|
 |
|
с международным участием «Водоросли: проблемы таксономии, экологии и использование в мониторинге», посвященной памяти Веры Ивановны Есыревой (Нижний Новгород) Использование вторичной структуры ITS в идентификации видов Nostoc
Мальцев Е.И., Мальцева С.Ю., Куликовский М.С. Yevhen I. Maltsev, Svetlana Y. Maltseva, Maxim S. Kulikovskiy
Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН (Москва, Россия) УДК 58.002
Изучение видового состава ностоковых цианобактерий в образцах, отобранных из разных степных экосистем, позволило нам впервые проанализировать разнообразие рода Nostoc в украинской степи с помощью молекулярно-генетических методов. В проведенном анализе особое внимание уделялось изучению предсказанной вторичной структуры петель Box-B и V3 спейсера ITS. В процессе работы было показано, что ряд выделенных штаммов Nostoc, помимо морфологических, имеют значительные генетические отличия, что позволит предложить новые для науки виды после дополнительных исследований. Ключевые слова: Cyanoprokaryota; Nostoc; молекулярная филогения; ITS; таксономия
Традиционно таксономические исследования и определение филогенетических отношений у цианобактерий проводятся с использованием в качестве молекулярного маркера последовательности гена 16S рДНК. Однако не всегда применение такого высоко консервативного гена дает возможность решить поставленные задачи. Низкая вариабельность гена иногда не позволяет определить таксономическое положение близкородственных видов. В то же время, внутренний транскрибируемый спейсер ITS, как быстро эволюционирующая часть оперона, успешно применяется для решения вопросов филогенетического статуса критических в систематическом отношении таксонов цианобактерий и водорослей на уровне вида и даже ниже (Coleman, 2003, 2009; Komárek, 2013; Maltsev et al., 2018). Поэтому для более полного и достоверного анализа таксономического положения штаммов Nostoc Vaucher ex Bornet et Flahault из почвенных экосистем украинской степи изучена топология предсказанных вторичных структур петель Box-B и V3 спейсера ITS. Исследования проводились с использованием двух штаммов Nostoc из почв искусственных лиственных и смешанных лесных насаждений, расположенных в степной зоне Украины. Штамм Nostoc sp. MZ–C11 выделен из верхнего почвенного горизонта (0–5 см) чернозема южного малогумусного в смешанном насаждении Robinia pseudoacacia и Pinus pallasiana (С46°50′16.30′′, В35°21′42.76′′). Штамм Nostoc sp. MZ–C24 выделен из верхнего почвенного горизонта (0–5 см) темно-каштановой почвы в насаждении Robinia pseudoacacia (С46°37′19.16′′, В35°17′8.52′′). Сравнительный анализ полученных нуклеотидных последовательностей петли Box-B в участке 16S рДНК–ITS–23S рДНК штаммов Nostoc sp. MZ–C11 и Nostoc sp. MZ–C24 позволил выявить ряд эволюционных событий, произошедших в этой группе. Несмотря на идентичную базальную часть петли у штаммов из степной зоны Украины и штамма Nostoc commune NC3-K1 (Řeháková et al., 2014), достоверные отличия были обнаружены в первом неспаренном участке. Штаммы Nostoc sp. MZ–C11 и MZ–C24 на стороне 5’ характеризовались последовательностью нуклеотидов ACA, а штамм NC3-K1 – ATA. Терминальная часть петли отличалась еще сильнее. Если у штамма MZ–C24 она короче на две пары нуклеотидов по сравнению с Nostoc commune NC3-K1, то у MZ–C11 она была длиннее на две пары (A–T, T–A) и содержала еще один неспаренный участок. Помимо длины петли, от штамма NC3-K1 в участке Box-B исследуемый штамм MZ–C24 отличался одной транзицией – заменой A→G. Сравнение топологии петли Box-B у представителей рода Desmonostoc P. Hrouzek et S. Ventura показал значительные отличия у штаммов разных видов. Так, виды Desmonostoc geniculatum Miscoe, Pietrasiak et J.R. Johansen и Desmonostoc vinosum Miscoe et J.R. Johansen отличались не только длиной петли (17 и 11 пар нуклеотидов), но и количеством неспаренных участков. Предсказанная вторичная структура петли Box-B для штамма Desmonostoc sp. MZ–C9, выделенного из можжевеловой лесной подстилки, также была очень специфична. Петля у исследуемого штамма была короче на три пары нуклеотидов, вместо неспаренного участка длиной в три нуклеотида содержала только пару С–T, а гомологичной частью с другими вторичными структурами ITS штаммов Desmonostoc являлась только базальная часть петли Box-B длиной пять пар нуклеотидов. Вторичная структура петли V3 участка 16S рДНК–ITS–23S рДНК у штаммов Nostoc sp. MZ–C11 и Nostoc sp. MZ–C24 также отражала их специфичность по сравнению с видами Nostoc, Halotia D.B. Genuário et al. и Desmonostoc. Идентичным участком для всех представленных в анализе штаммов была базальная часть петли длиной три пары нуклеотидов. Одинаковым фрагментом у штаммов MZ–C11 и Nostoc commune NC3-K1 стал первый неспаренный участок и последующие три пары нуклеотидов, при этом штамм MZ–C24 характеризовался удлиненным на три нуклеотида с 3’ стороны неспаренным участком. Терминальные части петли V3 штаммов из степной зоны Украины отличались длиной и количеством неспаренных нуклеотидов не только между собой, но и от других штаммов Nostoc. При этом топология петли V3 у штаммов Nostoc достаточно специфическая и достоверно отличается от аналогичного участка у видов Halotia с одним односторонне-неспаренным участком и видов Desmonostoc, у которых длина петли почти в два раза больше, чем у видов Nostoc и Halotia. В целом в пресноводных, морских, гипергалинных и почвенных экосистемах степной зоны Украины известно 16 видов и один внутривидовой таксон Nostoc. При этом проведенный сравнительный анализ топологии спейсера ITS исследованных штаммов MZ–C11 и MZ–C24 не подтвердил их эволюционную близость с известными видами Nostoc в данном регионе. Таким образом, согласно морфологическим особенностям, результатам филогенетического анализа с использованием нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК (Мальцев и др., 2019), а также учитывая сравнение предсказанных вторичных структур участка 16S рДНК–ITS–23S рДНК, можно сделать вывод, что выделенные штаммы Nostoc на территории степной зоны Украины имеют ряд достоверных отличий и могут быть описаны как новые для науки виды цианобактерий.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 19-04-00326 А) и в рамках государственного задания (тема 121041200194–7). Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 20.06.2021
Об авторах Мальцев Евгений Иванович – Yevhen I. Maltsev кандидат биологических наук, доцент mz_5@ukr.net Мальцева Светлана Юрьевна – Svetlana Y. Maltseva кандидат биологических наук svetadm32@gmail.com Куликовский Максим Сергеевич – Maxim S. Kulikovskiy доктор биологических наук max-kulikovsky@yandex.ru Корреспондентский адрес: Россия, 127276, г. Москва, Ботаническая ул., 35, ИФР РАН; тел. (499)678-54-00.
ССЫЛКА: Мальцев Е.И., Мальцева С.Ю., Куликовский М.С. Использование вторичной структуры ITS в идентификации видов Nostoc // Вопросы современной альгологии. 2021. №2 (26). С. 155–158. URL: http://algology.ru/1747 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2021-2(26)-155-158
Application of the ITS secondary structure in the identification of Nostoc species Yevhen I. Maltsev, Svetlana Y. Maltseva, Maxim S. Kulikovskiy Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS (Moscow, Russia)
Keywords: Cyanoprokaryota; Nostoc; molecular phylogeny; ITS; taxonomy
References
Authors Maltsev Yevhen I. ORCID – https://orcid.org/0000-0003-4710-319X Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia mz_5@ukr.net Maltseva Svetlana Y. ORCID – https://orcid.org/0000-0002-6060-3968 Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia svetadm32@gmail.com Kulikovskiy Maxim S. ORCID – https://orcid.org/0000-0003-0999-9669 Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia max-kulikovsky@yandex.ru
ARTICLE LINK: Maltsev Y.I., Maltseva S.Y., Kulikovskiy M.S. Application of the ITS secondary structure in the identification of Nostoc species. Voprosy sovremennoi algologii [Issues of modern algology]. 2021. №2 (26). P. 155–158. URL: http://algology.ru/1747 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2021-2(26)-155-158 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.
На ГЛАВНУЮ
|
|
|
 | | ||
|
| ||