ВВЕДЕНИЕ 4
1 Обзор литературы 6
1.1 Актуальность исследования митохондриальных геномов грибов 6
1.1.2 Митохондриальные геномы грибов 6
1.1.3 Интроны I группы 7
1.1.4 Интегрированные в геном плазмидные последовательности 9
1.2 Подходы к аннотации геномов 10
1.2.1 Идентификация повторов 10
1.2.2 Выравнивание 11
1.2.3 Анализ белковых последовательностей 13
1.2.4 Анализ транслированных последовательностей 13
1.2.5 Предсказание кодирующих областей и функциональная аннотация 14
1.3 Методы построения филогении 15
1.3.1 Метод матрицы расстояний (distance matrix) 15
1.3.2 Метод максимальной экономии 16
1.3.3 Методы, основанные на моделях эволюции 17
1.3.4 Подходы «супердерева» и «суперматрицы» 19
2 Материалы и методы 22
2.1 Аннотация митохондриальных геномов 22
2.2 Анализ митохондриальных интронов и геномных перестроек 23
2.3 Филогеномный анализ 23
3 Результаты и обсуждение 25
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 33
ПРИЛОЖЕНИЕ 41
Виды грибов рода Опёнок (Armillaria) являются одними из наиболее важных компонентов экосистем бореальных и умеренных лесов, выполняют важнейшие экологические функции разложения мертвой древесины, но при этом нередко становятся серьёзными патогенами.
МтДНК наследуются от одного родительского организма и присутствуют в виде многих копий в каждой клетке. Благодаря этим качествам, митохондриальные гены широко используются для популяционных и видовых исследований.
В лаборатории лесной геномики Сибирского федерального университета были секвенированы и собраны митохондриальные геномы A. borealis и A. sinapina, представленные кольцевыми ДНК. Для исследования был также был использован митохондриальный геном североамериканского изолята A. solidipes, который по состоянию на 31.04.2018 был представлен в базе данных DOE JGI (The U.S. Department of Energy Joint Genome Institute, Walnut Creek, California) неаннотированной версией. Маркировку генов и других элементов в нуклеотидной последовательности в биоинформатике называют аннотацией. Таким образом, целью данной работы является аннотация и сравнительный анализ митохондриальных геномов близкородственных видов грибов A. borealis, A. sinapina и A. solidipes.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
• Поиск кодирующих участков (аннотация);
• Сравнительный анализ аннотированных геномов;
• Филогеномный анализ.
Результаты работы были представлены на следующих международных и Всероссийских конференциях:
- Четвертый съезд микологов России, г. Москва;
- «Исследования компонентов лесных экосистем Сибири», г. Красноярск;
- 55-я Международная научная студенческая конференция, г. Новосибирск;
- 7th European Conference on Prokaryotic and Fungal Genomics, Gottingen, Germany;
- 56-я Международная научная студенческая конференция, г. Новосибирск.
Выпускная квалификационная работа выполнена в лаборатории лесной геномики СФУ в рамках проекта «Геномные исследования основных бореальных лесообразующих хвойных видов и их наиболее опасных патогенов в Российской Федерации», руководимого проф. К. В. Крутовским и финансируемого Правительством РФ (договор №14.Y26.31.0004). Автор работы выражает искреннюю благодарность И.Н. Павлову за предоставленные образцы грибов, Орешковой Н.В. за пробоподготовку и секвенирование, Путинцевой Ю. А. и Садовскому М. Г. за руководство, а также всем членам лаборатории за участие в обсуждении результатов работы и ценные советы.
В ходе данной работы были выполнены все задачи и поставленная цель была полностью достигнута:
1. Во всех геномах были аннотированны все 14 генов, участвующих в окислительном фосфорилировании. Так же, были найдены рибосомальные гены rns, rnl и rps3 и наборы генов тРНК.
2. Сравнительный анализ показал высокую вариацию размеров геномов. Это объясняется разным количеством и длиной интронов и мобильных элементов.
3. Некоторые интроны гомологичных генов в трех видах Armillaria имеют различное происхождение, и предположительно были приобретены путем горизонтального переноса.
4. В A. sinapina были найдены множественные генные перестройки в отношении геномов A. borealis и A. solidipes, которые могут быть ассоциированы со встраиванием мобильных плазмидных последовательностей.
5. Во всех мтДНК были найдены укороченные генные дупликации, которые так же могут быть результатом вставок мобильных генетических элементов.
6. Филогеномный анализ показал, что семейство Физалакриевых является монофилетической группой, формирующей кладу с хорошей бутстрэп- поддержкой (100%).
