Полиморфизм геномной ДНК Myrica gale (Myricaceae) на территории государственного природного заказника “Лебяжий” (южное побережье Финского залива)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Анализ полиморфизма геномной ДНК – один из широко используемых подходов при изучении генетической структуры природных популяций. Его успешно применяют к различным видам растений. Но многие виды пока практически не исследованы, что в первую очередь связано с методическими сложностями при выделении хорошо очищенной геномной ДНК. Эти сложности связаны с тем, что для растений характерны многочисленные органические соединения (полисахариды, полифенолы, липиды и т.п.), загрязняющие ДНК и значительно снижающие ее качество. К числу таких видов относится восковник болотный (Myrica gale L.) – многолетний приатлантический кустарник, размножающийся главным образом вегетативно (проростки восковника встречаются в природе очень редко). Мы разработали простой протокол выделения высококачественной геномной ДНК из листьев восковника и провели AFLP-анализ 42 растений этого вида из трех субпопуляций на территории природного заказника “Лебяжий”. Использовав три пары праймеров, вычленили 22 фрагмента амплификации, 8 из которых оказались мономорфными. По остальным 14 фрагментам средний уровень их полиморфизма был невысок: в зависимости от исследованной субпопуляции он варьировал от 0.079 до 0.129. Как показал проведенный нами анализ, все три исследованные субпопуляции восковника оказались полиморфными с преобладанием двух общих AFLP-генотипов. По-видимому, соответствующие растения являются вегетативными потомками основателей данной популяции. Обнаруженные редкие AFLP-генотипы (представлены всего одним или двумя растениями; в общей сложности таких генотипов выявлено 12), вероятно, возникли в результате мутационных и рекомбинационных процессов. Полученные данные свидетельствуют о том, что в воспроизведении и расселении восковника роль полового размножения тоже существенна.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. А. Семичева

ООО “Вега” ГК “Алкор Био”; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: tikhodeyev@mail.ru
Россия, 192148, Санкт-Петербург, Железнодорожный пр., 40а; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9/11

У. А. Галактионова

ООО “Вега” ГК “Алкор Био”; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: tikhodeyev@mail.ru
Россия, 192148, Санкт-Петербург, Железнодорожный пр., 40а; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9/11

В. Н. Большаков

ООО “Вега” ГК “Алкор Био”

Email: tikhodeyev@mail.ru
Россия, 192148, Санкт-Петербург, Железнодорожный пр., 40а

А. Э. Романович

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: tikhodeyev@mail.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9/11

М. Ю. Тиходеева

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: tikhodeyev@mail.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9/11

О. Н. Тиходеев

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: o.tihodeev@spbu.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9/11

Список литературы

  1. Aggarwal G., Edhigalla P., Walia P. 2022. A comprehensive review of high-quality plant DNA isolation. – The Pharma Innovation Journal. SP-11(6): 171–176. https://doi.org/10.3390/plants11030242
  2. [Beklemishev] Беклемишев В.Н. 2015. Пространственная и функциональная структура популяций. – Русский орнитологический журнал. 24 (1093): 87–100.
  3. Blackwell A., Stuart A.E., Estambale B.B. 2003. The repellent and antifeedant activity of Myrica gale oil against Aedes aegypti mosquitoes and its enhancement by the addition of salicyluric acid. – J. R. Coll. Physicians Edinb. 33: 209–214.
  4. Blears M.J., De Grandis S.A., Lee H., Trevors J.T. 1998. Amplified fragment length polymorphism (AFLP): a review of the procedure and its applications. – J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 21: 99–114. https://doi.org/10.1038/sj.jim.2900537
  5. Blignaut M., Ellis A.G., Le Roux J.J. 2013. Towards a transferable and cost-effective plant AFLP protocol. – PloS One. 8 (4): e61704. https://doi.org/10.1371%2Fjournal.pone.0061704
  6. Bond G. 1951. The fixation of nitrogen associated with the root nodules of Myrica gale L., with special reference to its pH relation and ecological significance. – Ann. Bot. 15 (4): 447–459. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a083291
  7. Crocker L.J., Schwintzer C.R. 1993. Factors affecting formation of cluster roots in Myrica gale seedlings in water culture. – Plant Soil. 152: 287–298. https://doi.org/10.1007/BF00029099
  8. Dairawan M., Shetty P.J. 2020. The evolution of DNA extraction methods. – Am. J. Biomed. Sci. Res. 8: 39–45. http://dx.doi.org/10.34297/AJBSR.2020.08.001234
  9. de Vere N., Rich T.C., Ford C.R., Trinder S.A., Long C., Moore C.W., Satterthwaite D., Davies H., Allainguillaume J., Ronca S., Tatarinova T., Garbett H., Walker K., Wilkinson M.J. 2012. DNA barcoding the native flowering plants and conifers of Wales. – PloS One. 7 (6): e37945. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0037945
  10. [Galaktionova et al.] Галактионова У.А., Большаков В.Н., Тиходеева М.Ю., Тиходеев О.Н. 2023. Специфические проблемы при выделении геномной ДНК из растений: пути решения. – Бот. журн. 108 (6): 603–614.
  11. Gil-Vega K., Díaz C., Nava-Cedillo A., Simpson J. 2006. AFLP analysis of Agave tequilana varieties. – Plant Sci. 170 (4): 904–909. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2005.12.014
  12. [Glotov et al.] Глотов Н.В., Животовский Л.А., Хованов Н.В., Хромов-Борисов Н.Н. 1982. Биометрия. Л. 264 с.
  13. Huguet V., Batzli J.M., Zimpfer J.F., Normand P., Dawson J.O., Fernandez M.P. 2001. Diversity and specificity of Frankia strains in nodules of sympatric Myrica gale, Alnus incana, and Shepherdia canadensis determined by rrs gene polymorphism. – Appl. Environ. Microbiol. 67 (5): 2116–2122. https://doi.org/10.1128%2FAEM.67.5.2116-2122.2001
  14. Huguet V., Mergeay M., Cervantes E., Fernandez M.P. 2004. Diversity of Frankia strains associated to Myrica gale in Western Europe: impact of host plant (Myrica vs. Alnus) and of edaphic factors. – Environ. Microbiol. 6 (10): 1032–1041. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2004.00625.x
  15. [Ivanter, Kuznetsov] Ивантер Э.В., Кузнецов О.Л. (ред.) 2007. Красная книга Республики Карелия. Петрозаводск. 364 с.
  16. [Komarov] Комаров В.Л. (ред.) 1936. Восковник болотный. – В кн.: Флора СССР. Т. 5. М.; Л. С. 243–244.
  17. Kotchoni S.O., Gachomo E.W. 2009. A rapid and hazardous reagent free protocol for genomic DNA extraction suitable for genetic studies in plants. – Mol. Biol. Rep. 36: 1633–1636. https://doi.org/10.1007/s11033-008-9362-9
  18. Kuzmina M.L., Braukman T.W.A., Fazecas A.J., Graham S.W., Dewaard S.L., Rodrigues A., Bennett B.A., Dickinson T.A., Saarela J.M., Catling P.M., Newmaster S.G., Percy D.M., Fenneman E., Lauron-Moreau A., Ford B., Gillespie L., Subramanyam R., Whitton J., JenningsМL., Metsger D., Warne C.P., Brown A., Sears E., Dewaard J.R., Zakharov E.V., Hebert P.D.N. 2017. Using herbarium-derived DNAs to assemble a largescale DNA barcode library for the vascular plants of Canada. – Appl. Plant Sci. 5 (12): 1700079. https://doi.org/10.3732/apps.1700079
  19. Leipold M., Tausch S., Hirtreiter M., Poschlod P., Reisch C. 2020. Sampling for conservation genetics: how many loci and individuals are needed to determine the genetic diversity of plant populations using AFLP? – Conserv. Genet. Res. 12: 99–108. https://doi.org/10.1007/s12686-018-1069-1
  20. MacDonald A.D. 1989. The morphology and relationships of the Myricaceae. – In: Evolution, Systematics and Fossil History of the Hamamelidae. Vol. 2: Higher Hamamelidae. Oxford, UK. P. 147–165.
  21. Malterud K.E. 1992. C-methylated dihydrochalcones from Myrica gale fruit exudate. – Acta Pharm. Nord. 4: 65–68. https://doi.org/10.1111/j.1600-0773.1996.tb00190.x
  22. Mueller U.G., Wolfenbarger L.L. 1999. AFLP genotyping and fingerprinting. – Trends Ecol. Evol. 14 (10): 389–394. https://doi.org/10.1016/s0169-5347(99)01659-6
  23. Nguyen T.T., Taylor P.W.J., Redden R.J., Ford R. 2004. Genetic diversity estimates in Cicer using AFLP analysis. – Plant Breed. 123 (2): 173–179. https://doi.org/10.1046/j.1439-0523.2003.00942.x
  24. Patsias K., Bruelheide H. 2011. Is the degree of clonality of forest herbs dependent on gap age? Using fingerprinting approaches to assess optimum successional stages for montane forest herbs. – Ecol. Evol. 1 (3): 290–305. https://doi.org/10.1002/ece3.23
  25. Poore M.E.D. 1956. The ecology of Woodwalton Fen. – J. Ecol. 44: 455–492.
  26. Popovici J., Bertrand C., Bagnarol E., Fernandez M.P., Comte G. 2008. Chemical composition of essential oil and headspace-solid microextracts from fruits of Myrica gale L. and antifungal activity. – Nat. Prod. Res. 22 (12): 1024–1032. https://doi.org/10.1080/14786410802055568
  27. Popovici J., Comte G., Bagnarol E., Alloisio N., Fournier P., Bellvert F., Bertrand C., Fernandez M.P. 2010. Differential effects of rare specific flavonoids on compatible and incompatible strains in the Myrica gale-Frankia actinorhizal symbiosis. – Appl. Environ. Microbiol. 76: 2451–2460. https://doi.org/10.1128/aem.02667-09
  28. Popovici J., Walker V., Bertrand C., Bellvert F., Fernandez M.P., Comte G. 2011. Strain specificity in the Myricaceae–Frankia symbiosis is correlated to plant root phenolics. – Funct. Plant Biol. 38 (9): 682–689. https://doi.org/10.1071/fp11144
  29. Rogers S., Bendich A. 1985. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. – Plant Mol. Biol. 5 (2): 69–76. https://doi.org/10.1007/BF00020088
  30. Rogers S., Bendich A. 1989. Extraction of DNA from plant tissues. – In: Plant Molecular Biology Manual. Springer. P. 73–83. https://doi.org/10.1007/978-94-009-0951-9_6
  31. Roldan-Ruiz I., Dendauw J., Van Bockstaele E., Depicker A., De Loos M. 2000. AFLP markers reveal high polymorphic rates in ryegrasses (Lolium spp.). – Mol. Breed. 6: 125–134. https://doi.org/10.1023/A%3A1009680614564
  32. Rosa G.P., Silva B.J., Seca A.M., Moujir L.M., Barreto M.C. 2020. Phytochemicals with added value from Morella and Myrica species. – Molecules. 25 (24): 6052. https://doi.org/10.3390%2Fmolecules25246052
  33. [Ryabushkina et al.] Рябушкина Н.А., Омашева М.Е., Галиакпаров Н.Н. 2012. Специфика выделения ДНК из растительных объектов. – Биотехнология. Теория и практика. 2: 9–26.
  34. Saunders J.A., Pedroni M.J., Penrose L.D., Fist A.J. 2001. AFLP analysis of opium poppy. – Crop Sci. 41 (5): 1596–1601. https://doi.org/10.2135/cropsci2001.4151596x
  35. Schwintzer C.R., Lancelle S.A. 1983. Effect of water table depth on shoot growth, root growth and nodulation of Myrica gale seedlings. – J. Ecol. 71: 489–501. https://doi.org/10.2307/2259730
  36. Schwintzer C.R., Ostrofsky A. 1989. Factors affecting germination of Myrica gale seeds. – Can. J. For. Res. 19: 1105–1109. http://dx.doi.org/10.1139/x89-167
  37. Silva B.J., Seca A.M., Barreto M.D.C., Pinto D.C. 2015. Recent breakthroughs in the antioxidant and anti-inflammatory effects of Morella and Myrica species. – Int. J. Mol. Sci. 16 (8): 17160–17180. https://doi.org/10.3390%2Fijms160817160
  38. Skene K.R., Sprent J.I., Raven J.A., Herdman L. 2000. Myrica gale L. – J. Ecol. 88 (6): 1079–1094. https://doi.org/10.1046/j.1365-2745.2000.00522.x
  39. Svoboda K.P., Inglis A., Hampson J., Galambosi B., Asakawa Y. 1998. Biomass production, essential oil yield and composition of Myrica gale L. harvested from wild populations in Scotland and Finland. – Flavour Frag. J. 13: 367–372. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1026(199811/12)13:6%3C367::AID-FFJ724%3E3.0.CO;2-M
  40. Sylvestre M., Legault J., Dufour D., Pichette A. 2005. Chemical composition and anticancer activity of leaf essential oil of Myrica gale L. – Phytomedicine. 12: 299–304. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2003.12.004
  41. [The Red Book…] Красная книга Российской Федерации (растения и грибы). 2008. М. 885 с.
  42. [Volkova et al.] Волкова Е.А., Смагин В.А., Храмцов В.Н. 2021. Сообщества с Myrica gale L. на болотах побережья Финского залива (Санкт-Петербург и Ленинградская область). – Растительность России. 41: 58–74.
  43. Vos P., Hogers R., Bleeker M., Reijans M., Lee T.V.D., Hornes M., ... Zabeau M. 1995. AFLP: a new technique for DNA fingerprinting. – Nucleic Acids Res. 23 (21): 4407–4414. https://doi.org/10.1093%2Fnar%2F23.21.4407

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Заросли восковника в субпопуляции А.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Заросли восковника в субпопуляции Б.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Заросли восковника в субпопуляции В.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пример хроматограммы с выбранными для анализа амплифицированными фрагментами геномной ДНК Myrica gale. Использована пара праймеров F-EcoRI-AAT и Tru9I-CTT. Число над пиком означает размер выбранного фрагмента (п.н.). Фрагменты, соответствующие другим высоким пикам на этой хроматограмме, не были выбраны для анализа, поскольку не всегда воспроизводились в независимых технических повторностях. Оранжевым цветом показаны маркеры длин фрагментов.

Скачать (489KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024