Введение 4
1. Обзор литературы 5
1.1 Общая характеристика цианобактерий 5
1.2 Систематика цианобактерий: история и современное состояние 7
1.3 Молекулярно-филогенетический и генотипический подходы в систематике
цианобактерий 10
1.4 Характеристика р. Synechocystis 12
1.5 Характеристика р. Geminocystis 15
2. Материал и методы исследования 16
2.1 Список исследуемых штаммов 16
2.2 Условия и среды культивирования 17
2.3 Хроматическая адаптация 17
2.4 Оценка способности штаммов к росту при разной солености 18
2.5 Получение биомассы клеток 20
2.6 Выделение ДНК 20
2.6.1 CTAB-метод выделения ДНК 20
2.6.2 STET-метод выделения ДНК 20
2.7 Полимеразная цепная реакция 21
2.7.1 Амплификация фрагмента гена 16S рРНК 21
2.7.2 Амплификация участка внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS)
рибосомного оперона 22
2.8 Электрофорез в агарозном геле 22
2.9 Очистка ПЦР-фрагментов 23
2.10 Секвенирование и филогенетический анализ последовательностей 23
2.11 Анализ последовательностей внутренних транскрибируемых спейсеров рибосомного
оперона 23
3. Результаты и обсуждение 25
3.1 Характеристика морфологии и ультраструктуры исследуемых штаммов 25
3.2 Хроматическая адаптация исследуемых штаммов 28
3.3 Рост исследуемых штаммов при различном уровне солености среды 31
3.4 Молекулярно-филогенетический анализ исследуемых штаммов 34
3.5 Особенности организации участков внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS)
рибосомного оперона 39
Выводы 46
Список литературы 47
Цианобактерии распространены повсеместно и являются важной частью экосистемы планеты. В силу характера метаболизма они выступают в роли первичных продуцентов, особенно в морских экосистемах, а также являются пионерами первичной сукцессии. Считается, что именно цианобактерии первыми приняли участие в создании оксигенной атмосферы и являются предшественниками пластид водорослей и растений, что свидетельствует об их важной роли в эволюции живых организмов. Из-за огромного влияния цианобактерий на развитие биосферы Земли, их роли в современных экосистемах и возможности их использования в промышленности и биотехнологиях по всему миру проводятся активные исследования этой группы бактерий и создаются обширные коллекции штаммов.
Одной из таких коллекций является коллекция CALU СПбГУ, в составе которой насчитывается более 450 штаммов цианобактерий. В рамках ревизии коллекции было проведено исследование на выборке из 30 штаммов, отнесенных на основе морфологии к р. Synechocystis. Результатом молекулярно-филогенетического анализа короткого фрагмента гена 16S рРНК (600 п.н.) стало разделение исследуемых штаммов на 3 кластера: в состав Кластера 1, условно названного «Synechocystis sensu stricto», вошли истинные представители р. Synechocystis совместно с типовыми штаммами рода, а два других кластера локализовались дистантно (Карапетян, 2017). Представители этих двух кластеров, обозначенных нами как Кластер «biofilms» (4 штамма) и Кластер «geminocystis» (5 штаммов), стали объектами нашего исследования.
Целью работы является полифазный анализ культивируемых штаммов цианобактерий - представителей двух кластеров полифилетичного р. Synechocystis и оценка возможности описания их в ранге новых таксонов уровня рода и/или вида.
В связи с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:
1. Изучить морфологию и ультраструктуру исследуемых штаммов.
2. Изучить пигментный состав штаммов в зависимости от качества подаваемого света.
3. Изучить способность штаммов к росту при разной концентрации NaCl в среде.
4. Провести молекулярно-филогенетический анализ путем сравнения
последовательностей гена 16S рРНК и 16S-23S рРНК внутреннего транскрибируемого спейсера (ITS); провести анализ вторичной структуры последовательностей ITS.
5. Дать заключение о возможности/невозможности описания исследуемых штаммов в ранге новых таксонов уровня рода или вида.
Выводы
1. По совокупности фенотипических и генотипических признаков штаммы CALU 1077, CALU 1173 и GALU 1127/CALU 1174 из вновь обособленного филогенетического кластера “biofilms” могут быть описаны как представители трех видов нового рода одноклеточных цианобактерий.
2. По совокупности фенотипических и генотипических признаков штаммы CALU 1334, CALU 1759, CALU 1794, CALU 1801 и CALU 1807 из вновь обособленного филогенетического кластера “geminocystis” могут быть описаны как представители отдельного вида ботанического рода Geminocystis.
