ver.5.0.9. [18].
Всего для анализа филогенетических связей D. simplex с другими видами водорослей семейства Chaetophoraceae определено 20 последовательностей (из них три — последовательности 18S рДНК, 12 последовательностей ITS1 и пять — ITS 2). Дополнительно из GenBank привлечено шесть последовательностей 18S рДНК и четыре — ITS1 и ITS2 из разных видов водорослей семейства Chaetophoraceae. Были выбраны только те виды, нуклеотидные последовательности которых по всем трем исследуемым маркерам имеются в GenBank (таблица).
Филогенетические древа с бутстрэпными поддержками (1000 реплик) на основе уникальных гаплотипов18S рДНК и комбинированных последовательностей ITS1 + ITS2 строили методом максимального правдоподобия, реализованным в программе Phyml [19]. Для филогенетического анализа использовали модель молекулярной эволюции GTR, выбранную с помощью программы jModelTest [20, 21].
На филогенетическом древе, построенном по фрагменту 18S рДНК, виды семейства Chaetophoraceae образуют 4 клады (рисунок, а). Первую кладу формируют представители рода Draparnaldioides, во вторую входят представители родов Draparnaldia и Chaetophora; третья клада представлена видом Stigeoclonium helveticum, четвертую составляют представители рода Uronema. Все выделенные клады, за исключением второй, имеют высокую бутстрэпную поддержку (99 или 100%). Относительно низкую поддержку второй клады (57%), по-видимому, можно объяснить тем, что расшифрована только одна последовательность D. plumosa, вследствие чего представитель этого вида кластеризуется с C. incrassata. На древе видно, что ближайшими родственниками Draparnaldioides выступают представители родов Draparnaldia и Chaetophora.
Поскольку генетические дистанции между последовательностями 18S рДНК невелики и у представителей Draparnaldioides, Draparnaldia и Chaetophora не превышают 0.4% замен, одного маркера недостаточно для подтверждения родового статуса байкальских Draparnaldioides. В связи с этим, для уточнения положения D. simplex до-
ЭВОЛЮЦИОННЫЕ СВЯЗИ ЭНДЕМИЧНОЙ ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ ОЗЕРА БАЙКАЛ 183
Виды сем. Chaetophoraceae, используемые в исследовании
№ GenBank Таксономический статус Географическая локализация Молекулярно-филогенетический маркер
FN824372 Stigeoclonium helveticuml Германия 18S
HE610124 Stigeoclonium helveticum2 Германия 18S ITS1 ITS2
FR865749 Chaetophora incrassata Великобритания 18S ITS1 ITS2
HQ646379 Draparnaldia plumosa США ITS1 ITS2
FN824381 Draparnaldia plumosa Германия 18S
FR717536 Uronema sp.l Великобритания 18S
FR717538 Uronema sp.2 Великобритания 18S ITS1 ITS2
X123267 Draparnaldioides simplexl Россия, Байкал ITS1
JX123268 Draparnaldioides simplex2 Россия, Байкал ITS1
JX123270 Draparnaldioides simplex4 Россия, Байкал ITS1
JX134611 Draparnaldioides simplexl Россия, Байкал 18S
JX134612 Draparnaldioides simplex2 Россия, Байкал 18S
JX134609 Draparnaldioides simplexl Россия, Байкал ITS2
JX134610 Draparnaldioides simplex4 Россия, Байкал ITS2
полнительно исследовали внутренние транскрибируемые спейсеры рДНК — ITS1 и ITS2. Эти маркеры используются для генетической дифференциации видов [22, 23].
На филогенетическом древе, построенном по фрагментам ITS1 и ITS2, видно, что все представители Draparnaldioides образуют монофилетич-ную кладу со
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.