Шибнева С.Ю., Скрипцова А.В.

Svetlana Yu. Shibneva, Anna V. Skriptsova

Национальный научный центр морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН
(Владивосток, Россия)

УДК 577.2+582.275.4

На основании данных морфолого-анатомического и генетического анализа уточнено таксономическое положение Lukinia dissecta. Особенности строения цистокарпов вида, включающие отсутствие паутинистого тела, гонимобласт, состоящий из трех гонимолобов, где большинство клеток гонимобласта превращаются в карпоспорангии, наличие крупной столбчатой клетки слияния, в совокупности с данными филогенетического анализа доказывают принадлежность данного вида к семейству Rhodymeniaceae (Rhodymeniales).

Ключевые слова: Rhodophyta; Rhodymeniaceae; красные водоросли; Lukinia; Дальневосточные моря; филогенетика; rbcL

Lukinia dissecta Perestenko 1994 (1996) – представитель монотипного рода Lukinia, таксономическое положение которого до последнего времени оставалось неясным. В типовом материале автор описанного вида Л.П. Перестенко (1994) не увидела строение карпогонной системы до оплодотворения и на ранних стадиях развития зиготы – признаков, положенных в основу разделения красных водорослей класса Frorideophyceae на порядки и семейства. Л.П. Перестенко предположительно поместила Лукинию в пор. Gigartinales, отметив, что вид «по строению <карпогонной системы> после оплодотворения и по особенностям образования спорангиев не может быть отнесен ни к одному из известных родов и семейств» (Перестенко, 1994: с. 130). Позднее в своей сводке С. Шнейдер и М. Винн (2007) ошибочно поместили L. dissecta в семейство Phyllophoraceae и в одной из следующих работ (Schneider, Wynne, 2013) отметили, что семейственная принадлежность данного вида по-прежнему не ясна. Н.А. Лопатина и Н.Г. Клочкова (2016) при описании L. dissecta позже также отметили неопределенное семейственное положение вида, оставив его в пор. Gigartinales. В упомянутом исследовании, к сожалению, отсутствовали женские растения, что помешало внести ясность в систематическое положение вида.

До настоящего времени к определению таксономического положения L. dissecta применялся только классический метод морфолого-анатомического описания, однако отсутствие возможности выявить диагностические признаки, служащие указателем принадлежности к определенному семейству, не позволили исследователям решить этот вопрос.

Целью нашей работы являлось уточнение таксономического положения вида L. dissecta, для чего мы подробно исследовали строение цистокарпов в найденных женских растениях, а также провели филогенетический анализ вида по участку пластидного гена (rbcL).

Материал и методы

Образцы Lukinia dissecta, использованные для морфолого-анатомического анализа в данной работе, были собраны в июле–августе 2019 г. во время экспедиции у о-вов Симушир (рейд Водопадный, 47.07° с.ш. 152.09° в.д., глубина 3–6 м; стерильные) и Парамушир (бухта Крашенинникова, 50.18° с.ш. 155.18° в.д., глубина 7–13 м; 1 с цистокарпами, 3 тетраспорофита) (Охотское море, Россия). Фрагменты талломов для молекулярно-генетического анализа были высушены с использованием силикагеля.

Идентификация водорослей проводилась с использованием описаний (Перестенко, 1994; Лопатина, Клочкова, 2016). Для морфологического исследования использовались те же образцы, для которых были получены последовательности rbcL. Анатомия анализировалась на продольных и поперечных срезах, выполненных в средней и верхней частях пластины, а также через цистокарпы на разных стадиях их развития, при помощи лезвия безопасной бритвы. Срезы окрашивались 1% водным раствором анилинового синего с добавлением 1% раствора HCl.

Геномная ДНК выделялась из высушенных в силикагеле фрагментов таллома CTAB-методом (Wang et al., 2006). Фрагмент хлоропластного гена рибулозо-1,5-бифосфаткарбоксилазы/оксигеназы (rbcL) длиной 1250–1300 пар нуклеотидов (пн) был амплифицирован с использованием специфических праймеров F57 (прямой) и rbcLrevNEW (обратный) (Saunders, Moore, 2013).

Подготовка ПЦР-продукта для последующего секвенирования проводилась согласно опубликованной методике (Shibneva et al., 2020). ПЦР-продукты были секвенированы на приборе ABI 3130x sequencer (Applied Biosystems), полученные последовательности были выровнены в программном обеспечении (ПО) MEGA7 (Kumar et al., 2016) с использованием алгоритма MUSCLE. Также MEGA7 использовалась для подсчета внутри- и межвидовой дистанций с использованием модели попарных расстояний (p-distance). Филогенетический анализ проводился в ПО MrBayes v. 3.2.7 (Ronquist, Huelsenbeck, 2003). ПО Partition Finder 2.1.1 (Lanfear et al., 2012) было использовано для выбора наилучшей модели отдельно для каждой позиции в кодоне.

Все полученные для Lukinia dissecta последовательности нуклеотидов были депонированы в GenBank под номерами MT783303–MT783308.

Результаты и обсуждение

Результаты молекулярно-филогенетического анализа, выполненного на основе участка rbcL, достоверно показывают отличие Lukinia от представителей пор. Gigartinales, к которому первоначально был отнесен вид (Перестенко, 1994). Вместе с тем филогенетические данные отчетливо свидетельствуют о том, что род Lukinia должен быть помещен в пор. Rhodymeniales, где он является сестринским по отношению к другим родам семейства Rhodymeniaceae с максимальной поддержкой (1,0 PP) (рис. 1). На филограмме наиболее близкими к L. dissecta являются роды Botryocladia, Rhodymenia и Epymenia. Генетические расстояния (p-distances) между L. dissecta и наиболее близко расположенными представителями рода Botryocladia составляют 12,2–12,9%.

Рис. 1. Филогенетическое дерево, построенное методом моделирования Байеса для определения таксономического положения Lukinia dissecta Rhodymeniaceae, основанное на пластидной rbcL последовательности (1390 пн). Номера над узлами дерева – Bayesian posterior probabilities. Образцы, полученные в этом исследовании, выделены жирным шрифтом

Fig. 1. Bayesian tree for taxonomic assessment of Lukinia dissecta Rhodymeniaceae, based on rbcL (1390 bp). Numerals above tree nodes are Bayesian posterior probabilities. Specimens obtained in this study are highlighted in bold

Эти результаты подтверждаются и особенностями анатомического строения L. dissecta. Несмотря на то, что в нашем материале, как и в сборах других исследователей (Перестенко, 1994; Лопатина, Клочкова, 2016), отсутствовали неоплодотворенные женские особи, строение карпоспорофита (цистокарпа) не позволяет отнести L. dissecta к пор. Gigartinales (Перестенко, 1994). Для гигартиновых характерно развитие гонимобласта во внутренних тканях слоевища, где нити гонимобласта распространяются среди вегетативных клеток, образуя множественные слияния с ними, «ножка» отсутствует, у видов с крупной клеткой слияния нити гонимобласта развиваются радиально от нее, клетка слияния не формирует «ножку», а занимает центральное положение в цистокарпе. Цистокарп L. dissecta развивается на поверхности слоевища и имеет отчетливую полость, гонимобласт на выраженной «ножке» (stalk), расположенной в основании цистокарпа (рис. 2А). Особенности строения цистокарпов сближают L. dissecta с представителями пор. Rhodymeniales.

Разграничение семейств родимениевых водорослей основывается на строении и развитии тетраспорангиев, количестве клеток в карпогонной ветви и строении цистокарпов, в меньшей степени на особенностях внутреннего строения (Le Gall et al., 2008). Отсутствие паутинистого тела в цистокарпе, наличие крупной столбчатой клетки слияния и разделенного на гонимолобы гонимобласта, большинство клеток которого превращаются в карпоспорангии, интеркалярное развитие спорангиев из немодифицированных клеток коры позволяют отнести L. dissecta к сем. Rhodymeniaceae. Следует отметить, что большинство из этих признаков присутствует и у представителей других семейств порядка, но такое их сочетание является уникальным для сем. Rhodymeniaceae. От сем. Lomentariaceae и Champiaceae цистокарпы L. dissecta отличаются наличием разделенного на лопасти гонимобласта (рис. 2Б), от Faucheaceae – отсутствием паутинистого тела, от Fryeellaceae и Hymenocladiaceae – наличием крупной столбчатой клетки слияния. Таким образом, по большинству признаков L. dissecta относится к сем. Rhodymeniaceae.

Рис. 2. Анатомическое строение органов размножения Lukinia dissecta.
А – Поперечный срез цистокарпа, показывающий обширную внутреннюю полость, базальную подушковидную массу пигментированных питательных клеток и внутренний слой перикарпа,
масштаб = 100 мкм; Б – гонимобласт, состоящий из трех компактных гонимолобов (показаны стрелками), масштаб = 100 мкм; В – моноспорангии, содержащие моноспоры (мс), подкоровые клетки соединены с коровыми вторичными поровыми связями (показаны стрелками), масштаб = 20 мкм

Fig. 2. Anatomical structure of the reproductive organs of Lukinia dissecta.
A – Cross-section of a cystocarp showing a large extensive inner cavity, basal cushion-like mass of pigmented nutritative cells, and inner layer of pericarp, scale bar = 100 μm; B – gonimoblast, consisting of three compact gonimolobes, scale bar = 100 μm; C – monosporangia containing monospores (мс), subcortical cells are connected with cortical cells by secondary pit-connections (shown by arrows), scale bar = 20 μm

Основное отличие Lukinia dissecta от других представителей семейства заключается в строении органов бесполого размножения и сердцевины. Лукиния – единственный представитель пор. Rhodymeniales с неразделенными спорангиями (моноспорангиями), развивающимися интеркалярно из немодифицированных клеток коры (рис. 2В). Интеркалярное развитие крестообразно- и тетраэдрически разделенных тетраспорангиев из немодифицированных коровых клеток характерно для сем. Rhodymeniaceae, Champiaceae и Hymenocladiaceae (Le Gall et al., 2008). У представителей остальных семейств порядка тетраспорангии терминальные, развивающиеся на адвентивных коровых ветвях (Le Gall et al., 2008). Моноспорангии характерны для наиболее примитивных подотделов Rhodophyta (Rhodellophytina, Metarhodophytina), среди Eurhodophytina они характерны для класса Bangiophyceae, а у Florideophyceae встречаются только у наиболее примитивно организованных водорослей (пор. Acrochaetiales, Colaconematales, в подклассе Nemaliophycidae (Garbary, 1978). Неразделенными также выглядят тетраспорангии на ранних этапах их формирования (до мейоза). Возможно, моноспорангии L. dissecta следует рассматривать как пример реверсии или как недоразвитые.

Таким образом, на основании молекулярно-филогенетических данных и особенностей строения цистокарпов род Lukinia следует рассматривать в составе сем. Rhodymeniaceae пор. Rhodymeniales. В настоящем исследовании совокупный подход, включающий морфолого-анатомический и филогенетический анализ, помогает пролить свет на таксономическую принадлежность L. dissecta, несмотря на отсутствие некоторых таксономически значимых признаков.

Материал для данной работы был собран во время экспедиции №56 на НИС «Академик Опарин» в Охотское море и северо-западную часть Тихого океана, организованной при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Работа выполнена в рамках государственного задания AAAA-A18-118022290003-2 ННЦМБ ДВО РАН.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1.  Лопатина Н.А., Клочкова Н.Г. Род Lukinia (Rhodophyta: Gigartinales) в морях Российского Дальнего Востока // Вестник КамчатГТУ. 2016. Т.36. С. 74–78. DOI: 10.17217/2079-0333-2016-36-74-78
2. Перестенко Л.П. Красные водоросли Дальневосточных морей России. – СПб: Ольга, 1994. – 331 с.
3. Garbary D. On the phylogenetic relationships of the Acrochaetiaceae (Rhodophyta) // British Phycological Journal. 1978. V.13, №3. P. 247–254. DOI: https://doi.org/10.1080/00071617800650301
4. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets // Molecular Biology and Evolution. 2016. V.33. P. 1870–1874. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msw054
5. Lanfear R., Calcott B., Ho S.Y.W., Guindon S. Partition Finder: Combined Selection of Partitioning Schemes and Substitution Models for Phylogenetic Analyses // Molecular Biology and Evolution. 2012. V.29. P. 1695–1701. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/mss020
6. Le Gall L., Dalen J.L., Saunders G.W. Phylogenetic analyses of the red algal order Rhodymeniales supports recognition of the Hymenocladiaceae fam. nov., Fryeellaceae fam. nov., and Neogastroclonium gen. nov. // Journal of Phycology. 2008. V.44. P. 1556–1571. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2008.00599.x
7. Ronquist F., Huelsenbeck J.P. MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models // Bioinformatics. 2003. V.19. P. 1572–1574. DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btg180
8. Saunders G.W., Moore T.E. Refinements for the amplification and sequencing of red algal DNA barcode and RedToL phylogenetic markers: a summary of current primers, profiles and strategies // Algae. 2013. V.28. P. 31–43. DOI: https://doi.org/10.4490/algae.2013.28.1.03
9. Schneider C.W., Wynne M.J. A synoptic review of the classification of red algal genera a half century after Kylin’s «Die Gattungen der Rhodophyceen» // Botanica Marina. 2007. V.50. P. 197–249. DOI: https://doi.org/10.1515/BOT.2007.025
10. Schneider C.W., Wynne M.J. Second addendum to the synoptic review of red algal genera // Botanica Marina. 2013. V.56, №2. P. 111–118. DOI: https://doi.org/10.1515/bot-2012-0235
11. Shibneva S.Y., Skriptsova A.V., Semenchenko A.A., Suzuki M. Morphological and molecular reassessment of three species of Besa (Phyllophoraceae, Rhodophyta) from the North-west Pacific // European Journal of Phycology. 2021. V.56. P. 72–84. DOI: https://doi.org/10.1080/09670262.2020.1765025
12. Wang D., Wang X.L., Li D.P., Wang F.J., Duan D.L. The genetic analysis and germplasm identification of the gametophytes of Undaria pinnatifida (Phaeophyceae) with RAPD method // Journal of Applied Phycology. 2006. V.18. P. 801–809. DOI: https://doi.org/10.1007/s10811-006-9099-6

Статья поступила в редакцию 30.06.2020
Статья поступила  после доработки 25.12.2021
Статья принята к публикации 26.12.2021

Об авторах

Шибнева Светлана Юрьевна – Svetlana Yu. Shibneva

кандадит биологических наук
младший научный сотрудник, Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток, Россия (Zhirmunsky National Scientific Center of Marine Biology FEB of RAS, Vladivostok, Russia)

licht_gestalt@mail.ru

Скрипцова Анна Владимировна – Anna V. Skriptsova

кандадит биологических наук
старший научный сотрудник, Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток, Россия (Zhirmunsky National Scientific Center of Marine Biology FEB of RAS, Vladivostok, Russia)

askriptsova@mail.ru

Корреспондентский адрес: 690041, Россия, г. Владивосток, ул. Пальчевского, 17, ННЦМБ ДВО РАН; тел. (423)231-09-05.

ССЫЛКА:

Шибнева С.Ю., Скрипцова А.В. Уточнение таксономического положения Lukinia dissecta Perestenko // Вопросы современной альгологии. 2021. № 3 (27). С. 38–43. URL: http://algology.ru/1661

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2021-3(27)-38-43

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

Clarification of taxonomic position of Lukinia dissecta Perestenko

Svetlana Yu. Shibneva, Anna V. Skriptsova

Zhirmunsky National Scientific Center of Marine Biology FEB of RAS (Vladivostok, Russia)

Based on the data of morphological, anatomical and genetic analysis, the taxonomic position of Lukinia dissecta was clarified. Features of cystocarp structure, such as absence of tela arachnoidea, gonimoblast, consisting of three gonimolobes, where most of cells turn into the carposporangia, presence of major conjunctor cell in aggregate with genetic data allow this species to be attributed to the Rhodymeniaceae (Rhodymeniales).

Keywords: Rhodophyta; Rhodymeniaceae; красные водоросли; Lukinia; Дальневосточные моря; филогенетика; rbcL

References

1. Garbary D. On the phylogenetic relationships of the Acrochaetiaceae (Rhodophyta). British Phycological Journal. 1978. V.13, №3. P. 247–254. DOI: https://doi.org/10.1080/00071617800650301
2. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Molecular Biology and Evolution. 2016. V.33. P. 1870–1874. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msw054
3. Lanfear R., Calcott B., Ho S.Y.W., Guindon S. PartitionFinder: Combined Selection of Partitioning Schemes and Substitution Models for Phylogenetic Analyses. Molecular Biology and Evolution. 2012. V.29. P. 1695–1701. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/mss020
4. Le Gall L., Dalen J.L., Saunders G.W. Phylogenetic analyses of the red algal order Rhodymeniales supports recognition of the Hymenocladiaceae fam. nov., Fryeellaceae fam. nov., and Neogastroclonium gen. nov. Journal of Phycology. 2008. V.44. P. 1556–1571. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2008.00599.x
5. Lopatina N.A., Klochkova N.G. The genus Lukinia (Rhodophyta: Gigartinales) in Far-Eastern seas of Russia. Bulletin of Kamchatka State Technical University. 2016. V.36. P. 74–78. DOI: 10.17217/2079-0333-2016-36-74-78 (In Russ.)
6. Perestenko L.P. Krasnyie vodorosly Dalnevostochnykh morey Rossii [Red Seaweeds of Russian Far Eastern Seas]. Olga, St. Petersburg, 1994. 332 p. (In Russ.)
7. Ronquist F., Huelsenbeck J.P. MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models. Bioinformatics. 2003. V. 19. P. 1572–1574. DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btg180
8. Saunders G.W., Moore, T.E. Refinements for the amplification and sequencing of red algal DNA barcode and RedToL phylogenetic markers: a summary of current primers, profiles and strategies. Algae. 2013. V.28. P. 31–43. DOI: https://doi.org/10.4490/algae.2013.28.1.031
9. Schneider C.W., Wynne M.J. A synoptic review of the classification of red algal genera a half century after Kylin’s “Die Gattungen der Rhodophyceen”. Botanica Marina. 2007. V.50. P. 197–249. DOI: https://doi.org/10.1515/BOT.2007.025
10. Schneider C.W., Wynne M.J. Second addendum to the synoptic review of red algal genera. Botanica Marina. 2013. V.56, №2. P. 111–118. DOI: https://doi.org/10.1515/bot-2012-0235
11. Shibneva S.Y., Skriptsova A.V., Semenchenko A.A., Suzuki M. Morphological and molecular reassessment of three species of Besa (Phyllophoraceae, Rhodophyta) from the Northwest Pacific. European Journal of Phycology. 2021. V.56. P. 72–84. DOI: https://doi.org/10.1080/09670262.2020.1765025
12. Wang D., Wang X.L., Li D.P., Wang F.J., Duan D.L. The genetic analysis and germplasm identification of the gametophytes of Undaria pinnatifida (Phaeophyceae) with RAPD method. Journal of Applied Phycology. 2006. V.18. P. 801–809. DOI: https://doi.org/10.1007/s10811-006-9099-6

Authors

Shibneva Svetlana Yu.

Orcid ID – https://orcid.org/0000-0002-0986-3561

Zhirmunsky National Scientific Center of Marine Biology FEB of RAS, Vladivostok, Russia

licht_gestalt@mail.ru

Skriptsova Anna V.

Orcid ID – https://orcid.org/0000-0001-5943-4522

Zhirmunsky National Scientific Center of Marine Biology FEB of RAS, Vladivostok, Russia

askriptsova@mail.ru

ARTICLE LINK:

Shibneva S.Y., Skriptsova A.V. Clarification of taxonomic position of Lukinia dissecta Perestenko. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2021. № 3 (27). P. 38–43. URL: http://algology.ru/1661

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2021-3(27)-38-43

When reprinting a link to the site is required

Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor,please and we send it to you with pleasure for free. 
Address - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147