CC BY
47
© А. в. родионов,
А. р. коцинян, а. а. Гнутиков,
м. А. доброрадова, Э. м. мачс
Учреждение Российской академии наук Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН, Санкт-Петербург
Ш секвенирование и сравнительный анализ района ^1-ген 5.8S ррнк-П^2 ядерного генома 13 видов рода Glyceria, 4 видов рода Melica и 1 вида монотипного рода Pleuropogon показало, что виды рода Glyceria имеют три гаплотипа: 1) Гаплотипы группы А найдены только у видов подрода Glyceria секции Glyceria (G. septentrionalis, G. fluitans, G. declinata, G. occidentalis, G. notata, G. borealis, G. leptostachya) и у вида Pleuropogon sabinii; 2) Гаплотипы группы с характерны для видов подрода Hydropoa секции Hydropoa (G. grandis, G. х amurensis, G. triflora, G. maxima) и G. leptolepis, относимая к sect. Lithuanicae; 3) Гаплотипы группы в — для видов подрода Hydropoa секций Striatae (G. elata, G. striata, G. neogaea, G. canadensis), Scolochloiformes (G. alnasteretum, G. spiculosa) и G. lithuanica из sect. Lithuanicae. виды с гаплотипами группы в при разных моделях построения филогенетического древа располагаются в основании древа рода и группируются в кладу всегда с низкими бутстрэп-индексами. судя по нуклеотидным последовательностям ITS и гена 5.8S ррнк, виды секций Hydropoa и Glyceria представляют собой две независимо возникшие монофилетичные ветви в эволюции рода Glyceria, к последней из которых относится и Pleuropogon sabinii.
Ш ключевые слова: Poaceae; молекулярная филогения; дивергенция геномов; межвидовые гибриды.
Поступила в редакцию 26.07.2011 Принята к публикации 20.10.201 1
УДК 575.858
изменчивость последовательности ^1-ген 5^ ррнк-^2 в ходе дивергенции видов рода манник
(аУСЕЯ1А Я. ВЯ.)
На территории европейской части России встречаются 11 — 12 из 55 известных видов рода Манник (Glyceria R. Br.) (Цвелев, 2006). Род Glyceria наряду с родами Melica, Pleuropogon и Schizachne относится к трибе Meliceae (Tzvelev, 1989). В последней обработке рода Glyceria Н. Н. Цвелев (2006) разделяет род Glyceria на три подрода: 1) подрод Hydropoa, включающий секции Hydropoa, Scolochloiformes, Lithuanicae, Striatae; 2) подрод Glyceria с секциями Leptorhiza, Glyceria, Hemibromus; 3) подрод Porroteranthe — с единственным видом — G. drummondii. Из видов Glyceria 15 диплоиды с 2n = 20, 12 тетраплоиды (2n = 40), три вида гексаплоиды (2n = 60), у 24 видов хромосомные числа пока не определены (Цвелев, 2006). Сравнение хлоро пластной ДНК Glyceria показало, что род Glyceria распадается на 3 хорошо поддержанные клады, соответствующие sect. Glyceria, sect. Striatae и sect. Hydrochloa (последняя соответствует sect. Hydropoa в обработке Н. Н. Цве-лева) (Whipple et al., 2007). Сравнительное исследование района ITS1-ген 5.8S рРНК-ITS2 у видов рода Glyceria до сих пор не проводилось. Между тем последовательности внутренних транскрибируемых спейсеров ITS1 и ITS2 генов ядерных рРНК — маркер, наиболее широко используемый в настоящее время в систематике растений и беспозвоночных животных (Nieto Feliner, Rossello, 2007; Calonje et al., 2009; Coleman, 2009). По подсчетам Альварец и Венделя (Alvarez, Wendel, 2003), сравнительное исследование района ITS1-5.8S рДНК-ITS2 проводилось в 66 % статей, касающихся вопросов ДНК-филогении растений. Несмотря на то, что биологические функции районов ITS до сих пор не вполне понятны (но они определенно играют важную роль в процессинге пре-рРНК и, возможно, некоторых иных РНК) (Calonje et al., 2009; Coleman, 2009; Kos, Tollervey, 2010), практика показывает, что филогенетические гипотезы, построенные на основании сравнения последовательностей ITS1 и ITS2, как правило, выглядят вполне правдоподобно, ведется ли сравнение на межвидовом и межродовом уровнях, или при изучении групп организмов, имеющих более высокие таксономические ранги (Nieto Feliner, Rossello, 2007; Шнеер, 2009; Coleman, 2009). Исследование ITS1 и ITS2 может позволить выяснить или ограничить круг предков объекта исследования не только по материнской линии родства, как это происходит при исследовании хлоропластных последовательностей, но, с некоторой вероятностью, и по отцовской линии. Последнее обстоятельство имеет большое значение для понимания филогении таксона, так как процессы межвидовых и межродовых гибридизаций имеют большое значение в эволюции геномов высших растений и, в частности, геномов злаков.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В представленной работе секвенированы последовательности района ITS1-ген 5.8S рРНК-ITS2 14 видов рода Glyceria флоры России. Для того, чтобы определить их место в системе рода и в составе трибы Meliceae секве-нированы и включены в анализ район ITS 4 видов Melica и вида Pleuropogon sabinii (представляющего монотипный род из трибы Meliceae) (табл. 1). Из Генбанка взяты данные о Schizachne — род, также относимый к Meliceae в узком смысле. Проведено сравнение последовательностей ITS и гена 5.8S
Таблица 1
исследованные нами виды, источники материала и индексы депонированных нуклеотидных последовательностей рднк-П^2 в GenBank
№ Номер в GenBank Вид, номер ваучера в коллекции гербарных образцов лаборатории биосистематики и цитологии БИН РАН и отдела гербария БИН РАН (LE) Информация о месте и дате сбора и определении образца
1 JN832686 Melica altissima L. Alt-111 Респ. Алтай, Онгудайский р-н, Левый берег р. Чуя. Опушка леса напротив скалы Белый Бом. 50022' 87002' 1300 м н. у. м 04.09.2004 Собр.: А. В. Родионов, Е. О. Пунина, С. А. Дьяченко. Опр.: Е. О. Пунина, Н. Н. Цвелев
2 JN832684 Melica nutans L. Т-85 Карачаево-Черкесская Респ., Тебердинский государственный заповедник, в лесу на берегу р. Малая Хатипара. 21.08.2003. Собр.: А. В. Родионов, Е. О. Пунина, С. В. Бондаренко, Ю. М. Пунин. Опр.: Н. Н. Цвелёв, С. В. Бондаренко, Е. О. Пунина
3 JN832685 Melica picta C. Koch Окрестности Пятигорска, склон горы Машук. Собрала Е. О. Пунина, 2.05.2006; Опр.: Н. Н. Цвелев
4 JN171864 Melica transsilvanica Schur. Alt-126 Респ. Алтай, Онгудайский р-н. Левый берег р. Чуя. Опушка леса напротив скалы Белый Бом. 50022' 87002' 1300 м н. у. м 04.09.2004. Собр.: А. В. Родионов, Е. О. Пунина, С. А. Дьяченко. Опр.: Е. О. Пунина, Н. Н. Цвелев
5 JN172096 Melica transsilvanica Schur. T-110 Карачаево-Черкесская Респ., Тебердинский государственный заповедник. Ущелье реки Кышкаджер. 2200 м н. у. м. 25.08.2003. Собр.: Родионов А. В., Пунина Е. О., Бондаренко С. В., Пунин Ю. М. Опр.: Цвелев Н. Н.
6 JN832691 Glyceria alnasteretum Kom. Камчатка (южн.). Усть-Большерецкий район, сырые участки в пойме реки Правой Паужетки у пос. Паужетка. 19.07.63. Н. С. Пробатова
7 JN832696 Glyceria х amutensis Prob. Дальний Восток, долина реки Тау. остров Талан (сев. часть Охотского моря), Васильев
8 JN832687 Glyceria fluitansR. Br. Молдавия: Сирець, Страшенский район (сейчас: Sireti, raionul Strä^eni, Moldova), на лугу, 31.05.1955. Собр.: Владимирова
9 JN832695 Glyceria grandis S. Watson Петрозаводск. 1996. А. Кравченко. Опр. Н. Н. Цвелев
10 JN832698 Glyceria leptolepis Ohwi Приморский край, Лазовский район. 1988
11 JN832690 Glyceria lithuanica (Gorski) Lindm. Петуховский совхоз, Ишимский округ Уральской области. Лес в 2 км. к сев. от Волчьего озера (сейчас: Частоозерный район Курганской области), 1929, Н. И. Кузнецов
12 JN832699 Glyceria maxima (Hartm.) Holmb. Липецкая обл. Добринский район. Село Лебедянка. Сырая луговина по берегу реки Плавица. 28.06.1996
13 JN832694 Glyceria neogaea Steud. Гербарий лаб. биосистематики Латвийской академии наук. 1989. Алуксне, Латвия (Aluksne, Latvia)
14 JN832688 Glyceria notata Chevall. Томская обл. Томский район, окр. села Новомихайловка, заболоченный луг по опушке березового леса возле грунтовой дороги. 05.08.2004. Собр.: А. Л. Эбель
15 JN832689 Glyceria plicata (Fries) Fries Ленинградская обл. (на образце: Санкт-Петербургская обл.), болотистый берег Волхова у северной окраины пос. Старая Ладога. 5.08.1997. Собрал и определил Н. Н. Цвелев
16 JN832693 Glyceria spiculosa (F. Schmidt) Roshev. Кабанский район. Между озером Байкал и рекой Семичой и железной дорогой. В 5 км к западу от села Темлюй, на болоте. 22.08.1933
17 JN832692 Glyceria striata (Lam.) Hitchc. Смоленская обл. Демидовский район. Берег озера Мутное у протоки к озеру Рытое. 26.06.2000
18 JN832697 Glyceria triflora (Korsh.) Kom. 4.1 Alt-108 Респ. Алтай, Кош-Агачский р-н, Чуйская степь, 50001' 88030', 1750 м н. у. м., в воде у моста через реку Чуй. 4.08.2006. Собр.: А. В. Родионов, Е. О. Пунина, С. А. Дьяченко. Опр.: Цвелев Н. Н
19 JN832703 Glyceria triflora (Korsh.) Kom. 4.2 Красноярский край, Шушенский район, окр. дер. Козлово, долина реки Оя. Осоковые болота. 28.07.1964. А. Кушина, Э. Ефремова
20 JN832702 Glyceria triflora (Korsh.) Kom. 4.3 Томск. губ. Бийский уезд, в протоке реки Чарыш, у устья реки Топчуган. Кузнецов. 1913. (Сейчас — Алтайский край, Бийский район)
21 JN832701 Glyceria triflora (Korsh.) Kom. 4.4 Алтай, Ойротия, Чуйская степь, долина р. Юстыт, урочище Кара-Тюргун, пос. Кокоря (сейчас: Кош-Агачский р-н), в воде. 29.07.1937. А. В. Калинина
22 JN832700 Pleuropogon sabinii R. Br. Alt-452 Респ. Алтай, Кош-Агачский р-н, Дорога от р. Жумалы к перевалу Аккол. В русле каменистого ручья. 490. 31'715" 870. 52'685" 2718 м н. у. м. 24.08.2006. Собр.: А. В. Родионов, Е. О. Пунина, М. П. Райко, С. А. Дьяченко. Опр. Е. О. Пунина, С. А. Дьяченко
рис. 1. Молекулярно-филогенетическое древо, построенное методом NJ.
Бутстрэп-индексы над ветвями древа — древо-пост-роенное методом NJ, бутстрэп-индексы под ветвями древа — те же самые узлы при построении консен-сусного древа методом максимальной парсимонии. Прямоугольники, квадраты и круги на ветвях древа — делеции и инсерции в хлоропластной ДНК, по данным Whipple I. G. et al. Molecular insights into the taxonomy of Glyceria (Poaceae: Meliceae) in North America // Am. J. Bot. 2007. Vol. 94. P. 551 — 557. Прямоугольники — виды несут 34-нуклеотидную делецию 5'-acg ccctgtcaaaacattgaactagcacaacatc-3' в начале межгенного спейсера trnK(AAA)-rps16.; квадраты — имеют 14-нуклеотидную инсерцию в межгенном спейсере trnK(AAA)-rps16 5'-aaaaagacccgat-3'; круги — вставка G43 в межгенном спейсере trnC (UGC)-cytochrome b6/f complex subunit VIII ycf6. Черная фигура — наличие признака, белая — отсутствие
рРНК с секвенированными нами ранее последовательностями ITS родов Briza и Catabrosa (Ким и др., 2009), а также последовательностями Brylkinia и Anthochloa —
родов, также относимых некоторыми систематиками к трибе Meliceae (обзор: Mejia-Saules, Bisby, 2000). Амплификацию проводили с праймерами ITS1-P (Ridgway et al., 2003) и ITS4 (White et al.,1990), как описано нами ранее (Родионов и др., 2005; 2008). Параметры циклов ПЦР-амплификации: денатурация 2 минуты 94 °С; 35 циклов амплификации: 50 сек. 94 °С; 50 сек. 48-58 °С (в зависимости от образца температура отжига менялась); 1 мин 72 °С; элонгация 3 минуты 72 °С. Выравнивание матрицы данных и филогенетические построения выполняли с использованием пакета программ MEGA 4.0 (Tamura et al., 2007).
результаты и обсуждение
Сравнение секвенированных нами и взятых из GenBank последовательностей участка ITS1 — гена 5,8S рРНК — ITS2 рода Glyceria показало, что эти последовательности делятся на три группы гаплоти-пов: 1) Гаплотипы группы А — виды подрода Glyceria секции Glyceria (G. septentrionalis, G. fluitans, G. declinata, G. occidentalis, G. notata, G. borealis, G. leptostachya) + Pleuropogon sabinii; 2) Гаплотипы группы С — виды подрода Hydropoa секции Hydropoa (G. grandis, G. х amurensis, G. triflora, G. maxima) + G. leptolepis, относимая к sect. Lithuanicae; 3) Гаплотипы группы В — виды подрода Hydropoa секций Striatae (G. elata, G. striata, G. neogaea, G. canadensis), Scolochloiformes (G. alnasteretum, G. spiculosa) и G. lithuanicae из sect. Lithuanicae (рис. 1, табл. 2). Виды с гаплотипами группы В при разных моделях построения деревьев располагаются в основании рода на филогенетическом древе и группируются в кладу всегда с низкими бутстрэп-индексами. Судя по нуклеотидным последовательностям ITS и гена 5.8S рРНК, виды секций Hydropoa и Glyceria, каждую из которых отличает особый набор гаплотипов (табл. 2), представляют собой две независимо возникшие монофилетичные ветви в эволюции рода Glyceria. Напротив, последовательности ITS и генов 5.8S рРНК видов секций Striatae и Scolochloiformes не имеют очевидных апоморфий, они близки к предковым для рода Glyceria.
Последовательности ITS1 — ген 5.8S рРНК — ITS2 Pleuropogon близки последовательностям Glyceria под-рода Glyceria. Виды рода Melica формируют отдельную кладу, в основании которой лежит род Schizachne. Наши расчеты подтверждают данные Шнайдер и соавт. (Schneider et al., 2009) о том, что из всех других родов злаков наиболее близок к Glyceria, Melica, Pleuropogon и Schizachne монотипный род Brylkinia, единственный вид которого B. caudata (Munro) Fr. Schmidt растет в Японии, Китае, на Сахалине и Курилах. Рода Catabrosa, Anthochloa и Briza, также относимые иногда к Meliceae определенно находятся с типичными Meliceae в более отдаленном родстве, чем Brylkinia (рис. 1).
Таблица 2
Внутривидовой полиморфизм района ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 у видов рода Glyceria и Pleuropogon sabinii1
Внутренний транскрибируемый спейсер ITS1 5.8SpflHK Внутренний транскрибируемый спейсер ITS1
11111 1111111 11111112 111111 111111111 1111111111 122 Вид и гаплотип 1123344445 55566667777 7888901111 2335566 67778990 1023333 112233445 5666678889 9000133344 4667778899 901
1941902590 14934670136 8346761237 9781167 83455094 47220256 3592356471 5567922380 7046014637 8031687808 987
ancestral sequence gccacactgg ccccctctcga ccg-ccctgt cgcctag gcgtcgcc cccccccc ctccc-tcgc ccacatcgtt cccgcgctag gcctcatagg tcc
Pleuropogon sabinii A a. t t.. t .att. .t.. .tt. •a...t .t ..a...a. c. .
G. septentrionalis A1A .gttat . .a. at. tc. • t.. . .a. . .t. -c . aa. eg. a .t tg t-.
G. fluitans A1A .gttat . .a. at. tc. .t.. .t. . . .t. -c . aa. c. . aat.tg . . a. t. . t. .a...... t ■ gtg. • -У- •a...t .egg-.a. ct.
G. declinata AlA .gttat . . a. at. tc. • t.. .t. . . .t. -c . aa. с. . aat tg
G. occidentalis A1A .gttat . . a. at. tc. .t.. .t. . . .t. -c .aa. с. . aat tg
G. nemoralis A1B .g. a . .a. at. tc. .t.. .....gt. • c a.a. с. . a t tg . .a. t. . t..a..c... ttgtga . .t. .a...t ..a.tg..a. ct.
G. notata A1B .g. a . .a. at. tc. • t.. .....gt- • C a.a. с. . a t tg . -a. .t. . t..m..c... ttgtga .r. . . .t. .a...t ..a.yg..a. ct.
G. plicata A1B .g. a . .a. at. tc. .t.. .....gt. .c a.a. с. . a t tg . . a. t. . t..a..c... tygtga • -У- ct.
G. leptostachya A2 agt a . .a. a. t tct .t.. t. -c . .a. a t tg t-
G. occidentalis A2 agt a . . a. a. t tct .t.. .t. -c . .a. a t tg t-
G. borealis A2 agt a . .a. a. t tct .t.. .t. -c . .a. a t tg t.a.tt.. t..a...t.. t • gtg. .a. . t. .a .a...t .ctga.a. c. .
G. elata В •1- . .t. t t t-.
G. lithuanica В ----g .y. . .......t. . tt..y..c.. .t .......a с
G. alnos teretum В . . t. t-v. . . . t t. . . t. . . at
G. spiculosa canadensis в IT . .m yt . .t. t-y. . .t.. t. .y
G. в . .t . .t • t... to . .t. . t.
G. striata в . . . t. . , . . t. t-. . c a c t t с t
G. neogaea triflora 4.1 в +■ . . t. t-. . . с. t t. . t. с . . . t
G. Cl tg. a t.t ..tctt. a.ttt .g. . a. a .gt t -- t. .t • tt .aa.t...aa . .t.. . .g. . t. a ..tat. a. ■c..—.t . .t
G. triflora 4.2 Cl tg.a t.t ..tctt. a.ttt .g. . a. a .gt t — t. .t • tt .aa.t...aa . .t.. . .g. . t. a ..tat. a. .c..-t.t . .t
G. triflora 4.3 Cl tg. a t.t ..tctt. a.ttt .g. . a. a ■ gt t — t. .t • tt .aa.t...aa . .t.. . .g. . t. a ..tat. a. •c..-t.t . .t
G. triflora 4 . 4 Cl tg. a t.t ..tctt. a.ttt • g. . a. a .gt t -- t. . t • tt .aa.t...aa . .t.. . .g. . t. a ..tat. a. •c..-t.t . .t
G. grandis Cl tg. a t.t ..tctt. a.ttt • g. • a.a .gt t — t. .t .tt .aa.t...aa . .t.. . .g. . t. a ..tat. a. .c..--.t . .t
G. amurensis Cl tg. a t.t ..tctt. a.ttt • g. . a. a .gt t — t. .t • tt .aa.t...aa . .t.. • -g- . t. a ..tat. a. .c..--.t . .t
G. maxima C2 tg. a t.c ..tctt. a. ttc • g. • a.a .gt t — -t. t. .t • tt .aa.tg..a. . .t.. . a- . • t. . .a.at. aa •c..—.t . .t
G. leptolepis C2 tg.a t.c ..tctt. a.ttc .g. . a. a • gt t — t. .t • tt .aa.tg..a. . .t.. • a. . .t. . .t.at. ag •c..—.t . .t
1 Нумерация нуклеотидов отдельно для ITS1, гена 5.8S рРНК (подчеркнут) и ITS2
Монофилетичность секции Glyceria подтверждается сравнением наших данных с результатами Уипли и соавт. (Whipple et al., 2007), изучавших полиморфизм хлоропластных геномов Glyceria (рис. 1). Из изученных последовательностей только виды секции Glyceria имеют вставку G43 в межгенном спейсере trnC (UGC)-cytochrome b6/f complex subunit VIII ycf6 (Whipple et al., 2007). С другой стороны, только виды секции Striatae имеют большую 34-нуклеотидную делецию 5'-acgccc tgtcaaaacattgaactagcacaacatc-3' в начале межгенного спейсера trnK (AAA)-rps16. Следовательно, будущее исследование этого района у представителей секций Scolochloiformes и Lithuanicae может дать ответ на вопрос о монофилетичности базальной группы видов рода Glyceria, имеющих архаичный гаплотип района ITS типа В (табл. 2, рис. 1).
Внутрисекционный полиморфизм гаплотипов района ITSl-ген 5.8S рРНК-ITS2 позволяет уверенно разделить секцию Glyceria на две сестринские группы, к одной из которых относятся G. septentrionalis, G. fluitans, G. declinata и образцы G. occidentalis, представленные последовательностями EF674572, EF674570 и EF674571, к другой G. leptostachya, G. borealis и образцы G. occidentalis, представленные последовательностями EF674578, EF674583, EF674581, EF674582, EF674580, EF674579, секвенированными Уипли и соавт. (Whipple et al., 2007). Все виды первой из этих групп, кроме G. septentrionalis, и только они имеют 14-нуклеотидную инсерцию в межгенном спейсере trnK(AAA)-rps16 5'-aaaaagacccgat-3' (рис. 1). Единственное исключение — тетраплоидный вид (2n = 40) вид G. septentrionalis. Все проанализированные хлоропласт-
ные последовательности участков trnK-rps16 и trnC-ycf6 G. septentrionalis относятся к группе последовательностей секции Glyceria подгруппы leptostachia-borealis. Но по участку ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 все последовательности G. septentrionalis попадают в подгруппу declinata-fluitans. Мы предполагаем, что G. septentrionalis — аллотетраполоид, вид гибридного происхождения, по материнской линии происходящий от вида, чьи хлороп-ластные последовательности относились к подгруппе родства declinata-fluitans. У G. septentrionalis, по-видимому, произошла гомогенизация кластера рДНК в сторону «отцовского» генотипа.
Полученные молекулярно-филогенетические данные, в общем, хорошо согласуются с представлениями аг-ростологов о секционном делении рода Glyceria (Цвелев, 2006). Исключение — секция Lithuanicae, два вида которой G. leptolepis и G. lithuanica по результатам анализа района ITSl-гена 5,8S рРНК-ITS2 оказались в разных кладах — G. leptolepis имеет гаплотип А, характерный для Hydropoa, а G. lithuanica — «примитивный» гаплотип В, типичный для Striatae и Scolochloiformes. Отметим, что оба эти вида — диплоиды (обзор: Цвелев, 2006), поэтому аллополиплоидной природой одного из этих или обоих видов объяснить расхождение нельзя. Впрочем, Н. Н. Цве-лев (2006) отмечает, что и морфологически виды секции Lithuanicae похожи как на виды секции Hydropoa, так и на виды секции Striatae. При этом Чарч (Church, 1949) относил G. lithuanica к секции Striatae, а В. Л. Комаров (1934) поместил G. ussuriensis (синоним G. leptolepis) в одну группу родства (названную им ряд Spectabiles) с G. aquatica (синоним G. maxima ) и G. triflora, что полностью согласуется с нашими данными (табл. 2, рис. 1).
Таблица 3
нуклеотидные апоморфии трибы МеНсеае для участка П^1-ген 5^ ррнк-П^2 (номера нуклеотидных позиций отличны от таковых в таблице 2)
1 1 4 4 4 4 5 5 6 6 6 6
Название вида и № в Genbank 3 3 4 8 9 9 9 9 1 1 2 2 2 7 0 7 0 1 1 1
0 2 4 9 0 1 3 5 0 2 1 3 4 2 2 7 4 5 6 8
Brachyelytrum erectum AF019794 a g c c a a c c - a t c g g t g a - t t
Nardus_stricta_FM179420 t - g . c t c . . a .
Lygeum_spartum_FM179417 t - c a c c . t . g .
Catabrosella_araratica_FJ196300 t - a g a . c . . a .
Ccatabrosa_aquatica_EU792334 - - g g c t c . . a . a
Ccatabrosa_werdermannii_EU792333 - - g g c t c . . a . a
Anthochloa_lepidula_DQ539566 . a t - g g c t c . . a . a
Briza_marcowicsii_FJ008711 g - g g c t c . . a c a
Diarrhena_obovata_GU254669 t c - c g c a c . . g c
Brylkinia_caudata_FM179442 - - c - g t a g t a a t . c a
Brylkinia_caudata_GU254647 - - c - g t a g t a a t . t a
Schizachne_purpurascens_FM179432 t a a - - c a a t t a g t a a a c t a c
Pleuropogon_sabinii_ t a a - - c a t c t a a a a a a c t a c
M. transsilvanica_ t a a - - c a g c t a g t a a a c t a c
M. nutans_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
M. picta_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
M. altissima_ t a a - - c a a c t a g c . a a c t a c
M. imperfecta_ t a a - - c a g c t a g t a a a c t a c
M. californica_ t a a - - c a g c t a g c a a a c t a c
G. septentrionalis_EU769506 t t a - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. fluitans t t a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. declinata EF674560 t t a - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. occidentalis_AF674572 t t a - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. nemoralis_FM179405 t t a - - c a a g t a g t a a a c t a c
G. notata_ t t a - - c a a g t a g t a a a c t a c
G. plicata_ t t a - - c a a g t a g t a a a c t a c
G. notata_EF674585 t t a - - c a a g t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. leptostachya EF674576 t t a - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. occidentalis_EF674582 t t a - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. borealis_l36515 t t a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. leptostachya EF674577 t t a - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. elata_EU594637 t a t - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. striata_l36516 t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. lithuanica_ t a a - - c a a c t a g t a a a c ? ? ?
G. alnasteretum_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. striata_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. spiculosa_ t a a - - c a a c t a g t a a a c ? ? ?
G. neogaea t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. canadensis_FJ032204 t a a - - c a a c t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
G. grandis_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. amurensis_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. triflora_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. leptolepis_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
G. maxima_ t a a - - c a a c t a g t a a a c t a c
Мехиа-Саулес и Бисби (Mejia-Saules, Bisby, 2000), используя фенетический и кладистический методы анализа морфологических и анатомических данных, исследовали 12 родов (Anthochloa, Briza, Brylkinia, Catabrosa, Glyceria, Lycochloa, Melica, Neostapfia, Pleuropogon, Shizachne, Streblochaete и Triniochloa) на предмет их возможного включения в состав трибы
Meliceae. Результаты фенетического анализа показали, что триба Meliceae при широком ее понимании состоит из двух кластеров. Кластер I включал в себя роды Anthochloa, Catabrosa, Glyceria и Pleuropogon. Кластер II — роды Lycochloa, Shizachne, Streblochaete, Triniochloa и Melica. Нам представлялось интересным, используя последовательности участка
ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2, секвенированные у Anthochloa, Catabrosa, Glyceria и Pleuropogon, Shizachne, Melica и не попавшей в этот список Brylkinia, ответить на поставленный авторами вопрос о правомерности объединения указанных родов в одну трибу. Нами на всём протяжении исследуемого участка ITSl-ген 5,8S рРНК-ITS2 были выявлены 20 нуклео-тидных апоморфий трибы Meliceae (табл. 3).
Из таблицы 3 видно, что последовательности Brylkinia caudata из 20 нуклеотидных апоморфий трибы Meliceae имеет 12. Среди остальных рассмотренных последовательностей совпадений с апоморфиями трибы Meliceae практически нет. Таким образом, в трибу Meliceae определенно входят рода Glyceria, Melica, Pleuropogon, Schizachne и не входят Catabrosa и Anthochloa. При более расширенном понимании границ трибы Meliceae, она может быть объединена с монотипной трибой Brylkinieae Tateoka.
Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 09-04--01469). Авторы благодарны Н. Н. Цвелеву за неоценимые консультации и внимание к работе, A. И. Шмакову, А. фон Боку, З. С. Соловецкому, Е. О. Пуниной, А. П. Шалимову за помощь в сборе образцов для исследования.
Литература
1. Ким Е. С., Большева Н. Л., Саматадзе Т. Е. и др., 2009. Уникальный геном двухромосомных злаков Zingeria и Colpodium, его происхождение и эволюция // Генетика. Т. 45. С. 1506—1515.
2. Комаров В. Л., 1934. Род 176. Манник — Glyceria R. Br. // Флора СССР. Т. 2 / Ред. В. Л. Комаров, Ленинград: Издательство Академии наук СССР. С. 449— 460.
3. Родионов А. В., Ким Е. С., Носов Н. Н. и др., 2008. Молекулярно-филогенетическое исследование видов рода Colpodium sensu lato (Poeae, Poaceae) // Экологическая генетика. Т. 6. № 4. С. 34—46.
4. Родионов А. В., Тюпа Н. Б., Ким Е. С. и др., 2005. Геномная конституция автотетраплоидного овса Avena macrostachya, выявленная путем сравнительного анализа последовательностей ITS1 и ITS2: к вопросу об эволюции кариотипов овсов и овсюгов на ранних этапах дивергенции видов рода Avena // Генетика. Т. 41. C. 646-656.
5. Цвелев Н. Н., 2006. Краткий обзор рода манник Glyceria (Poaceae) // Бот. журн. Т. 91. С. 255-276.
6. Шнеер В. С., 2009. ДНК штрихкодирование — новое направление в сравнительной геномике растений // Генетика. Т. 54. С. 1436—1448.
7. Alvarez A. E., Wendel J. F., 2003. Ribosomal ITS sequences and plant phylogenetic inference // Molec. Phylogenet. Evol. Vol. 29. P. 417—434.
8. Calonje M., Martin-Bravo S., Dobes C. et al., 2009. Non-coding nuclear DNA markers in phylogenetic reconstruction // Plant Syst. Evol. Vol. 282. P. 257-280.
9. Charch G. L., 1949. A cytotaxonomic study of Glyceria and Puccinellia// Am. J. Bot. Vol. 36. P. 155165.
10.Coleman A. W., 2009. Is there a molecular key to the level of "biological species" in eukaryotes? A DNA guide // Molec. Phylogenet. Evol. Vol. 50. P. 197203.
11.Gillespie L. J., Archambault A., Soreng R. J., 2007. Phylogeny of Poa (Poaceae) based on trnT-trnP sequence data: major clades and basal relationships // Monocots: comparative biology and evolution-Poales. / Eds. J. T. Columbus, E. A. Friar, J. M. Porter et al. Claremont, Calif.: Rancho Santa Ana Botanic Garden. P. 420-434.
12.Kos M., Tollervey D, 2010. Yeast pre-rRNA processing and modification occur cotranscriptionally // Mol. Cell. Vol. 37. P. 809-820.
13.Mejia-Saules T., Bisby F, 2000. A. preliminary views on the tribe Meliceae (Gramineae: Pooideae) // Grasses: systematics and evolution / Eds. S. W. L. Jacobs, J. Everett. Collingwood, VIC, Australia: CSIRO Publishing. P. 83-88.
14.NietoFeliner G., Rosello J. A., 2007. Better the devil you know? Guidelines for insightful utilization of nrDNA ITS in species-level evolutionary studies in plants // Molec. Phylogenet. Evol. Vol. 44. P. 911-919.
15. 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. Vol. 3. P. 8.
16.Schneider J., Doring E., Hilu K. W., Roser M. 2009. Phylogenetic structure of the grass subfamily Pooideae based on comparison of plastid matK gene-3' trnK exon and nuclear ITS sequences // Taxon. Vol. 58. P. 405424.
17. TamuraK, Dudley J., NeiM., Kumar S., 2007. MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) soft ware version 4.0 // Mol. Biol. Evol. Vol. 24. P. 15961599.
18. Tzvelev N. N., 1989. The system of Grasses (Poaceae) and their evolution // Botanical Review. Vol. 55. P. 141203.
19. Whipple I. G., Barkworth M. E., Bushman B. S., 2007. Molecular insights into the taxonomy of Glyceria (Poaceae: Meliceae) in North America // Am. J. Bot. Vol. 94. P. 551-557.
20. White T. J., Bruns T., Lee S, Taylor J., 1990. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics // PCR Protocols: a Guide to Methods and Applications / Eds M. A. Innis, D. H. Gelfand, J. J. Sninsky, T. J. White. San Diego: Academic Press Inc. P. 315-322.
ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ И ЭВОЛЮЦИЯ
69
THE ITS1-5.8S RRNA GENE-ITS2 SEQUENCE VARIABILITY DURING THE DIVERGENCE OF SWEET-GRASS SPECIES (GENUS GLYCERIA R. BR.)
Rodionov A. V., Cotsinian A. R, Gnutikov A. A., Dobroradova M. A., Machs E. M.
* SUMMARY: Comparative analysis of the sequence ITS1-5.8S rRNA gene-ITS2 of the nuclear genome of 13 species of genus Glyceria, 4 species of Melica and a species of monotypic genus Pleuropogon showed that the species of the genus Glyceria have 3 haplotypes: 1) Haplotype A was found only in species of the subgenus Glyceria section Glyceria (G. septentrionalis, G. fluitans, G. declinata, G. occiden-talis, G. notata, G. borealis, G. leptostachya) and in Pleuropogon sabinii; 2) Haplotype C is characteristic of the subgenus Hydropoa,
section Hydropoa (G. grandis, G. х amurensis, G. triflora, G. maxima) and sect. Lithuanicae (G. leptolepis); 3) Haplotype В is found in the species of the subgenus Hydropoa sections Striatae (G. elata, G. striata, G. neogaea, G. canadensis), Scolochloiformes (G. aln-asteretum, G. spiculosa) and G. lithuanica of sect. Lithuanicae. Species carring haplotype В are located at the base of the phylogenetic tree of the genus Glyceria and/or clustered with low bootstrap indices. On the phylogenetic trees inferred by the analysis of the sequences ITS and 5.8S rDNA both sect. Glyceria and sect. Hydropoa represented two sister monophyly branches. The species Pleuropogon sabinii belong to the branch of subgenus Glyceria as a sister monotypic branch to the branch of the sect. Glyceria.
# KEY WORDS: Poaceae; molecular phylogeny; molecular evolution; hybrids; genome evolution.
Ф Информация об авторах
Родионов Александр Викентьевич — д. б. н., профессор, зав. лабораторией биосистематики и цитологии Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН. 197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, д. 2. E-mail: [email protected].
Коцинян Армен Размикович — аспирант лабораторией биосистематики и цитологии Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН. E-mail: [email protected].
Гнутиков Александр Александрович — аспирант лабораторией биосистематики и цитологии Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН. E-mail: [email protected].
Доброрадова Марина Александровна — студентка каф. цитологии и гистологии СПбГУ. Биолого-почвенный факультет. Санкт-Петербургский государственный университет. 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9. E-mail: [email protected].
Мачс Эдуард Модрисович — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаб. биосистематики и цитологии Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН. E-mail: [email protected].
Rodionov Alexandr Vikentevich — doctor of biological science, professor, head of the department. Komarov Botanical Institute RAS. Professora Popova st., 2., St.Petersburg, 197376, Russia. E-mail: [email protected].
Cotsinian Armen Razmikovich — aspirant. Komarov Botanical institute RAS. Professora Popova st., 2., St.Petersburg, 197376, Russia. E-mail: [email protected].
Gnutikov Alexandr Alexandrovich — aspirant. Komarov Botanical institute RAS. Professora Popova st., 2., St.Petersburg, 197376, Russia. E-mail: [email protected].
Dobroradova Marina Alexandrovna — junior research fellow. Department of cytology and gistology. Faculty of biological and soil sciences. St. Petersburg State University. 7-9, Universitetskaya nab., St.Petersburg, 199034, Russia. E-mail: [email protected].
Machs Eduard Modrisovich — candidate of biological science, senior researcher. Komarov Botanical Institute RAS. Professora Popova st., 2., St.Petersburg, 197376, Russia. E-mail: [email protected].
