Главная
АИ #24 (206)
Статьи журнала АИ #24 (206)
Изучение вопроса об изменчивости локуса Nad1 митохондриальной ДНК и определение ...

Изучение вопроса об изменчивости локуса Nad1 митохондриальной ДНК и определение происхождения насаждений ели европейской на территории Щелковского учебно-опытного лесхоза

Научный руководитель

Рубрика

Биология

Ключевые слова

ель европейская
Picea abies
гаплотип
гаплогруппа
ДНК

Аннотация статьи

В статье рассматриваются вопросы изменчивости митохондриального локуса Nad1 и определения происхождения у видов елей на основе проанализированных научных статей. Изучение локуса Nad1 выявило наличие у образцов ели европейской (Picea abies (L.) H.Karst.), собранных на территории Щелковского учебно-опытного лесхоза, двух гаплотипов (721 п.н., 755 п.н.), принадлежащих к североевропейской гаплогруппе.

Текст статьи

Наиболее информативными областями у хвойных деревьев в митохондриальных генах считаются интроны 2 группы, которые кодируют субъединицы NADH-дегидрогеназы, особенно первый интрон гена Nad5 и второй интрон гена Nad1, представляющие особый интерес для происхождения таксонов хвойных пород [6, с. 717-727].

В митохондриальной ДНК второй интрон гена Nad1 является наиболее полиморфным [5, с. 377-385] и состоит из тандемных повторов, длина одного повтора варьируется от 32 до 34 нуклеотидов, а количество повторов может быть от 0 до 10. Кроме того, имеются еще 11 дополнительных полиморфных сайтов, фланкирующих тандемные повторы, 5 из которых могут влиять на размер фрагмента второго интрона гена Nad1 [1, с. 36-39].

В работе Н. Н. Рыжовой с соавторами [4, с. 45-53] описана изменчивость интронов митохондриального гена Nad1 у представителей рода Vicia. Ген Nad1 включает в себя 5 экзонов, разделенных последовательностью интронов или других генов. Интроны 2 группы делятся на три главных класса – IIA, IIB, IIC. Большинство интронов митохондриального генома относятся к IIA классу. Интроны класса IIB относятся к хлоропластному геному. Авторами была показана высокая консервативность 2 интрона Nad1.

В работе Е. К. Потокиной с соавторами [3, с. 818-830] также анализируется изменчивость митохондриального гена Nad1 с целью изучения эволюционного расселения видов елей на исследуемых территориях в 28 климатипах географических культур P. abies и P. obovata из разных регионов Европейской части России и бывшего СССР (Мурманская, Карелия, Ленинградская, Ленинградская, Псковская, Эстония, Могилевский, Закарпатье, Архангельская, Архангельская, Вологодская, Коми, Костромская, Кировская, Московская, Тверская, Калужская, Татарстан, Удмуртия, Башкирский, Пермский, Свердловская).

В ходе эксперимента на географических культурах ели европейской из 221 деревьев было выявлено 9 аллельных вариантов гена Nad1: 721, 755, 789, 815, 823, 857 пар нуклеотидов (п.н.). Среди всех географических культур ели самым часто встречающимся был аллель длиной 721 п.н.

Согласно исследованиям [3, с. 818-830], ель европейская на основе выявленного полиморфизма митохондриального гена Nad1 относится к двум гаплогруппам, связанным общим происхождением популяций. Так называемая гаплогруппа «Северная семья» ели европейской произрастает на территории стран Северной Европы, а также в Европейской части России. Аллель длиной 721 п.н. является самым распространенным для гаплогруппы «Северная семья» и является его характерным маркером. К гаплогруппе «Южная семья» относят представителей ели европейской, произрастающей в Закарпатье. Доминирующим аллелем в данной гаплогруппе является аллель длиной 815 п.н., характерный для данной «семьи». Остальные обнаруженные аллели митохондриального гена Nad1 не представляют собой какой-либо географической приуроченности, т. к. представлены значительно реже описанных выше.

В своем исследовании Е. А. Мудрик с соавторами [2, с. 1117-1125] изучали пространственное распределение гаплотипов 2 интрона гена Nad1 в популяциях комплекса европейской и сибирской елей. В качестве материала авторы использовали образцы тканей 488 деревьев из 37 выборок (22 природных популяций и 15 географических культур) ели европейской и ели сибирской. В результате было выявлено 11 вариантов аллелей митохондриального гена Nad1.

Изменчивость второго интрона митохондриального гена Nad1 у ели европейской и ели сибирской определяли на основе присутствия или отсутствия нескольких типов инсерций и количеством повторов двух минисателлитных мотивов размером 34 (0–9 копий) и 32 (0–8 копий) п.н. В зависимости от типа полиморфизма этих участков митохондриального гена Nad1, изученные образцы комплекса ели европейской и ели сибирской отнесены к трем гаплогруппам. Для образцов ели европейской определены две гаплогруппы: южноевропейская и североевропейская, для ели сибирской – сибирская гаплогруппа.

Южноевропейская гаплогруппа ели европейской представлена образцами из Закарпатья (аллели размером 746 и 815 п.н.) и из Беловежской Пущи (815 п.н.), представители которой характеризуются наличием однонуклеотидной вставки и инсерции размером 33 п.н., а аллель размером 815 п.н. содержит уникальную для южного гаплотипа вставку в 69 п.н.

На всей Европейской части России, на Урале, на левобережье Оби, а также в Белорусии, Швеции и Эстонии были обнаружены гаплотипы североевропейской гаплогруппы, такие, как 721, 755, 789, 823, 857, 891, 925. Эти варианты гаплотипов различаются количеством повторов первого минисателлитного блока от 1 до 7 копий мотива длиной 34 п.н. У всех северных гаплотипов отсутствуют вставки, характерные для южных (1 п.н., 33 п.н., 69 п.н.), но присутствует инсерция из 9 п.н. Самым распространенным гаплотипом североевропейской гаплогруппы является аллель длиной 721 п.н., а наиболее редкими – гаплотипы 891 и 925 п.н. Наибольшее число вариаций гаплотипов обнаружено в выборке ели из Московской и Тверской областей, а также из Республики Коми.

Экспериментальные данные [2, с. 1117-1125] показывают отсутствие клинальной изменчивости по 2 интрону митохондриального гена Nad1, а выявленный полиморфизм гена Nad1 позволяет определять с высокой долей вероятности происхождение популяций ели европейской и ели сибирской.

В нашем исследовании были изучены образцы хвои у 30 деревьев ели европейской, собранных на территории Щелковского учебно-опытного лесхоза. ДНК выделяли по стандартному протоколу с использованием CTAB. Полимеразно-цепную реакцию (ПЦР) проводили согласно методическим разработкам [2, с. 1117-1125]. Детекция результатов ПЦР была выполнена в 1,5% агарозном геле после окрашивания этидием бромида в ультрафиолетовом свете.

По результатам анализа было определено два гаплотипа ели европейской – 721 п.н. и 755 п.н. Гаплотип 721 п.н. встречался чаще в данной выборке, чем 755 п.н. Обнаруженные гаплотипы – 721 п.н. и 755 п.н. – позволяют отнести изученные образцы ели европейской к североевропейской гаплогруппе.

Таким образом, изучение изменчивости митохондриального гена Nad1 у образцов ели европейской, исследованных на территории Щелковского учебно-опытного лесхоза, показало представленность в выборке двух гаплотипов – 721 п.н. и 755 п.н., принадлежащих к североевропейской гаплогруппе. Полученные данные могут быть полезны в будущем для уточнения происхождения, при незаконных рубках, для пополнения генетической базы данных древесных растений.

Список литературы

  1. Дегтярева А.П. Об изученности молекулярных маркеров рода Picea в России и Беларуси / Дегтярева А.П. // Самарский научный вестник. 2023. Т. 12, № 3. С. 36-39. DOI: 10.55355/snv2023123104.
  2. Мудрик Е.А. Пространственное распределение гаплотипов второго интрона гена nad1 в популяциях комплекса европейской и сибирской елей (Picea abies – P. obovata) / Мудрик Е.А., Полякова Т.А., Шатохина А.В., Бондаренко Г. Н., Политов Д. В. // ГЕНЕТИКА. 2015. Т 51, № 10. С. 1117-1125.
  3. Потокина Е.К. Использование маркеров органельной ДНК для анализа филогеографии восточноевропейской популяции ели европейской Picea abies (L.) H.Karst. / Потокина Е.К., Киселева А.А., Николаева М.А., Иванов С.А., Ульянич П.С., Потокин А.Ф. // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2014. Т. 18, № 4–1. С. 818-830.
  4. Рыжова Н.Н. Характеристика вариабельности интрона митохондриального гена Nad1 у представителей рода Vicia L. (сем. Fabaceae Lindl.) / Рыжова Н.Н., Дьяченко Е.А., Вишнякова М.А., Кочиева Е.З. // Экологическая генетика. 2011. Т. 9, № 2. С. 45-53.
  5. Cameron K.M. On the value of nuclear and mitochondrial gene sequences for reconstructing the phylogeny of vanilloid orchids (Vanilloideae, Orchidaceae) / Cameron K.M. // Ann. Bot. 2009. Vol. 104(3). P. 377-385.
  6. Lockwood J.D. A new phylogeny for the genus Picea from plastid, mitochondrial, and nuclear sequences / Jared D. Lockwood, Jelena M. Aleksic, Jiabin Zou, Jing Wang, Jianquan Liu, Susanne S. Renner // Molecular Phylogenetics and Evolution 2013. Т. 69, № 3. С. 717-727.

Поделиться

378

Найденова А. А. Изучение вопроса об изменчивости локуса Nad1 митохондриальной ДНК и определение происхождения насаждений ели европейской на территории Щелковского учебно-опытного лесхоза // Актуальные исследования. 2024. №24 (206). Ч.I.С. 6-9. URL: https://apni.ru/article/9611-izuchenie-voprosa-ob-izmenchivosti-lokusa-nad1-mitohondrialnoj-dnk-i-opredelenie-proishozhdeniya-nasazhdenij-eli-evropejskoj-na-territorii-shelkovskogo-uchebno-opytnogo-leshoza

Обнаружили грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики)? Напишите письмо в редакцию журнала: info@apni.ru
Актуальные исследования

#52 (234)

Прием материалов

21 декабря - 27 декабря

осталось 5 дней

Размещение PDF-версии журнала

1 января

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

17 января