научная статья по теме ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЦИАНОФАГОВ СЕМЕЙСТВА MYOVIRIDAE В СОСТАВЕ СООБЩЕСТВА БАЙКАЛЬСКОЙ ГУБКИ LUBOMIRSKIA BAICALENSIS Биология

Текст научной статьи на тему «ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЦИАНОФАГОВ СЕМЕЙСТВА MYOVIRIDAE В СОСТАВЕ СООБЩЕСТВА БАЙКАЛЬСКОЙ ГУБКИ LUBOMIRSKIA BAICALENSIS»

ГЕНЕТИКА, 2015, том 51, № 3, с. 384-388

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 578.811

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЦИАНОФАГОВ СЕМЕЙСТВА Myoviridae В СОСТАВЕ СООБЩЕСТВА БАЙКАЛЬСКОЙ ГУБКИ Lubomirskia baicalensis

© 2015 г. Т. В. Бутина, С. А. Потапов, О. И. Белых, С. И. Беликов

Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск 664033

e-mail: tvbutina@mail.ru Поступила в редакцию 21.07.2014 г.

Проведен молекулярно-генетический анализ цианофагов семейства Myoviridae на основе фрагментов гена g20в составе ассоциированного сообщества эндемичной байкальской губки Lubomirskia baicalensis. В результате выявлено большое разнообразие цианофагов в составе губки по маркерному гену g20. Показано присутствие в байкальской губке цианофагов, сходных с таковыми, обитающими в планктоне. Кроме того, в составе сообщества выявлены специфические группы цианофагов, достоверно отличающиеся от всех, идентифицированных в воде оз. Байкал.

DOI: 10.7868/S0016675815030017

Вирусы влияют на генетическое разнообразие и численность бактерий, регулируют циркуляцию веществ и энергии в водных экосистемах [1, 2]. Несмотря на активные исследования в области водной вирусологии, вирусы в составе симбиотиче-ских ассоциаций, особенно в пресных водоемах, остаются малоизученными.

Уникальными и экологически важными представителями сложных симбиозов в морских и пресных водоемах являются губки — древнейшие многоклеточные беспозвоночные животные (тип РопГега). В состав сообщества губок входят различные микроорганизмы — грибы, водоросли, археи, бактерии, а также вирусы. Сложная структурно-функциональная организация позволяет сообществам губок адаптироваться и адекватно реагировать на любые изменения окружающей среды [3—5]. Численность и разнообразие вирусов в сообществе могут быть весьма значительными, учитывая большое количество потенциальных хозяев для них в составе губок. Однако биоразнообразие и роль вирусов в губках практически не изучены [5].

В известных сообществах кораллов большую часть вирусов составляют вирусы ассоциированных микроорганизмов, в том числе цианофаги — вирусы, поражающие цианобактерии [6]. Предполагается, что, несмотря на патогенную природу, цианофаги могут участвовать в обеспечении фотосинтетических функций в кораллах в неблагоприятных условиях [7] за счет дополнительного синтеза белков ¿1 и ¿2 системы фотосинтеза II, кодируемых генами рзЬЛ и рзЬБ [8]. Метагеном-ное исследование выявило высокое содержание геноврзЬЛ в составе вирусных сообществ в кораллах [6]. В геномах известных цианофагов содер-

жатся и другие гены цианобактерий, которые экс-прессируются во время инфекции и участвуют в метаболизме хозяев, такие как 1а1С (трансальдо-лаза), (ферредоксин), gnd (6-фосфоглюконат дегидрогеназа), рв1Б (пластоцианин) и др. [9—11]. Цианофаги являются резервуаром генов, участвуют в их переносе и, таким образом, вовлечены в процессы микроэволюции цианобактерий.

Присутствие цианобактерий в составе сообщества микроорганизмов морских и пресноводных, в том числе байкальских губок, показано ранее [3, 4, 12]. Цианобактерии как первичные продуценты снабжают губку органическим веществом и участвуют в жизнедеятельности сложного симбиотиче-ского сообщества [4, 13]. Таким образом, взаимодействие цианофагов с хозяевами в составе губок может оказывать существенное влияние на общее состояние и функционирование ассоциаций.

Цель настоящей работы заключалась в идентификации и оценке генетического разнообразия цианофагов семейства Муоушёае в составе ассоциированного сообщества эндемичной байкальской губки ЬыЬошшШа Ьа1са1вт1з на основе использования фрагмента гена g20 в качестве моле-кулярно-генетического маркера [14, 15]. Данный маркер широко используется для анализа циано-фагов в различных водных экосистемах [14—20].

Отбор проб губки Ь. Ьа1са1гт15 (образец объемом 2—3 см3) и контрольного образца воды с места сбора (50 мл) проводили в апреле 2010 г. в южной котловине оз. Байкал с помощью водолазов. Контрольную пробу воды фильтровали через фильтр с диаметром пор 0.2 мкм. Образец губки дважды промывали в стерильной воде, отжимали, содержимое центрифугировали (13000 об/мин,

Использованные для анализа последовательности g20 цианофагов, полученные на культурах цианобактерий 8упвсЬососст 8рр.

Цианофаг Идентификационный номер ОепВапк Источник изоляции Ссылка

БШ15790 Саргассово море [18]

8-88М2 БШ15783 » »

8-88М7 БШ15793 » »

8уп9 БШ15810 Атлантический океан, порт Вуд Хол, США »

8уп19 БШ15806 Саргассово море »

8уп30 БШ15784 Атлантический океан, Багамские острова »

8уп33 БШ15808 Атлантический океан, Гольфстрим »

S-PWM3 AY705145 Мексиканский зал. [17]

S-PWM4 AY705146 » »

31В АГО27975 Саргассово море [15]

Р17 AY027981 Желтое море, побережье г. Циндао, Китай »

Р79 AY027983 р. Сатилла (эстуарий), США, штат Джорджия »

AY259245 Атлантический океан, побережье штата Род-Айленд, США [16]

AY259251 » »

AY259252 » »

8^1М20 AY259263 » »

20 мин) и пропускали через серию фильтров с диаметром пор 1.2, 0.8 и 0.2 мкм. Полученные пробы использовали в качестве матрицы для ПЦР с праймерами СР81 и СР84 [14, 15]. Амплифици-рованные фрагменты клонировали и анализировали, как описано ранее [21, 22]. В результате получено две библиотеки клонов g20: из байкальской губки (BsL) и контрольного образца воды, отобранного в месте сбора губки (BwC). Нуклео-тидные последовательности фрагментов g20 выравнивали и редактировали с помощью программы ВюЕёк (V. 7.0.5) [23], идентичные последовательности исключали из дальнейшего анализа. Филогенетическое древо реконструировали на основе выведенных аминокислотных последовательностей методом байесовского анализа с помощью программы МгВау^ V. 3.2.1 [24]. Для анализа создавали 5 млн генераций цепей Маркова (МСМС), отбирая каждое двухсотое генерированное дерево, первые 12500 деревьев исключали из анализа.

В результате определены последовательности 43 клонированных фрагментов ДНК (депонированы в GenBank, КМ406918-КМ406960). Попарное сходство нуклеотидных последовательностей клонов из губки варьировало в пределах 60.4— 99.7%, сходство клонов из губки и воды составило 58.7-100%.

Для филогенетического анализа использовали последовательности гена g20 цианофагов из различных водоемов, культивированных на Бупгско-сосст spp. (таблица) [15-18], а также клоны g20 из

оз. Байкал (Ю776624-Ю776676), полученные ранее [22]. Проведенный анализ генов g20 из оз. Байкал выявил большое разнообразие и уникальный состав цианофагов семейства Myoviridae в озере [22].

Результаты филогенетического анализа генов g20 представлены на рисунке. Последовательности из оз. Байкал сформировали 11 собственных монофилетических групп, не включающих ни одной посторонней последовательности (I-IX). Четыре кластера (А, В, Э, F) содержали гены цианофагов как из губки Ь. Ъа1са1ет15, так и из планктона озера. Присутствие в губках вирусов, сходных с планктонными, скорее всего объясняется естественным процессом биофильтрации губок. Полученные данные согласуются с проведенным исследованием бактериальных сообществ двух байкальских губок, включая Ь. Ъа1са1гт15. Показано, что в составе микробных ассоциаций губок значительную долю составляют виды, обитающие и доминирующие в планктоне [25].

Два кластера (С, Е) состояли исключительно из последовательностей, полученных из губки. Наличие в составе сообщества губок генов g20, достоверно отличающихся от всех других, идентифицированных в воде Байкала, и формирующих отдельные монофилетические кластеры на древе, свидетельствует о присутствии специфических групп цианофагов в губках. Исследования разнообразия микробных сообществ на основе генов 168 рРНК также выявили присутствие монофиле-тических специфических кластеров, включающих

386

БУТИНА и др.

100

100

100

92

100

83

74

97

- Cyanophage S-PWM3

BwC4 (2) 74 - SB19

- MB1 оо " MB2 99 - MB4

- MB12

- NB9 -NB1

- NB4 L NB11

99|- BsL24

BwC1 A

BwC9 BsL1 (2) Lr- BsL8 П- BsL10 BsL26 BwC3 BwC6 \ BsL17 _ - BsL20 83 - SB4

- MB5 _г MB8

100 n— MB9

- MB18 NB8

10T BBLL31(43) C

L BsL15 (2)

B

100

Cyanophage S-RIM9

100

94

92

100

100

100

100

90

Cyanophage 31B

L BsL12

Cyanophage S-PWM4

86 Cyanophage S-RIM2 "Li— Cyanophage S-RIM8 Cyanophage Syn33 Cyanophage Syn30 Cyanophage Syn19

-RIM20 _ SSM7 г BsL2 (2) BwC14

- BwC21

- SB7

- MB10

- MB11 MB17

E

II

III

IV

V

VI

100

100{ BwC10 L BwC30

BwC1

NB10 MB14 |- NB2 NB3 NB7 Cyanophage P17

BsL4 (2)

BwC2 (6) BwC27

\ SB5

- SB9

- SB12 SB17

SB15 BwC5 SB1 BwC12 SB6 h SB8 SB13

BwC18 (2)

SB2 MB15 MB16 NB6

Cyanophage S-SSM1 yanophage P79 yanophage Syn9 Cyanophage S-SSM2

100

100

VII

VIII

IX

X

XI

I

0.3

Bacteriophage T4

SB3

0.1

Филогенетический анализ фрагментов белка g20 цианофагов семейства Myoviridae. В качестве аутгруппы использована последовательность белка g20 бактериофага Т4 (X16055). Постериорные вероятности выражены в процентах, значения меньше 70% не указаны. Фрагменты, полученные из образца губки и контрольной пробы воды, выделены жирным шрифтом, в скобках указано количество клонов. Последовательности из оз. Байкал [22] обозначены как NB (Северный Байкал), MB (Средний Байкал) и SB (Южный Байкал). I—XI — кластеры/группы, сформированные байкальскими последовательностями g20; A—F — кластеры, содержащие фрагменты g20 из губки.

D

F

27% всех проанализированных бактериальных, в том числе цианобактериальных, последовательностей [26]. Вероятно, обособленные бактериальные и вирусные ассоциации образуются в процессе формирования сообщества губок.

В результате исследований кораллов введен термин "голобионта кораллов" ("coral holobiont") [27] как целостного организма вместе с ассоциированным микробным сообществом. Позднее была предложена "пробиотическая гипотеза кораллов" ("Coral Probiotic Hypothesis") [28], на основе которой выработана "гологеномная теория эволюции" ("hologenome theory of évolution"). Согласно данной теории, единицей естественного отбора служит не индивидуальный организм, а голобионт. Генетический материал голобионта (гологеном) меняется быстрее, чем геном организма-хозяина (коралл

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»