Исследования по молекулярной филогенетике растений: От внутривидового полиморфизма до макросистематики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, доктор биологических наук в форме науч. докл. Троицкий, Алексей Викторович

• Троицкий, Алексей Викторович
• доктор биологических наук в форме науч. докл.
• 1999

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Троицкий, Алексей Викторович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Определены и включены в международную базу данных GenBank нуклеотидные последовательности 26 низкомолекулярных рРНК из разных видов семенных растений, последовательности 5'-концевого участка 18S рРНК в 260 нуклеотидов из 14 видов высших растений, последовательности ITS 2-4 спейсерных участков хлоропластной рДНК из 88 видов растений, последовательности участка ITS 1-2 ядерной рДНК из 82 видов зонтичных и 3 видов аралиевых.

2. Впервые показана универсальность присутствия хлоропластной 4,5 S рРНК у наземных растений. Обнаружение гена 4,5S рРНК у хары является дополнительным свидетельством происхождения наземных растений от харовых водорослей.

3. Впервые в результате исследования участка рибосомного оперона хлоропластной ДНК предложена филогенетическая гипотеза, описывающая основные этапы эволюции наземных растений.

4. .Показана неравномерность темпов эволюции исследуемого участка в разных филетических линиях.

5. Сделан вывод о монофилетичности голосеменных и возникновении антофитной линии эволюции, приведшей к современным покрытосеменным задолго до мелового периода, на границе девона и карбона 360 млн. лет назад.

6. Результаты анализа спейсерных участков хлоропластной рДНК показывают, что наиболее рано отошедшей от общего ствола группой цветковых растений являются нимфейные. За ними следует гетерогенная группа палеотрав с Austrobaileyales и iniciales, затем остальные магнолиевые и наконец монофилетическая клада высших двудольных.

7. Древнейшими наземными растениями были печеночники. Антоцерото-вые появились на более поздних стадиях эволюции, и они близки к листостебельным мхам. Мхи являются сестринской группой по отношению к семенным растениям. Печеночники монофилетичны.

8. Папоротниковидные, включая псилотовых и хвощовых, являются монофилетической группой; плауновидные представляют независим)«) линию эволюционного развития.

9. Предложена новая модификация системы наземных растений, учитывающая данные по нуклеотидным последовательностям спейсеров хлоропластной рДНК.

10. В результате анализа внутренних транскрибируемых спейсеров ITS 1-2 сделан вывод о парафилии зонтичных, немонофилетичности большинства триб Apioideae и необходимости радикального пересмотра систематики Apiales и семейства Apiaceae на основе полученных молекулярных данных.

11. Исследования с использованием RAPD-метода впервые позволили определить уровень генетической изменчивости у агамных видов Alchemilla и сопоставить его с уровнем внутривидовой вариабельности у гороха. Показано удовлетворительное соответствие классификации микровидов системе, основанной на анализе морфологических признаков, и. сделаны конкретные предложения по ее модификации.

12. Молекулярные данные не подтверждают предположения об общности генофонда у совместно произрастающих микровидов и о возможности их рассмотрения только как морфологических вариантов в составе агамно-полового комплекса.

13. Впервые с использованием RAPD-метода выявлен и исследован внутривидовой геномный полиморфизм гороха. Установлены диапазоны различий между сортами, линиями и мутантами гороха. Выявлены сор-тоспецифичные RAPD-маркеры.

14. Обнаружена значительная изменчивость геномов у сомаклональных вариантов гороха, сопоставимая по уровню с межлинейной вариабельностью.

Благодарности

На разных этапах работы в ней принимали участие дипломники, аспиранты и стажеры отдела эволюционной биохимии НИИ ФХБ им.А.Н.Белозерского МГУ -Ю.Ф.Мелеховец, Г.М.Рахимова, В.Н.Горемыкин, З.Г.Кокаева, С.Сепп. Всем им, а также другим соавторам опубликованных работ я выражаю глубокую признательность. Особо я благодарен постоянным сотрудникам отдела - В.К.Бобровой и К.М.Вальехо-Роман, с которыми мы начинали эти исследования, а также примкнувшему к нам позднее Т.Х.Самигуллину.

- Большую часть материала для исследований предосгавили и определили: М.М.Серебряный (ГБС АН РФ) и J.Doyle (Калифорнийский ун-т, Дэвис) - семенные растения, М.Г.Пименов (Ботанический сад МГУ) - зонтичные, В.Р.Филин (Биологический ф-т МГУ) и I.Capesius (Ботанический ин-т Гейдельбергского ун-та) - моховидные, S.Sepp (Ин-т. ботаники Тартусского ун-та) и К.П.Глазунова (Биологический ф-т МГУ) - манжетки, С.АХостимский (Биологический ф-т МГУ) - горох. Всем этим лицам я глубоко признателен не только за предоставленный материал, но и за ценные консультации по систематике конкретных групп растений.

Я благодарен А.Б Полтараусу (Ин-т молекулярной биологии АН РФ) за участие в определении нуклеотидксй последовательности некоторых образцов с помощью автоматического секвенатора.

Осуществлению работы во многом способствовали W.Martin (Ин-т генетики Брауншвейгского Технического университета) и S.Downie (Иллинойский университет в Урбана - Шампань).

Неоценим вклад А.С.Антонова, инициировавшего работы по молекулярной макрофилогении растений, под общим руководством которого в отделе эволюционной биохимии НИИ ФХБ им.А.Н.Белозерского МГУ развиваются исследования по геноси-стематике растений.

Работа была поддержана грантами РФФИ, РФФИ-DAAD, NSF и ГНТП "Биологическое разнообразие".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время в молекулярной биологии выработан целый ряд экспериментальных подходов, позволяющих устанавливать степень генетического сходства организмов и таксонов самого разного разного ранга -от отдельных индивидуумов одного вида до царств. Тем самым появилась возможность установления филогенетических связей по объективным критериям и создания естественных систем, основанных на степени генетического родства.

Молекулярная филогенетика иногда подвергается критике на том основании, что она обычно оперирует, во-первых, с не проявляемыми в фенотипе нейтральными для отбора признаками, а во-вторых, лишь с отдельными генами, представляющими лишь незначительную часть генома и поэтому не способными служить индикаторами степени родства.

В ответ на первое замечание лучше всего привести цитату из работы известного ботаника Б.М.Козо-Полянского (1925): «Чем более важен данный орган для установления родства, тем меньше значения он имеет, обыкновенно, для данного организма».

Второе замечание отчасти справедливо: чем более протяженные участки генома мы анализируем, тем надежнее филогенетические выводы, которые делаются на этом основании. При этом становится возможным не только сравнение нуклеотидных последовательностей по количеству нук-леотидных замен, но и сопоставление конкретных особенностей организации различных геномов, приобретаемых в результате крупномасштабных перестроек. Именно такая задача стоит перед новым зарождающимся направлением - геномикой.

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук в форме науч. докл. Троицкий, Алексей Викторович, 1999 год

1. Троицкий А.В., Боброва В.К. (1980) Молекулярная организация и эволюция генома пластид.// В кн. "Молекулярные основы геносистемати-ки", ред. Антонов А.С., Изд.-во МГУ, Москва, с. 153-184. Генетика, 18, №6, 896-905.

2. Боброва В.К., Троицкий А.В. (1982) Гомологии в хлоропластных ДНК высших растений. II. Дивергенция нуклеотидных последовательностей хлоропластных ДНК покрытосеменных растений.// Биол. науки, №6, 22-27.

3. Troitsky А.V., Bobrova V.K., Ponomarev A.G., Aníonov A.S. (1984) The nucleotide sequence of chloroplast 4.5S rRNA from Mnium rugicum (Bryophyta): mosses also possess this type of RNA.// FEBS lett., 176, 105-109.

4. Боброва B.K., Троицкий А.В., Мелеховец Ю.Ф. (1985) Нуклеотидные последовательности хлоропластных 4.5S pPHK Mnium rugicum и Marchantía polymorpha: различия в скорости эволюции 4.5S рРНК у мохообразных и покрытосеменных растений.// ДАН СССР, 281, 193-195.

5. Troitsky А. V., Bobrova V.K. (1986) 23S-derived small ribosomal RNAs. Their structure and evolution with references to plant phytogeny.// In: "DNA Systematics" vol. II, ed. Dutta, S.K., CRC Press Inc., Boca Raton, FL, pp. 137170.

6. Антонов А.С., Троицкий А.В. (1986) Результаты изучения эволюции рРНК растений заставляют усомниться в универсальности гипотезы "молекулярных часов."//Журн. эволюц. биохимии и физиологии, 22, №4, 343-350.

7. Головачева Р.С., Вальехо-Роман К.М., Троицкий А.В. (1987) Sulfurococcus mirabilis gen. nov. sp. nov., новая термофильная окисляющая серу архебактерия.// Микробиология, 56, №1, 100-107.

8. Melekhovets Yu.F., Troitsky A.V., Valiejo-Roman K.M., Bobrova V.K., Antonov A.S. (1988) Nucleotide sequences of cytosolic 5S ribosomal RNAs from two gymnosperms, Gnetum gnemon and Ephedra kokanica.// Nucl. Acids Res. 16,4155.

9. Troitsky A.V., Bobrova V.K., Melekhovets Yu.F., Valiejo-Roman, K.M. (1989) The nucleotide sequence of 5.8S rRNA from the moss Mnium rugicum Laur.// Nucl. Acids Res., 17, 459.

10. Рахимова Г.М., Троицкий А.В., Кликунова И.Н., Антонов А.С. (1989) Филогенетический анализ частичных нуклеотидных последовательностей 18S рРНК из 14 видов растений.// Молек. биология, 23, №3, 830-842.

11. Melekhovets Yu.F., Troitsky, A.V. (1989) The nucleotide sequence of 5.8S rRNA from fern Marsilia quadrifolia L.// Nucl. Acids Res. 17, 6399.

12. Мелеховец Ю.Ф., Троицкий Д.В. (1990) Сравнительный анализ первичной и вторичной структур 5.8S рРНК высших растений.// ДАН БССР, 34, №4, 372-375.

13. Melekhovets Yu.F., Troitsky A.V. (1990) Comparative analysis of 5.8S rRNA from Ephedra kokanica Regl. (Gymnospermae) and other plant species.// Biochim. Biophys. Acta, 1048, 294-296.

14. Melekhovets Yu.F., Troitsky A.V. (1990) Primary and secondary structures of chloroplast 4.5S rRNAs from two ferns, Marsilia quadrifolia and Osmunda regalis.//Nucl. Acids Res. 18, 5560.

15. Мелеховец Ю.Ф., Троицкий A.B. (1990) Эволюция цитоплазматиче-ской и хлоропластной 5S рРНК голосеменных растений.// ДАН БССР, 34, №9, 849-852.

16. Troitsky А. V.,Melekhovets Yu.F., Rakhimova G.M., Bobrova V.K., Valiejo-Roman K.M., Antonov A.S. (1991) Angiosperms origin and early stages of seed plant evolution deduced from rRNA sequence comparisons.// J. Mol. Evol., 32,253-261.

17. Мелеховец Ю.Ф., Троицкий A.B. (1991) Модель вторичной структуры хлоропластной 4,5S рРНК.// ДАН БССР, 35, №9, 854-858.

18. Melekhovets Y.F., Troitsky A.V. (1993) Sequence and methylation of 5.8S rRNA in fern, Osmunda regalis.// Nucl.Acids Res., 21, 2941.

19. Каравайко Г.И., Голышина O.B., Троицкий A.B., Вальехо-Роман К.М., Головачева Р.С., Пивоварова Т.С. (1994) Suifurococcus yellowstonii sp.nov. новый вид железо- и серуокисляющей термоацидофильной архе-бактерии.// Микробиология, 63, 668-682.

20. Антонов А.С., Троицкий А.В. (1995) О происхождении цветковых растений в свете данных об эволюции первичных структур их нуклеиновых кислот.// Молек. биология, 29, 1228-1241.

21. Боброва В.К., Горемыкин В.В., Троицкий А.В., Вальехо-Роман К.М., Антонов А.С. (1995) Молекулярно-биологические исследования происхождения покрытосеменных растений.// Журн. общей биологии, 56, 645 -660.

22. Кокаева З.Г., Боброва В.К., Вальехо-Роман K.M., Гостимский С.А., Троицкий A.B. (1997) RAPD-анализ сомаклональной и межсортовой изменчивости гороха.// ДАН РФ, 355, 134-136.

23. Кокаева З.Г., Боброва В.К., Петрова Т.В., Гостимский С.А., Троицкий A.B. (1998) Генетический полиморфизм сортов, линий и мутантов гороха по данным RAPD-анализа.//Генетика, 34, 771-777.

24. Баева B.M., Боброва B.K., Троицкий A.B., Антонов A.C. (1998) RAPD-анализ ДНК рода манжетка.// Фармация, № 2, 38-41.

25. Pimenov M.G., Shneyer V.S., Vaiiejo-Roman K.M., Terentieva E.I., Troitsky A.V. (1999) Komarovia Korovin: a multidisciplinary study of a genus of uncertain taxonomic position.// Komarovia, №1, 11-20.

26. Sepp S., Bobrova V.K., Troitsky A.V., Glazunova K.P. (1999) Genetic polymorphism detected by RAPD-analysis and morphological variability in some microspecies of apomictic Alchemilla L.H Genome, in press.