Молекулярная филогения и таксономический статус видов миксомицетов комплекса Physarum notabile

• Автор: Окунь, Михаил Вадимович
• Шифр специальности: 03.02.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление

Введение

Актуальность работы

Цели и задачи исследования

Научная новизна

Практическое значение

Апробация работы

Публикация результатов исследования

Благодарности

Глава 1. Теории распространения микроорганизмов

Глава 2. Систематика и география миксомицетов
2.1. Систематическое положение миксомицетов
2.2. Миксомицеты: размножение и концепции вида
2.3. Род Physarum: систематика и морфология
2.4. Комплекс видов Physarum notabile
Глава 3. Молекулярная филогенетика
3.1. Методы молекулярной филогенетики
3.2. Теоретические подходы в геносистематике
3.3. Генетические маркеры в филогенетике
Глава 4. Филогсография: история развития, содержание
Глава 5. Материалы и методы
5.1. Отбор образцов для исследования
5.2. Влажные камеры
5.3. Микроскопия
5.4. Морфологический анализ
5.5. Выделение ДНК из спор миксомицетов
5.6. Дизайн праймеров
5.7. ПЦР
5.8. Секвенирование
5.9. Компьютерный анализ
Выравнивание последовательностей

Реконструкция дендрограмм
Филогеографический анализ
Глава 6. Филогенетический статус видов комплекса Ph. notabile
6.1. Оптимизация протоколов выделения ДНК и ПЦР
6.2. Анализ генетических различий «лесного» и аридного морфотипов Physarum notabile
6.3. Филогенетический анализ изолятов Ph. notabile из аридных районов
6.4. Морфологический анализ видов комплекса Ph. notabile
6.5. Экологический анализ видов комплекса Ph. notabile
6.6. Описание нового вида Physarum pseudonotabile
6.7. Филогенетический анализ комплекса видов Ph. notabile
Г лава 7. Филогеографический анализ вида Ph. pseudonotabile
7.1. Разделение на генотипы
Оценка полноты исследования
Географическое распределение генотипов
Тест Мантеля
7.2. Филогенетический анализ
Выводы
Список литературы
Приложение

Введение
Актуальность работы
В отличие от животных и растений, закономерности распространения микроскопических грибов и протистов изучены значительно хуже. Во многом это связано с их малыми размерами, а также особенностями биологии. Малые размеры протистов, микроскопических грибов и других микроорганизмов, а также высокая экологическая толерантность способствуют их глобальному распространению, и ограничивают возможности аллопатрического видообразования. Модель космополитизма в отношении микроорганизмов (Fenchel, 2005; Fenchel, Finlay, 2004; Finlay, Fenchel, 2004), также как и модель умеренного эндемизма (Foissner, 2006) в последнее время широко обсуждается (Fontaneto, 2011; Martiny et al., 2006) в контексте постулата "все есть везде, но среда отбирает" (EiE гипотеза). Незначительная генетическая дифференциации (или ее полное отсутствие) среди удаленных друг от друга популяций морфовидов рассматривается как аргумент для подтверждения космополитной модели их распространения.
В этой связи в качестве модельных групп особенно привлекательны микрорганизмы, относительно хорошо поддающиеся учету в природе и/или в лабораторных условиях. Одной из них являются миксомицеты, или плазмодиальные слизевики (Myxomycètes = Eumycetozoa). К ним относится около 1000 видов, объединенных в 5 порядков: Echinosteliales, Trichiales, Stemonitales, Physarales и Liceales (Martin, Alexopoulos, 1969; Olive, 1975). Будучи активными бактериофагами, миксомицеты являются регуляторами численности бактериальной биоты в почве (Feest, Madelin, 1985). Более того, некоторые виды миксомицетов, такие, как Physarum polycephalum, являются модельными объектами в генетических и цитологических исследованиях. Наконец, изучение миксомицетов является неотъемлемой частью исследований филогении и эволюционной истории протист в целом (Кусакии, Дроздов, 1998; Карпов, 2000; Новожилов, Гудков, 2000; Adl et al., 2012).
Комбинация в жизненном цикле микроскопических миксамеб и зооспор, а также хорошо заметных в природе макроскопических плодовых тел (спорофоров) - уникальная особенность этой группы. Репродуктивные системы миксомицетов очень пластичны. Морфовиды миксомицетов часто представляют смесь бесполых клонов и гетероталлических линий (т.е. двуполых майровских видов). В этой связи крайне важным представляется решение вопросов о влиянии географических и экологических барьеров на

презентация филогеографии, являющейся новой научной дисциплиной о географическом распространении внутривидовых генных потоков.
По Дж. Авайсу (Avise et al., 1989), филогеография - это область исследований, связанная с процессами и принципами, отвечающими за географическое распространение генеалогических линий, особенно на внутривидовом уровне. Группы, полученные на внутривидовых деревьях, построенных на основании сходства нуклеотидной последовательности отдельных генов, довольно часто демонстрируют четкую географическую ориентацию. Любые признаки (морфологические, поведенческие, молекулярные и иные) могут использоваться для филогеографических (в широком смысле слова) построений. Однако в чистом виде филогеография изучает закономерности пространственного распределения аллелей, филогенетические взаимоотношения которых известны или могут быть установлены. Поэтому к этой категории не могут быть отнесены аллели, исследуемые, например, традиционной популяционной генетикой, поскольку исторические связи таких аллелей не подлежат установлению. Рабочим инструментом филогеографии является анализ генных родословных различных локусов митохондриальной или ядерной ДНК. По мнению Авайса (Avise et al., 1989), в силу особенностей строения и эволюции митохондриальный геном обладает преимуществами перед ядерным геномом в аспекте генеалогическом, открывая доступ к "фамильным архивам видов". Однако, со времен становления филогеографии как науки появилось множество работ, в которых в филогеографический контекст вовлекаются также гены ядерной ДНК (Aquadro et al., 1991; Bemardi et al., 1993; Palumbi, Baker, 1994; Avise, 1998). Различные взаимоотношения между генеалогией генов и географией стали обозначаться как филогеографический паттерн. Данные по внутривидовой изменчивости ДНК подвергаются анализу с двух позиций: а) генеалогических взаимоотношений между молекулами ДНК и б) географического распределения филогенетических групп. Эти два элемента и составляют внутривидовую филогеографию.
Использование маркеров ДНК коренным образом меняет ранг операционной таксономической единицы, в отличие от традиционной систематики, где таковой является вид, и от популяционной биологии, оперирующей с популяциями, в филогеографии сравнимое значение приобретает уже особь. Практически это методологическое новшество означает избавление от необходимости считать ошибку выборки и произвольного априорного установления границ популяций - двух обязательных условий популяционно-генетического анализа (Булатова, 2002).
Впервые за сто лет развития генетики филогеография произвела важнейший сдвиг в генеалогическом мышлении на подвидовом уровне на основании огромного и