Филогения рода Schistidium (grimmiaceae, bryophyta) по молекулярным и морфологическим данным

Горюнов, Денис Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Филогения рода Schistidium (grimmiaceae, bryophyta) по молекулярным и морфологическим данным
ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Филогения рода Schistidium (grimmiaceae, bryophyta) по молекулярным и морфологическим данным"

На правах рукописи

ГОРЮНОВ ДЕНИС ВАЛЕРЬЕВИЧ

ФИЛОГЕНИЯ РОДА вСШвТГОШМ (СШММ1АСЕАЕ, В1*УОРНУТА) ПО МОЛЕКУЛЯРНЫМ И МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ

03.02.01 - ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2011

2 4 ОЕВ 20(1

4854649

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор М.С. Игнатов

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Н.А. Константинова

кандидат биологических наук Т.Х. Самигуллин

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук

Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН

Защита диссертации состоится 3 марта 2011 в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д. 002.028.01 в Учреждении Российской академии наук Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН, в конференц- зале лабораторного корпуса.

Адрес: 127276, г. Москва, ул. Ботаническая, д. 4, ГБС РАН Факс: 8 (499) 977-91-72

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ГБС РАН по адресу: 127276, г. Москва, ул. Ботаническая, д. 4

Автореферат разослан 3 февраля 2011 г. Ученый секретарь

ннгг.-птяттиштптп гпиптп

Ю.К. Виноградова

Актуальность темы. Мхи представляют особую ветвь эволюции высших растений. Большинство из них характеризуется мелкими размерами и бедностью морфологическими признаками. Поэтому для построения их системы и поиска дополнительных диагностических признаков важно привлечение новых методов анализа. Совместное использование молекулярного и морфологического подходов в значительной степени повышает надежность филогенетических реконструкций. Поэтому сопоставление результатов молекулярно-филогенетического анализа с морфологическими данными является крайне актуальным.

Род Schistidium (Bryophyta, Grimmiaceae), для которого отмечается высокая пластичность морфологических признаков, сложен в таксономическом отношении, и число видов в нем трактуется различно. Так, в пределах Северной Европы он недавно был предметом ревизии Х.Х. Блома, который значительно увеличил число видов, признав многие из ранее описанных разновидностей в ранге вида, а также, описав свыше десятка новых видов, так что только в Северной Европе род насчитывает 42 вида [Blom, 1996, 1998]. Другую крайность представляет мировая ревизия Б. Бремер [Bremer, 1980], по результатам которой род включает 13 видов, из которых в Европе встречается 6. Применение молекулярных методов помогает разрешить это противоречие и усовершенствовать систематику рода Schistidium.

Кроме того, в связи со слабой изученностью мохообразных молекулярными методами, исследование нуклеотидных последовательностей рода Schistidium вносит значительный вклад в познание генетического разнообразия мхов и их эволюционных преобразований.

Цель исследования: провести реконструкцию филогении рода Schistidium на основании молекулярных и морфологических данных.

Задачи исследования:

1. На основе изучения вариабельности нуклеотидных последовательностей выявить молекулярные маркеры, пригодные для реконструкции филогении рода Schistidium.

2. Определить нуклеотидные последовательности наиболее информативных маркеров ядерного и хлоропластного геномов максимально возможного числа видов рода.

3. Провести филогенетический анализ рода на основании полученных ДНК последовательностей.

4. Провести анализ вторичной структуры участков ITS1 и 1TS2 пре-рРНК транскриптов в программе MFold с целью получения дополнительной информации для реконструкции филогении рода.

5. Сопоставить данные молекулярного анализа с морфологическими данными.

Научная новизна. Определены нуклеотидные последовательности внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS) яДНК у 144 образцов,

относящихся к 57 видам, а также фрагментов хпДНК: írnT-D у 93 образцов 32 видов, rps4 у 14 образцов 14 видов и írnL-F у 19 образцов 15 видов. Изучен уровень полиморфизма этих участков. На основании полученных нуклеотидных последовательностей проведен филогенетический анализ, результаты которого: (1) подтверждают правильность узкого понимания видов в роде Schistidium, предложенного X. Бломом; (2) уточняют систему рода и выявляют основные эволюционные линии в пределах рода; (3) указывают на необходимость описания шести новых видов, а также пересмотра таксономического ранга некоторых описанных ранее разновидностей. Уточнена таксономическая значимость отдельных морфологических признаков.

На основании результатов моделирования вторичной структуры пре-рРНК транскриптов и их сопоставления с данными филогенетического анализа, установлены основные пути преобразований внутреннего транскрибируемого спейсера ITS1 рода Schistidium.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 7 конференциях: Международной научной конференции "Вычислительная филогенетика и геносистематика" (Москва, 2007), Научной конференции "Молекулярные методы в ботанике" (Москва, 2008), Международной научной конференции "Systematics 2008" (Goettingen, Germany, 2008), Международной научной конференции "Botanica Cryptogamica" (Tomar, Portugal, 2009), Всероссийском совещании "Кариология и молекулярная систематика" (Санкт-Петербург, 2009), Международной научной конференции "Molecular Phylogenetics (MolPhy-2)" (Москва, 2010), Международной бриологической конференции, посвященной 110-летию со дня рождения Зои Николаевны Смирновой и Клавдии Ивановны Ладыженской (Санкт-Петербург, 2010).

Практическая значимость работы. Результаты работы явятся основой для подготовки таксономической обработки рода Schistidium для «Флоры мхов России», а также для региональных флор, что, в свою очередь, важно для выявления редких и исчезающих видов и организации их охраны. В результате филогенетического анализа выявлены новые для науки виды. Международная база данных GenBank пополнена 230 впервые определенными нуклеотидными последовательностями, что впоследствии может послужить основой для штрихкодирования сложных для определения таксонов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ и приравненных к ним, а также 4 статьи в материалах и тезисах научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложения. Объем работы 121 страницах машинописного текста, в том числе 8 таблиц, 21 рисунков. В списке литературы 152 наименований, в том числе 137 иностранных авторов.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Род Schistidium относится к отделу мхи, или листостебельные мхи (Bryophyta), классу Bryopsida, порядку Grimmiales, семейству Grimmiaceae. Семейство Grimmiaceae является монофилегической группой [Tsubota et al., 2003; Hedderson et al., 2004; Hernandez-Maqueda et al., 2007, 2008a].

В начале XIX века виды Schistidium рассматривали в пределах рода Grimmia. Позднее в качестве самостоятельного рода он был описан Ф. Брухом и У. Шимпером [Bruch et al., 1836-1855]. В сводке Brotherus, 1924 приводится 82 вида, однако согласно единственной последующей мировой ревизии род включает лишь 13 видов (Bremer, 1980, a,b), в то время как в региональных флорах виды понимаются более узко: в Европе 42 (Hill et al, 2006), в США и Канаде 30 (Mcintosh, 2007), в Антарктиде 14 (Ochyra et al., 2009). Таким образом, общее число видов в мире на сегодня остается невыясненным.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Таксономическая выборка

Исследовано 144 образца, относящихся к 57 видам, трем подвидам и одной разновидности рода Schistidium (Grimmiaceae, Musci), из них 132 образца из Европы и Азии, 10 из Северной Америки, 1 из Антарктиды, 1 из Восточной Африки. Материал одного вида отбирали, по возможности, из максимально отдаленных друг от друга популяций.

Выделение ДНК, секвенирование и изучение нукеотидных последовательностей

Препараты ДНК получали с использованием стандартной методики (Doyle, Doyle, 1987) или набора Nucleospin Plant Extraction Kit (Machery-Nagel). Получали фрагменты ITS1-5.8S-ITS2 ядерной ДНК и ímT-D, trnL-P и rps4 хлоропластной ДНК. Секвенирование проводилось в Центре коллективного пользования "Геном" (ИМБ РАН). Последовательности ДНК выравнивались в программе BioEdit 5.0 (Hall, 1999) и анализировались в программе MEGA 4.0 (Kumar et al., 2008). Моделирование вторичной структуры проводили с использованием программы MFOLD, версия 3.2. (Zuker M., 2003), филогенетический анализ с использованием метода максимальной экономии в программе NONA (Goloboff, 1994) в оболочке Winclada (Nixon, 1999).

Составление бинарной матрицы морфологических признаков

Матрица морфологических признаков составлена на основе анализа образцов, изученных в настоящей работе, а также литературных данных (Blom, 1996, 1998), в которых приведены морфологические признаки, характерные для каждого вида.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЛЬНОСТЕЙ ВИДОВ РОДА SCHISTIDIUM

Характеристика исследуемых в работе участков генома Изучены нуклеотидные последовательности трех локусов хлоро-пластного и одного локуса ядерного генома. Длина выравнивания trriL-F составляет 440 п.н. (в том числе 30 вариабельных, из них 7 парсимонически информативных позиций); rps 4 - 670 п.н. (23/6); trnT-D- 752 п.н. (117/57); ITS - 1353 (523/359).

Филогенетический анализ методом максимальной экономии На основании изучения нескольких различных локусов ядерного и хлоропластного геномов и анализа уровня их информативности для целей молекулярной филогенетики был сделан выбор в пользу последовательностей внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS) яДНК и участка trnT-D хлоропластного генома. Информативность же остальных исследованных локусов оказалась слишком низкой. Анализ ITS

Укоренение филогенетического дерева, построенного на основе последовательностей ITS, было связано со значительными трудностями. До настоящего времени практически не было достоверных данных относительно хода диверсификации в пределах исследуемого таксона, поэтому ни один из изученных видов a priori не мог быть использован в нашем анализе в качестве внешней группы. В то же время нуклеотидные последовательности ITS рода Grimmia, предкового по отношению к исследуемой группе, также не могли быть включены в выравнивание по причине накопления чрезмерного числа мутаций после дивергенции с Schistidium.

Для выхода из сложившейся ситуации был использован фрагмент trriX-D хпДНК. Поскольку этот локус в изучемом роде характеризуется значительно меньшей изменчивостью, его последовательность у вида Grimmiapulvinata была выровнена с таковыми у видов Schistidium. Это позволило выявить базальное положение в роде Schistidium для S. sordidum. Поэтому данный вид был использован для укоренения деревьев, построенных по выравниванию полноразмерного участка ITS (Рис. 1).

Филогенетическое дерево образовано базальной градой, включающей S. helveticum, S. grandireie, S. platyphyllum, S. pulchrum и другие виды, a также четырьмя крупными кладами: Apocarpum, Confertum, Frigidum и Atrofuscum. Все они, за исключением клады последней, имеют низкую статистическую поддержку. Необходимо отметить, что поддержки клад из образцов одного вида в большинстве случаев составляют 90-100%, однако в ряде случаев величины поддержки существенно ниже, например, для видов S. umbrosum, S. abrupticostatum, S. scandicum и других. Образцы 5. papillosum не группируются вместе, хотя и найдены в пределах одной из субклад кладе

sordidum Yakutia 183

-sordidum Ana bar 182

-cf sinensiapocarpum Buryatia 112

99 |-helveticum Mongolia 217

'-helveticum Mongolia 218

— crenatum Taimyr 220

63r

100r

- grandirete Putorana 87

- grandirete Severnaya Zemlya 136

- platyphyllum Anabar 116

- platyphyllum Yakutia 97

100

-pulchrum Anabar 90

-pulchrum Buryatlal 132

-pulchrum Buryatia2 125

-pulchrum Perm 34 180

-pulchrum Taimyr 215

liliputanum Bureya 186

-frisvolianum Anabar 150

-frisvollianum Taimyr 172

-occidentale USA California 224

-occidentale USA Nevada 225

-sinensiapocarpum Austria 68

j-sinensiapocarpum Altai 98

'-sinensiapocarpum Caucasus 77

Рис. 1 Филогенетическое дерево рода Schistidium, построенное методом максимальной экономии по последовательностям ITS. Цифрами указаны величины поддержки бутстрепа (продолжение на стр. 11-12).

cf platyphyllum Anabar 154

-sibiricum Murmansk 119

I-sibiricum Buryatia 79

'-sibiricum Chita 69

99r

98,

99,

elegantulum Caucasus 32 elegantulum Norway 33

-crassipilum Caucasus 40

-crassipilum Poland 21

-v/ride USA Maryland 102

-viride USA Missouri 104

-shevockii California 228

atrofuscum Austria 70 atrofuscum Caucasus 66

62r

Аросагрит. Вместе с тем, выделяется несколько групп, состоящие из немногих видов и имеющие высокое значение бутстрепа, например, группа S. marginale+ S. subflaccidum + S. confertum+ S. echinatum.

Анализ trnT-D

Хотя вариабельность этого участка хпДНК выше, чем других, изученных нами хлоропластных маркеров, по сравнению с ядерной ITS она невелика, так что разрешение строгого консенсусного дерева оказывается в целом ниже, нежели таковое по ITS (Рис. 2). Дерево укоренено на Grimmia pulvinata, представителя группы, предковой по отношению к Schistidium.

Рис. 1 (продолжение)

-frigidum Anabar 100

-frigidum Anabar 105

-frigidum Anabar 109

-frigidum Taimyr 146

100,— — tenerum Canada 142

'-tenerum Chukotka 99

squamosum USA California 223

einclidoteum USA California 229 squarrosum USA California 222 rivulare Altai 198

1001 1-rivulare Kuril Islands 197

| 62 i-rivulare Caucasus 195

'-rivulare Vologda 178

1001-tenuinerve Anabar 185

l-tenuinerve Sakhalin 233

i-bakalinii Kurlly 234

I -obscurum Caucasus 110

1001-squarr

Г^-чи* (-«

51 |-r

s§

£ -o с a

s 'iZ

100

199 -obscurum Anabar 107

64 -obscurum Austria 236

obscurum Buryatia 235 obscurum Spitsbergen 140 robustum Sweden 143 scabrum USA Nevada 227

-agassizil Murmansk 158

agassizil Taimyr 160 confusum Finland 209 dupretli Austria 167 dupretii Perm 111 flexipile Karelia 239 submuticum Bashkortostan 4128 submuticum Perm 1123 submuticum St-Petersburg 04 submuticum subsp arcticum Anabar 187 submuticum subsp arcticum Anabar 81 submuticum subsp arcticum Yakutia 78 spiendens USA California 205 splendens USA California 230 subjulaceum Altai 216 subjulaceum Buryatia 118 succulentum Anabar 106 succulentum Teberda 176 succulentum Teberda 189

99 i-fiaccidum Kabardino-Balkaria 177

flaccidum Teberda 171

I-scandicum Bashkortostan 30 133

■^-H-scandicum Sweden 135

'-scandicum Sweden 179

1QQ-- amblyophyllum Antarctica 199

'-perichaetiale Tanzania 204

appalachianum USA California 201 cryptocarpum Kamchatka 173 umbrosum Murmansk 115 umbrosum Norway 36 117 confertum Austria 169

subflaccidum Austria 83

subflaccidum Caucasus 74 echinatum Sweden 168

echinatum Bashkortostan 300 echinatum California 210

|-marginale Austria 1 86

i-marginale Austria2 84

'-marginale Caucasus 67

я 3 nt t:

a &

§ c

к о о

maritimum Kuril Islands 162 maritimum Murmansk 165 maritimum subsp piliferum Norway 170

-abrupticostatum Canada 153

-abrupticostatum Murmansk 190

i-abrupticostatum Anabar 188

'-abrupticostatum Sevemaya Zemlya 194

-cf trichodon var nutans Sweden 221

boreale Altai 18 boreale Anabar 1 76 boreale Anabar P2 75 boreale Bashkortostan 127 boreale Sweden 80

-trichodon var nutans Austria 71

-trichodon var nutans Caucasus 114

holmenlanum Vrangel Island 137 lancifolium Caucasus 2 lancifolium Iran 207 lancifolium Iran 213 lancifolium Khabarovsk 214 lancifolium Khabarovsk 5 lancifolium Sakhalin 203 £

lancifolium Sakhalin 206 g

-canadense Karelia 130

-canadense USA Maine 103

-canadense USA Maine 139

-canadense USA Maine 131

-canadense USA Maine 193

lancifolium Caucasus 1 lancifolium Finland 200 andreaeopsis Anabar 85 andreaeopsis Canada 138 cf papillosum Sweden 113 papillosum Caucasus 13 124 papillosum Irkutsk 16 strictum Norway 44 108

-holmenianum Canada 144

-papillosum Taimyr 15

pruinosum Caucasus Adygeya 147 papillosum Kamchatka 12 papillosum Kara Sea 46

E з

и о

о. <

Рис. 1 (окончание)

pruinosum Kabardino-Balkaria 149

-apocarpum Caucasus 24129

-apocarpum St-Petersburg 01 121

-apocarpum United Kingdom 03 126

-apocarpum Vologda 01A122

Gfimmia pulvinata 58

sordidum Yakutia 183 sordidum Yakutia 183a agassizll Murmansk 158 stblricum Murmansk 119 platyphyllum Anabar 154 crenatum Taimyr 220 dupretii Perm 111 cf. helvaticum Altai 219 liliputanum Khabarovsk 186 obseurum Nevada 227 occidental California 224 occidental Nevada 225 platyphyllum Yakutia 97 sinensiapocarpum Altai 98 sinensiapocarpum Buriytia 112 tenerum Chukotka 99 subjulaceum Altai 216 subjulaceum Buriatia 118 helvaticum Mongolia 217 helveticum Mongolia 218 submuticum Bashkortostan 128 submuticum Perm 123 elegantulum Krasnodar 32 elegantulum Krasnodar 32a elegantulum Norway 33 robustutn Sweden 148

splendens California 230 splendens California 231 abrupticostatum Sevemaya Zemlya 1 abrupticostatum Murmansk 190 abrupticostatum Sevemaya Zemlya 1 abrupticoatatum Anabar 188 frisvoliianum Taimyr 172 pulchrum Buryatla 132 pulchrum Irkutsk 131 pulchrum Taimyr 215

cinclidoteum California 229 squamosum California 212 squarrosum California 222 с squarrosum California 223 £ crassipilum Caucasus 40 viride USA Maryland 102

-atrofuscum Austria 70

-atrofuscum Caucasus 66

-shavockii Nevada 228

з ■g

UL ■ +

E з

■c 6) 4—

о о

- amblyophyllum Antarctica 199 -confertum Austria 169 -succulentum Caucasus 176 -succulentum Caucasus 189

j-appalachlanum California 201

'-scandicum Bashkortostan 133

-cryptocarpum Kamchatka 173

.-umbrosm Murmansk 115

I-marginale Austria 86

1-marginale Caucasus 67

I-frigidum Anabar 100

'-frigidum Anabar 105

I-flaccidum Kabardino-Balkaria 177

'-flaccidum Nevada 226

-obseurum Anabar107

-tenuinerve Anabar 185

"-obseurum Spitsbergen 140

I-subflaccidum Austria 89

'-subflaccidum Teberda 74

- andreaeopsis Canada 138

- boreale Bashkortostan 127

- cf papillosum Sweden 113

- trichodon var. nutans Sweden 221 -maritimum subsp. piliferum Norway 170

- papillosum Caucasus 124 -strict™ Norway 108

- trichodon var nutans Caucasus 114 -apocarpum St Petersburg 121

--apocarpum Caucasus 129

-pruinosum Kabardino-Balkaria 149

-lancifolium Finland 200 -lancifolium Iran 213 -canadense Karelia 130

- lancifolium Khabarovsk 214

- canadense USA Maine 103 -canadense USA Maine 191 -lancifolium Iran 207

- lancifolium Sakhalin 203 -lancifolium Sakhalin 206 -rivulare Kuril Islands 197

Рис. 2. Филогенетическое дерево рода Schistidium и 1 вида Grimmia, построенное методом максимальной экономии по последовательностям trnT-D.

Два образца S. sordidum занимают в дереве базальное положение, будучи сестринскими ко всем остальным изученным видам. Дерево имеет базальную граду, образованную S. agassizii, S. crenatum, S. dupretii и др. Кроме нее выделяются три клады, в целом соответствующие кладам Аросагрит, Confertum+Frigidum и Atrofuscum, выявленных при анализе ITS.

Ott.

Iii

ti #

\J!

flL

ЙЧдэ

O il

. ?

' í

o f

V 4

G. unic, ITS1

1 )

/"i

S.bor. ITS1

S.bor,

ТИП1

S.lanc. тип 2

S.papil. S.marg. тип 3 тип 4

Рис. 3. Вторичная структура полных транскриптов ITS 1 для S. boreale (S.bor.ITS 1) и Grimmia unicolor (EU343796) (G.unic.ITSl). Варианты вторичной структуры шпильки 1 ITS1 для S. boreale (тип 1), S. lancifolium (тип 2), S. papillosum (тип 3), S. marginale (тип 4). Контуром обведены гомологичные участки в четырех разных типах шпильки Hl. S. atr. - вторичная структура апикальной части шпильки HI ITS i S. atrofuscum; контуром обведены инвертированные повторы.

Сопоставление результатов независимых филогенетических реконструкций по последовательностям ITSяДНК и участка trriï-D хпДНК

Филогенетические деревья, построенные на основе последовательностей ITS яДНК и trnl-D хпДНК, имеют в известной степени сходную топологию, хотя разрешение дерева по trriY-Q значительно ниже, чем таковое по ITS. Видовой состав базальной грады на обоих деревьях оказывается в значительной степени сходным: S. sinensiapocarpum, S. helveticum, S. crenatum, S. platyphyllum, S. liliputanum и др. Клада Atrofuscum хорошо поддержана в дереве по ITS и представлена в дереве на основе последовательностей trriT-D, хотя в последнем случае S. elegantulum оказывается в пределах базальной грады. Видовой состав терминальной клады Аросагрит на обоих деревьях оказывается практически идентичным. В нее входят S. maritimum, S. boreale, S. lancifolium, S. papillosum, S. andreaeopsis и др. Виды, образующие клады Confertum и Frigidum в дереве на основе последовательностей ITS, в анализе на основе triiT-D отчасти группируются вместе в одной кладе (Рис. 1 и 2), а отчасти находятся в составе базальной грады.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ ITS1 И ITS2 ПРЕ-рРНК ТРАНСКРИПТОВ

Во вторичной структуре ITS1 всех изученных видов имеются две основные шпильки - протяженная шпилька 1 (обозначенная на рис. 3 как HI) и короткая шпилька 2 (обозначенная на рис. 3 как Н2). Различия в размерах ITS1 разных видов в основном определяются протяженными делениями в области шпильки 1. На рис. 3 показаны четыре основных варианта вторичной структуры апикальной части шпильки 1 (обозначенные на рис. 3 как типы 1, 2, 3, 4), отличающиеся размерами делеций.

Важным вопросом является направление эволюции шпильки 1 ITS1 в роде Schisitium. Разнообразие вторичных структур позволяло предложить две гипотезы: согласно одной из них, двуветвистая структура, тип 1, могла образоваться в ходе дупликации инвертированного повтора из структуры типа 2, свойственной, например, S. lancifolium. Другая гипотеза предполагает, что предковая форма уже имела двуветвистую шпильку типа 1. Результаты реконструкции филогении (Рис. 1 и 2) свидетельствуют в пользу второй гипотезы. В базальной граде филогенетических деревьев находятся виды, имеющие тип 1 шпильки HI. О предковом характере шпильки типа 1 свидетельствует факт ее наличия у изученных видов Grimmia (G. unie на рис. 3).

В ходе сопоставления данных филогенетического анализа и результатов моделирования вторичной структуры было выявлено, что большинство клад на дереве но ITS, оказывается маркировано определенными типами шпильки 1 в составе ITS 1. Например, кладу Atrofuscum

маркируют первый и второй типы шпильки 1, a Confertum - первый и четвертый тины, и т.д. Таким образом, процесс редукции шпильки 1 оказывается различен в различных эволюционных линиях рода.

Кроме того, четвертый, наиболее редуцированный тип является, по крайней мере в некоторых случаях, производным напрямую от первого типа, но не от второго. Примером такой возможности может служить сравнение 5. scandicum и 5. succulentum. У этих видов было обнаружено практически полное сходство в гомологичных областях и различия по одной протяженной делеции. Во вторичной структуре это проявляется в том, что у S. succulentum полностью исчезает двуветвистая апикальная часть шпильки.

ГЛАВА 5. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОЛЕКУЛЯРНО-ФИЛО-ГЕНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА С МОРФОЛОГИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ

Для изучения особенностей морфологии рода Schisitium нами была составлена бинарная матрица морфологических признаков, в которую были занесены наиболее часто используемые в систематике признаки рода. Представленный таким образом массив морфологических данных оказывается легко сравним с результатами молекулярно-филогенетического анализа. Матрица включала 31 морфологический признак, 20 из которых относятся к гаметофиту и 11 к спорофиту.

На основании проведенных исследований стало ясно, что клады на филогенетическом дереве, построенном по нуклеотидным последовательностям внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS), имеют определенное морфологическое обоснование, хотя приуроченность морфологических признаков к видам той или иной клады не абсолютна. Это продемонстрировано на Рис. 4, где выбранные нами 7 морфологических признаков (3 из которых относятся к гаметофиту и 4 к спорофиту), очерчивают отдельные клады на филогенетическом дереве.

Признаки 1 (наличие красной пигментации гаметофита), 2 (закрученность зубцов перистома), 3 (отношение длины зубцов перистома к их ширине) выделяют кладу 'Apocarpum'.

Признаки 4 (плоский в верхней части край листа), 5 (двуслойность листовой пластинки), 6 (удлиненность клеток экзотеция) характерны для клады 'Atrofuscum', хотя в той или иной степени они встречаются и у отдельных представителей прочих клад.

Следует отметить, что не все эти признаки считались ранее таксономически значимыми и, соответственно, не использовались для разграничения видов и их групп. Например, такой признак, как спиральная закрученность зубцов перистома вокруг своей оси раньше не привлекал внимания систематиков. Однако, по нашим данным, он оказался достаточно важным признаком, хотя его биологический смысл остается не выясненным.

sordidum

helveticum

crenatum

platyphyllum

grandirete

pulchrum

liliputanum

frisvollianum

occidentale

cf. platypyllum

sinensiapocarpum

sibiricum

re d re a

K re X J)

re r> re to

n~m FFFFffl V///X

¡Till II 11 1 1 1 '

I I

crassipilum elegantulum viride

atrofuscum shevockii

re o 1 in

re 3 c

X O

frigidum

tenerum

squarrosum

clnclidoteum

rivulare

tenuinerve

bakalinii

obscurum

robustum

scabrum

agassizii

confusum

dupretii

flexipile

submuticum

III " III

q en * ™

rrm

V777A

I-1

d-c

re ®

subjulaceum splendens succulentum flaccidum scandicum amblyophyllum ra perichaetiale appalachianum cryptocarpum umbrosum confertum subtlaccidum marginale echinatum maritimum abrupticostatum boreale

trichodon var. nutans

holmenianum Vrangel Is

papillosum

pruinosum

andraeopsis

strictum

holmenianum Canada

lancifolium

apocarpum

EZZ2

I CLE.

V777}l

Напротив, признак 7 (крупные размеры спор) имеется у единичных представителей разных эволюционных линий, хотя ему придавался очень высокий таксономический вес во всех классификациях рода с начала XIX века и до настоящего времени.

Подобно признаку 7, важность целого ряда морфологических признаков не подтвердилась. В частности, в пределах рода неоднократно возникали папиллозность листовой пластинки, редукция центрального проводящего пучка в стебле, а также редукция зубцов перистома.

Попытки выявить морфологические признаки, маркирующие клады Frigidum и Confertum, не увенчались успехом. Хотя в целом клада Confertum может быть охарактеризована преимущественно мелкими размерами растений, широко низбегающим на пластинку гиалиновым волоском и более сильно перфорированным перистомом, данный комплекс признаков для нее не уникален.

Базальную граду образуют S. pulchrum, S. sinensiapocarpum, S. sibiricum, S. grandirete, S. platypyllum, S. liliputanum и S. sordidum. Трудно найти какие-либо объединяющие их морфологические признаки, но почти все они (кроме S. sinensiapocarpum) являются видами, распространенными преимущественно в холодных континентальных районах и наиболее представлены на территориях, характеризующихся наличием вечной мерзлоты.

ГЛАВА 6. СИСТЕМАТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ РОДА SCHJSTIDIUM

Концепция вида в роде Schistidium

Важным вопросом данного исследования было выяснение числа видов в пределах рода Schistidium, иными словами, определение применимости к систематике рода одной из двух существующих диаметрально противоположных точек зрения: широкой концепции вида Б. Бремер (13 видов в мире, 6 в Скандинавии) или узкого понимания вида X. Блома (42 вида в Скандинавии).

На основании проведенной работы можно с уверенностью утверждать, что узкая видовая концепция в случае Schistidium наиболее адекватно отражает филогению исследуемой группы и разделяет род на видовые группировки, характеризуемые хиатусом как по морфологическим, так и по молекулярным данным.

Рис. 4 (стр. 14). Схематизированное изображение филогенетического дерева рода Schistidium, построенное методом максимальной экономии по последовательностям ITS с распределением на нем отдельных морфологических признаков (наличие признака показано прямоугольником со штриховкой). Признаки: 1 - наличие красной пигментации гаметофита, 2 - закрученкость зубцов перистома, 3 - длина зубцов более 3:1; 4 - не отогнутотьш в верхней части край листа, 5 - двуслойность листовой пластинки, 6 - клеток экзотеция >2:1, 7 - споры всегда >17 цт.

Рис. 5. Филогенетическое дерево рода Schistidium, построенное методом максимальной экономии по последовательностям ITS (уменьшено с Рис. 1) с распределением на нем отдельных видов групп, выделенных по морфологическим признакам X. Бломом. Группы: 1 - Rivulare; 2 - Аросагрит, 3 - Atrofuscum, 4 -Тепегит, 5 -Robusum, 6 - Confertum. Можно видеть относительное соответствие с кладами только для групп Atrofuscum и Аросагрит.На левом дереве звездочкой показаны виды, синонимизированные Б. Бремер с S. аросагрит.

При расчете р-дистанции - наиболее простой меры сходства для нуклеотидных последовательностей было обнаружено, что ее значение внутри 'узких' видов Блома значительно меньше, чем между ними и близкородственными видами. Например, средние отличия образцов S. lancifolium, взятых из Восточной Азии, Европы и Америки, в среднем составляет 0.004, а отличия его от S. аросагрит - 0.031, от S. squarrosum - 0.083.

Необходимо отметить, что для каждого изученного нами вида Schistidium был выявлен комплекс характеризующих его морфо-экологических особенностей, на основании которого он отличается от других

видов. Ряд изученных нами образцов, морфологическое строение которых не укладывалось в рамки существующих видов, был выявлен в отдельных кладах. Те из них, для которых и молекулярные, и морфологические отличия оказались контрастными по отношению ко всем ранее описанным видам, было предложено выделить в качестве новых видов: Schistidium sibiricum, S. tenuinerve, S. bakalinii, S. obscurum, S. succulentum, S. echinatum, a для S. piatyphyllum subsp. abrupticostatum предложены новая комбинация и статус в ранге самостоятельного вида.

Таким образом, можно сделать вывод, что X. Блом не только не раздробил виды излишне, но и недостаточно разделил некоторые сложные видовые комплексы.

Внутриродовая систематика рода Schistidium

На основании анализа морфологических признаков Хансом Бломом был выделен ряд групп видов.

Основным подразделением рода, принимавшимся всеми бриологами начиная с начала XIX века в том или ином виде, было подразделение его на два комплекса -Аросагрит и Rivulare. Представители первой группы имеют мелкие споры и б. ч. удлиненные цилиндрические коробочки, второй группы - крупные споры и широко чашевидные коробочки. Наши данные показывают, что такое разделение рода оказалось полностью неверным. Признаю! группы Rivulare, по-видимому, являются адаптивными и, вероятно, независимо возникали у гигрофильных видов (S. rivulare, S. piatyphyllum, S. agassizii, S. sordidum, S. maritimum) в пределах разных эволюционных линий. В анализе они оказываются и в базальной граде и в 2 других кладах.

Группа Аросагрит была разделена Бломом на 5 групп. Соглано нашему молекулярно-филогенетическому анализу только две из них (Atrofuscum и Аросагрит) оказались естественными. Прочие группы имеют очень слабое совпадение (Рис. 5). При этом даже в наиболее удачно выделенную группу Atrofuscum Блом включал S. submuticum, который, согласно нашим данным, принадлежит группе Frigidum. Вероятной причиной несовпадения группировок, выделенных по молекулярным и морфологическим данным, является конвергентный характер эволюции большинства морфологических признаков, что, в свою очередь, требует, с одной стороны, пересмотра таксономического веса уже используемых морфологических признаков, с другой - выявления новых, не подверженных гомоплазии.

На основании проведенных исследований наиболее близкой к предковой форме оказалась группа видов, включающая S. sordidum, S. helveticum, S. grandirete, S. pulchrum, S. occidentale и др. Признаком, объединяющим эти виды, является отсутствие протяженной делеции нуклеотидов в структуре ITS 1, но общих морфологических признаков они не сохранили.

* * *

Особенности строения ДНК не позволяют надежно реконструировать филогению рода Schistidium каким-либо одним методом. Вместе с тем, комбинация методов, включающая как молекулярный, так и морфологический анализ, позволяет решить эту задачу. Анализ trnl-D указывает на базальную группу в роде, S. sordidum, равно как и подтверждает выделение, по крайней мере, одной из основных терминальных клад, обнаруживаемых при анализе ITS. Анализ ITS позволяет построить дерево с существенно лучшим разрешением, на котором выявляются гомогенные группы, что позволяет детально исследовать их морфологию и найти признаки или комплексы признаков, их отличающие. Анализ вторичной структуры пре-РНКтранскриптов дополняет обоснование объема выделенных групп видов.

ВЫВОДЫ

1. Результаты анализа нуклеотидных последовательностей ITS подтверждают правильность узкого понимания видов в роде Schistidium, предложенного Хансом Бломом.

2. Участок trnl-D оказался более информативным, чем rpsA и trnL-F, и филогения на его основе в целом не противоречит таковой по ITS, хотя большинство клад в филогенетическом дереве не имеет поддержки. Изменчивость последовательностей ITS яДНК в роде Schistidium значительно превышает таковую в исследованных нами участках хлоропластного генома rps4, trnL-F и trnT-D, в связи с чем ITS может быть рекомендован как макрер для уточнения систематической принадлежности таксонов рода.

3. Данные филогенетического анализа и результаты моделирования вторичной структуры пре-рРНКтранскриптов позволили выявить основные пути преобразований в 1TS1, специфичные для разных эволюционных линий рода.

4. Группа Rivulare, ранее выделявшаяся по наличию крупных спор, широко чашевидной коробочке, б.ч. отсуствию гиалинового волоска и произрастанию в постоянно влажных местах оказалась сборной; она объединяла виды, эволюционировавшие конвергентно: S. abrupticostatum, S. agassizii, S. maritimum, S. platyphyllum, S. rivulare, S. sordidum.

5. Наши данные показывают многочисленные неточности при выделении основных групп видов в роде Schistidurn на основании только морфологических признаков и позволяют разработать новое более естественное деление рода, поддерживаемое молекулярными и морфологическими признаками, включающее деление видов на базальную граду и группы Apocarpum, Atrofuscum, Confertum, Frigidum.

6. Результаты филогенетического анализа позволили выявить шесть новых для науки видов Schistidium, преимущественно с территории азиатской части России, а также поднять до видового статус platyphyllum subsp. abrupticostatum.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ и приравненных к ним

Милютина И.А., Горюнов Д.В., Игнатов М.С., и др. Филогения мхов рода Schistidium (Bryophyta, Grimmiaceae) по нуклеотидным последовательностям и вторичной структуре внутренних транскрибируемых спейсеров ядерной рДНК // Молекулярная биология. 2010. Т. 44, № 6. С. 994-1009.

Goryunov D.V., Ignatova Е.А., Ignatov M.S., Milyutina I.A., Troitsky A.V. Support from DNA data for a narrow species concept in Schistidium (Grimmiaceae, Musci) // Journal of Bryology. 2007. V. 29. P. 98-103.

Ignatova E.A., Blom H.H., Goryunov D.V., Milyutina I.A. On the genus Schistidium (Grimmiaceae, Bryophyta) in Russia II Arctoa. 2010. V. 19. P. 195-233.

Материалы международных и всероссийских конференций

Горюнов Д.В., Милютина И.А., Игнатова Е.А., Игнатов М.С., Троицкий А.В. Анализ внутренних транскрибируемых спейсеров рДНК для установления филогении рода Schistidium (Grimmiaceae, Musci) // В сб.: Кариология и молекулярная систематика. Сб. бго совещания по кариологии, кариосистематике и молекулярной филогениирастений. СПб, БИН РАН, 2009. С. 82-85.

Goryunov D.V., Milyutina I.A., Ignatova Е.А., Ignatov M.S., Troitsky A.V. Nuclear ITS data analysis for evaluation of phylogenetic relations among Schistidium (Grimmiaceae, Musci) // Abstracts of 17th Symposium "Botanica Cryptogamica", 23-26 Sept. 2009, Tomar, Portugal. P. 62.

Milyutina I.A., Ignatov M.S., Ignatova E.A., Goryunov D.V., Troitsky A.V. Molecular phylogeny of Schistidium (Grimmiaceae, Musci) // Molecular phylogenetics, Moscow, May 18-21. Moscow, Torus, 2010. P. 139.

Милютина И.А., Игнатова E.A., Горюнов Д.В., Игнатов М.С., Эрнандес-Македа Р., Троицкий А.В. Анализ ядерных ITS позволяет сделать выбор между узкой и широкой концепциями вида у Schistidium (Grimmiaceae, Musci) // Материалы международной конференции "Вычислительная филогенетика и геносистематика", М., КМК, 2007. С. 169-176.

Подписано в печать:

31.01.2011

Заказ № 4914 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Горюнов, Денис Валерьевич

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. История изучения мохообразных

1.2. Молекулярная филогенетика и ее применение к изучению мохообразных

1.3. Род ЗсЫзЫсИит как объект молекулярно-генетических исследований

1.3.1. Положение ВгуорЬу1а в системе растительного мира

1.3.2. Общая характеристика семейства Оптгшасеае

1.3.3. Морфология и география представителей семейства Оптгшасеае

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1. Таксономическая выборка

2.2. Выделение ДНК

2.3. Амплификация ДНК

2.4. Очистка ПЦР-продукта и секвенирование

2.5. Клонирование ДНК- фрагментов

2.6. Выравнивание ДНК последовательностей

2.7. Моделирование вторичной структуры пре-рРНК

2.8. Филогенетический анализ

2.9. Составление и анализ бинарной матрицы морфологических признаков

Глава 3. Анализ нуклеотидных последовательностей видов рода

ЗсЫзйсИит 45 3.1. Анализ полиморфизма различных локусов у видов рода БсЫзШшт

3.1.1. Анализ полиморфизма различных участков хлоропластного генома у видов рода ЗсЫяйсИит

3.1.2. Анализ полиморфизма ITS последовательностей ядерной ДНК у видов рода Schistidium

3.1.3. Сравнительный анализ вариабельности внутренних транскрибируемых спейсеров ITS ядерной ДНК, участков tm L-F, tm T-D и гена rpsA хлоропластной ДНК у видов рода Schistidium

3.2. Филогенетический анализ

3.2.1. Анализ последовательностей внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS) яДНК

3.2.2. Анализ участка tm T-D хлоропластного генома

3.2.3. Сопоставление результатов независимых филогенетических реконструкций по последовательностям ITS яДНК и участка trriT-D хпДНК |

Глава 4. Анализ вторичной структуры ITS 1 и ITS 2 пре-рРНК транскриптов

4.1. Анализ вторичной структуры ITS

4.2. Анализ вторичной структуры ITS

4.3. Делеционные события в ITS в роде Schistidium

Глава 5. Сравнение результатов молекулярно-филогенетического анализа с морфологическими данными '

5.1. Составление и анализ матрицы морфологических данных

5.2. Особенности соотношения результатов молекулярно-филогенетического и морфологического анализа

Глава 6. Систематика и эволюция рода Schistidium

6.1. Концепция вида в роде Schistidium

6.2. Новые виды рода Schistidium

6.3. Внутриродовая систематика рода Schistidium

Введение Диссертация по биологии, на тему "Филогения рода Schistidium (grimmiaceae, bryophyta) по молекулярным и морфологическим данным"

Род Schistidium (Bryophyta, Grimmiaceae), для которого отмечается высокая пластичность морфологических признаков, сложен в таксономическом отношении, и число видов в нем трактуется различно. Так, в пределах Северной Европы он недавно был предметом ревизии Х.Х. Блома, который значительно увеличил число видов, признав многие из ранее описанных разновидностей в ранге вида, а также, описав свыше десятка новых видов, так что только в Северной Европе род насчитывает 42 вида [Blom, 1996, 1998]. Другую крайность представляет мировая ревизия Б. Бремер [Bremer, 1980а; Bremer, 1980b; Bremer, 1981], по результатам которой род включает 13 видов, из которых в Европе встречается 6. Применение молекулярных методов помогает разрешить это противоречие и усовершенствовать систематику рода Schistidium.

Кроме того, в связи со слабой изученностью мохообразных молекулярными методами исследование нуклеотидных последовательностей рода Schistidium вносит значительный вклад в познание генетического разнообразия мхов и их эволюционных преобразований.

Задачи исследования:

3. Провести филогенетический анализ рода на основании полученных ДНК последовательностей.

4. Провести анализ вторичной структуры участков ITS1 и ITS2 пре-рРНК транскриптов в программе MFold с целью получения дополнительной информации для реконструкции филогении рода.

5. Сопоставить данные молекулярного анализа с морфологическими данными.

Научная новизна. Определены нуклеотидные последовательности внутренних транскрибируемых спенсеров (ITS) яДНК у 144 образцов, относящихся к 57 видам, а также фрагментов хпДНК: trnT-D у 93 образцов 32 видов, rpsA у 14 образцов 14 видов и trnL-F у 19 образцов 15 видов. Изучен уровень полиморфизма этих участков. На основании полученных нуклеотидных последовательностей проведен филогенетический анализ, результаты которого: (1) подтверждают правильность узкого понимания видов в роде Schistidium, предложенного X. Бломом; (2) уточняют систему рода и выявляют основные эволюционные линии в пределах рода; (3) указывают на необходимость описания шести новых видов, а также пересмотра таксономического ранга некоторых описанных ранее разновидностей. Уточнена таксономическая значимость отдельных морфологических признаков.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 7 конференциях: Международной научной конференции "Вычислительная филогенетика и геносистематика" (Москва, 2007), Научной конференции "Молекулярные методы в ботанике" (Москва, 2008), Международной научной конференции "Systematics 2008" (Goettingen, Germany, 2008), Международной научной конференции "Botanica Cryptogamica" (Tomar, Portugal, 2009), Всероссийском совещании "Кариология и молекулярная систематика" (Санкт-Петербург, 2009), Международной научной конференции "Molecular Phylogenetics (MolPhy-2)" (Москва; 2010), Международной бриологической конференции, посвященной 110-летию со дня рождения Зои Николаевны Смирновой и Клавдии Ивановны Ладыженской (Санкт-Петербург, 2010).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложения. Объем работы 121 страница машинописного текста, в том числе 8 таблиц, 21 рисунок. В списке литературы 152 наименования, в том числе 137 иностранных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Горюнов, Денис Валерьевич

ВЫВОДЫ

2. Участок trnT-D оказался более информативным, чем rps4 и frnL-F, и филогения на его основе в целом не противоречит таковой по ITS, хотя большинство клад в филогенетическом дереве не имеет поддержки. Изменчивость последовательностей ITS яДНК в роде Schistidium значительно превышает таковую в исследованных нами участках хлоропластного генома rps4, trriL-F и trnT-D, в связи с чем ITS может быть рекомендован как макрер для уточнения систематической принадлежности таксонов рода.

3. Данные филогенетического анализа и результаты моделирования вторичной структуры пре-рРНК транскриптов позволили выявить основные пути преобразований в ITS1, специфичные для разных эволюционных линий рода.

5. Наши данные показывают многочисленные неточности при выделении основных групп видов в роде Schistidum на основании только морфологических признаков и позволяют разработать новое более естественное деление рода, поддерживаемое молекулярными и морфологическими признаками, включающее деление видов на базальную граду и группы Apocarpum, Atrofuscum, Confertum, Frigidum.

6. 4. Заключение

Предыдущие исследования рода Schistidium позволили с помощью методов классической систематики выявить большинство видов, признаваемых в настоящее время многими систематиками. Вместе с тем, существовала и альтернативная точка зрения о предпочтительности широкого понимания объема видов, отвергнуть которую было весьма сложно. Эта сложность была обусловлена относительной бедностью признаками и их широкой вариабельностью. Однозначное решение проблемы требовало дополнительных независимых данных. В качестве таковых были использованы нуклеотидные последовательности, перспективность которых для решения проблем рода была выявлена в наших предварительных исследованиях (Goryunov et al., 2007). Собранный дополнительный материал позволил подтвердить значимость ITS для филогенетических построений и отчасти прояснить систематику рода.

Вместе с тем, особенности строения ДНК не позволяют надежно реконструировать филогению рода Schistidium только одним этим методом. В то же время комбинация методов, включающая как молекулярный, так и морфологический анализ, позволяет в известной степени решить эту задачу. Анализ trnT-D указывает на базальную группу в роде, S. sordidum, равно как и подтверждает выделение по крайней мере одной из основных терминальных клад, обнаруживаемых при анализе ITS. Анализ ITS позволяет построить дерево с существенно лучшим разрешением. Анализ вторичной структуры пре-РНК транскриптов дополняет обоснование объема отдельных групп видов. Данные результаты молекулярного анализа выявляют гомогенные группы, что позволяет детально исследовать их морфологию и найти признаки или комплексы признаков, их отличающие. В некоторых случаях это позволяет выявить и новые для науки виды, а также пересмотреть таксономический вес ранее использовавшихся признаков и выявить новые признаки, ранее не принимавшиеся во внимание. Несмотря на то, что виды рода ЗсЫяйсИит имеют очень широкое распространение, в целом выявленные клады имеют определенные отличия в географическом распространении. Виды клады А1го/шсит связаны преимущественно с районами Древнего Средиземноморья; виды клады Аросагрит имеют широкое циркумполярное распространение в умеренной зоне северного полушария; виды клады ГпсИсЬап чаще всего аркто-альпийские; виды клады Соп/егШт в основном южные и горные, а виды базальной группы связаны с холодным континентальными районами, часто с вечной мерзлотой.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Горюнов, Денис Валерьевич, Москва

1. Антонов A.C. Геносистематика растений. М.: Изд. Академкнига, 2006. 293 с.

2. Антонов A.C., Белозерский А.Н. Сравнительное изучение нуклеотидного состава дезоксирибонуклеиновых кислот некоторых позвоночных и беспозвоночных животных // Докл. АН СССР, 1961.Т. 138. С. 1216-1220.

3. Боброва В.К., Горемыкин В.В., Троицкий A.B., и др. Молекулярно-биологические исследования происхождения покрытосеменных растений // Журн. общ. биологии, 1995. Т. 56. С. 645-661.

4. Вальехо-Роман K.M. Гибридизация ДНК. В сб. "Молекулярные основы геносистематики". М.: Изд. МГУ, 1980.

5. Игнатов М.С., Игнатова Е.А. Флора мхов средней части Европейской России. Том 1. Sphagnaceae-Hedwigiaceae. M.: Изд. КМК, 2003. 608с.

6. Колчанов H.A., Соловьев В.В. Перестройки ДНК по участкам прямых, инвертированных повторов и комплементарных палиндромов (молекулярные модели и механизмы). Новосибирск: ИЦИГ СО АН СССР, 1984. 83 с.

7. Леек А. Введение в биоинформатику. М.: Изд. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 318 с.

8. Лукашев В.В. Молекулярная эволюция и филогенетический анализ. М.: Изд. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 256 с.

9. Мейен C.B. Основы палеоботаники. М.: Изд. Недра, 1987. 400 с.

10. Петров Н.Б. Денатурация и реассоциация ДНК. В сб. "Молекулярные основы геносистематики", М".: Изд. МГУ, 1980.

11. Ребриков Д.В., Саматов Г.А., Трофимов Д.Ю., и др. ПЦР в реальном времени. М.: Изд. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 223 с.

12. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии. СПб.: Изд. СПбГТУ, 2002. 522 с.

13. Рыжова H.H., Горюнова С.В., Томилов A.A., Кочиева Е.З. Выявление двух типов внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS) рДНК в геноме представителей рода Capsicum II Докл. Акад. наук, 2002. Т. 387. С. 282-285.

14. Сулимова Г.Е. ДНК-маркеры в генетических исследованиях: типы маркеров, их свойства и области применения // Успехи соврем, биологии, 2004. Т. 124, № 3. С.260-271.

15. Троицкий A.B., Игнатов М.С., Боброва В.К, Милютина И.А. Вклад геносистематики в современное представление о филогении и системе моховидных//Биохимия, 2007.Т. 72, № 12. С. 1675 1689.

16. Шнеер B.C. Хлоропластная ДНК как источник информации для систематики и филогении высших растений // Ботанический журнал, 1991.Т. 76. С. 17-32.

17. Allen B. Maine Mosses: Sphagnaceae-Timmiaceae // Memoirs of the New York Botanical Garden, 2005.Y. 93. P. 1-419.

18. Alvarez I., Wendel J.F. Ribosomal ITS sequences and plant phylogenetic inference //Mol. Phylogenet. Evol., 2003.V. 29. P. 417- 434.

19. Antonov A.S. From birth to christening // Biochemistry (Moscow), 2007.V. 72, № 12. P. 1576-1582.

20. Arber W., Dussoix D. Host specificity of DNA produced by Escherichia coli. I. Host controlled modification of bacteriophage lambda II J. Mol. Biol., 1962. V. 5. P. 18-36.

21. Barbosa T.C., Sibov S.T., Telles M.P., Soares T.N. Genetic characterization of natural populations of the medicinal plant Palicourea coriacea (Rubiaceae) with molecular markers II Genet. Mol. Res., 2010. V. 9, № 2. P.695-704.

22. Beckert S., Muhle H., Pruchner D., Knoopi V. The mitochondrial nad2 gene as a novel marker locus for phylogenetic analysis of early land plants: A comparative analysis in mosses. // Mol. Phylogenet. Evol., 200l.V. 18. P. 117-126.

23. Bednarek-Ochyra H. A taxonomic monograph of the moss genus Codriophorus P. Beauv. (Grimmiaceae). W. Szafer Institute of Botany, Polish» Academy of Sciences. Krakow, 2006.

24. Blom H.H. A revision of the Schistidium apocarpum complex in Norway and Sweden. Berlin & Stuttgart: J. Cramer, 1996.

25. Branco C.J., Vieira E.A., Malone G., et al. IRAP and REMAP assessments of genetic similarity in rice // J. Appl. Genet., 2007. V. 48, №t 2. P. 107-113.

26. Bremer B. A taxonomic revision of Schistidium (Grimmiaceae, Bryophyta)1 //Lindbergia, 1980a.V. 6. P. 1-16.

27. Bremer B. A taxonomic revision of Schistidium (Grimmiaceae, Bryophyta)2 // Lindbergia, 1980b. V. 6. P. 89-117.'

28. Bremer B. A taxonomic revision of Schistidium (Grimmiaceae, Bryophyta)3 //Lindbergia, 1981. V. 7. P. 73-90.

29. Brinboim H.C., Doly J. A rapid alkaline extraction method for scrining recombinant plasmid DNA // Nucleic Acids Res., 1979.V. 7. P. 15131522.

30. Brotherus V.F. Musci. In Die natürlichen Pflanzenfamilien (ed. A. Engler). Vol. 10. Leipzig: Verlag von W. Engelmann, 1924. Pi 143-478.

31. Brotherus V.F. Musci. In Die natürlichen Pflanzenfamilien (ed. A. Engler). Vol. 11. Leipzig: Verlag von W. Engelmann, 1925. P: 1-542.

32. Burke J.M., Arnold M.L. Genetics and the fitness of hybrids // Annual Rev. Genet., 200I.V. 35. P. 31-52.

33. Cavalli-Sforza L.L., Edwards A.W. Phylogenetic analysis. Models and estimation procedures // Am. J. Hum. Genet., 1967. V. 19. P. 233-257.

34. Chargaff E. Structure and function of nucleic acids as cell constituents // Feder. Proc, 1951. V. 10. P. 654-659.

35. Chung C.T., Miller R.M. A rapid and convenient method for the preparation and storage of competent bacterial cells // Nucleic Acids Res., 1988. V. 16,3580.

36. Coleman A.W. Pan-eukaryote ITS2 homologies revealed by RNA secondary structure //Nucleic Acids Res., 2007. V. 35. P. 3322-3329.

37. VollJ4v Académie Press; Eondon, 1979i347-363?pp^.

38. Dover GiA., Tàutz D) Gbnservatiomand divergence immultigene;families::; alternatives to selection and drift// Philos. Trans. R: She: Eond: B. Biol. Sei., 1986. V. 312, № 1154. P. 275-289.

39. Doyle J.J.,. Doyle J.E. A rapid DNA isolation procedure from small quantities of fresh leaf tissue // Phytochem. Bull., 1987. V. 19: P. 11-15;

40. Felsenstein J. Evolutionär}' trees from DNA sequences: a maximum likelihood approach II J. Mol. Evol., 1981. V. 17. P. 368-376.

41. Fernandez C.C., Shevock J.R., Glazer A.N., Thompson J.N. Cryptic species within the cosmopolitan desiccation-tolerant moss Grimmia laevigata I IPNAS, 2006. V. 103, № 3. P. 637-642.

42. Fitch W.M. On the problem of discovering the most parsimonious tree // Am. Nat., 1977. V. 111. P. 223-257.

43. Flavell R.B., Bennett M.D., Smith J.B., Smith D.B. Genome size and proportion of repeated nucleotide sequences in plants // Biochem. Genet., 1974. V. 12. P. 257-269.

44. Frey W., Stech M. A morpho-molecular classification of the liverworts (Hepaticophytina, Bryophyta) //NovaHedwigia, 2005. V. 81. P. 55-78.

45. Frisvoll A. A. A taxonomic revision of the Racomitrium canescens group (Bryophyta, Grimmiales) // Gunneria, 1983. V. 41. P. 1-181.

46. Frisvoll A.A. A taxonomic revision of the Racomitrium heterostichum group (Bryophyta, Grimmiales) in N. and C. America, N. Africa, Europe and Asia // Gunneria, 1988. V. 59. P. 1-289.

47. Gardiner A., Ignatov M., Huttunen S., Troitsky A. On resurrection of the families Pseudoleskeaceae Schimp. and Pylaisiaceae Schimp. (Musci, Hypnales) // Taxon, 2005. V. 54. P. 651-663.

48. Glickman B.W., Ripley L.S. Structural intermediates of deletion mutagenesis: A role for palindromic DNA // Proc. Natl. Acad. Sci.USA, 1984. V. 81. P. 512-516.

49. Goffinet B, Baer R.J., Vitt D.H. Circumscription and phylogeny of the Orthotrichales (Briopsida) inferred from rbsL sequence analyses // Amer. J. Bot., 1998. V. 85. P. 1324-1337.

50. Goffinet B., Cox C. J., Shaw A. J., Hedderson T. A. J. The Bryophyta (mosses): Systematic and evolutionary inferences from an rps4 gene (cpDNA) phylogeny // Annals of Botany, 2001. V. 87. P. 191-208.

51. Goloboff P.A. NONA: A tree searching program. Program and documentation. Argentina, Tucuman, published by the author, 1994.

52. Goodman; Mi Decoding:the pattern? of protein evolution;// Prog. Biophys. Mol: Biol., 1981a. V. 38. P. 105-164.

53. Hall T.A. BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment* editor analysis program for Windows 95/98/NT // Nucleic Acids: Symp:. Ser., 1999: V. 41. P. 95-98.

54. Hammer, O., Harper D.A.T., Ryan P.D. 2008: PAST-PAlaeontologicalSTatistics,ver.l.81. http://folk.uio.no/ohammer/past.

55. Hedderson T.A., Murray D.J:, Gox C.J., Nowell T.L. Phylogenetic relationships of haplolepideous mosses (Dicranidae) inferred from rps4 gene sequences // Systematic Botany, 2004. V. 29. P. 29-41.

56. Hedenas E. North European- mosses with axillary rhizoids, a taxonomic study // Journal of Bryology, 1987. V. 14. P. 429-439.

57. Hedwig J. 1801. Species Muscorum Frondosorum. descriptae et tabulis aeneis lxxvii coloratis illustratae /Joannis Hedwig ; opus posthumum, editum a Friderico. Schwaegrichen. Lipsiae, S.J;A. Barthii; vi + 352 pp.

58. Hennig W. Grundzuege einer Theorie der phylogenetischen Systematik. Berlin; Germany: Deutscher Zentralverlag; 1950.

59. Hernández-Maqueda* R., Quandt. D., Werner, O., Muñoz J. Ghloroplast data, reveals two conflicting hypotheses for the position, of Campylostelium an& Grimmia pitardii (Bryophyta) // Taxon; 2007. V. 56. P. 89-94.

60. Hernández-Maqueda R., Quandt D., Werner Or, Muñoz J¿ Phylogeny and classification.of the Grimmiaceae/Ptychomitriaceae complex (Bryophyta) inferred fiom cpDNA // Mol. Phylogenet. Evol., 2008a. .V. 46i P. 863-877.

61. Hernández-Maqueda5 R., Quandt D., Muñoz J*. Testing reticulation- and, adaptive convergence in the Grimmiaceae (Bryophta) // Taxon; 2008b. V. 57, №»2. P. 500-510.

62. Hill M.O:, Bell N., Bruggeman-Nannenga M.A., et all An annotated" checklist of the mosses of Europe and Macaronesia // Journal of Bryology, 2006. V. 28. PI 198-267.

63. Hilu K.W., Borsch T., Muller K., et al. Angiosperm phylogeny based on mat K sequence information // Amer. J. Bot., 2003. V. 90. P. 1758-1776.

64. Hyvonen J., Koskinen S., Smith Merrill G.L., et al. Phylogeny of the Polytrichales (Bryophyta)- based on simultaneous- analysis of molecular and morphological data // Mol. Phylogenet. Evol., 2004. V. 31. P. 915928.

65. Kelchner S.A. The evolution of non-coding chloroplast DNA and- its application in plant systematics // Ann. Missouri Bot. Gard., 2000. V. 87. P. 482-498.

66. Keller A., Forster F., Muller T., Dandekar T., Shultz J., WolF M. Including RNA secondary structures improves accuracy and robustness in reconstruction of phylogenetic trees // Biology Direct, 2010. V. 5, № 4.

67. Kellog E.A., Juliano N.D. The structure and function of RuBisCo and their implications for systematic studies // Amer. J. Bot., 1997. V. 84. P. 413-428.

68. Kelly T.J., Smith H.O. A restriction enzyme from Hemophilus ifluenzae II //J. Mol. Biol., 1970. V. 51. P. 393-409.

69. Kimura M. Evolutionary rate at the molecular level // Nature, 1968. V. 217. P. 624-626.

70. King J.L., Jukes T.H. Non-Darwinian evolution // Science, 1969. V. 164. P. 788-798.

71. Koponen T. Rhizoid topography and branching patterns in moss taxonomy. In Bryophyte Taxonomy (ed. P. Geissler and S. W. Greene) // Beihefte zur Nova Hedwigia, 1982. V. 71. P. 95-99.

72. Koppolu R., Upadhyaya H.D., Dwivedi S.L, et al. Genetic relationships among seven sections of genus Arachis studied by using SSR markers // BMC Plant Biol., 2010. V. 10, № 15.

73. Kreier H.P., Feldberg K., Mahr F., et al. Phylogeny of the leafy liverwort Ptilidium: cryptic speciation and shared haplotypes between the Northern and Southern Hemispheres // Mol. Phylogenet. Evol., 2010.V. 57, № 3. P. 1260-1267.

74. Kumar S., Nei M., Dadley J., Tamura K. MEGA: a biologist-centric software for evolutionary analysis of DNA and protein sequences // Brief. Bioinform., 2008. V. 9. P. 299-306.

75. La Farge C., Mishler B. D., Wheeler J. A., et al. Phylogenetic relationships within the haplolepideous mosses // Bryologist, 2000. V. 103. P. 257-276.

76. Ma K.H., Kim N.S., Lee G.A., et al. Development of SSR markers for studies of diversity in the genus Fagopyrum I I Theor. Appl. Genet., 2009. V. 119, №7. P. 1247-1254.

77. Mahjoub A., El Gharbi M.S., Mguis K., et al. Evaluation of genetic diversity in Aegilops geniculata Roth accessions using morphological and' RAPD markers // Pak. Bio. Sci., 2009. V. 12, № 14. P. 994-1003.

78. Marchuk D., Drumm M., Saulino A., Collins F.S. Construction of T-vectors, a rapid and general system for direct cloning of unmodified PCR-products//Nucleic Acids Res., 1991. V. 19. P. 1154-1156.

79. Maxam A.M., Gilbert W. A new method for sequencing DNA // Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1977. V. 74. P. 560-564.

80. McDaniel S.F., Shaw A.J. Phylogeographic structure and cryptic speciation in the trans-Antarctic moss Pyrrhobryum mnioides II Evolution, 2003.V. 57, № 2. P. 205-215.

81. Menzies A. A new arrangement of the genus Polytrichum, with some emendations // Transactions of the Linnean Society of London, 1798. V. 4.

82. Misra A., Shasany A.K., ShuklaAiC., et al. AFLP markers for identification of Swertia species (Gentianaceae) // Genet. Mol. Res., 2010. V. 9, № 3. P. 1535-1544.

83. Mitten W. Musci Indiae Orientalis; an enumeration of the mosses of the East Indies // Journal of the Proceedings of the Linnean» Society, Supplement to Botany, 1859. V. l.P. 1-171.

84. Muller C. Synopsis Muscorum Frondosorum Omnium Hucusque Cognitorum. 2 volumes. Foerstner, Berolini, 1848-1851.

85. Mullineux T., Hausner G. Evolution of rDNA ITS1 and ITS2 sequences and RNA secondary structures within members of the fungal genera Grosmannia and Leptographium I I Fungal Genetics and Biology, 2009. V. 46. P. 855-867.

86. Muñoz J., Pando F. A world synopsis of the genus Grimmia. Monographs in Systematic Botany from the Missouri Botanical Garden« 2000. Vol. 83; 1-133.

87. Newton A.E., Cox C. J*., Duckett J.G., et ah Evolution, of the major moss lineages: phylogenetic analyses based orn multiple* gene sequences and-morphology//Bryologist, 2000. V. 103. P. 187-211.

88. Nixon K.C. Winclada, (BETA) ver. 0.9.9: http://www.cladistics.com/aboutwinc.htmh 1999a

89. Nixon K.C. The-parsimony ratchet, a new method* for. rapid parsimony analysis // Cladistics, 1999b. V. 15. P: 407-414.

90. Norris D.H. New characters in moss taxonomy // American Bryological and Eichenological Society, abstracts of contributed papers presented at the annual meeting. Virginia Polytechnic Institute and- State University, Blacksburg, 1978.

91. Ochyra R., Zarnowiec J., Bednarek-Ochyra H. Census catalogue of Polish mosses // Biodiversity of Poland, 2003. Vol. 3. P. 1-372.

92. Oda K., Yamato K., Ochta E. et al. Gene organization deduced from the complete sequence of liverwort Marchantía polymorpha mitochondrial DNA: a primitive from of plant mitochondrial genome // J. Mol. Biol., 1992. V. 223. P. 1-7.

93. Osipova E.S, Koveza O.V, Troitskii A.V, et al. Analysis of specific RAPD- and ISSR-fragments in somaclonal maize {Zea mays L.) and development of SCAR markers based on them // Genetika, 2003. V. 39, № 12. P. 1664-1672.

94. Philibert H. Observations sur l'hybridation dans les mousses // Ann. Sei. Nat., Bot., 1873. V. 17. P. 225-240.

95. Philibert H. De 1'importance du peristome pour les affinities naturelles des mousses // Revue Bryologique, 1884. V. 11. P. 49-52, 65-72.

96. Polezhaeva M.A., Lascoux M., Semerikov V.L. Cytoplasmic DNA variation and.biogeography of Larix Mill, in northeast Asia // Mol: Ecol., 2010. V. 19, № 6. P: 1239-1252.

97. Quandt D., Stech M. Molecular evolution^ of the trnL UAA intron in bryophytes // Mol. Phylogenet. Evol., 2005. V. 36. P. 429-443.

98. Rensing S.A., Lang D., Zimmer A.D., et al. The Physcomitrella Genome Reveals Evolutionary Insights into the Conquest of Land by Plants // Science, 2008. V. 319. P. 64-69.

99. Rieseberg L.H. The role of hybridization'in evolution: old wine in new skins // Amer. J. Bot., 1995. V. 82. P. 944-953.

100. Ripley L.S. Model for the participation of quasi-palindromic DNA sequences in frameshift mutation // Proc. Natl. Acad. Sci.USA, 1982. V. 79. P. 4128-4132.

101. Risal C.P., Yokoyama T., Ohkama-Ohtsu N., et al. Genetic diversity of native soybean bradyrhizobia from different topographical regions along the southern slopes of the Himalayan Mountains in Nepal // Syst. Appl. Microbiol, 2010. V. 3. P. 416-425.

102. Saito K. A monograph of the Japanese Pottiaceae (Musci) // Journal of the Hattori Botanical Laboratory, 1975. V.39. P. 373-537.

103. Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees // Mol. Biol. Evol., 1987. V. 4. P. 406425.

104. Sambrook J., Fitch E.F., Maniatis S.T. Molecular cloning. A laboratory manual. New York. Cold Spring Harbor laboratory Press., 1984. 480 pp.

105. Sanderson M.J. Molecular data from 27 proteins do not support ai Precambrian origin'of land plants // Amer. J. Bot., 2003. V. 90. P. 954956.

106. Sanger F., Coulson A.R. A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA polymerase // J. Mol. Biol., 1975. V. 94. p. 441^148.

107. Schaal B.A., Learn G.H. RibosomaL DNA variation within and among plant populations // Annals Missouri Bot. Garden, 1988. V. 75. P. 12071216.

108. Schanzer I.A., Vagina A.V. ISSR (Inter Simple Sequence Repeat) markers reveal natural intersectional hybridization in wild roses Rosa L., sect. Caninae (DC.) Ser. And sect. Cinnamomeae (DC.) ser. // Wulfenia, 2007. V. 14. P. 1-14.

109. Schimper W. P. Corollarium Bryologiae Europaeae, Conspectum Diagnosticum Familiarum,Generum et Specierum, Adnotationes Novae Atque Emendations Complectens. Schweizerbart, Stuttgart, 1855 1856.

110. Schimper W. P. Synopsis Muscorum Europaeorum. Schweizerbart, Stuttgart, 1860.

111. Shaw A,J. Phylogeny of the Sphagnopsida based on chloroplast and nuclear DNA sequences // Bryologist, 2000b.V. 103. P. 277—306.

112. Shaw A J. Molecular phylogeography and cryptic speciation in the mosses, Mielichhoferia elongata and M. mielichhoferiana (Bryaceae) // Mol. Ecol., 2000a. V. 9, № 5. P. 595-608.

113. Shubina E.A., Ponomareva E.V., Gritsenko O.F. Genetic structure of the Salvelinus genus chars from reservoirs of the Kuril Islands // Biochemistry (Moscow), 2007. V. 72, № 12. P. 1331-48.

114. Smith H.O., Wilcox K.W. A restriction enzyme from Hemophilus ifluenzae. I. Purification and general properties // J. Mol. Biol., 1970. V. 51. P. 379-391.

115. Sokal R.R., Michiner C.D. A statistical method for evaluating systematic relationships // University of Kansas Science Bulletin, 1958. P. 1409-1438.

116. Stech M., Frahm J-P. Systematics of species Eurhynchium, Rhynchostegiella and Rhynchostegium (Brachytheciaceae, Bryopsida) based on molecular data // Bryobrothera, 1999. V. 5. P. 203-211.

117. Streiff A. Phylogenetic study of Grimmia (Grimmiaceae) based* on plastid DNA sequences (trnL-trnF and rps4) and on morphological characters // Bryologist, 2006. V. 109, № 2. P. 224-235.

118. Taberlet P., Gielly L., Pautou G., Bouvet J. Universal primers for amplification of three non-coding regions of the chloroplast DNA // PI. Mol. Biol., 1991. V. 17. P. 1105-1109.

119. Tautz D., Trick M., Dover G.A. Cryptic simplicity in DNA is a major source of genetic variation // Nature, 1986. V. 322. P. 652-656.

120. Techen N., Chandra S., Lata H., et al. Genetic Identification of Female Cannabis sativa Plants at Early Developmental Stage // Planta Med., 2010.

121. Thomas K.G., Bebeli P.J. Genetic diversity of Greek Aegilops species using different types of nuclear genome markers // Mol. Phylogenet. Evol., 2010. V. 56, №3. P. 951-961.í)

122. Tsubota H., Ageno Y., Estébanez B., et al. Molecular phylogeny of the Grimmiales (Musci) based on chloroplast rbcL sequences // Hikobia, 2003. V. 14. P: 55-70.

123. Tsubota, H., De Luna E., González D., Ignatov M. S., Deguchi H. 2004. Molecular phylogenetics and ordinal relationships based on analyses of a large-scale data set of 600 rbcL sequences of mosses // Hikobia, 2004. V. 14. P. 149-170.

124. Vos P., Hogers R., Bleeker M., et al. AFLP: a new technique for DNA fingerprinting // Nucleic Acids Res., 1995. V. 23, № 21. P. 4407-4414'.

125. Walker D.M., Castlebury L.A, Rossman A.Y., et al. Systematics of genus Gnomoniopsis (Gnomoniaceae, Diaporthales) based on a three gene phylogeny, host associations and morphology // Mycologia, 2010. V. 102, №6. P. 1479-1496.

126. Wang S., Bao Z., Li N., et al. Analysis of the Secondary Structure of ITS 1 in Pectinidae: Implications for Phylogenetic Reconstruction and Structural Evolution // Marine Biotechnology, 2007.

127. Wyatt R., Odrzykoski I .J. 1998. On the origins of the allopolyploid moss Plagiomnium cuspidatum //Bryologist Vol. 101, P. 263-271.

128. Zeng X., Zhu L., Chen Y., et al. Identification, fine mapping and characterisation of a dwarf mutant (bnaC.dwf) in Brassica napus // Theor. Appl. Genet., 2011. V. 122, № 2. P. 421-428.

129. Zuckerkandl E., Pauling L. Evolutionary divergence and convergence in proteins // Evolving genes and proteins, New York, USA: Academic Press, 1965. P. 97-166.

130. Zuker M. Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction//Nucleic Acids Res., 2003. V. 31. P. 3406-3415.

Информация о работе

Горюнов, Денис Валерьевич
кандидата биологических наук
Москва, 2011
ВАК 03.02.01

Диссертация

Филогения рода Schistidium (grimmiaceae, bryophyta) по молекулярным и морфологическим данным - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы