|
 |
|
По Материалам XIХ Международной научной конференции диатомологов «Диатомовые водоросли: фундаментальные и прикладные исследования», посвященной 120-летию со дня рождения А.П. Жузе Генетика, эволюция и филогения Горизонтальный перенос митохондриальных генов у пеннатных бесшовных диатомей
Налимова М.А.1, Марченков А.М.1, Захарова Ю.Р.1, Тетерина В.И.1, Давидович Н.А.2, Давидович О.И.2, Подунай Ю.А.2, Петрова Д.П.1 Maria A. Nalimova, Artyom M. Marchenkov, Yulia R. Zakharova,
1Лимнологический институт – ЛИН СО РАН (Иркутск, Россия)
УДК 575.222.72
Диатомовые водоросли демонстрируют высокую степень дифференциации, что позволяет быстро адаптироваться к новым условиям окружающей среды. Мы проанализировали генетическую дифференциацию для моноклональных штаммов рода Ulnaria, выделенных из географически удаленных водоемов. В результате анализа фрагментов cox1 было установлена гетерогенность популяций видов Ulnaria acus, Ulnaria danica и Ulnaria ulna. В ходе нашей работы впервые удалось установить факт межвидовой гибридизации для диатомовых водорослей путем анализа маркерных генов: ядерного (18S рРНК), хлоропластного (rbcL) и митохондриальных (cox1, atp6). Ключевые слова: диатомовые водоросли; 18S рРНК; cox1; atp6; rbcL; горизонтальный перенос генов; митохондриальные гены
Диатомовые водоросли (Bacillariophyta) – одноклеточные автотрофные эукариотические организмы, доминирующие в составе бентосных и планктонных сообществ морских и пресных водоемах. Широкое распространение видов безусловно способствует морфологической, физиологически и генетической дифференциации популяций, которая играет важную роль в быстрой адаптации к условиям окружающей среды. Неравномерное распределение отдельных генотипов у ряда видов может быть связано с различиями в их экологических предпочтениях. Возможно, оказывает влияние чередование полового и бесполого размножения, поскольку в периоды бесполого размножения генотипическое разнообразие постепенно сокращается в результате естественного отбора. В своем исследовании мы сосредоточились на определении генетической дифференциации в популяциях пресноводных пеннатных диатомовых водорослях рода Ulnaria (Ulnaria acus (Kützing) Abol, Ulnaria danica (Kützing) Compère & Bukhtiyarova и Ulnaria ulna (Nitzsch) Compère). В работе мы провели анализ маркерных генов у моноклональных штаммов, выделенных из озер Западно-Кавказкого региона, оз. Матано (Индонезия), оз. Байкал, а также р. Сарт и р. Эрдр (Франция). Согласно филогенетической реконструкции гена 18S рРНК, анализируемые последовательности отнесены к кладам, соответствующими родам Ulnaria и Fragilaria. Последовательности всех штаммов, которые по данным морфологического анализа были отнесены к U. acus образуют одну кладу с высокой степенью поддержки. Группа U. danica / U. ulna содержит последовательности штаммов из оз. Рица, оз. Голубое, оз. Байкал и штаммов, выделенных из водоемов Италии, последовательности для которых опубликованы в базе данных NCBI. Отсутствие разделения между представителями этих двух видов на основе анализа разных вариабельных участков 18S рРНК было показано ранее (Zakharova et al., 2023). Следует отметить, что U. ulna и U. danica имеют схожую морфологию и при этом ряд тонких отличительных признаков (Zakharova et al., 2023). Анализ сох1 показал разделение штаммов U. acus на три клады. Клады 1 и 2 содержат последовательности штаммов, выделенных из географический удаленных водоемах Евразии. Клада 3 образована только последовательностями cox1 двух штаммов из оз. Матано. Выделение индонезийских штаммов в отдельный генотип может быть связано с тем, что у изолированной и относительно малочисленной островной популяции, не имеющей связи с континентом, было больше шансов накопить различия в гене сох1. Последовательности cox1 штаммов U. ulna и U. danica не разделяются на отдельные клады видового порядка. Показано формирования трех клад, представляющих собой разные генотипы, которые могут встречаться в географически удаленных точках. Ранее были показаны географические пределы распространения данных видов на территории Евразии. U. ulna имеет широкое распространение в западной части континента, тогда как U. danica – в восточной части. Популяции U. ulna способны к межвидовой гибридизации с популяциями U. danica, находящимися в районе Западно-Сибирской низменности и к востоку от нее вплоть до оз. Байкал (Подунай, 2022). Согласно последним данным в фитопланктоне оз. Байкал присутствует только U. danica (Zakharova et al., 2023). По данным анализа 18S рРНК штамм ACH275 является F. radians, а штаммы 5KH561 и G.21.0309-OC-3 отнесены к U. danica и U. ulna, соответсвенно (рис. 1 18S rRNA). По результатам филогенетического анализа фрагмента гена cox1 эти штаммы относятся к U. acus. Можно предположить, что в естественных условиях между парами F. radians и U. acus, U. danica и U. acus, U. ulna и U. acus возможна гибридизация, а исследуемые штаммы являются гибридами первого поколения. Однако, нет данных о межвидовой гибридизации между этими видами в лабораторных условиях (Подунай и др., 2021). Факт того, что ядерный и митохондриальный маркерные гены дают разную видовую принадлежность, может свидетельствовать о возможности горизонтального переноса генов (ГПГ) между исследуемыми видами, а именно передачи генетической информации между репродуктивно изолированными видами. Для подтверждения выдвинутого предположения был проведен филогенетический анализ фрагментов хлоропластного гена rbcL и митохондриального гена atp6. Распределение последовательностей при филогенетическом анализе фрагмента гена rbcL по кладам видового уровня соответствует результату, полученному при анализе фрагментов гена 18S рРНК. В результате филогенетического анализа фрагмента гена atp6 (рис. 1 atp6) штаммы ACH275, 5KH561 и G.21.0309-OC-3 были отнесены в кладу, которая содержит только последовательности представителей U. acus. Согласно последовательности митохондриального генома U. acus расстояние между cox1 и atp6 составляет 16 508 п.н. Можно выдвинуть предположение, что ГПГ затронул протяженные участки митохондриального генома. Остается пока неясным произошел ли в данном случае ГПГ всего митохондриального генома или его части. Считается, что ГПГ относительно распространен среди эукариот, является частью эволюционного процесса и может оказать влияние на адаптацию к новым условиям.
Рис. 1. Сопоставление филогенетических реконструкций фрагментов генов 18S рРНК и atp6 представителей родов Fragilaria и Ulnaria. Точками отмечены последовательности, полученные в работе. Штаммы, для которых установлен горизонтальный перенос генов, отмечены красным цветом Рис. 1. Сопоставление филогенетических реконструкций фрагментов генов 18S рРНК и atp6 представителей родов Fragilaria и Ulnaria. Точками отмечены последовательности, полученные в работе. Штаммы, для которых установлен горизонтальный перенос генов, отмечены красным цветом
Fig. 1. Comparison of phylogenetic reconstructions of 18S rRNA and atp6 gene fragments of representatives of the genera Fragilaria and Ulnaria. The dots mark the sequences obtained in the work. Strains for which horizontal gene transfer has been established are marked in red
THE FULL-SIZED IMAGE CAN BE SEEN BY CLICKING ON THE LINK
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 18.06.2025
Об авторах Налимова Мария Анатольевна – Maria A. Nalimova инженер, Лимнологический институт Сибирского отделения РАН, Россия, Иркутск (Limnological Institute, Siberian Branch, RAS, Russia, Irkutsk) nalimov.maria@yandex.ru Марченков Артём Михайлович – Artyom M. Marchenkov кандидат биологических наук marchenkov.am@bk.ru Захарова Юлия Робертовна – Yulia R. Zakharova кандидат биологических наук julia.zakharova@gmail.com Тетерина Вероника Игоревна – Veronica I. Teterina кандидат биологических наук veronika@lin.irk.ru Давидович Николай Александрович – Nickolai A. Davidovich доктор биологических наук nickolaid@yandex.ru Давидович Ольга Ивановна – Olga I. Davidovich кандидат биологических наук olivdav@mail.ru Подунай Юлия Александровна – Yuliia A. Podunay кандидат биологических наук grab-ua@yandex.ru Петрова Дарья Петровна – Daria P. Petrova кандидат биологических наук daryapetr@gmail.com
ССЫЛКА: Налимова М.А., Марченков А.М., Захарова Ю.Р., Тетерина В.И., Давидович Н.А., Давидович О.И., Подунай Ю.А., Петрова Д.П. Горизонтальный перенос митохондриальных генов у пеннатных бесшовных диатомей // Вопросы современной альгологии. 2025. № 1–2(37–38). С. 79–83. URL: http://algology.ru/2135 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-1(37)-79-83 EDN – DDINPJ
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
Horizontal transfer of mitochondrial genes in pennate araphid diatoms Maria A. Nalimova1, Artyom M. Marchenkov1, Yulia R. Zakharova1, Nickolai A. Davidovich2, Olga I. Davidovich2, Yuliia A. Podunay, Daria P. Petrova 1Limnological Institute, Siberian Branch, RAS (Russia, Irkutsk) Diatoms demonstrate a high degree of differentiation, which allows them to quickly adapt to new environmental conditions. We analyzed genetic differentiation for monoclonal strains of the genus Ulnaria isolated from geographically distant water bodies. As a result of the cox1 analysis, it was found that the species Ulnaria acus, Ulnaria danica and Ulnaria ulna are characterized by population heterogeneity. It was found that the species U. acus has geographic isolation, as exemplified by the genotype from Lake Matano. For U. danica and U. ulna the geographical isolation of individual genotypes was not detected. In the course of our work, for the first time we were able to establish the fact of interspecific hybridization of diatoms by analyzing marker genes: nuclear (18S rRNA), chloroplast (rbcL) and mitochondrial (cox1, atp6). Key words: Diatoms; 18S rRNA; cox1; atp6; rbcL; horizontal gene transfer; mitochondrial genes
References
Authors Nalimova Maria A. ORCID - https://orcid.org/0009-0008-2458-6495 Limnological Institute, Siberian Branch, RAS, Russia, Irkutsk nalimov.maria@yandex.ru Marchenkov Artyom M. ORCID - https://orcid.org/0000-0002-4820-9394 Limnological Institute, Siberian Branch, RAS, Russia, Irkutsk marchenkov.am@bk.ru Zakharova Yulia R. ORCID - https://orcid.org/0000-0003-2075-1269 Limnological Institute, Siberian Branch, RAS, Russia, Irkutsk julia.zakharova@gmail.com Teterina Veronica I. ORCID - https://orcid.org/0000-0001-7101-6622 Limnological Institute, Siberian Branch, RAS, Russia, Irkutsk veronika@lin.irk.ru Davidovich Nickolai A. ORCID - https://orcid.org/0000-0002-3510-0453, Scopus Author ID - 6603538737, Vyazemsky Karadag Scientific Station of Kovalevskii Institute of Biology of the Southern Seas, RAS, Russia, Feodosia nickolaid@yandex.ru Davidovich Olga I. ORCID - https://orcid.org/0000-0003-3024-0104, Scopus Author ID - 34871898400, Vyazemsky Karadag Scientific Station of Kovalevskii Institute of Biology of the Southern Seas, RAS, Russia, Feodosia olivdav@mail.ru Podunay Yuliia A. ORCID - https://orcid.org/0000-0002-0519-2908 Vyazemsky Karadag Scientific Station of Kovalevskii Institute of Biology of the Southern Seas, RAS, Russia, Feodosia grab-ua@yandex.ru Petrova Daria P. ORCID - https://orcid.org/0000-0002-5594-504X Limnological Institute, Siberian Branch, RAS, Russia, Irkutsk daryapetr@gmail.com
ARTICLE LINK: Nalimova M.A., Marchenkov A.M., Zakharova Yu.R., Teterina V.I., Davidovich N.A., Davidovich O.I., Podunay Yu.A., Petrova D.P. Horizontal transfer of mitochondrial genes in pennate araphid diatoms. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2025. № 1–2(37–38). С. 79–83. URL: http://algology.ru/2135 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-1(37)-79-83 EDN – DDINPJ
When reprinting a link to the site is required
На ГЛАВНУЮ
|
|
|
 | | ||
|
| ||
