ОРГАНІЗАЦІЯ ТА ПОЛІМОРФІЗМ ДІЛЯНКИ ХЛОРОПЛАСТНОГО ГЕНОМУ psbA-trnH У ПРЕДСТАВНИКІВ РОДУ GONIOLIMON BOISS.
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2022.02.137Ключові слова:
psbA-trnH, філогенія, ДНК-баркодінг, GoniolimonАнотація
З двадцяти двох видів роду Goniolimon (Кермечник) на території України зустрічаються чотири: G. besserianum, G. graminifolium, G. rubellum та G. tataricum. Два з них: G. graminifolium і G. rubellum занесені до червоної книги України у статусі вразливих видів. Частина популяцій обох цих видів інколи наводяться під окремими видовими назвами, зокрема, G. desertorum (Trautv.) Klokov. та G. rubellum (S. G. Gmel.) Klokov. Для уточнення цих таксономічних питань необхідне використання методів молекулярної філогенії. Серед хлоропластних маркерів у молекулярній таксономії останнім часом особливо активно почали використовувати фрагмент між генами psbA та trnH. В цій роботі ми вивчили можливість застосування ділянки хлоропластного геному psbA-trnH для філогенетичного аналізу та ДНК-баркодінгу представників роду Goniolimon. Ми ампліфікували та сиквенували послідовності psbA-trnH для зразків всіх чотирьох розповсюджених в Україні видів цього роду та порівняли їх з наявними в базі даних GenBank послідовностями psbA-trnH для видів кермечників і споріднених родів. На основі аналізу вирівнювання всіх використаних в роботі послідовностей встановлено, що представники роду Goniolimon відрізняються між собою дванадцятьма варіабельними нуклеотидними позиціями, з яких сім є парсимоній-інформативними, а також одним олігонуклеотидним інделом та інверсією послідовності, яка відповідає петлі (stem-loop region) в районі 3΄ UTR мРНК psbA. Відмінність ділянки psbA-trnH видів роду Goniolimon від представників споріднених родів виявилась значно вищою. Крім численних SNP їх відрізняє також полінуклеотидний індел. Такі значні відмінності вказують на підвищену швидкість еволюції ділянки psbA-trnH при дивергенції роду Goniolimon, порівняно з іншими ділянками хлоропластного геному. На філогенетичній дендрограмі, заснованій на порівнянні послідовностей psbA-trnH, види Goniolimon із Центральної Азії утворюють окрему групу, що, ймовірно, пов’язано з перенесенням хлоропластного генома в результаті гібридизації на спільній території поширення. Загалом виявлена у нашому дослідженні висока варіабельність ділянок psbA-trnH у представників роду Goniolimon дозволяє використовувати цю ділянку для уточнення положення суперечливих таксонів у групі.
Посилання
Anisimova M, and Gascuel O. Approximate likelihood-ratio test for branches: a fast, accurate, and powerful alternative. Systematic Biology. 2006; 55: 539-552. doi:10.1080/10635150600755453
Boratyn GM, Camacho C, Cooper PS, Coulouris G, Fong A, Ma N, et al. BLAST: a more efficient report with usa-bility improvements. Nucl Acid Res. 2013; 41(W1): W29–33. doi.org:10.1093/nar/gkt282
Buzurović U, Tomović G, Niketić M, Bogdanović S, Ale-ksić JM. Phylogeographic and taxonomic considerations on Goniolimon tataricum (Plumbaginaceae) and its rela-tives from south-eastern Europe and the Apennine Penin-sula. Plant Syst. Evol. 2020; 306(2): 1-22. doi: 10.1007/s00606-020-01636-0
Coissac E, Hollingsworth PM, Lavergne S, Taberlet P. From barcodes to genomes: extending the concept of DNA barcoding. Molecular Ecology. 2016; 25(7): 1423–8. doi:10.1111/mec.13549
Didukh YP, Chervona knyha Ukrainy. Roslynnyi svit (Red Data Book of Ukraine. Plant Kingdom), Kyiv: Globalconsulting, 2009.
Dong W, Liu J, Yu J, Wang L, Zhou S. Highly variable chloroplast markers for evaluating plant phylogeny at low taxonomic levels and for DNA barcoding. PloS one. 2012; 7(4): e35071. doi: 10.1371/journal.pone.0035071
Ekoflora Ukrayiny 2010. Kiev. 6: 6–43. [Екофлора Ук-раїни. (2010). Київ. 6: 6–43]
Guindon S, Gascuel O. A simple, fast, and accurate algo-rithm to estimate large phylogenies by Maximum Likeli-hood. Systematic Biology. 2003; 52(5): 696-704. doi: 10.1080/10635150390235520.
Katoh K, Rozewicki J, Yamada KD. MAFFT online ser-vice: multiple sequence alignment, interactive sequence choice and visualization. Brief. Bioinf. 2017; 20(4): 1160-6. doi: 10.1093/bib/bbx108
Kool A, de Boer HJ, Krüger Å, Rydberg A, Abbad A, Björk L, Martin G. Molecular identification of commer-cialized medicinal plants in Southern Morocco. PloS one. 2012; 7(6): e39459. doi: 10.1371/journal.pone.0039459
Koutroumpa K, Theodoridis S, Warren BH et al. An ex-panded molecular phylogeny of Plumbaginaceae, with emphasis on Limonium (sea lavenders): Taxonomic im-plications and biogeographic considerations. Ecol. Evol. 2018; 8(24): 12397-12424. doi: 10.1002/ece3.4553
Kruger Å. DNA-Barcoding identification of medicinal roots from Morocco. Degree project in biology, Master of science, Uppsala University. 2008; 28 p.
Kubitzki K, Rohwer JG, Bittrich V. (Eds.). Flowering Plants Dicotyledons: Magnoliid, Hamamelid and Caryo-phyllid Families (Vol. 2). Springer Science & Business Media. 2013; 652 p.
Letunic I, Bork P. Interactive Tree Of Life (iTOL) v5: an online tool for phylogenetic tree display and annotation. Nucl. Acid. Res. 2021; 49(W1):W293–6. doi:10.1093/nar/gkab301.
Li X, Yang Y, Henry RJ, Rossetto M, Wang Y, Chen S. Plant DNA barcoding: from gene to genome. Biol. Rev. 2015; 90(1): 157-166. doi: 0.1111/brv.12104
Lledó MD, Crespo MB, Fay MF, Chase MW. Molecular phylogenetics of Limonium and related genera (Plumbag-inaceae): biogeographical and systematic implications. Am. J. Botany. 2005; 92(7): 1189-1198. doi: 10.3732/ajb.92.7.1189
Moysiyenko II. A review of the family Limoniaceae Lincz. in Ukraine. Chornomors’k. bot. z. 2008; 4(2): 161-174.
Ovsiyenko VМ, Moysiyenko ІІ, Kostikov ІY. Molecular annotation for secondary structure ITS2 genus Goni-olimon and his place in the Plumbagitiaceae family. Pro-ceedings of the International conference «Advances in Botany and Ecology», Poltava, 15-20 September 2015; P. 56.
Ovsiyenko VM. The taxonomic history of family Plum-baginaceae Juss. of the Ukrainian flora. Chornomors’k. bot. z. 2017; 13(2): 175–183. doi: 10.14255/2308- 9628/17.132/4.
Panchuk II, Volkov RA. Practical course in molecular genetics. Chernivtsi: Ruta. 2007; 120 p.
Porebski S, Bailey LG, Baum BR. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant Mol. Biol. Rep. 1997; 15(1): 8–15. doi:10.1007/bf02772108
POWO "Plants of the World Online. Facilitated by the Royal Botanic Gardens, Kew. 2022, Published on the Internet; http://www.plantsoftheworldonline.org / Re-trieved 10 December 2022."
Štorchová H, Olson MS. The architecture of the chloro-plast psbA-trnH non-coding region in angiosperms. Plant Syst. Evol. 2007; 268(1): 235-256.
Tynkevich YO, Biliay DV, Volkov RA. Utility of the trnH–psbA region for DNA barcoding of Aconitum anthora L. and related taxa. Faktori eksperimental’noi evolucii organizmiv. 2022a; 31: 134–141. doi:10.7124/feeo.v31.1500
Tynkevich YO, Boychuk SV, Chorney II. Оцінка можли-вості використання ділянки хлоропластного геному psbA-trnH для вивчення генетичного поліморфізму українських популяцій Muscari botryoides (L.) Mill. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems). 2022b; 14(2):124–128. doi: 10.31861/biosystems2022.02.124
Tynkevich YO, Derevenko TO, Chorney II. 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 ge-nome. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems). 2022c; 14(1):135–140. doi: 10.31861/biosystems2022.01.039
Tynkevich YO, Moysiyenko II, Volkov RA. The use of the intergenic spacer region psbA-trnH of the chloroplast genome for the analysis of the taxonomic position and genetic polymorphism of the Ukrainian populations of Tulipa quercetorum Klokov et Zoz. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2022d; 20 (1-2): 8–15. doi: 10.7124/visnyk.utgis.20.1-2.1508
Volkova PA, Herden T, Friesen N. Genetic variation in Goniolimon speciosum (Plumbaginaceae) reveals a com-plex history of steppe vegetation. Bot. J. Linn. Soc. 2017; 184(1): 113-121. doi: 10.1093/botlinnean/box011
WFO World Flora Online. 2022. Available from: http://www.worldfloraonline.org/ (accessed 11 December 2022)
