Анализ состава и изменчивости кишечной микробиоты в группе близких видов литоральных моллюсков рода Littorina
|
Введение 3
Обзор литературы 6
Симбионты как часть экологической ниши позвоночных и
беспозвоночных 6
Влияние кишечных симбионтов на метаболизм 7
Влияние кишечных симбионтов на эмбриональное и постнатальное развитие 10
Иммунные взаимодействия симбионтов с беспозвоночными хозяевами и защита от
паразитов 11
Влияние кишечных симбионтов на поведение 12
Моллюски рода Littorina как модельный объект для эволюционных исследований 14
Материалы и методы 19
Результаты и обсуждение 27
Выводы 46
Благодарности 48
Список использованной литературы 49
Рисунки и приложения
Обзор литературы 6
Симбионты как часть экологической ниши позвоночных и
беспозвоночных 6
Влияние кишечных симбионтов на метаболизм 7
Влияние кишечных симбионтов на эмбриональное и постнатальное развитие 10
Иммунные взаимодействия симбионтов с беспозвоночными хозяевами и защита от
паразитов 11
Влияние кишечных симбионтов на поведение 12
Моллюски рода Littorina как модельный объект для эволюционных исследований 14
Материалы и методы 19
Результаты и обсуждение 27
Выводы 46
Благодарности 48
Список использованной литературы 49
Рисунки и приложения
Литораль - это гетерогенная среда, характеризующаяся как вертикальными (от нижней к верхней литорали изменяются влажность, волновое воздействие, время осушки и пр.), так и горизонтальными (например, соленость в эстуариях рек) градиентами изменения значений абиотических факторов. Каждая из зон литорали обладает своими особенностями экологии и характерным спектром микробиотопов. Гетерогенность такой среды может выступать в качестве предпосылки к экологически-опосредованной специализации и видообразрванию. С этой точки зрения, все особенности экологической ниши, занимаемой определённой группировкой особей - комплекса биоценотических связей вида и факторов среды, включая не только пространственную компоненту, но и пищевые и иные отношения вида, - будут важны для понимания протекающих микроэволюционных процессов и всей эволюционной истории вида (Schluter 2009, Nosil 2012).
Моллюски рода Littorina- информативный модельный объект для эволюционных исследований. Эти гастроподы представлены комплексом криптических видов и экотипов, населяющих смежные в пространственном отношении и контрастных в экологическом отношении биотопах (Reid 1996, Galindo &Grahame 2014, Rolan-Alvarez et al. 2015). С одной стороны, среди моллюсков этого рода есть виды, с относительно недавней дивергенцией (~ 1 Mya; Reid, 2012), с другой - еще не дивергировавшие, но ясно специализированные субвидовые группы (экотипы; Boulding &Van Alstyne 1993, Johannesson et al. 1993, Hull et al. 1996, Reid 1996, Rolan-Alvarez & Johannesson 1997 и др.). В результате, группа предоставляет возможности для анализа ключевых эволюционных событий ad-hoc и post-hoc. Многие сравнительные аспекты морфологии, паразитологии, физиологии, репродуктивной биологии, транскриптомики и геномики данных видов детально охарактеризованы (Conde-Padln et al., 2009; Granovitch et al., 2009; Johannesson et al., 2010; Panova et al., 2011, 2014; Canback et al., 2012; Butlin et al., 2014; Ravinet et al., 2017 и др.). Однако детальная характеристика занимаемых экологических ниш, особенно, ее части, касающейся биоценотических связей, до сих пор имеет отрывочный, фрагментарный характер. Анализ комплекса микроорганизмов, с которыми разные виды и экотипы литторин, населяющие контрастные биотопы, формируют стабильные биоценотические взаимодействия - актуальная задача не только в области изучения литторин (регулярно проводимый с 1977 года Симпозиум по биологии и эволюции литторинид, ISOLBE, неизменно собирает более 100 исследователей со всего мира и вызывает живой интерес со стороны малакологических сообществ), но и с общебиологической точки зрения (поскольку за последние 30 лет литторины стали востребованным модельным объектом для эволюционных исследований).
Наиболее подробно охарактеризовать состав микробиома (микроорганизмов, объединенных биоценотическими связями) позволяют методы метабаркодинга, в частности, секвенирование вариабельных регионов генов малой субъединицы рибосомы с использованием технологии NGS. Применение указанного подхода открывает широкие возможности для исчерпывающих описаний про- и эукариотических сообществ на новом уровне (Valentini et al., 2016; Deiner et al., 2017 и др.).
В рамках комплексного проекта по реконструкции эволюционных процессов, протекающих или законченных в эволюционно недавнее время в популяциях моллюсков рода Littorina, подрод Neritrema,мы поставили целью:
используя метабаркодинг, качественно и количественно охарактеризовать биотическую компоненту экологических ниш нескольких видов литоральных моллюсков рода Littorina, в частности, сообщества эукариотических микроорганизмов, представляющих собой потенциальный пищевой субстрат и основу для кишечных сообществ, а также оценить влияние факторов "тип биотопа", "географический регион", "вид моллюска" на характеристики этих сообществ.
Для достижения этой цели был сформулирован ряд задач:
1. Произвести сбор моллюсков 3 видов литторин: L. saxatilisтрех морфотипов (крабовая форма ( C), верхняя ( WH) и нижняя (WL) скальные формы, L. fabalis, L.littoreaс последующей препаровкой средних и задних отделов кишечника, а также получить соскобы биопленок с поверхности четырех различных субстратов: верхняя и нижняя зоны прибойных скал, валуны и талломы Fucus vesiculosus) в двух точках на побережье Северного моря.
2. Амплифицировать фрагмент 18S-рДНК-гена и приготовить баркодированные библиотеки для секвенирования на платформе Illumina MiSeq для качественной и количественной оценки состава эукариотической компоненты сообществ (50 образцов).
3. Произвести биоинформатический анализ полученных данных секвенирования в пакете программного обеспечения Mothur (https://www.mothur.org/): сформировать операционные таксономические единицы (OTU), провести BLAST-анализ их таксономической принаждлежности, описать состав сообществ мироскопических организмов присутствующих в кишечнике моллюсков и на субстратах в различных типах биотопов.
4. Используя комплекс методов статистического анализа в программной среде R оценить влияние факторов "тип биотопа", "географический регион", "вид моллюска" на характеристики кишечных сообществ
Моллюски рода Littorina- информативный модельный объект для эволюционных исследований. Эти гастроподы представлены комплексом криптических видов и экотипов, населяющих смежные в пространственном отношении и контрастных в экологическом отношении биотопах (Reid 1996, Galindo &Grahame 2014, Rolan-Alvarez et al. 2015). С одной стороны, среди моллюсков этого рода есть виды, с относительно недавней дивергенцией (~ 1 Mya; Reid, 2012), с другой - еще не дивергировавшие, но ясно специализированные субвидовые группы (экотипы; Boulding &Van Alstyne 1993, Johannesson et al. 1993, Hull et al. 1996, Reid 1996, Rolan-Alvarez & Johannesson 1997 и др.). В результате, группа предоставляет возможности для анализа ключевых эволюционных событий ad-hoc и post-hoc. Многие сравнительные аспекты морфологии, паразитологии, физиологии, репродуктивной биологии, транскриптомики и геномики данных видов детально охарактеризованы (Conde-Padln et al., 2009; Granovitch et al., 2009; Johannesson et al., 2010; Panova et al., 2011, 2014; Canback et al., 2012; Butlin et al., 2014; Ravinet et al., 2017 и др.). Однако детальная характеристика занимаемых экологических ниш, особенно, ее части, касающейся биоценотических связей, до сих пор имеет отрывочный, фрагментарный характер. Анализ комплекса микроорганизмов, с которыми разные виды и экотипы литторин, населяющие контрастные биотопы, формируют стабильные биоценотические взаимодействия - актуальная задача не только в области изучения литторин (регулярно проводимый с 1977 года Симпозиум по биологии и эволюции литторинид, ISOLBE, неизменно собирает более 100 исследователей со всего мира и вызывает живой интерес со стороны малакологических сообществ), но и с общебиологической точки зрения (поскольку за последние 30 лет литторины стали востребованным модельным объектом для эволюционных исследований).
Наиболее подробно охарактеризовать состав микробиома (микроорганизмов, объединенных биоценотическими связями) позволяют методы метабаркодинга, в частности, секвенирование вариабельных регионов генов малой субъединицы рибосомы с использованием технологии NGS. Применение указанного подхода открывает широкие возможности для исчерпывающих описаний про- и эукариотических сообществ на новом уровне (Valentini et al., 2016; Deiner et al., 2017 и др.).
В рамках комплексного проекта по реконструкции эволюционных процессов, протекающих или законченных в эволюционно недавнее время в популяциях моллюсков рода Littorina, подрод Neritrema,мы поставили целью:
используя метабаркодинг, качественно и количественно охарактеризовать биотическую компоненту экологических ниш нескольких видов литоральных моллюсков рода Littorina, в частности, сообщества эукариотических микроорганизмов, представляющих собой потенциальный пищевой субстрат и основу для кишечных сообществ, а также оценить влияние факторов "тип биотопа", "географический регион", "вид моллюска" на характеристики этих сообществ.
Для достижения этой цели был сформулирован ряд задач:
1. Произвести сбор моллюсков 3 видов литторин: L. saxatilisтрех морфотипов (крабовая форма ( C), верхняя ( WH) и нижняя (WL) скальные формы, L. fabalis, L.littoreaс последующей препаровкой средних и задних отделов кишечника, а также получить соскобы биопленок с поверхности четырех различных субстратов: верхняя и нижняя зоны прибойных скал, валуны и талломы Fucus vesiculosus) в двух точках на побережье Северного моря.
2. Амплифицировать фрагмент 18S-рДНК-гена и приготовить баркодированные библиотеки для секвенирования на платформе Illumina MiSeq для качественной и количественной оценки состава эукариотической компоненты сообществ (50 образцов).
3. Произвести биоинформатический анализ полученных данных секвенирования в пакете программного обеспечения Mothur (https://www.mothur.org/): сформировать операционные таксономические единицы (OTU), провести BLAST-анализ их таксономической принаждлежности, описать состав сообществ мироскопических организмов присутствующих в кишечнике моллюсков и на субстратах в различных типах биотопов.
4. Используя комплекс методов статистического анализа в программной среде R оценить влияние факторов "тип биотопа", "географический регион", "вид моллюска" на характеристики кишечных сообществ
1. В составе исследованных эукариотических сообществ микроскопических организмов литоральной зоны Северного моря, в первую очередь, представлены следующие таксоны: Rhodophyta (Florideophycea), Ascomycota, Chlorophyta, Cilliophora, Ochrophyta, Arthropoda (Maxillopoda) и Eucaryota unclassified.
2. Общий уровень разнообразия видов в сообществах и обилие отдельных видов в них в средовых образцах ожидаемо выше, чем в сообществах кишечника литторин.
3. Степень вариабельности средовых сообществ существенно выше, чем кишечных; эти сообщества характеризуются разными наборами доминантных таксонов, что в совокупности указывает, с одной стороны, на различия условий обитания литторин разных экотипов; а с другой - на возможность наличия избирательности при питании литторин.
4. Состав кишечных сообществ у моллюсков 3 разных видов (L. fabalis, L. littorea и L. saxatilis), населяющих общий биотоп (нижняя зона каменистой литорали) более сходен, чем таковой трех экотипов L. saxatilis, населяющих разные биотопы.
5. L. fabalis демонстрирует несколько отдельный композиционный паттерн состава кишечного сообщества в сравнении с L. litt orea и L. saxatilis, что вероятно, связано с микробиотопическими предпочтениями этого вида и согласуется с описанными ранее пищевыми предпочтениями данного вида.
6. Присутствие и обилие ДНК представителей Arthropoda и Chlorophyta в средовых и
кишечных образцах носит неупорядоченный характер и не коррелирует определенно ни с типом биотопа, ни с видом моллюска.
7. Сравнительный анализ состава средовых и кишечных образцов позволяет предполагать преимущественное потребление группы Hildenbrandiophycidae всеми исследованными видами и во всех исследованных биотопах.
8. Сравнительный анализ состава средовых и кишечных образцов позволяет предполагать преимущественное потребление группы Hildenbrandiophycidae всеми исследованными видами и во всех исследованных биотопах, что никогда ранее не документировалось исследователями.
9. В исследованных биотопах зарегистрировано избирательное накопление в кишечнике литторин представителей Conthreep (Intramacronucleata, Cilliophora), потенциально представляющих симбиотические (в том числе, паразитические) организмы.
2. Общий уровень разнообразия видов в сообществах и обилие отдельных видов в них в средовых образцах ожидаемо выше, чем в сообществах кишечника литторин.
3. Степень вариабельности средовых сообществ существенно выше, чем кишечных; эти сообщества характеризуются разными наборами доминантных таксонов, что в совокупности указывает, с одной стороны, на различия условий обитания литторин разных экотипов; а с другой - на возможность наличия избирательности при питании литторин.
4. Состав кишечных сообществ у моллюсков 3 разных видов (L. fabalis, L. littorea и L. saxatilis), населяющих общий биотоп (нижняя зона каменистой литорали) более сходен, чем таковой трех экотипов L. saxatilis, населяющих разные биотопы.
5. L. fabalis демонстрирует несколько отдельный композиционный паттерн состава кишечного сообщества в сравнении с L. litt orea и L. saxatilis, что вероятно, связано с микробиотопическими предпочтениями этого вида и согласуется с описанными ранее пищевыми предпочтениями данного вида.
6. Присутствие и обилие ДНК представителей Arthropoda и Chlorophyta в средовых и
кишечных образцах носит неупорядоченный характер и не коррелирует определенно ни с типом биотопа, ни с видом моллюска.
7. Сравнительный анализ состава средовых и кишечных образцов позволяет предполагать преимущественное потребление группы Hildenbrandiophycidae всеми исследованными видами и во всех исследованных биотопах.
8. Сравнительный анализ состава средовых и кишечных образцов позволяет предполагать преимущественное потребление группы Hildenbrandiophycidae всеми исследованными видами и во всех исследованных биотопах, что никогда ранее не документировалось исследователями.
9. В исследованных биотопах зарегистрировано избирательное накопление в кишечнике литторин представителей Conthreep (Intramacronucleata, Cilliophora), потенциально представляющих симбиотические (в том числе, паразитические) организмы.
Подобные работы
- Анализ состава и изменчивости кишечной микробиоты в группе близких видов литоральных моллюсков рода Littorina
Бакалаврская работа, зоология. Язык работы: Русский. Цена: 4700 р. Год сдачи: 2019