![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Цель работы - проведение сравнительного структурного и филогенетического анализа пластомов представителей трибы Loteae для изучения эволюции различных линий в пределах трибы.
Despite the relative conservativeness of the plastid genome in flowering plants, its numerous rearrangements, including inversions, expansion, compression and loss of the typical inverted repeat (IR), loss of genes and introns and accumulation of repeats, have been noted in the subfamily Papilionoideae of Leguminosae. The largest number of rearrangements of the plastome was noted in the IRLC clade, which includes the majority of economically important legumes. The tribe Loteae, which unites 16 genera and about 280 plant species of legumes, includes shrubs, shrublets, semi-shrubs, perennial and annual grasses common in Eurasia, Africa, Australia, Oceania, North and South America. The tribe is not included in the IRLC clade, but is located close to it in the phylogenetic tree of legumes. The molecular phylogeny of the tribe Loteae is characterized by partial incongruence of tree topologies constructed by nuclear and plastid markers, which may be the result of reticulation processes and different rates of sequence evolution. The slower evolution of plastid sequences compared to nuclear ones has led to a lack of proper resolution in the relationship between several taxa within Loteae by plastid markers, which can be overcome by analyzing complete sequences of plastids. To date, only three complete plastid genomes of representatives of the tribe belonging to the genus Lotus (L. japonicus and L. corniculatus, close species of the same section) and Coronilla (C. varia=Securigera varia) have been published. There is no data on other genera. However, the analysis of the closest related groups, namely the genera Robinia and Sesbania, showed the presence of rearrangements in their plastid genome, which suggests that a comparative structural and phylogenetic analysis of the plastomes of representatives of the tribe Loteae may be promising for studying the evolution of various lineages within the tribe. The main objectives of the project include: 1. Complete reading and annotation of 10-15 plastid genomes of representatives of large genera of the tribe Loteae (Acmispon, Anthyllis, Coronilla, Hippocrepis, Hosackia and Lotus). For the largest genus of the tribe, Lotus, obtaining plastid genomes for representatives of several sections. 2. Conducting a comparative analysis of the plastomes between the studied genera of the tribe and sections of the genus Lotus and comparing them with data from other sources of information (phylogenetic position of taxa in the phylogeny by nuclear markers, morphological features, geography). 3. Conducting phylogenetic analyses based on a set of several plastid markers for critical groups of species. The material for the study will be live plants grown from seeds in the greenhouse of Moscow State University or collected in natural habitats. Herbarium material is planned to be used as an additional one. To carry out sequencing by NGS methods, it is planned to use a special technique for isolating DNA samples enriched with plastid sequences. The prepared libraries will be sequenced on the Illumina platform (or on another available platform). The data obtained will expand our understanding of the phylogeny of the tribe Loteae and clarify the complex moments of its evolution. Structural analysis of plastid genomes will become the basis for their further functional analysis. The results of the project can be also applied to the analysis of plastid genomes of related plant groups.
2023 год: 1) Будут получены последовательности полных пластидных геномов 6-8 представителей трибы Loteae. 2) Будет собран и получен от коллег новый материал по 5-10 видам трибы. 3) Будет проведен филогенетический анализ по конкатенированному набору нескольких пластидных маркеров группы Lotus angustissimus. 4) Будет опубликована одна статья по теме проекта.
1. ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БОБОВЫХ. Филогенетический анализ родов Lotus и Anthyllis по ITS и ETS ядерной ДНК и пластидным маркерам показал неконгруэнтность пластидных и ядерных деревьев и подтвердил монофилию родов Lotus (вкл. Tetragonolobus и Dorycnium) и Anthyllis (вкл. Hymenocarpos) (Degtjareva et al., 2006, 2008, 2012; Kramina et al., 2016). NrITS и хлоропластные маркеры показали, что монотипный род Podolotus – ближайший родственник рода Coronilla (Degtjareva et al., 2010). Показана таксономическая значимость инделей в участке trnF-trnL хпДНК в секции Lotus (Kramina et al., 2018). Подтвержден немонофилетический характер секции Bonjeanea рода Lotus. Оценен предполагаемый возраст дивергенции видов секции (4,16-6,1 млн. лет) и рода Lotus (ок. 15,87 млн. лет назад) (Kramina et al., 2021). Пластидные данные показали низкое разрешение между секциями Dorycnium и Bonjeanea (Kramina et al., 2022). 2. ОПЫТ ИЗУЧЕНИЯ ПЛАСТОМОВ. Получены 11 полных пластомов трибы Tordylieae зонтичных и сопоставлены с пластомами родственных таксонов. Пластомы варьируют в пределах 141,148-150,103 п.о. и включают 122-127 генов, из которых 79-82 кодируют белки, 35-37 кодируют тРНК, 8 - рРНК. Выявлены значительные различия в длине инвертированных повторов (IRs) и составе генов, сопровождающиеся экспансией IR на границе LSC (Large Single-Copy region) / IRa (Samigullin et al., 2021). Присутствие псевдогена psbA в IR около границы LSC может представлять кладо-специфичную синапоморфию в трибе Tordylieae (Samigullin et al., 2022). Получены полные пластомы для других групп растений: пиона Paeonia lactiflora, с потерей генов rpl32 и infA (Samigullin et al., 2018a); бобового Carmichaelia australis, с потерей гена rps16, интрона rps12 и первого интрона clpP (Samigullin et al., 2018b); голопаразитических (Lathraea squamaria) и микогетеротрофных (Petrosavia stellaris) растений со значительной редукцией пластома в связи с особенностями их питания (Samigullin et al., 2016; Logacheva et al., 2014).
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Сравнительный структурный и филогенетический анализ пластидных геномов в контексте общей эволюции трибы Loteae (Leguminosae) |
Результаты этапа: В 2023 г. мы получили и освоили достаточно репрезентативный материал, охватывающий разные эволюционные ветви трибы Loteae (как части, ранее относящейся к трибе Coronilleae, так и части, относящейся к трибе Loteae s.str.) и ее наиболее крупного рода Lotus. В теплице МГУ были посажены и выращивались 14 новых представителей трибы Loteae из родов Lotus, Acmispon, Dorycnium. Продолжено выращивание в теплице ранее посаженных многолетников из трибы Loteae: Lotus tenuis, Lotus pedunculatus, Lotus hirsutus, Lotus herbaceus, Lotus cytisoides, Anthyllis barba-jovis. В Крыму собран материал по двум видам Hippocrepis для молекулярных исследований. Проведены: выделение тотальной ДНК 15 образцов, ее фрагментация, подготовка библиотек для Illumina, секвенирование библиотек на платформе Illumina (11 образцов), сборка пластидных геномов 10 представителей трибы Loteae с применением программ SPAdes, IDBA и CLC. Также проведена сборка пластомов 3 видов Loteae из данных SRA-архивов Генбанка. К настоящему моменту у нас имеются 20 пластидных геномов, относящиеся к 20 видам из 6 родов трибы Loteae и два пластидных генома внешних групп (Sesbania cannabina и Robinia pseudoacacia). Из этих 22 пластидных геномов нами собраны 16 (Acmispon americanus, Acmispon glaber, Acmispon parviflorus, Anthyllis vulneraria, Dorycnium lagunae, Hippocrepis ciliata, Hippocrepis emerus, Lotus conjugatus, Lotus dorycnium ss. herbaceus, Lotus graecus, Lotus hirsutus Lotus ornithopodioides, Lotus palustris, Lotus tetragonolobus, Ornithopus perpusillus, Robinia pseudoacacia), а геномы шести представителей (Sesbania cannabina, Anthyllis barba jovis, Coronilla valentina, Securigera varia, Lotus japonicus, Lotus corniculatus) взяты из Генбанка. Часть геномов требует досеквенирования или ресеквенирования, однако уже на имеющемся материале можно обобщить полученные результаты и сделать предварительные заключения. Пластомы трибы Loteae имеют консервативную структуру, в отличие от пластомов ближайших родственных групп (Robinia и Sesbania), характеризующихся наличием крупных перестроек: 36 kb инверсия в большой однокопийной области у Robinia и 50 kb реверсия в этой же области у Sesbania. Таких крупных перестроек у представителей Loteae не выявлено, хотя и обнаружены мелкие перестройки пластома. Однако, полногеномные пластидные данные показали хороший филогенетический сигнал, позволивший разрешить взаимоотношения между крупными ветвями, характеризующими роды трибы, что не позволял анализ по одному (хоть и очень информативному) пластидному участку psbA-trnH. В байесовском филогенетическом анализе по psbA-trnH ветви (Anthyllis+Antopetitia), (Scorpiurus+Hippocrepis+Podolotus+Coronilla) и (остальные роды трибы) не имели высокой поддержки и образовывали политомию. В аналогичном анализе по полным пластидным геномам все крупные ветви имеют максимальную поддержку и четко виден порядок дивергенции, при котором первой группой, отходящей от ствола трибы, является клада Hippocrepis, за которой отходят последовательно клада Coronilla, затем клада Anthyllis, а уже потом клада остальных родов трибы. В 2023 г. мы также провели филогенетический анализ рода Lotus с расширенной представленностью всех известных видов группы Lotus angustissimus. Группа Lotus angustissimus является одним из примеров очевидных противоречий между молекулярными и морфологическими данными. Она включает от шести до восьми преимущественно однолетних видов, относящихся к секции Lotus рода Lotus. Центром видового разнообразия этой группы является Средиземноморье. Филогенетический анализ проводился отдельно с использованием ядерного маркера nrITS и набора пластидных ДНК-маркеров (trnL-F, rps16, psbA-trnH). Результаты филогенетического анализа сопоставлены с данными традиционной таксономии группы. Наши результаты продемонстрировали немонофилетическую природу группы Lotus angustissimus. Кроме того, топологии nrITS и пластидного дерева были неконгруэнтны друг другу как в байесовском, так и в ML-анализе. Важными результатами, полученными в этом исследовании, являются: (1) Генетическая и географическая дифференциация в широтном направлении (между Lotus praetermissus и L. angustissimus) и в долготном направлении среди близкородственных образцов, идентифицированных как L. castellanus, L. lourdes-santiagoi и L. palustris; (2) тесные генетические связи между анатолийским эндемичным видом Lotus macrotrichus и видом L. praetermissus из Восточной Европы и Центральной Азии; (3) гибридная природа Lotus subbiflorus и его предполагаемый родительский вид по мужской линии L. parviflorus. Эти результаты обсуждены в контексте морфологии, биогеографии и таксономии. По результатам, полученным по группе Lotus angustissimus, подготовлена и сдана в печать статья в журнал Plants (MDPI: Tatiana E. Kramina, Tamerlan R. Hadziev and Tahir H. Samigullin. The Lotus angustissumus group (Leguminosae): can phylogenetic patterns be accommodated by a taxonomic concept? | ||
2 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Сравнительный структурный и филогенетический анализ пластидных геномов в контексте общей эволюции трибы Loteae (Leguminosae) |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".