Внутригеномный полиморфизм внутренних транскрибируемых спейсеров 35S рДНК (ITS) у трёх видов и трёх межвидовых гибридов Pulsatilla (Ranunculaceae)
УДК 582.675.1+575.174.015.3
Аннотация
Морфологические критерии не всегда позволяют установить гибридное происхождение образцов. Изучение внутригеномного полиморфизма генов, кодирующих белки или рРНК, позволяет дать более точную оценку. В качестве одного из таких маркеров часто используют участки ITS-районов 35S рДНК. В представленной работе мы провели сравнительный анализ ITS1 у трёх гибридов (нотовидов) из рода Pulsatilla: P. × intermedia, P. × spuria и P. × hackelii и их родительских видов P. patens, P. vernalis, P. pratensis, все из Ленинградской области (Россия). Регион ITS1-5.8S рДНК-ITS2 был секвенирован по Сэнгеру. На хроматограммах последовательностей ITS родительских видов в среднем было выявлено от 1,7 (P. pratensis) до 3,3 (P. vernalis) полиморфных сайта (PS) – позиции, где были обнаружены два разных нуклеотида. Все три изученных нотовида показали больше PS – от 4,7 (P. × intermedia) до 9,5 (P. × hackeli). Изучение внутригеномного полиморфизма транскрибируемого спейсера ITS1 методом локус-специфического NGS подтвердило очевидное предположение о том, что полиморфные сайты, выявляемые при секвенировании по Сэнгеру, на самом деле отражают наличие в геномах различных вариантов рДНК (риботипов), которые были получены растением от своих предков, если доля необычного риботипа составляет около 20 % и более. Более редкие варианты риботипа могут быть обнаружены только методом NGS. Среди основных риботипов (ZOTU) изученных нотовидов не обнаружено специфических ZOTU, которые не были обнаружены у родительских видов. Внутригеномный полиморфизм региона ITS1, выявленный с помощью секвенирования по Сэнгеру или NGS, у родительских видов может указывать на более ранние акты гомоплоидной гибридизации, сопровождающие видообразование внутри рода Pulsatilla.
Скачивания
Metrics
Литература
Andreasen K., Baldwin B. G. 2003. Nuclear ribosomal DNA sequence polymorphism and hybridization in checker mallows (Sidalcea, Malvaceae). Mol. Phylogenet. Evol. 29(3): 563–581.
Baumberger von H. 1971. Chromosomenzahlbestimmungen and Karyotypanelysen bei den Gattungen Anemone, Hepatica and Pulsatilla. Ber. Schweiz. Bot. Ges. 80: 17–95.
Bolger A. M., Lohse M., Usadel B. 2014. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics 30(15): 2114–2120.
Chase M. W., Hills H. H. 1991. Silica gel: an ideal material for field preservation of leaf samples for DNA studies. Taxon 40(2): 215–220.
Dawe J. C., Murray D. F. 1979. In IOPB chromosome number reports LXIII. Taxon 28: 265–268.
Доронина А. Ю. Новые местонахождения редких видов сосудистых растений на Карельском перешейке (Ленинградская область и Санкт-Петербург) // Вестник СПбГУ. Серия 3. Биология, 2006. Т. 3. С. 34–40.
Edgar R. C. 2010. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST. Bioinformatics 26: 2460–2461. DOI: 10.1093/bioinformatics/btq461
Edgar R. C. 2013. UPARSE: Highly accurate OTU sequences from microbial amplicon reads. Nat. Methods 10: 996–998. DOI: 10.1038/nmeth.2604
Edgar R. C. 2016. UNOISE2: Improved error-correction for Illumina 16S and ITS amplicon reads. BioRxiv. DOI: 10.1101/081257
Feliner G. N., Rosselló J. A. 2007. Better the devil you know? Guidelines for insightful utilization of nrDNA ITS in species-level evolutionary studies in plants. Mol. Phylogenet. Evol. 44(2): 911–919.
Hegi G., Weber H. 1975. Illustrierte Flora von Mittel-Europa. Bd. 3. Teil 3. Berlin: P. Parey. 356 s. [In German].
Huson D. H., Bryant D. 2006. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies. Mol. Biol. Evol. 2: 254–267.
Hyvärinen E., Juslen A., Kemppainen E., Uddström A., Liukko U.-M. 2019. Suomen lajien uhanalaisuus ß Punainen kirja. In: The 2019 red list of Finnish species. Helsiniki: Ympäristöministeriö & Suomen impäristökeskus. 704 pp.
Гельтман Д. В. Pulsatilla pratensis; Pulsatilla vernalis // Красная книга Российской Федерации (растения и грибы). М.: Тов-во науч. изд. КМК, 2008. С. 483–485.
Гельтман Д. В. Pulsatilla patens; P. pratensis; P. vernalis // Красная книга Ленинградской области. Объекты растительного мира. СПб.: Марафон, 2018. С. 229–230, 762–764.
Grant V. 1981. Plant speciation. New York; Columbia university press. 564 pp.
Карташова Н. Н., Малахова Л. А., Козлова А. А., Дуброва Н. А. Числа хромосом у ряда полезных растений из природных популяций флоры Приобья // Биология и биофизика: Материалы итоговой науч. конф. (по законченным в 1973 г. темам). Томск: Изд-во Том. ун-та, 1974. C. 47–53.
Kotseruba V., Pistrick K., Blattner F. R., Kumke K., Weiss O., Rutten T., Fuchs J., Endo T., Nasuda S., Ghukasyan A., Houben A. 2010. The evolution of the hexaploid grass Zingeria kochii (Mez) Tzvel. (2n = 12) was accompanied by complex hybridization and uniparental loss of ribosomal DNA. Mol. Phylogenet. Evol. 56(1): 146–155.
Kovarik A., Dadejova M., Lim Y. K., Chase M. W., Clarkson J. J., Knapp S., Leitch A. R. 2008. Evolution of rDNA in Nicotiana allopolyploids: a potential link between rDNA homogenization and epigenetics. Ann. Bot. 101(6): 815–823.
Красников А. А. 1991. Хромосомные числа некоторых видов сосудистых растений из Новосибирской области // Бот. журн., 1991. Т. 76, № 3. С. 476–479.
Krejová N. Hybridizace mezi Pulsatilla pratensis a P. patens? Skutenost nebo mýtus? Diplomová práce. Praha: Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta, Katedra botaniky, 2014. 99 pp.
Kricsfalusy V. V. 2015. Taxonomy and phylogeny of Anemone patens L. sensu lato (Ranunculaceae): A critical review. Thaiszia J. Bot. 25: 153–164.
Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. 2018. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol. 35: 1547–1549.
Liu J. S., Schardl C. L. 1994. A conserved sequence in internal transcribed spacer 1 of plant nuclear rRNA genes. Plant Mol. Biol. 26(2): 775–778.
Lopez-Alvarez D., López-Herranz M. L., Betekhtin A., Catalán P. 2012. A DNA barcoding method to discriminate between the model plant Brachypodium distachyon and its close relatives B. stacei and B. hybridum (Poaceae). PLoS ONE 7(12): 51058.
Lunerová J., Renny-Byfield S., Matyášek R., Leitch A., Kovařík A. 2017. Concerted evolution rapidly eliminates sequence variation in rDNA coding regions but not in intergenic spacers in Nicotiana tabacum allotetraploid. Plant Syst. Evol. 303: 1043–1060.
Matyášek R., Renny-Byfiel S., Fulneče J., Maca J., Grandbastien M. A., Nichols R., Leitch A., Kovařík A. 2012. Next generation sequencing analysis reveals a relationship between rDNA unit diversity and locus number in Nicotiana diploids. BMC genomics 13(1): 1–12.
Noyes R. D. 2006. Intraspecific nuclear ribosomal DNA divergence and reticulation in sexual diploid Erigeron strigosus (Asteraceae). Amer. J. Bot. 93(3): 470–479.
Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M., the UGENE team. 2012. Unipro UGENE: A unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics 28: 1166–1167. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts091
Пунина E. O., Гриф В. Г. Кариосистематическое исследование видов и естественных гибридов рода Pulsatilla (Ranunculaceae) в Ленинградской области // Бот. журн., 1984. Т. 69, № 12. С. 1673–1678.
Punina E. O., Machs E. M., Krapivskaya E. E., Kim E. S., Mordak E. V., Myakoshina Y. A., Rodionov A. V. 2012. Interspecific hybridization in the genus Paeonia (Paeoniaceae): polymorphic sites in transcribed spacers of the 45S rRNA genes as indicators of natural and artificial peony hybrids. Russ. J. Genet. 48(7): 684–697.
Punina E. O., Machs E. M., Krapivskaya E. E., Rodionov A. V. 2017. Polymorphic sites in transcribed spacers of 35S rRNA genes as an indicator of origin of the Paeonia cultivars. Russ. J. Genetics. 53(2): 202–212.
Qiu T., Liu Z., Liu B. 2020. The effects of hybridization and genome doubling in plant evolution via allopolyploidy. Mol Biol. Rep. 47: 5549–5558. DOI: 10.1007/s11033-020-05597-y
Ridgway K. P., Duck J. M., Young J. P. W. 2003. Identification of roots from grass swards using PCR-RFLP and FFLP of the plastid trnL (UAA) intron. BMC Ecol. 3: 3–8. DOI: 10.1186/1472-6785-3-8
Rodionov A. V., Dobryakova K. S., Punina E. O. 2018. Polymorphic sites in ITS1-5.8 S rDNA-ITS2 region in hybridogenic genus × Elyhordeum and putative interspecific hybrids Elymus (Poaceae: Triticeae). Russ. J. Genet. 54(9): 1025–1039.
Rodionov A. V., Gnutikov A. A., Kotsinyan A. R., Kotseruba V. V., Nosov N. N., Punina E. O., Rayko M. P., Tyupa N. B., Kim E. S. 2017. ITS1-5.8 S rDNA-ITS2 sequence in 35S rRNA genes as marker for reconstruction of phylogeny of grasses (Poaceae family). Biol. Bull. Rev. 7(2): 85–102.
Rodionov A. V., Machs E. M., Mikhailova Y. V., Krainova L. M., Loskutov I. G., Amosova A. V., Muravenko O. V., Gnutikov A. A. 2020. Phenomenon of multiple mutations in the 35S rRNA genes of the C subgenome of polyploid Avena L. Rus. J. Genet. 56: 657–666.
Ronikier M., Costa A., Aguilar J. F., Feliner G. N., Küpfer P., Mirek Z. 2008. Phylogeography of Pulsatilla vernalis (L.) Mill. (Ranunculaceae): Chloroplast DNA reveals two evolutionary lineages across central Europe and Scandinavia. J. Biogeogr. 35: 1650–1664.
Sang T., Crawford D. J., Stuessy T. F. 1995. Documentation of reticulate evolution in peonies (Paeonia) using internal transcribed spacer sequences of nuclear ribosomal DNA: implications for biogeography and concerted evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92(15): 6813–6817.
Soltis P. S., Soltis D. E. 2009. The role of hybridization in plant speciation. Annu. Rev. Plant Biol. 60: 561–588.
Sopova M., Sekovski Z. 1982. Chromosome atlas of some Macedonian angiosperms. III. God. Zborn. Biol. Fak. Univ. Kiril Metod. 35: 145–161.
Sramkó G., Laczkó L., Volkova P. A., Bateman R. M., Mlinarec J. 2019. Evolutionary history of the Pasque-flowers (Pulsatilla, Ranunculaceae): Molecular phylogenetics, systematics and rDNA evolution. Mol. Phylogenet. Evol. 135: 45–61. DOI: 10.1016/j.ympev.2019.02.015
Sun Y.-L., Park W.-G., Oh H.-K., Hong S.-K. 2014. Genetic diversity and hybridization of Pulsatilla tongkangensis based on the nrDNA ITS region sequence. Biologia 69: 24–31. DOI: 10.2478/s11756-013-0284-1
Szczecińska M., Łazarski G., Bilska K., Sawicki J. 2017. The complete plastid genome and nuclear genome markers provide molecular evidence for the hybrid origin of Pulsatilla × hackelii Pohl. Turk. J. Bot. 41(4): 329–337. DOI: 10.3906/bot-1610-28
Szczecińska M., Sawicki J. 2015. Genomic resources of three Pulsatilla species reveal evolutionary hotspots, species-specific sites and variable plastid structure in the family Ranunculaceae. Int. J. Mol. Sci. 16: 22258–22279.
Szczecińska M., Sramkó G., Wołosz K., Sawicki J. 2016. Genetic diversity and population structure of the rare and endangered plant species Pulsatilla patens (L.) Mill. in East Central Europe. PLoS ONE 11(3): e0151730. DOI: 10.1371/journal.pone.0151730
Цвелёв Н. Н. Pulsatilla L. // Флора Восточной Европы. Т. 10. СПб.: Мир и семья, 2001. С. 85–94.
Uotila P. 1980. Pulsatilla patens x vernalis Suomessa. Memoranda Soc. Fauna Fl. Fenn. 56: 111–117.
Valuyskikh O. E., Teteryuk L. V., Pylina Y. I., Sushentsov O. E., Martynenko N. A., Shadrin D. M. 2020. Phylogenetic relationships and status of taxa of Pulsatilla uralensis and P. patens s. str. (Ranunculaceae) in north-eastern European Russia. PhytoKeys 162: 113–130. DOI: 10.3897/phytokeys.162.53361
White T. J., Bruns T., Lee S., Taylor J. 1990. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. In: M. A. Innis, D. H. Gelfand, J. I. Sninsky, T. J. White (eds.). PCR Protocols: Guide to Methods and Applications. San Diego: Academic Press. Pp. 315–322.
Winterfeld G., Schneider J., Röser M. 2009. Allopolyploid origin of Mediterranean species in Helictotrichon (Poaceae) and its consequences for karyotype repatterning and homogenisation of rDNA repeat units. Syst. Biodivers. 7(3): 277–295.
Уведомление об авторских правах
Turczaninowiа является "золотым издателем", так как мы позволяем самоархивирование, но самое главное, мы полностью прозрачны в своих правах.
Авторы могут представить и обсудить свои выводы перед публикацией: в биологических или научных конференций, на допечатной серверах, в общедоступных базах данных, а также в блогах, вики, твиттерах и другие неформальных каналах связи.
Turczaninowiа позволяет авторам внести рукописи (находящуюся в настоящее время на рассмотрении или тех, которые предполагается предоставить в Turczaninowia) для архивирования в некоммерческих, допечатных серверах, таких как ArXiv.
Авторы, публикующиеся в этом журнале согласны со следующими условиями: авторы сохраняют свои авторские права и предоставляют журналу право первой публикации в связи с работой, которая одновременно распространяется по лицензии Creative Commons Attribution и позволяют другим иметь доступ к работе с признанием авторства этой работы и первоначальной публикацией в этом журнале. Авторы могут заключать отдельные, дополнительные договорные соглашения по неисключительному распространению опубликованной версии (например, разместить ее в институтском репозитории или опубликовать в книге), с признанием ее первоначальной публикации в этом журнале.
Авторам разрешается и рекомендуется размещать их работу в Интернете (например, в институциональных хранилищах или на их сайте) до и во время процесса подачи, так как это может привести к продуктивным обменам, а также увеличению цитирования опубликованных работ (см. Политика открытого доступа)
Политика открытого доступа.
Заявление о конфиденциальности
Имена и адреса электронной почты, поданные при публикации в этом журнале, сайт будет использоваться исключительно для заявленных целей данного журнала, и они не будут доступны для любых других целей или какой-либо другой стороне.
Наша публикационная этика журнала основана, в значительной степени, на руководящих принципах и стандартах, разработанных Комитетом по этике публикации (COPE). Соответствующие обязанности и права авторов, рецензентов и редакторов журнала изложены ниже.
ОБЯЗАННОСТИ АВТОРОВ
Отправляя рукопись "Turczaninowia", автор (ы) гарантирует, что они отправляют рукопись как свою собственную, оригинальную работу, и что она не имеет ни были опубликованы ранее, и в настоящее время не рассматривается для публикации в других изданиях. Они также гарантируют, что источники каких-либо идей и / или слов в рукописи, которые не являются их собственными, были должным образом приписаны с помощью соответствующего цитирования.
Автор обычно не должен издавать рукописи, описывающие по существу те же исследования, в нескольких журналах или прочих публикациях. Такая избыточная публикация обычно считается неэтичным поведением, и в случае обнаружения, может привести к отклонению рассматриваемой рукописи рассматриваемого отвергаются, или опубликованная статья будет изъята.
Авторы рукописей, освещающих оригинальные исследования должны представить точный отчет о выполненной работе, в сопровождении объективного обсуждения его значения. Основополагающие данные должны быть представлены точно и полно в рукописи. Рукопись должна содержать достаточно подробные данные и ссылки, чтобы позволять другим дублировать работу. Подтасовка результатов и изготовление поддельных или заведомо неточных утверждений является неэтичным поведением и может быть причиной для отклонения или изъятия рукописи или опубликованной статьи.
Там, где в статьях есть отчеты о использовании коммерческого программного обеспечения, аппаратных средств или других продуктов, авторы должны подать декларацию в начале рукописи, в которой они должны заявить, что никакого конфликта интересов не существует или описать характер любого потенциального конфликта. Все источники финансовой поддержки для исследования также должны быть раскрыты в рукописи.
Автор (ы) рукописи соглашаются, что, если рукопись принята к публикации в "Turczaninowia", опубликованная статья будет характьеризоваться авторскими правами с использованием "Attribution-Unported" лицензии Creative Commons. Эта лицензия позволяет автору (ам) сохранить авторские права, но и позволяет другим свободно копировать, распространять и отображать произведение и производные работы, основанные на ней, при определенных заданных условиях.
Имена авторов должны быть перечислены на статье в порядке их вклада в статью, и все авторы берут на себя ответственность за свои собственные результаты. Только те люди, которые внесли существенный вклад, должны быть перечислены в качестве авторов; те, чьи вклады являются косвенными или маргинальными (например, коллег или руководителей, которые рассмотрели проекты работы или оказывали помощь в корректуре, и руководители научно-исследовательских институтов / центров / лабораторий) должны быть названы в разделе «Выражение признательности» в конце статьи, непосредственно предшествующему Списку литературы.
Автор, подающий статью, должен обеспечить, чтобы все соавторы былм включены в статью, и что все соавторы видели и одобрили окончательный вариант статьи и согласились на его публикацию.
Там, где автор обнаруживает существенную ошибку или неточность в статье, которая была уже опубликована в "Turczaninowia", он / она обязана незамедлительно уведомить редакцию и сотрудничать с ними, чтобы исправить статью или отозвать ее в случае необходимости.
ОБЯЗАННОСТИ РЕЦЕНЗЕНТОВ
В журнале "Turczaninowia" рецензенты выполняют работу для журнала на добровольной основе. Учитывая, что большинство из этих людей находятся в полной занятости, их рецензирование для "Turczaninowia" должна выолняться по мере необходимости, а не быть их главным приоритетом. Рецензенты могут свободно отклонять приглашения для рассмотрения конкретных рукописей по своему усмотрению, например, если их текущая нагрузка, занятость и / или другие обязательства могут сделать ее непомерно высокой для того, чтобы завершить обзор своевременно и уделить должное время рецензированию. Они также не должны принимать рукописи на рецензию, в тематике которых они не чувствуют себя подходящим специалистом.
Рецензенты, которые приняли рукописи, как правило, должны предоставить свои рецензии в течение трех недель. Они должны отказаться от рецензии, если становится очевидным для них на любой стадии, что они не обладают необходимыми знаниями для выполнения рецензии, или что они могут иметь потенциальный конфликт интересов при проведении рецензии (например, в результате конкурентных исследований, совместных или других отношений или связей с кем-либо из авторов, учреждений или компаний, связанных с рукописью).
Информация или идеи, полученные рецензентами в процессе рецензирования должны храниться в тайне и не используются для личной выгоды. Любые рукописи, полученные для рассмотрения, должны рассматриваться как конфиденциальные документы, и не должны быть показаны или обсуждены с другими, если только это не санкционировано редакторами "Turczaninowia".
При проведении своих рецензий, рецензентам необходимо сделать это как можно более объективно, воздерживаться от участия в личной критики автора (ов). Им предлагается высказать свое мнение четко, объясняя и оправдывая все рекомендации. Они всегда должны пытаться представить подробную и конструктивную обратную связь, чтобы помочь автору (ам) в повышении эффективности их работы, даже если рукопись, по их мнению, не подлежит опубликованию.
Рецензенты должны определить в своих рецензиях соответствующие опубликованные работы, которые не были названы автором (ами), вместе с любыми примерами, где не было сделано надлежащее цитирование источников. Они должны привлечь внимание ответственного редактора в отношении каких-либо серьезных сходств между рукописью, поданной на рассмотрение и других опубликованных статей, или статей, о которых им известно, а также предотвратить любые проблемы, которые могут иметь место по отношению к этической приемлемости исследований, представленных в рукописи.
ОБЯЗАННОСТИ РЕДАКЦИИ
Редактор журнала "Turczaninowia" несет полную ответственность за решение о публикации рукописи, которая представляется в "Turczaninowia", и при этом руководствуется политикой журнала, и в соответствии с определенными редакцией "Turczaninowia" юридическими требованиями в отношении клеветы, нарушения авторских прав и плагиата. Редактор может проконсультироваться с заместителями Редактора и другими членами редакционной коллегии, а также с рецензентами, для принятии решений о публикации.
Редакция будет оценивать рукописи с точки зрения ее интеллектуального содержания без учета расы, цвета кожи, пола, сексуальной ориентации, религиозных убеждений, этнического происхождения, гражданства или политической философии автора (ов). Они не будут никому разглашать какую-либо информацию о рукописи, кроме автора (ов), рецензентов и потенциальных рецензентов, а в некоторых случаях членов редакционной коллегии "Turczaninowia" и членов команды управления журналом, в зависимости от обстоятельств. Кроме того, редакция будет прилагать все усилия, чтобы обеспечить целостность процесса слепого рецензирования, не раскрывая личности автора (ов) рукописи для рецензентам этой рукописи, и наоборот.
При оценке рукописи для публикации, в дополнение к рассмотрению стандартных критериев, относящихся к строгости рукописи, качеству ее предоставления, а также ее вклад в область научных знаний, редакторы также будут руководствоваться тем, насколько этические нормы были соблюдены, и вред был сведен к минимуму при проведении исследования. Они также оценивают насколько полученные научные и практические выгоды перевешивают вред в случае конкретного исследования.
Так как "Turczaninowia" приветствует предоставление рукописей из любой страны, необходимо признать, что законы и нормативные акты, касающиеся этики научных исследований и этического утверждения, различаются во всем мире. Таким образом, редакторам, возможно, придется обратиться за разъяснениями в связи с этим к автору (ам) с просьбой о том, чтобы они представили письмо от соответствующего институционального комитета по этике или совета, который одобрил исследование.
Редакция будет руководствоваться Руководством CORE для изъятия статей при рассмотрении любых спорных вопросов, которые были опубликованы в AASRJ. Редакторы готовы работать в тесном сотрудничестве с научно-исследовательскими организациями и учреждениями в соответствии с рекомендациями CORE о сотрудничестве между научно-исследовательскими институтами и журналами в области публикационной этики и этики проведения исследований.
"Turczaninowia" является журналом открытого доступа, что означает, что все его содержимое свободно и доступно бесплатно для пользователя или его / ее учреждения. Пользователи могут читать, загружать, копировать, распространять, печатать, выполнять поиск, делать ссылки на полные тексты статей в этом журнале, не спрашивая предварительного разрешения от издателя или автора. Это легитимно в соответствии с определением BOAI об открытом доступе.
Наш сайт демонстрирует знак Creative Commons, и это исключительное право автора, если он / она хочет, чтобы его / ее статьи были в свободном доступе или нет. Но мы должны опубликовать Резюме и метаданные статьи в полном доступе в любом случае.
