РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Обзор литературы 6
1.1 Актуальность исследования генетических маркеров грибов 6
1.2 Представители рода Armillaria 6
1.2.1 Flammulina velutipesэволюционно близкий вид для представителей
рода Armillaria 7
1.3 Генетические маркеры для видовой идентификации грибов 7
1.3.1 Генетический маркер ITS 8
1.3.2 Генетический маркер IGS 8
1.3.3 Генетические маркер TEF1a 8
1.4 Рестрикционный анализ 8
1.5 Строение участка рибосомальной РНК грибов 9
1.6 Выравнивание нуклеотидных последовательностей 11
1.6.1 Выравнивание двух последовательностей 11
1.6.2 Выравнивание нескольких последовательностей 12
1.6.3 Обоснование гэпов при оценке эволюционных дистанций 12
1.8 Программы для построения выравниваний 13
1.9 Филогенетический анализ 15
2 Материалы и методы 18
2.1 Объекты исследования 19
2.2 Методы используемые для филогенетического анализа 20
3 Результаты и их обсуждение 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 27
Среди представителей рода Armillaria (Physalacriaceae, Agaricalea, Basidiomycota) хорошо известны как важные патогены растений, которые могут вызывать серьезные корневые заболевания у разных деревьев и древесных растений, так и сапротрофы, которые играют важную экологическую роль в экосистемах. Однако у разновидностей Armillaria наблюдаются значительные различия в патогенности. Например, A. ostoyae, A. solidipesи A. melleaкак правило, считаются сильно патогенными, в то время как такие виды, как A. sinapina, A. cepistipesсчитаются менее патогенными, а также сапротрофы, предпочитающие рост на мертвой древесине (A. gallica). Поэтому разграничение видов Armillariaимеет решающее значение для оценки риска заболевания [1, 2]. Грибы рода Armillariaиграют колоссальную роль в экосистеме, без них леса были бы просто захламлены слаборазлагающейся древесиной. Типичные сапрофиты не влияют сильно пагубно на здоровые деревья, но в настоящее время все чаще и чаще начинают поражать здоровые деревья. А. borealisявляется сапрофитом и в меньшей степени патогеном, а вот с изменением климата возможно приобретает патогенные формы. Понимание филогении и эволюционного происхождения этих видов является важным этапом в изучении патогенности видов Armillaria.
28 образцов рода Armillariaбыли взяты на Дальнем Востоке, юге Красноярского края и Республике Хакасия. В Германии сотрудниками лаборатории лесной геномики Сибирского федерального университета были секвенированы маркерные последовательности на капиллярном секвенаторе. Для построения филогенетического дерева также были включены нуклеотидные последовательности представителей рода Armillaria, взятые из международной базы данных GenBank (www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/).
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Сформировать базу генетических последовательностей;
2. Изучить методы построения выравниваний и филогении;
3. Построение филогенетического дерева для видовой идентификации образцов.
Актуальность данной работы заключается в том, что определение видов грибов только по морфологическим признакам не всегда возможно, поскольку они не всегда могут обеспечивать точные группировки на уровне видов, поэтому сейчас широко используются генетические маркеры для идентификации видов. Они позволяют изучать высоко- и слабопатогенные таксоны грибов и осуществлять генетический мониторинг уровня патогенности в популяциях. Использование генетических маркеров для идентификации видов Armillariaна территории Сибири и Дальнего Востока проводилось впервые.
Впервые была произведена идентификация 28 сибирских и дальневосточных образцов представителей рода Armillaria;
Филогенетический анализ позволил с высокой вероятностью определить образцы, относящиеся к представителям Armillaria;
Исследуемые образцы относятся к 4 разным видам, 18 из 28 образцов относятся к виду A. borealis;
Все образцы попадают в кластеры с уже известными видами.
1. Guo, T. Phylogenetic analyses of Armillaria reveal at least 15 phylogenetic lineages in China, seven of which are associated with cultivated Gastrodia elata/ T. Guo, H. C. Wang, W. Q. Xue, J. Zhao, Z. Yang //PLoS One. - 2016. - T. 11. - №. 5. - С. e0154794;
2. Baumgartner, K. Secrets of the subterranean pathosystem of Armillaria/ K. Baumgarther, M. Coetzee, D. Hoffmeister //Molecular plant pathology. - 2011. - T. 12. - №. 6. - С. 515-534;
3. Koch, R. A. Resolved phylogeny and biogeography of the root pathogen Armillaria and its gasteroid relative, Guyanagaster / R. A. Koch, A. W. Wilson, O. Sene, T. W. Henkel, M. C. Aime // BMC evolutionary biology. - 2017. - T. 17. - №. 1. - С. 33-38;
4. Sipos, G. Genome expansion and lineage-specific genetic innovations in the forest pathogenic fungi Armillaria/ G. Sipos, A. N. Prasanna //Nature ecology & evolution. - 2017. - T. 1. - №. 12. - С. 1931-1941;
5. Coetzee, M. P. A. Molecular identification and phylogeny of Armillaria isolates from South America and Indo-Malaysia / M. P. A. Coetzee, B. D. Wingfield, P. Bloomer, G. S. Ridley //Mycologia. - 2003. - T. 95. - №. 2. - С. 285-293;
6. Park, Y. J. Whole genome and global gene expression analyses of the model mushroom Flammulina velutipes reveal a high capacity for lignocellulose degradation / Y. J. Park, / R. A. Koch, J. H. Baek, S. Lee, C. Kim, H. Rhee //PloS one. - 2014. - T. 9. - №. 4. - С. e93560;
7. Joh, J. H. Comparative analysis of expressed sequence tags from Flammulina velutipes at different developmental stages / J. H. Jon, K. Y. Kim, E. S. Son, H. R. Park //Journal of microbiology and biotechnology. - 2009. - T. 19. - №. 8. - С. 774-780;
8. Kim, C. K. Molecular marker database for efficient use in agricultural breeding programs / C.K. Kim, G. S. Lee, J. C. Mo, S. H. Bae, T. H. Lee //Bioinformation. - 2015. - T. 11. - №. 9. - С. 444-448;
9. Badotti, F. Effectiveness of ITS and sub-regions as DNA barcode markers for the identification of Basidiomycota (Fungi) / F. Badotti, F. Oliveira, C. F. Garcia, A. Vaz, P. Fonseca, L. A. Nahum, G. Oliveira, A. Goes-Neto //BMC microbiology. - 2017. - T. 17. - №. 1. - С. 42-47;
10. Bellemain, E. ITS as an environmental DNA barcode for fungi: an in silico approach reveals potential PCR biases / E. Bellemain, T. Carlsen, C. Brochmann, E. Coissac, P. Taberlet, H. Kauserud //BMC microbiology. - 2010. - T. 10. - №. 1. - С. 189-198;
11. Матвеева, T. В. Молекулярные маркеры для видоидентификации и филогенетики растений / T. В. Матвеева, О. А. Павлова, Д. И. Богомаз //Ecological genetics. - 2011. - T. 9. - №. 1. - С. 33-35;
12. Cornet, M. Molecular identification of closely related Candida species using two ribosomal intergenic spacer fingerprinting methods / M. Cornet, B. Sendid //The Journal of Molecular Diagnostics. - 2011. - T. 13. - №. 1. - С. 12¬22;
13. Ichi-ishi, A., Inoue H. Cloning, nucleotide sequence, and expression of tef-1, the gene encoding translation elongation factor 1-alpha of Neurospora crassa / A. Ichi-Ishi, H. Inoue //- 1995. - T. 70. - №. 2. - С. 273-287;
14. Кочкина, Г. А. Галопсихротолерантные грибы рода Geomycesиз криопэгов и морских отложений Арктики / Г. А. Кочкина, Н. Е. Иванушкина, В. Н. Акимов //Микробиология. - 2007. - T. 76. - №. 1. - С. 39-47;
15. Иванов, Д. М. Верификация метода рестрикционного анализа рДНК для изучения геномного полиморфизма представителей порядка Boletales / Д. М. Иванов //Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология. - 2008. - №. 4. - С. 112-113;
16. Гагкаева, T. Ю. Использование метода ПЦР для выявления и идентификации грибов рода Fusarium и трихотеценовых токсинов / T. Ю. Гагкаева, М. М. Левитин //МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЕЕНЕ/ГНЕА В МЕДИЦИНСКОЙ МИКОЛОГИИ. ГЕНОМЫ ГРИБОВ И ДОСТИЖЕНИЯ В ГЕНОДИАГНОСТИКЕ ГРИБКОВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ЧЕЛОВЕКА. - 2005. - С. 12;
17. Шнырева, А. А. Грибы рода Pleurotus:генотипирование и анализ локусов половой совместимости : дис. ... канд. биол. наук : 03.02.2012 / Шнырева Анастасия Андреевна //МГУ, Москва. - 2015;
18. Кочкина, Г. А. Галопсихротолерантные грибы рода Geomycesиз криопэгов и морских отложений Арктики / Г. А. Кочкина, Н. Е. Иванушкина, В. Н. Акимов //Микробиология. - 2007. - T. 76. - №. 1. - С. 39-47;
19. Кокаева, Л. Ю. МИКОБЖТГА ПОРАЖЕННЫХ ЛИСТЬЕВ SOLANUM TUBEROSUM L., S. LYCOPERSICUM L. И S. DULCAMARA L: дис. . канд. биол. наук : 03.02.12 / Кокаева Людмила Юрьевна // МГУ, Москва. - 2016;
20. Daugelaite, J., O'Driscoll, A., Sleator, R. D. An overview of multiple sequence alignments and cloud computing in bioinformatics //ISRN Biomathematics. - 2013. - T. 2013;
21. Бутвиловский, А. В. Выравнивание аминокислотных и нуклеотидных последовательностей / А. В. Бутвиловский, Е. В. Барковский, В. Э. Бутвиловский // Медицинский журнал. - 2007. - №. 1. - С. 45-54;
22. Daugelaite, J., O'Driscoll, A., Sleator, R. D. An overview of multiple sequence alignments and cloud computing in bioinformatics //ISRN Biomathematics. - 2013. - T. 2013;
23. Edgar, R. C. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput / R. C. Edgar //Nucleic acids research. - 2004. - T. 32. - №. 5. - С. 1792-1797;
24. Notredame, C. T-coffee: a novel method for fast and accurate multiple sequence alignment1 / D. G. Higgins, J. Heringa //Journal of molecular biology. - 2000. - T. 302. - №. 1. - С. 205-217;
25. Tommaso, P. D. T-Coffee: a web server for the multiple sequence alignment of protein and RNA sequences using structural information and homology extension / P. D. Tommaso, S. Moretti, I. Xenarios //Nucleic acids research. - 2011. - T. 39. - №. 2. - С. 13-17;
26. Yang, Z. Molecular phylogenetics: principles and practice / Z. Yang, B. Rannala //Nature Reviews Genetics. - 2012. - T. 13. - №. 5. - С. 303-312;
27. Lin, Y. Maximum likelihood phylogenetic reconstruction from high- resolution whole-genome data and a tree of 68 eukaryotes / Y. Lin, F. Hu, J. Tang //Biocomputing 2013. - С. 285-296;
28. Ronquist, F. MrBayes 3.2: efficient Bayesian phylogenetic inference and model choice across a large model space / F. Ronquist, M. Teslenko, D. L. Ayres //Systematic biology. - 2012. - T. 61. - №. 3. - С. 539-542;
29. Lio, P. Goldman N. Models of molecular evolution and phylogeny / P. Lio, N. Goldman //Genome research. - 1998. - T. 8. - №. 12. - С. 1233-1244;
30. Шнырева, А. В. Геносистематика и проблема вида у грибов: подходы и решения / А. В. Шнырева //Микология и фитопатология. - 2011. - T. 45. - №. 3. - С. 209-220;
31. Appel, D. Relationships among pathogenic and nonpathogenic isolates of Fusarium oxysporum based on the partial sequence of the intergenic spacer region of the ribosomal DNA / D. J. Appel, T. R. Gordon //MPMI-Molecular Plant Microbe Interactions. - 1996. - T. 9. - №. 2. - С. 125-138;
32. Heinzelmann, R. Population genetics of the wood-rotting basidiomycete Armillaria cepistipes in a fragmented forest landscape / R. Heinzelmann, R. Rigling, S. Prospero // Fungal biology. - 2012. - T. 116. - №. 9. - С. 985-994;
33. Brazee, N. J. Genotypic diversity of Armillaria gallica from mixed oak forests in Massachusetts / N. J. Brazee, R. E. Marra, R. L. Wick // Mycologia. - 2012. - T. 104. - №. 1. - С. 53-61;
34. Klopfenstein, N. B. Insights into the phylogeny of Northern Hemisphere Armillaria: Neighbor-net and Bayesian analyses of translation elongation factor 1- a gene sequences / N. B. Klopfenstein, J. E. Stewart, Y. Ota, J. W. Hanna //Mycologia. - 2017. - T. 109. - №. 1. - С. 75-91;
35. Gouy, M. SeaView version 4: a multiplatform graphical user interface for sequence alignment and phylogenetic tree building / M. Gouy, S. Guindon, O. Gascuel //Molecular biology and evolution. - 2009. - T. 27. - №. 2. - С. 221-224;
36. Vrieze, S. I. Model selection and psychological theory: a discussion of the differences between the Akaike information criterion (AIC) and the Bayesian information criterion (BIC) / S. I. Vrieze //Psychological methods. - 2012. - T. 17.- №. 2. - С. 228-243;
37. Lanfear, R. PartitionFinder 2: new methods for selecting partitioned models of evolution for molecular and morphological phylogenetic analyses / R. Lanfear, P. B. Frandsen, A. M. Wright //Molecular Biology and Evolution. - 2016.- T. 34. - №. 3. - С. 772-773;
38. Nguyen, L. T. IQ-TREE: a fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum-likelihood phylogenies / L. T. Nguyen, H. A. Schmidt, B. Q. Minh //Molecular biology and evolution. - 2014. - T. 32. - №. 1. - С. 268-274.