МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА УКРАЇНСЬКИХ ПРЕДСТАВНИКІВ КОМПЛЕКСНОГО ВИДУ ACONITUM ANTHORA НА ОСНОВІ ДІЛЯНКИ ITS1-5.8S-ITS2 ЯДЕРНОГО ГЕНОМУ

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.18524/2077-1746.2023.2(53).292999

Ключові слова:

генетичний поліморфізм, біорізноманіття, філогенія, таксономія, Aconitum, молекулярні маркери, рДНК

Анотація

Проблема. Питання визначення границь виду поруч із фундаментальними аспектами має практичне значення у природоохоронній діяльності. Однією із проблемних у таксономічному плані груп є комплексний вид A. anthora s. l. У флорі України в його межах виділяють чотири таксони із суперечливим статусом: A. anthora L., A. eulophum Rchb., A. jacquinii Rchb., A. pseudanthora Błocki ex Pacz. Останні два види занесені до Червоної книги України та списку IUCN. Визначення таксономічного положення цих близькоспоріднених форм потребує використання молекулярно-генетичних підходів. Найбільш популярним та інформативним маркером для таксономії та баркодингу рослин вважається ділянка ITS1-5.8S-ITS2 35S рДНК.

Мета. Уточнити таксономічний статус та філогенетичні зв’язки представників A. anthora s. l. з використанням молекулярного маркеру ITS1-5.8S-ITS2 35S рДНК.

Методика. Гербарні зразки чотирьох представників групи A. anthora s. l. були зібрані на території Західної України. ДНК було виділено модифікованим цетавлоновим методом, після чого використано для ПЛР-ампліфікації ділянки ITS1-5.8S-ITS2. ПЛР-продукти очищали та сиквенували за Сенгером. Отримані нами послідовності вирівнювали разом з депонованими у базі даних GenBank послідовностями для представників двох підродів роду Aconitum: номінативного підроду та підроду Lycoctonum. Отриману матрицю використовували для аналізу методом основних компонент (PCA) та філогенетичного аналізу методом Maximum Likelihood.

Основні результати. Сиквеновані нами послідовності ITS1-5.8S-ITS2 для зразків A. anthora, A. eulophum, A. jacquinii та A. pseudanthora виявились майже ідентичними. Вони відрізнялися між собою лише у п’яти з 641-ї позиції вирівнювання. Причому, чотири з п’яти позицій виявились поліморфними і в межах окремих геномів. За результатами PCA аналізу всі чотири зразки A. anthora s. l. утворювали щільний кластер, відокремлений значними дистанціями від кластерів утворених представниками підродів Aconitum та Lycoctonum. На отриманому філогенетичному дереві наявні три основні монофілетичні клади, що відповідають підродам Aconitum і Lycoctonum та групі A. anthora s. l. Клада Lycoctonum виявилась сестринською до інших представників роду, а клади Aconitum та A. anthora s. l . – сестринськими між собою.

Висновки. Використання ділянки ITS1-5.8S-ITS2 35S рДНК для філогенетичного аналізу підтверджує необхідність надання групі A. anthora s. l. статусу окремого підроду в межах роду Aconitum. Висока генетична спорідненість між зразками A. anthora s. l. з території України свідчить про те, що видові епітети A. eulophum, A. jacquinii та A. pseudanthora варто розглядати як синоніми до A. anthora.

Посилання

  1. Andreev, I. O., Melnyk, V. M., & Kunakh, V. A. (2017). Polymorphism of 5S rDNA intergenic spacer in some Gentiana species. Faktory Eksperymentalnoi Evolutsii Orhanizmiv, (20), 42–46. https://doi.org/10.7124/FEEO.v20.731
  2. Panchuk, I. I., & Volkov, R. A. (2007). Practical course in molecular genetics (120 p.). Chernivtsi: Ruta.
  3. Tynkevich, Y. O., Biliay, D. V., & Volkov, R. A. (2022). Utility of the trnH-psbA region for DNA barcoding of Aconitum anthora L. and related taxa. Faktory Eksperymentalnoi Evolutsii Organizmiv, (31), 134–41. https://doi.org/10.7124/FEEO.v31.1450
  4. Tynkevich, Y. O., Valin, M. O., & Volkov, R. A. (2022). Organization and polymorphism of the chloroplast genome region psbA-trnH in representatives of the Goniolimon Boiss. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems), 14(2), 137–142. https://doi.org/10.31861/biosystems2022.02.124
  5. Tynkevich, Y. O., Derevenko, T. O., & Chorney, I. I. (2022). Phylogenetic relationships of Ukrainian accessions of Lathyrus venetus (Mill.) Wohlf. and L. Vernus (L.) Bernh. based on the analysis of the psbA-trnH region of the chloroplast genome. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems), 14(1), 135–140. https://doi.org/10.31861/biosystems2022.02.124
  6. Anisimova, M., & Gascuel, O. (2006). Approximate likelihood-ratio test for branches: a fast, accurate, and powerful alternative. Syst. Biol., 55, 539–552. https://doi.org/10.1080/10635150600755453
  7. Boratyn, G. M., Camacho, C., & Zaretskaya, I. . (2013). BLAST: a more efficient report with usability improvements. Nucl. Acid Res., 41(W1), W29–33. https://doi.org/10.1093/nar/gkt282
  8. De Queiroz, K. (2005). Different species problems and their resolution. BioEssays, 27(12), 1263–1269. https://doi.org/10.1002/bies.20325
  9. Didukh, Y. P. (2009). Chervonaknyha Ukrainy. Roslynnyi svit [Red Data Book of Ukraine. Plant Kingdom]. Kyiv: Global consulting.
  10. Grimm, G. W., Schlee, M., & Hemleben, V. (2005). Low-level taxonomy and intrageneric evolutionary trends in higher plants. From plant taxonomy to evolutionary biology. Nova Acta Leopold., NF, 92(342), 129–145.
  11. Guindon, S., & Gascuel, O. A. (2003). Simple, fast, and accurate algorithm to estimate large phylogenies by Maximum Likelihood. Syst. Biol., 52(5), 696–704. https://doi.org/10.1080/10635150390235520
  12. Hajrudinović-Bogunić, A., Frajman, B., & Bogunić, F. (2023). Apomictic mountain whitebeam (Sorbus austriaca, Rosaceae) comprises several genetically and morphologically divergent lineages. Biology, 12(3), 380. https://doi.org/10.3390/biology12030380
  13. Hey, J. (2001). The mind of the species problem. Trends Ecol. Evol., 16(7), 326–329. https://doi.org/10.1016/S0169-5347(01)02145-0
  14. Hong, D. Y. (2020). Gen‐morph species concept – A new and integrative species concept for outbreeding organisms. J. Syst. Evol., 58(5), 725–742. https://doi.org/10.1111/jse.12660
  15. Ishchenko, O. O., Bednarska, I. O., & Panchuk, І. І. (2021). Application of 5S ribosomal DNA for molecular taxonomy of subtribe Loliinae (Poaceae). Cytol. Genet., 55, 10–18. https://doi.org/10.3103/S0095452721010096
  16. Jabbour, F., & Renner, S. S. (2012). A phylogeny of Delphinieae (Ranunculaceae) shows that Aconitum is nested within Delphinium and that Late Miocene transitions to long life cycles in the Himalayas and Southwest China coincide with bursts in diversification. Mol. Phylogenet. Evol., 62(3), 928–942. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2011.12.005
  17. Katoh, K., Rozewicki, J., & Yamada, K. D. (2017). MAFFT online service: multiple sequence alignment, interactive sequence choice and visualization. Brief. Bioinf., 20(4), 1160–1166. https://doi.org/10.1093/bib/bbx108
  18. Kress, W. J. (2017). Plant DNA barcodes: Applications today and in the future. J. Syst. Evol., 55(4), 291–307. https://doi.org/10.1111/jse.12254
  19. Kumar, S., Stecher, G., & Tamura, K. (2018). MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol., 35(635), 1547–1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096
  20. Lakušić, D., Liber, Z., & Stefanović, S. (2013). Molecular phylogeny of the Campanula pyramidalis species complex (Campanulaceae) inferred from chloroplast and nuclear non‐coding sequences and its taxonomic implications. Taxon, 62(3), 505–524. https://doi.org/10.12705/623.1
  21. Lykholat, Y. V., Rabokon, A. M., & Blume, Y. B. (2022). Characterization of β-tubulin genes in Prunus persica and Prunus dulcis for fingerprinting of their interspecific hybrids. Cytol. Genet., 56(6), 481–493. https://doi.org/10.3103/S009545272206007X
  22. Mitka, J., Sutkowska, A., & Joachimiak, A. (2007). Reticulate evolution of high-alpine Aconitum (Ranunculaceae) in the Eastern Carpathians (Central Europe). Acta Biol. Crac. Ser. Bot., 49(2), 15–26.
  23. Novikov, A., & Mitka, J. (2023). Nomenclature, history and taxonomic identity of Aconitum pseudanthora Błocki (Ranunculaceae). Adansonia, 45(23), 363–371. https://doi.org/10.5252/adansonia2023v45a23
  24. Novikov, A., & Prylutskyi, O. (2023). Genus Aconitum (Ranunculaceae) in the Ukrainian Carpathians and adjacent territories. Biodivers. Data J., 11, e98828. https://doi.org/10.3897/BDJ.11.e98828
  25. Onyshchenko, V. A., Mosyakin, S. L., & Protopopova, V. V. (2022). IUCN Red List categories of vascular plants species of Ukrainian flora (197 p.). Kyiv: M. G. Kholodny Institute of Botany of the NAS of Ukraine.
  26. Porebski, S., Bailey, L. G., & Baum, B. R. (1997). Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant Mol. Biol. Rep., 15(1), 8–15. https://doi.org/10.1007/bf02772108
  27. Rieseberg, L. H. (1997). Hybrid origins of plant species. Annu. Rev. Ecol. Syst., 28(1), 359–389. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.28.1.359
  28. Rieseberg, L. H., Wood, T. E., & Baack, E. J. (2006). The nature of plant species. Nature, 440(7083), 524–527. https://doi.org/10.1038/nature04402
  29. Tynkevich, Y. O., Boychuk, S. V., & Volkov, R. A. (2023). Molecular phylogeny and genetic diversity of Carpathian members of the genus Muscari Inferred from Plastid DNA Sequences. Cytol. Genet., 57(5), 387–398. https://doi.org/10.3103/S0095452723050079
  30. Tynkevich, Y. O., Novikov, A. V., & Volkov, R. A. (2022). Organization of the 5S rDNA intergenic spacer and its use in the molecular taxonomy of the genus Aconitum L. Cytol. Genet., 56(6), 494–503. https://doi.org/10.3103/S0095452722060111
  31. Wagner, N. D., Clements, M. A., & Nargar, K. (2021). Conservation in the face of hybridisation: genome-wide study to evaluate taxonomic delimitation and conservation status of a threatened orchid species. Conserv. Genet., 22(1), 151–168. https://doi.org/10.1007/s10592-020-01325-y
  32. Wang, X., He, Z., & Wu, C. I. (2020). Genes and speciation: is it time to abandon the biological species concept? Natl. Sci. Rev., 7(8), 1387–1397. https://doi.org/10.1093/nsr/nwz220
  33. Waterhouse, A. M., Procter, J. B., & Barton, G. J. (2009). Jalview Version 2-a multiple sequence alignment editor and analysis workbench. Bioinf., 25(9), 1189–1191. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp033
  34. WFO World Flora Online. (2023, October 7). Retrieved from http://www.worldfloraonline.org/

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-28

Як цитувати

Тинкевич, Ю. О., Біляй, Д. В., Череватов, О. В., Кагало, О. О., & Волков, Р. А. (2023). МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА УКРАЇНСЬКИХ ПРЕДСТАВНИКІВ КОМПЛЕКСНОГО ВИДУ ACONITUM ANTHORA НА ОСНОВІ ДІЛЯНКИ ITS1-5.8S-ITS2 ЯДЕРНОГО ГЕНОМУ. Вісник Одеського національного університету. Біологія, 28(2(53), 73–85. https://doi.org/10.18524/2077-1746.2023.2(53).292999

Номер

Том 28 № 2(53) (2023)

Розділ

ГЕНЕТИКА І МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).

Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.