Особенности структуры хлоропластного генома гречихи (Fagopyrum esculentum (L.)Moench) и оценка возможности применения кодирующих и некодирующих хлоропластных последовательностей в филогенетическом анализе

Логачева, Мария Дмитриевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Особенности структуры хлоропластного генома гречихи (Fagopyrum esculentum (L.)Moench) и оценка возможности применения кодирующих и некодирующих хлоропластных последовательностей в филогенетическом анализе
ВАК РФ 03.00.03, Молекулярная биология

Автореферат диссертации по теме "Особенности структуры хлоропластного генома гречихи (Fagopyrum esculentum (L.)Moench) и оценка возможности применения кодирующих и некодирующих хлоропластных последовательностей в филогенетическом анализе"

¿Щ-.....

на правах рукописи

Логачева Мария Дмитриевна

Особенности структуры хлоропластного генома гречихи (Fagopyrum езсиЫЫит (Ь) МоепсЬ) и оценка возможности применения кодирующих и некодирующих хлоропластных последовательностей в филогенетическом анализе

Специальность 03 00 03 - молекулярная биология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2008

□□3168946

003168946

Работа выполнена в отделе эволюционной биохимии научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А Н Белозерского Московского государственного университета имени М В Ломоносова

Научный руководитель:

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Вальсхо-Роман Кармен Мануэльевна

Официальные оппоненты.

доктор биологических наук,

кандидат физико-математических наук, профессор

Гельфанд Михаил Сергеевич

доктор биологических наук

Шнеер Виктория Семеновна

Ведущая организация. Институт биохимии имени А Н Баха Российской Академии Наук

совета Д 501.001 76 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Московском государственном университете имени МВ Ломоносова по адресу 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, НИИ физико-химической биологии имени А Н Белозерского, Лабораторный корпус "А"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ им М В Ломоносова

Автореферат разослан " X. " 2008 г

Защита состоится " 3 "

2008 года в

часов на заседании

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Крашенинников И А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Информация о последовательностях геномов хлоропластов широко применяется в самых различных областях биологии растений Это прежде всего физиология и молекулярная генетика фотосинтеза - знание последовательностей генов, продукты которых участвуют в этом процессе, значительно расширяет возможности его изучения Отдельные участки хлоропластного генома используются в молекулярно-филогенетичсском анализе и служат важным инструментом для выяснения происхождения и родственных связей растений Изучение хлоропластных геномов имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение Известно, что трансформация хлоропластов является перспективным методом биоииженерии растений Она имеет ряд важных преимуществ перед внедрением чужеродных ДНК в геном ядра (Grevich, Daniell, 2005) Одним из препятствий для распространения технологии генетической инженерии хлоропластов является отсутствие данных по последовательностям их геномов Интеграция чужеродных генов в хлоропластный геном происходит сайт-специфически Поэтому анализ последовательности генома - одна из необходимых стадий при конструкции эффективных векторов для трансформации хлоропласт ов (Maliga et al, 2002)

В настоящее время определены нуклеотидные последовательности более 100 хлоропластных геномов наземных растений, из которых более 80 видов относятся к покрытосеменным растениям Прежде всего это некоторые экономически важные растения - соя, кукуруза, рис, томат, кофе, картофель, морковь, а также модельные объекты генетики и физиологии растений - арабидопсис, шпинат, табак В последние годы стало возможным определять хлоропластные геномы растений, не имеющих практической значимости, но представляющих интерес для фундаментальной науки, прежде всего эволюционной биологии Показано, что анализ последовательностей полных геномов органелл способен разрешить многие спорные вопросы филогении эукариот Однако к настоящему моменту набор таксонов растений с полностью секвенированными хлоропластными геномами явно недостаточен, что может привести к существенным искажениям результатов (Degtjareva et al, 2004, Soltis et al, 2004, Stefanovic et al, 2004) Как итог, исследователь сталкивается с необходимостью определять последовательности полных геномов хлоропластов у очень большого числа таксонов, что по многим (в том числе - техническим и финансовым) причинам не всегда возможно Кроме этого, для филогенетического анализа данных по полным геномам необходимо привлекать значительные вычислительные ресурсы, что таюке затруднительно Альтернативой секвенированию и анализу полных хлоропластных геномов может стать поиск и использование минимального количества генов, филогенетический анализ которых дает те же результаты, что и анализ максимального числа хлоропластных генов Схема вычислительного эксперимента, позволяющего

сделать это, была предложена (Антонов 2006), но до настоящего времени не была осуществлена

Отдельные участки хлоропластного генома, преимущественно некодирующие, широко используются для филогенетического анализа на низком таксономическом уровне (Kelchner, 2000, 2002), для популяционно-генетических исследований (Powell et al., 1995, Mohanty et al, 2002). В последние годы было предложено применять их для ДНК-штрихкодирования (то есть идентификации видов по последовательностям ДНК) растений (Kress et al, 2005, Lahaye et al, 2008) Однако закономерности эволюции некодирующей ДНК хлоропластов достаточно сложны и требуют особого внимания к процедурам выравнивания и построения филогенетического древа (Kelchner, 2000, Borsch et al, 2003, Borsch, Lohne, 2005), кроме того, ввиду известного явления неэквивалентности таксонов растений (Antonov et al, 1988) эти закономерности могут отличаться в разных группах растений

Цель и задачи исследования. Первой целью работы явилось определение полной последовательности хлоропластного генома гречихи, его структурный анализ и филогенетический анализ цветковых растений с привлечением этой новой последовательности Второй целью явилось проведение оценки филогенетической значимости отдельных хлорогшастных генов - для поиска маркера, наилучшим образом согласующегося с результатами анализа полного генома, а также изучение особенностей структуры некодирующих участков хлоропластной ДНК у близких видов цветковых растений в контексте ДНК-штрихкодирования

Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи

1 Разработать набор универсальных праймеров для амплификации и секвенирования хлоропластного генома, провести подбор условий для работы этих праймеров

2 Провести определение и аннотацию полной последовательности хлоропластного генома Fagopyrum esculentum ssp ancestrale, а также сравнение его с хлоропластными геномами других цветковых растений

3 Провести филогенетический анализ цветковых растений (включая Fagopyrum) на основе мультигенного набора 61 хлоропластного белок-кодирующего гена

4 Проанализировав фило! еиешческую значимоС1Ь белок-кодирующих хлоропластных генов, общих для цветковых и голосеменных растений

5 Изучить полиморфизм некодирующего участка хлоропластного генома psbA-trnH и особенности его структуры у группы близких видов цветковых растений и оценить возможность применения его для филогенетического анализа и для идентификации видов

Научная новизна и практическая значимость работы Впервые была определена последовательность хлоропластного генома гречихи (Fagopyi um

esculentum ssp ancestralé), проведена ее аннотация и структурный анализ Аннотированная последовательность занесена в международную базу данных нуклеотидных последовательностей GenBank (номер записи EU254477) Это вторая полная последовательность хлоропластного генома крупной группы цветковых растений (включает более 11 ООО видов) - порядка Caryophyllales и вторая полная последовательность хлоропластного генома, определенного в России Секвенирование хлоропластного генома гречихи позволит совершенствование методов биотехнологии в применении к этому объекту, а именно разработку векторов для получения трансгенных растений

Создан набор универсальных праймеров, которые могут использоваться для амплификации и секвенирования участков уникальных областей хлоропластного генома у широкого круга цветковых растений Проверена применимость созданного ранее (Dhingra, Folta, 2005) подобного набора для участков инвертированного повтора Помимо этого, создан набор таксон-специфичных праймеров для амплификации и секвенирования хлоропластной ДНК гречихи, который может быть использован для изучения генетического полиморфизма видов и сортов гречихи

Проведен филогенетический анализ мультигенного набора из 61 хлоропластного гена, который позволил прояснить положение порядка Caryophyllales в системе цветковых и подтвердил его родство с группой порядков asterids Изучена зависимость уровня разрешенности филогенетического дерева от длины последовательности и филогенетическая значимость отдельных хлоропластных генов и групп генов Выявлена группа генов, дающих наилучшие (сравнимые с результатом анализа набора из 61 гена) результаты филогенетического анализа

Изучен внутривидовой и межвидовой полиморфизм некодирующего участка хлоропластной ДНК - спейсера psbA-trnH у близких видов семейства Зонтичные, выявлены консервативные элементы его первичной и вторичной структуры Все полученные последовательности занесены в базу данных GenBank Изучение этого участка особенно актуально в свете того, что он был предложен в качестве универсального ДНК-штрихкода (участка генома, позволяющего идентификацию видов) для высших растений

Апробация работы Результаты исследования были представлены автором на международной конференции «Вычислительная филогеиетика и геносистематика» (Москва, 16 - 19 ноября 2007 г), конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея (Москва, 17-19 мая 2007 г ), на рабочем совещании «Молекулярные методы в ботанике» (Москва, 1 февраля 2008 г ), а также на семинаре по биоинформатике в ИМБ РАН (Москва, 6 марта 2008)

Публикации По материалам диссертации опубликовано 5 работ, из них 2 - в рецензируемых научных журналах и 3 - в сборниках материалов конференций

Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на _

страницах, состоит из введения, обзора литературы, глав «Материалы и методы», «Результаты и обсуждение», заключения, выводов и списка литературы, включающего

_источника Работа содержит_рисунков и_таблиц

Работа выполнена при финансовой поддержке грантами РФФИ "Мультидисциплинарный подход к оценке филогенетической и таксономической значимости молекулярных маркеров ДНК и морфологических признаков у двудольных растений" (06-04-48484) и «Цветок и соцветие у Fagopyrum esculentum Moench (гречиха) изучение генетического контроля развития и разработка новых методов селекции» (06-04-96315), а также государственного контракта 02 512 11 2069 в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы"

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Растительный материал Растительный материал был получен из коллекции Всероссийского научно-исследовательского Института зернобобовых и крупяных культур, Главного ботанического сада РАН, Ботанического сада МГУ, гербария МГУ, а таюке некоторых зарубежных гербариев

Подбор ираймеров для амплификации и секвенирования хлоропластного генома гречихи Для амплификации и секвенирования малой и большой уникальных областей хлоропластного генома были подобраны праймеры, гомологичные наиболее консервативным участкам хлоропластных генов Консервативные участки выявлялись с помощью множественного выравнивания этих генов у всех цветковых растений, последовательности хлоропластного генома которых были доступны в базе данных GenBank Праймеры подбирались таким образом, чтобы получить ампликоны длиной в 900-1000 пн и с перекрыванием соседних ампликонов на 100-200 пн В случае невозможности подобрать праймеры таким образом (из-за низкой консервативности последовательностей, высокой вероятности перестроек, как, например, на границах инвертированного повтора и уникальных областей) сначала определялась последовательность прилегающих к ним участков и по этой последовательности подбирались таксон-специфичные праймеры

Выделение ДНК, амплификация и секвенирование ДНК была выделена из свежего или высушенного материала с использованием набора для выделения растительной ДНК NucleoSpin Plant DNA kit (Macherey-Nagel, Германия) следуя стандартному протоколу производителя Амплификацию ДНК проводили с использованием набора для ПЦР Encyclo PCR kit (Евроген, Россия) Для амплификации малой и большой уникальных областей хлоропластного генома использовались разработанные в ходе данного исследования праймеры, для инвертированного повтора - праймеры из работы Dhingra и Folta (2005) Для

амплификации участка írnH-psbA у Зонтичных были использованы праймеры psbAF (Sang et al, 1997) и trnH (Tate, Simpson, 2003) Для очистки ПЦР-продукта использовали набор фирмы Цитокин (Россия), следуя протоколу производителя Определение нуклеотидных последовательностей ДНК проводили методом циклического секвенирования с использованием набора реагентов ABI Prism BigDye Terminator v 3 1 с последующим анализом продуктов на автоматическом секвенаторе ДНК ABI Prism 3100-Avant (Applied Biosystems) в Межинститугском Центре коллективного пользования «Геном» (Институт молекулярной биологии РАН им В А Энгельгардта) Визуализацию полученных хроматограмм проводили с помощью программ Chromas 2 33 и BioEdit 7 0 9 0 (Hall, 1999)

Сборка полной последовательности (контига) и аннотация хлоропластного генома Сборка полной последовательности хлоропластного генома проводилась с помощью программ DotHelix (Leontovich et al, 1993) и Blast2seq (Tatusova, Madden, 1998) и BioEdit 7 0 9 0 Для аннотации последовательности использовалась программа DOGMA (Wyman, 2004) После первичной аннотации, проведенной с помощью DOGMA, нами проводилось уточнение аннотации Оно включало сравнение отдельных участков последовательности с имеющимися в базе данных GenBank с помощью программы BLAST (Altshul et al, 1993), трансляцию m silico участков, в которых предполагалось наличие белок-кодирующих генов и поиск тРНК с Помощью программы tRNAscan-SE (Lowe, Eddy, 1997) После аннотации последовательность была подготовлена для подачи в международную базу данных GenBank с помощью программы Sequin 7 77 и после подачи ей был присвоен номер EU254477

Выравнивание и филогенетический анализ Для филогенетического анализа были выбраны гены, общие для хлоропластных геномов всех проанализированных к настоящему времени цветковых и голосеменных растений Общее число их составляет 61 ген. За основу был взят набор таксонов из последней на момент проведения анализа работы по филогении цветковых по последовательностям хлоропластного генома (Hansen et al, 2007), и к нему были добавлены соответствующие гены секвенированного нами хлоропластного генома Fagopyrum esculentum, а также секвенированных ранее хлоропластных геномов Lemna minor (Mardanov et al, 2008), Nandtna domestica и Platanus occidentals (Moore et al, 2006) Этот набор был выравнен в автоматическом режиме с помощью программы MUSCLE (Edgar, 2004) Полная длина выравниваний составляет 42504 для набора нуклеотидных последовательностей и 14168 для набора аминокислотных последовательностей Филогенетический анализ проводили с применением метода максимальной экономии и метода Байеса Филогенетический анализ методом максимальной экономии проводили с помощью программы PAUP* 4 08 (Swofford, 2003), а байесовская реконструкция филогении была нроведена с помощью программы MrBayes 3 1 (Ronquist, Huelsenbeck, 2003) В случае метода максимальной экономии для оценки устойчивости топологии полученных деревьев применяли метод бутстрепа (bootstrap) (Felsenstein, 1985)

Анализ случайных выборок н сравнение возможности использования генов для реконструкции филогении. Анализ случайных выборок проведен с использованием программы CATRAN (реализованный алгоритм предложен автором, программная реализация выполнена Ь М Альтшулером) Эта программа производит генерацию случайных выборок из задаваемого пользователем набора нуклеотидных или аминокислотных последовательностей Исходным набором для генерации случайных выборок послужил описанный выше объединенный набор из последовательностей 61 гена Полученные случайные выборки были проанализированы с помощью метода максимальной экономии при тех же установках, что и исходный набор Затем строгие консенсусные деревья, полученные при анализе случайных выборок нуклеотидных или аминокислотных последовательностей различной длины сравнивались с деревом, полученным по результатам анализа полного набора нуклеотидных или аминокислотных последовательностей (которое служило в данном исследовании эталонным) соответственно Для каждой длины выборки определяли число узлов, разрешенных так же, как в эталонном дереве Затем были построены филогенетические деревья по нуклеотидным и аминокислотных последовательностям каждого из 61 гена, а также функциональных групп генов Для каждого результирующего дерева определяли число узлов, разрешенных так же, как в эталонном дереве Для определения эффективности гена в филогенетическом анализе относительно случайной последовательности такой же длины это число сравнивалось с полученным при анализе случайной выборки соответствующей длины

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Определение и анализ полной нуклеотидной последовательности хлоропластного генома Fagopyrum esculentum ssp ancestrahs. На основании множественных выравниваний хлоропластных генов нами был создан набор праймеров для амплификации и секвенирования большой и малой уникальных областей хлоропластного генома Количество праймеров для большой уникальной области составило 126, для малой - 20 Использование этих праймеров позволило провести амплификацию и секвенирование более 90% уникальных областей хлоропластного генома гречихи Помимо этого, создан набор из 169 праймеров, специфичных для хлоропластной ДНК гречихи

Хлоропластный геном гречихи Fagopyrum esculentum ssp ancestrahs представляет собой кольцевую молекулу ДНК длиной 159599 пн (см рис 1, стр 9) Порядок и содержание генов в хлоропластном геноме гречихи почти идентично таковому у ближайшего родственника гречихи с полностью секвенированным геномом - шпината Spinacia oleracea и сходно с большинством хлоропластных геномов других цветковых (см табл 1, стр 8) Общее содержание АТ-оснований составляет 62%, что сравнимо с таковым в хлоропластных геномах других цветковых растений Длина хлоропластного генома гречихи несколько превышает среднее

значение в 155 тысяч пни почти на 9 тысяч пн больше, чем у шпината Это увеличение связано с расширением области инвертированного повтора у гречихи, а также с увеличением длины отдельных некодирующих участков ее хлоропластного генома Размер инвертированного повтора у гречихи составляет 30699 п н, малой и большой уникальных областей - 84883 и 13361 соответственно

У гречихи, так же как и у шпината, по всей видимости, нет функциональных генов гр123 и ycfl5 Рамки считывания, имеющие сходство с этими генами, у них имеют многочисленные внутренние стоп-кодоны У шпината отсутствие синтеза продукта гена гр123 было показано экспериментально - ген экспрессируется, но соо!ветствующий белок не нарабатывается (Thomas et al 1988), вероятно, это характерно и для гречихи В хлоропластном геноме гречихи обнаружены триплеты ACG в позиции, соответствующей инициаторному кодону генов psbL и ndhD, что дает основания предположить, что для этих генов характерно редактирование PIIK Это также характерно и для хлоропластного генома шпината

Несмотря на общее сходство строения хлоронластных геномов гречихи и шпината, у них есть два важных различия Во-первых, различно число интрон-содержащих генов - у шпината их 17, а у гречихи 18 Это различие возникает за счет того, что у шпината отсутствует интрон гена гр12 Во-вторых, различно положение границ инвертированного повтора и малой уникальной области У шпината граница проходит в пределах гена ус/1, часть которого расположена в инвертированном повторе А, часть - в малой уникальной области В инвертированном повторе В, таким образом, имеется усеченная копия ycfl Такая организация хлоропластного генома характерна для подавляющего большинства цветковых У гречихи инвертированный повтор включает полную рамку считывания ycfl, таким образом, у нее есть две полноразмерные (и, предположительно, функциональные) копии этого гена Границы инвертированного повтора и уникальных областей - своего рода «горячая точка» для различных структурных изменений (Goulding et al 1996) Расширение инвертированного повтора хлоропластного генома гречихи на границе с малой уникальной областью было показано ранее (Kishima et al 1995), позднее последовательность участка, включающего эту границу, была определена (An et al 1997) Из доступной в GenBank определенной ими нуклеотидной последовательности можно заключить, что, во-первых, расширение инвертированного повтора связано со включением в его состав тепа ycfl, во-вторых, рамка считывания этого гена нарушена инверсией Наши результаты подтверждают первое из этих заключений, но не подтверждают второго Мы обнаружили, что для Fagopyrum esculentum ssp ancestrale и для всех других изученных представителей семейства Polygonaceae действительно характерно расширение инвертированного повтора (см рис 2,3, стр 10)

Таблица 1. Состав генов, кодируемых хлоропластным геномом гречихи

Гены структурных РНК

Генырибосомных РНК rrn23, rrnlö, ггп4.5, ггп5;

Гены транспортных РНК trnH (GUG), trnK (UUU)*, tmQ (UUG), tmS (GCU), trnG (GCC)*, trnR (UCU), trnC (GCA), trnD (GUC), tmY (GUA), trnE (UUC), tmT (GGU), trnS (UGA), trnG (GCC), trníM (CAU), trnS (GGA), tmT (UGU), tmL* (UAA), trnF (GAA), trnV* (UAC), trnM (CAU), tmW (CCA), tmP (UGG), trnl (CAU), tmL (CAA), trnV (GAC), trnA (UGC), trnl (GAU), trnR (ACG), tmN (GUU), tmL (UAG), Гены рибосомных белков

большая субъединица rpI2*, гр114, rpllö*, гр120, гр122, гр132, гр133, гр13б,

малая субъединица rps2, rps3, rps4, rps7, rps8, ipsl 1, rpsl2*, rpsl4, rpsl5, rpsl8, rpsl6+, rps!9,

Гены белков фотосистем

ФС I psaA, psaB, psaC, psal, psaJ,

ФС II psbA, psbB, psbC, psbD, psbE, psbF, psbH, psbl, psbJ, psbK, psbL, psbM, psbN, psbT, psbZ,

Гены цитохрома b/f

petA, petB*, petD*, petG, petL, petN

Гены субъединиц АТФ-синтазы

atpA, atpF*, atpH, atpl, atpB, atpE

Гены белков аппарата транскрипции и трансляции

гроА, rpoB, rpoCl*, rpoC2, infA

Гены субъединиц NADH дегидрогеназы

ndhJ, ndhK, ndhC, ndhB*, ndhF, пс1Ш, ndhE, ndhG, ndhl, ndhA*, ndhH

Консервативные открытые рамки считывания ycfl, усС, ycß, ycf4

Ген большой субъединицы рубиско rbcL

матураза К

matK

АТФ-зависимая протеаза-

clpP*

Другое:

cemA, ccsA, accD Псевдогены.

rpl23, ycf!5_

Гены, имеющие 1 или более интронов, помечены звездочкой (*) Гены, входящие в состав инвертированного повтора, выделены жирным шрифтом

рибосомные белки {Д рибосомные РНК

субъединицы РНК-полимеразы [ | белки комплекса цитохрома Ь6Я ЯП белки фотосистем | | усЛ - хлоропластные белки невыясненной функции

Рисунок. 1. Карта хлоропластного генома гречихи. Условные обозначения: Ь8С - большая уникальная область, ЭЗС - малая уникальная область, 1&а - инвертированный повтор А, Шз -инвертированный повтор В. Цветные блоки обозначают гены, цвет блока соответствует функции продукта гена. Расположение блока соответствует направлению транскрипции гена: блоки, расположенные снаружи, соответствуют генам, считывающимся в направлении против часовой стрелки, расположенные внутри - по часовой стрелке.

| | субъединицы АТФ-синтазы \ ] субъединицы НАД-Н дегцдрогеназы

большая субъединица Рубиско Ц транспортные РНК П другое | | интроны

Рисунок. 2 Результат электрофореза в К^Ж^КШШШКШ^^'^.ffgfí^1Ь Й1ИbВEg¡ёй^ТЗ

агарозном геле (1%) продуктов Г1ЦР- I

амплификации участков ycfl-ndhF и rpsl5- I

ycfl у различных представителей Вт Caryophyllales.

2 - Fagopyrum esculentum ssp. ЗИВИ

ancestrale rpsl5-ycfl и ycfl-ndhF H

соответственно, 3,4 - F. homotropicum I

rpsl5-ycflvi ycfl-ndhF, 5, 6 - F. tataricwn I

rpsl5-ycfl и ycfl-ndhF, 7, 8 - Persicaria I

macrophylla rpsl5-ycfl и ycfl-ndhF, 9, 10 - Bj

Rheum tanguticum rpsl5-ycfl и ycfl-ndhF, I

11, 12 - Reynoutria japónica rpsl5-ycfl и J ycfl-ndhF, 13, 14 - Coccoloba uvifera rpsl5-

ycfl и ycfl-ndhF, 15, 16 - Spinacia oleracea rps¡5-ycfl и ycfl-ndhF (в последнем случае амплификация

отсутствует). М - маркерная ДНК (250 - 10 ООО п.н. ДНК-маркер, СибЭнзим), нижняя видимая полоса соответствует 500 п.н.

Ambomlla ) Í5b~

_1м

Lemna ) IRb

FiSl I

|j 'ndliA

I уф "1 Ы'Ц I ] ndiiH]

Ipomoea ) IRb

Jasminum

SSC \\ ssc

^//i/' | 1 IT1"/7]] и/7

SSC SSC'

IIII,■'/,//

SSC \\ SSC

| I ' I mtliA

SSC \\ SSC

Fagopyrum

SSC ssc -

IRa l

T53 | |

ndhH\ [»pW£J ) ¿-/У

TZSO

IRa (

~Ra {

Рисунок 3. Схема строения границ инвертированного повтора и малой уникальной области у различных видов цветковых растений, характеризующихся расширением инвертированного повтора. Условные обозначения: БЭС - малая уникальная область, Ш.а - инвертированный повтор А, 1Ш> -инвертированный повтор В, 15А - граница малой уникальной области и инвертированного повтора А, ■Ьв - граница малой уникальной области и инвертированного повтора В.

Секвенирование полной последовательности хлоропластного генома Fagopyrum esculentum ssp ancestrale и участков, включающих границы инвертированного повтора А и В с малой уникальнои областью у других видов Polygonaceae показало также, что это расширение происходит за счет включения гена ус/1 в состав инвертированного повтора Однако сравнение определенной нами последовательности этого участка с соответствующей последовательностью из работы Айи с соавт (1997) показывает, что они не совпадают, причем различия составляют не только точечные мутации, но и крупные структурные изменения Так, мы не обнаружили в пределах гена ycfl инверсии - у Fagopyrum esculentum ssp ancestrale рамка считывания этого гена не нарушена и m silico трансляция ее дает полноразмерный продукт, сходный по длине с таковыми у других цветковых растений

Помимо видов Polygonaceae, расширение инвертированного повтора обнаружено также у Limomum latifolium, относящегося к семейству Plumbagmaceae По данным молекулярной систематики оба этих семейства принадлежат к порядку Caryophyllales (APG II, 2003), а в пределах нее - к так называемых non-core (нетипичных) Caryophyllales и формируют в пределах нее сестринскую группу Это объединение поддерживают результаты анализа последовательностей rbcL (Giannasi et al 1992), matK и atpB, а также ядерной 18S pPHK (Cuenoud et al 2002), a также некоторые морфологические признаки Нами показано, что для этих семейств характерен также такой общий признак структуры генома, как расширение инвертированного повтора хлоропластного генома

Из всех изученных к настоящему времени цветковых растений подобное расширение инвертированного повтора - за счет включения в его состав гена ycfl -обнаружено только у растений из семейства Oleaceae (Lee et al 2007), y Lemna minor (Mardanov et al 2008), y Ipomoea (McNeal et al 2007) и у группы Polygonaceae + Plumbagmaceae (данная работа) (рис 3) Учитывая то, что эти растения принадлежат к совершенно различным линиям эволюции цветковых растений (Oleaceae, Ipomoea и изученные нами семейства относятся к различным порядкам двудольных, a Lemna -однодольным), маловероятно, что эта особенность унаследована ими от общего предка Прежде всего, такое предположение потребовало бы предположения о многочисленных независимо происходящих сокращениях инвертированного повтора до размера, характерного для большинства цветковых Кроме того, точное строение расширенной части у этих растений отличается так, у Oleaceae в состав инвертированного повтора входят ген ycfl и часть следующего за ним спейсера (ycfl-ndhF и ycfl-rpsl5), как и у гречихи, но никакая часть гена ndhF не удвоена У Lemna minor, помимо ycfl, удвоен также ген rpsl5 и часть гена ndhH У Ipomoea помимо rps 15 и ndhH удвоена и небольшая часть следующего за ndhH гена ndhA (рис 3) Филогенетический анализ цветковых растений с использованием последовательностей хлоропластных генов. Нами был проведен филогенетический анализ набора, включающего 44 вида семенных растений (42 цветковых и 2

голосеменных) Этот набор - один из наиболее полно представляющих разнообразие цветковых растений, хлоропластные геномы которых изучены к настоящему времени (для сравнения - набор из работы Hansen et al 2007 составляет 39 таксонов, из работы Moore et al 2007 - 45 таксонов) Полная длина набора нуклеотидных последовательностей после удаления неоднозначно выравниваемых позиций составила 42504 п н , а аминокислотных - 14168 аминокислотных остатков

Результатом анализа методом максимальной экономии нуклеотидных последовательностей (всех трех позиций кодона) стало единственное дерево минимальной длины (рис 4) Топология дерева сходна с полученными в предыдущих работах по филогенетическому анализу полных хлоропластных геномов и в общих чертах сходна с результатами изучения небольшого числа генов Fagopyrum на этом дереве объединяется со Spmacta, единственным представителем Caryophyllales с полностью секвенированным хлоропластным геномом Вместе шпинат и гречиха образуют сестринскую группу к группе порядков, называемой в системе APG asterids, эта группировка имеет высокую поддержку В работах, основанных на изучении малого числа генов узел, включающий представителей Caryophyllales, был неразрешенным Объединение Caryophyllales и asterids по данным анализа полных хлоропластных геномов происходило давно, однако даже в самых современных работах, с анализом большого числа хлоропластных геномов, отмечалось, что эта группировка не может считаться надежной в отсутствии данных о полных геномах других Caryophyllales, помимо шпината (Jansen et al, 2007) Таким образом, включение в анализ хлоропластного генома гречихи позволило прояснить этот вопрос Топология дерева, полученного при анализе первых двух позиций кодона, сходна и отличается только тем, что узел, объединяющий Coffea и Jasmmum, на этом дереве не разрешен Результатом анализа методом максимальной экономии аминокислотных последовательностей также является единственное дерево Оно отличается от дерева, полученного при анализе нуклеотидных последовательностей, положением Chloranthus, Platanus и Cucumis

Топология деревьев, полученных методом Байеса сходна с полученными методом максимальной экономии, и в целом сходна между собой, вне зависимости от метода разбиения на партиции, различаются лишь значения поддержки узлов Отличие касается положения наиболее рано дивергировавших групп цветковых -Amborella и Nymphaeales В деревьях, построенных методом максимальной экономии (как по нуклеотидным, так и по аминокислотным последовательностям), а также в деревьях, построенных методом Байсса по аминокислотным последовательностям и по нуклеотидным с учетом всех трех позиций кодона, Amborella занимает наиболее базальное положение, затем следуют Nymphaeales При анализе методом Байеса нуклеотидных последовательностей с учетом только первых двух позиций кодона базальное положение среди цветковых занимает ipynna Amborella + Nymphaeales Различия между результатами анализа методом максимальной экономии и методом

Байеса касается положения Chloranthus При анализе методом Байеса как нуклеотидных (всех трех позиций кодона и первых двух), так и аминокислотных последовательностей Chloranthus объединяется с растениями группы magnolnds -Liriodendron, Drimys, Piper и Calycanthus, что противоречит результатам анализа нуклеотидных последовательностей методом максимальной экономии (см рис 4, стр 15) Противоречия между результатами анализа различных типов данных могут свидетельствовать о том, что на настоящий момент выбор между этими двумя гипотезами невозможен - из-за недостаточного набора таксонов или несовершенства методов анализа

Эволюция редактирования РНК у цветковых растений Редактирование РНК широко распространено во всех линиях эволюции растений Считается, что встречаемость и частота редактирования тех или иных транскриптов не коррелирует с филогенией, поскольку подвержена многочисленным параллельным возникновениям и потерям (Freyer et al 1997) Однако существует мнение, что, по крайней мере, для некоторых генов такая корреляция есть Так, Цудзуки с соавт (2001) сравнили последовательности 7 хлоропластных геномов семенных растений и пришли к выводу, что редактирование РНК стартовых кодонов генов rpl2, ndhD и psbL достаточно консервативно и что закономерности эволюции его в пределах цветковых коррелируют с их филогенией По их мнению, все три сайта редактирования возникли de novo у цветковых растений, причем редактирование гр12 возникло после дивергенции однодольных и двудольных в линии, ведущей к однодольным, а редактирование psbL было в этой же линии утрачено Однако следует заметить, что эти выводы были сделаны в те годы, когда количество полных последовательностей хлоропластных геномов и их отдельных генов было невелико, поэтому сейчас необходима их переоценка с привлечением новых данных

Нами был проведен анализ эволюции редактирования РНК стартовых кодонов генов rpl2, ndhD и psbL у 44 таксонов семенных растений Полученные результаты отчасти подтверждают выводы Цудзуки с соавт (2001), отчасти уточняют их (см рис 5, стр 16) В частности, они свидетельствуют о том, что редактирование РНК гр12 характерно не только для однодольных, но также для большинства наиболее рано дивергировавших цветковых (за исключением Nymphaeales и Illicium) и наиболее рано дивергировавших двудольных У всех высших двудольных оно отсутствует Существуют две возможности возникновения такого распределения Первая, это то, что редактирование гр12 возникло у общего предка всех цветковых и затем было утрачено у высших двудольных и независимо от этого - у некоторых базальных цветковых Вторая - это то, что оно возникло позже, после дивергенции эволюционных линий, включающих Nymphaeales и Illicium, а у Amborella возникло независимо Редактирование ndhD характерно для большинства цветковых растений, за исключением кувшинки (Nymphaea) и некоторых однодольных Поэтому мы предполагаем, что редактирование ndhD возникло у общего предка всех цветковых, и

затем было утрачено у некоторых однодольных и независимо - у кувшинки, но не можем сказать точно, на какой стадии эволюции однодольных произошла потеря У всех изученных к настоящему времени злаков (6 видов) в этом гене типичный инициаторный кодон ATG, возможно, это отличительная черта всего семейства Распределение редактирования psbL имеет более сложный характер Нетипичный инициаторный кодон ACG есть у большинства наиболее рано дивергировавших цветковых, за исключением Calycanthus и Chloranthus, но отсутствует у всех однодольных, а также у различных групп двудольных, как базальных {Ranunculus, Nandina), так и высших Мы предполагаем, что редактирование psbL также было характерно для общего предка покрытосеменных, а его отсутствие в различных линиях эволюции цветковых растений связано с параллельными независимыми потерями Хотя возможно и параллельное независимое возникновение, прояснить этот вопрос может увеличение набора таксонов

Анализ случайных выборок и оценка филогенетической значимости хлоропластных генов для построения филогении цветковых растений Полные последовательности хлоропластных геномов растений являются важным средством изучения систематики и филогении растений Было высказано предположение, что определение полных последовательностей хлоропластных геномов у небольшого числа ключевых видов даст возможность прояснить некоторые аспекты филогении цветковых растений, которые оставались неясными по результатам изучения небольшого числа генов (Goremykin et al 2003, Martin et al 2005) Однако по мере накопления данных по хлоропластным геномам цветковых стало ясно, что недостаточная выборка таксонов может привести к артефактам не менее существенных, чем недостаточная выборка генов (Degtjareva et al, 2004, Soltis et al, 2004) Альтернативой секвенированию и анализу полных хлоропластных геномов может стать поиск и использование небольшого числа генов, филогенетическии анализ которых дает те же результаты, что и анализ максимального числа генов Такие гены получили в литературе название «счастливых генов» Нами предпринята попытка выявить гены или комбинации генов, анализ последовательностей которых дает наилучшее приближение к результатам анализа полных хлоропластных геномов (либо показать, что это невозможно) и ответить на вопрос о том, какое число признаков - нуклеотидов или аминокислот - достаточно для выявления топологии, получающейся в результате анализа полных последовательностей По всей видимости, ответ на этот вопрос не является универсальным и зависит от изучаемой группы Подобные работы проводились для животных (Miya, Nishida 2000) и низших эукариот (Rokas et al 2003, Алешин и др 2007), но не для растений

юо/9: 10О78

Arabidopsis

Oenothera ioo/ioo(-Glycine

1QQ/)0f|~

- Lactuca

— Spmacta

-Fagopyrum

4«

100/100J

100/G7

100/1001-Oryza

• Zea

Typha ■ Yucca

. Dioscorea — Lemna

- Phalaenopsis

■j 6416?'

— Calycanlhus Lmodendron

— Dnmys

Piper

юомооГ" Nuphar

I—— Nymphaea - Amborella

- Ginkgo —•■ Pmus

Рисунок 4. Филогенетическое дерево, полученное при анализе методом максимальной экономии набора нуклеотидных последовательностей 61 хлоропластиого гена Длина ветвей пропорциональна числу замен, цифры над узлами означают поддержку узла по результатам бутстрэп-анализа (первая цифра - для набора нуклеотидных последовательностей, вторая - аминокислотных) Подчеркнуты названия таксонов, положение которых по результатам анализа аминокислотных последовательностей отличается

г- Arabidopsis СПЯ

П- Gossyplum СЕМ

»-Citrus ггд

Eucalyptus СЕЯ

Oenothera СПЯ

_i— Glycine ZXM

Г1— Lotus СЕЯ

J L— Morus СЕЯ

J I Cucumis m

I Populus ПСИ

-Vitts СЕЯ

_г- Nicotians COI

l— Atropa СЕЯ

f- Jasminum !ХИ

I— Coffea ГГИ

р Panax m

I— Daucus гтм

p Helianthus ЗИ1

^ Lactuca m

CSpinacsa ОСИ

Fagopyrum L33

— Buxus DM

" ■ " 1 ■ Platanus m

С Ranunculus ЕШ

Nandina KOI

г- Oryza РП

П— Zea cm

l— Typha СП*

Yucca ISIB

Phalaenopsis СП?

Dioscorea Ю1

Lemna ВСЯ

Acorus И

г-С

Calycanthus Linodendron

ч:

Dnmys cz*

Piper d

- Chloranthus ил

- Ilhcijm СЕЖ

- Nuphar m

- Nymphaea ЗШ

- Amborella cai

- Ginkgo 3X1

- Plnus ZJ21

Рисунок. 5. Распределение потенциальных сайтов редактирования РНК в инициаторных кодонах генов rp!2, psbL и ndhD у цветковых растений Заполненные квадраты обозначают наличие потенциального сайта редактирования (инициаторный кодон ACG), контурные - отсутствие (типичный инициаторный кодон ATG), знак вопроса - отсутствие данных. Голубым цветом обозначен гр12, красным psbL, черным - ndhD

Рисунок 6 Зависимость чиста правильно разрешенных узлов от длины случайной выборки (нуклеотидные последовательности) и число правильно разрешенных узлов для различных генов и групп генов

Длина ак

Рисунок 7. Зависимость числа правильно разрешенных узлов от длины случайной выборки (аминокислотные последовательности) и число правильно разрешенных узлов для различных генов и групп генов

Анализ пригодности генов для филогенетического анализа осуществлялся путем сопоставления филогенетических деревьев, полученных для разных генов или их групп с филогенетическим деревом, полученным с использованием полного набора из 61 гена Помимо этого, определялась «эффективность» того или иного гена по сравнению со случайной последовательностью соответствующей длины Были проанализированы случайные выборки длины 100-42 ООО н для нуклеотидных и 2014 ООО для аминокислотных последовательностей

Количество «правильно разрешенных» узлов (то есть совпадающих с тем или иным узлом эталонного дерева) возрастает с увеличением длины выборки (рис 6) При малых значениях длины (50-200 но) число правильно разрешенных узлов составляет не более 7 Это узлы, объединяющие близкородственные растения относящиеся к одному семейству, такие как Nymphaea и Nuphar (Nymphaeaceae), Lactuca и Helianthus (Compositae), Oryza и Zea (Graminae), Nicotiana и Atropa (Solanaceae) или к одному порядку - Panax и Daucus (Apiales), а также узел, объединяющий все цветковые растения При анализе случайных выборок аминокислотных последовательностей выявляются те же закономерности (рис 7)

Сравнение числа правильно разрешенных узлов, полученных при анализе того или иного гена, с результатом для случайной выборки соответствующей длины определить эффективность каждого из генов при использовании в филогенетическом анализе Такое сравнение позволяет выявить две группы генов те, для которых число правильно разрешенных узлов выше, чем для случайной выборки соответствующей длины и те, для которых оно ниже К числу первых относятся такие гены как гены группы RPO, matK, ccsA, сетА, rps4, rpl2, rps2, rps3, к числу вторых - большинство генов групп PSA, PSB, clpP Некоторые из генов, дающих лучшие, чем случайная выборка соответствующей длины, результаты, - rpoC2, matK, rps4 - уже использовались в качестве филогенетических маркеров, по отдельности, либо в сочетании с другими последовательностями (Cranfill, 2001, Hilu et al, 2003, Qiu et al, 2007) Тем не менее, ни один из этих участков не дает тех же результатов, что и анализ полного хлоропластного генома и даже не является наилучшим приближением к результатам анализа этого набора К такому результату приводит только анализ генов группы RPO - rpoA, rpoB, rpoCl и гроС2 - при анализе нуклеотидных последовательностей этих генов выявляется 39 (из 41) правильно разрешенных узлов, а при анализе аминокислотных последовательностей - 40

Анализ последовательностей участка psbA-trnH Последовательности хлоропластного генома нашли применение не только для молекулярно-филогенетического анализа на высоком таксономическом уровне, но и на низком (родовом и видовом), а также в исследованиях, посвященных популяционной генетике Прежде всего это относится к некодирующим участкам хлоропластной ДНК Одним из перспективных маркеров для популяционных и филогенетических исследований считается участок, разделяющий гены trnH и psbA В последние годы

этот участок привлек особенное внимание, так как был предложен для ДНК-штрихкодировании (идентификации видов по последовательностям их ДНК) растений (Kress et al, 2007) Известны примеры успешного применения его для изучения биоразнообразия растений в нескольких тропических регионах (Lahaye et al, 2008) Однако к настоящему времени появились данные о том, что у некоторых групп растений этот участок очень консервативен и что изменения в его последовательностях характеризуются высоким уровнем гомоплазии (Clark et al, 2006), что свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения свойств этого участка

Нами были изучены последовательности спейсера psbA-trnH у видов рода Heraclevm (борщевик) и близких родов семейства Umbelliferae (Зонтичные) Длина этого участка составляет у изученных видов 183 - 200 п н Как и для большинства некодирующих участков хлоропластного генома, для него характерно преобладание АТ-оснований, доля которых достигает в данном случае 75% Основная особенность этого участка у изученных видов - его консервативность Степень сходства, рассчитываемая как доля совпадающих позиций в ¡тарном выравнивании, не превышает 0 8 даже у наиболее отдаленно родственных видов Степень сходства, равная единице (то есть полное отсутствие различий) характерна даже для последовательностей видов, относящихся к разным родам и характеризующихся значительными морфологическими различиями (например, у Symphyoloma graveolens и Heracleum apufolium) Различия в последовательностях обусловлены прежде всего вставками и выпадениями (инделями), а не заменами, что характерно и для многих других некодирующих участках хлоропластной ДНК Наиболее консервативны иозиции выравнивания 1-56 и 80-120 (принимая за точку отсчета первый нуклеотид спейсера) Эти участки представляют собой обращенный повтор и, предположительно, могут образовать вторичные структуры (шпильки) Наиболее полиморфна часть, расположенная между этими обращенными повторами, причем полиморфизм представлен четырьмя дискретными вариантами, имеющими последовательности TTGTTCTATCA, TGATAGAACAA, TTGTTCTATCATTGTTCTATCA и

TGATAGAACAATGATAGAACAA Последние два варианта представляют собой удвоение последовательности, составляющей первые два Эти 4 варианта мы обозначили как 1Т, 1А, 2Т и 2А - по преобладанию тимина или аденина cooiBeiciiieimo и но наличию или отсутствию удвоения Варианты 1Т и 1А, также как и 2Т и 2А, представляют собой обратно комплементарные последовательности (Рис 8), что дает основание предположить, что они возникли в результате инверсии Проанализировав вторичную структуру psbA-trnH у видов Зонтичных, представляющих все 4 варианта строения полиморфного участка, можно увидеть, что значительная часть спейсера вовлечена в формирование спирали - за счет консервативных участков, представляющих собой обращенный повтор

ссссстс ссссстс

ТТАТТСТАТСА

ТТСТТСТАТСА

АСА06СС«Э

_№Т6ТТСТАТСЛА6АОСОС66

СССТСТСТТСАТАОААСА А - - - ОАААОАТб СССССТСТТСАТАСААСАА^ОАТАСААСААрАССОСбб

Рисунок 8. Фрагмент выравнивания участка ¡гпН^ЬЛ у различных видов Зонтичных Стрелками обозначены прямые повторы, повторяющиеся блоки выделены прямоугольниками (1Т и 2Т типы -непрерывной линией, 1А и 2А - пунктирной)

б * \ >*"

ъ ь

в : /^Ч

-V—у-о—о-о-о-о-о—Л-0—Ь —Ь—г> I

Г \ ^

* \

Рисунок 9 Фрагмент вторичной структуры участка ¡гпН-рзЬА а - Оисговш апеЛф>1ш (1Т тип), б -Ветепста ¿азусагра (1Л тип), в - Негаскит 1е$коуи (2Т тип), г — Негас1еит нЫпсит (2А тип)

Основания, составляющие полиморфный участок, не вовлечены в комплементарные взаимодействия и составляют петлю шпильки (Рис 9)

Чтобы получить представление о возможной внутривидовой изменчивости psbA-trnH мы определили нуклеотидные последовательности этого участка у образцов Heracleum sibiricum - наиболее полиморфного и наиболее широко распространенного вида - из разных частей ареала Показано, что последовательности у образцов, взятых из разных регионов, различаются Различия приурочены к участку, расположенными между двумя обращенными повторами у части образцов он представлен 2Т-вариантом, у части - 2А Таким образом, наши данные свидетельствуют о том, что высокий уровень гомопластических изменений (инверсий), отмеченный ранее для интрона грПб, характерен и для других участков хлоропластного генома, причем проявляется не только на межвидовом, но и на внутривидовом уровне Поэтому при молекулярно-филогенетическом анализе psbA-trnH участок, расположенный между инвертированными повторами, следует исключать

Выявленные нами особенности (высокая консервативность отдельных участков, гомоплазия) ставит под сомнение возможность применения psbA-trnH для ДНК-пггрихкодирования растений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование праймеров, подобранных к наиболее консервативным участкам хлоропластной ДНК, позволило провести амплификацию и секвенирование хлоропластно1 о генома гречихи, что свидетельствует о перспективности ПЦР-основанного подхода для получения последовательностей хлоропластных геномов цветковых растений Созданный в ходе работы набор универсальных праймеров может быть использован для амплификации и секвенирования хлоропластной ДНК у широкого круга объектов Таксон-специфичные праймеры, гомологичные определенным участкам хлоропластного генома гречихи, дают возможность изучения генетического полиморфизма видов и сортов гречихи

Структурный анализ полной последовательности хлоропластного генома гречихи показал значительные черты сходства с геномом другого представителя порядка Caryophyllales, но выявил также и отличия, касающиеся структуры отдельных 1енов и учас!ка 1енома на границе инвертированного повтора и малой уникальной области Показано, что расширение инвертированного повтора, характерное для гречихи, отличает и других представителей семейства Polygonaceae и близкого к нему семейства Plumbaginaceae Это подтверждает мысль о том, что не только нуклеотидные последовательности, но структурные перестройки отдельных частей генома могут служить филогенетическими маркерами (Dowme, Palmer, 1992)

Определение полной последовательности хлоропластного генома гречихи позволило также провести филогенетический анализ мультигенного набора из 61 гена

и уточнить положение порядка СагуорЬу11а1ез в системе цветковых растений Помимо этого, филогенетический анализ явился основой для предположений о путях эволюции редактирования РНК отдельных хлоропластных генов

Вычислительный эксперимент, направленный на поиск филогенетических маркеров, способных полностью или отчасти заменить информацию по полным хлоропластным геномам, показал, что наилучшее приближение к результатам анализа полного набора из 61 гена дает анализ генов ЯРО, кодирующих субъединицы пластидной РНК-полимеразы Таким образом, эта группа генов является основным кандидатом на роль «счастливого гена» при изучении филогении цветковых Дальнейшее изучение генов группы ЯРО, проведенное для разных групп цветковых растений и с учетом их особенностей (таких как редактирование РНК) позволит лучше понять их возможности и ограничения в качестве филогенетических маркеров, способных полностью или отчасти заменить информацию по полным хлоропластным геномам

Помимо этого, изучены особенности структуры некодирующего участка хлоропластной ДНК - спейсера ¡гпН-рзЬА - у близких видов растений семейства Зонтичных Этот участок считается одним их самых вариабельных в хлоропластном геноме и был недавно предложен для использования в ДНК-штрихкодировании Однако нами показано, что у изученных видов этот участок отличается высокой консервативностью Это еще раз подчеркивает то, что закономерности эволюции одного и того же участка генома у разных групп растений могут отличаться

ВЫВОДЫ

1 Создан набор универсальных праймеров для амплификации и секвенирования хлоропластных геномов, на примере хлоропластного генома Fagopyrum езсикпШт (гречиха) показана перспективность ПЦР-основанных методов для получения последовательности хлоропластных геномов

2 Секвенирован и аннотирован хлоропласгный геном гречихи, показано, что его структура, состав и порядок генов в целом сходны с таковыми у большинства цветковых Выявлена особенность, отличающая семейство Ро^опасеае, к которому принадлежит гречиха, и близкое к нему семейство Plumbaglnaceac - расширение инвертированного повтора на границе с малой уникальной областью

3 Филогенешческий анализ 61 хлоропласшого белок-кодирующего гена у 44 таксонов семенных растений (включая определенные в ходе данной работы) показал, что порядок СагуорЬуМеБ, к которому относится гречиха, представляет собой сестринскую группу к астеридам

4 Распределение редактирования РНК инициаторных кодонов генов гр12, пйИЭ и рэЫ у цветковых растений отчасти коррелирует с эволюционной историей этой группы

5 Сравнительный анализ филогенетической значимости отдельных хлоропластных белок-кодирующего генов и групп генов показывает, что наиболее перспективны для реконструкции филогении цветковых растений гены RPO, кодирующие субъединицы пластидной РНК-полимеразы

6 Изучение структуры спейсера psbA-trnH у видов рода Heracleum и близких родов выявило значительную консервативность и высокий уровень гомопластических изменений в этом участке, что затрудняет его использование в филогенетическом анализе и ДНК-штрихкодировании

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рецензируемых журналах-

1 М.Д. Логачева, А А Пенин, ТХ Самигуллин, КМ Валъехо-Роман, АС Антонов Филогения цветковых растений по последовательностям хлоропластного генома в поисках «счастливого гена» Биохимия 2007, том 72, вып 12, с 1639- 1646

2 М. D. Logacheva, С М Valiejo-Roman, М G Pimenov ITS phylogeny of West Asian Heracleum species and related taxa of Umbelliferae-Tordylieae WDJ Koch, with notes on evolution of their psbA-trnH sequences Plant Systematics and Evolution 2008 V 270, №3-4, p 139-157

Материалы конференций:

1 Вальехо-Роман KM, Дегтярева ГВ, МД. Логачева Внутривидовая и межвидовая изменчивость хлоропластного спейсера psbA-trnH у Зонтичных в связи с проблемой ДНК-штрихкодирования растений Материалы конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея, Москва 16-19 мая 2007 года, с 35-37

2 М. D. Logacheva, А А Penin, Т Н Samigullin, С М Valiejo-Roman, A S Antonov Estimation of phylogcnetic utility of chloroplast protein-coding genes m a search of "lucky gene" for flowering plant phylogeny Proceedings of the conference "Computational phylogenetics and molecular systematics", 2007, November 16-19, Moscow, Russia p 148-150

3 M D Logacheva, A A Penm, T H Samigullin Complete nucleotide sequence and structure of common buckwheat (Fagopyrum esculentum) chloroplast genome Proceedings of the conference "Computational phylogenetics and molecular systematics", 2007, November 16-19, Moscow, Russia p 145-146

Отпечатано в копицентре « СТ ПРИНТ » Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус www stprint ru e-mail zakaz@stpnnt ru тел 939-33-38 Тираж 100 экз Подписано в печать 29 04 2008 г

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Логачева, Мария Дмитриевна

1 Введение.

2 Обзор литературы.

2.1 Общий план строения и особенности хлоропластных геномов д высших растений.

2.2 Закономерности эволюции хлоропластных геномов ^

2.3 Применение полных последовательностей хлоропластного 24 генома для реконструкции филогении растений.

2.4 Некодирующие участки хлоропластного генома, особенности их структуры, эволюции и использование в филогенетическом анализе.

3. Материалы и методы.

3.1 Растительный материал.

3.2 Подбор праймеров для амплификации и секвенирования 40 хлоропластного генома гречихи

3.3 Выделение ДНК, амплификация и секвенирование.

3.4 Сборка полной последовательности (контига) и аннотация 42 хлоропластного генома.

3.5 Выравнивание и филогенетический анализ.

3.6 Анализ случайных выборок и сравнение возможности 45 использования генов для реконструкции филогении.

4 Результаты и обсуждение.

4.1 Опредение и анализ полной нуклеотидной 49 последовательности хлоропластного генома гречихи.

4.1.1 Универсальные праймеры и возможность их использования для амплификации и секвенирования хлоропластных геномов цветковых растений.

4.1.2 Структурный и сравнительный анализ хлоропластного 5} генома гречихи.

4.1.3 Границы инвертированного повтора хлоропластного go генома гречихи и других представителей Polygonaceae.

4.2 Филогенетический анализ цветковых растений с gg использованием последовательностей хлоропластных генов.

4.2.1 Анализ объединенного набора из 61 гена.

4.2.2 Редактирование РНК генов rpl2, ndhD и psbL и возможные 75 пути его эволюции.

4.3 Анализ случайных выборок и оценка филогенетической 79 значимости отдельных хлоропластных генов и групп генов.

4.4 Изучение полиморфизма некодирующих участков хлоропластной ДНК (на примере спейсера trnH-psbA) у близких 37 видов и возможности их использования для реконструкции филогении на низком таксономическом уровне.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Особенности структуры хлоропластного генома гречихи (Fagopyrum esculentum (L.)Moench) и оценка возможности применения кодирующих и некодирующих хлоропластных последовательностей в филогенетическом анализе"

Актуальность проблемы. Информация о последовательстях геномов хлоропластов широко применяется в самых различных областях биологии растений. Это прежде физиология и молекулярная генетика фотосинтеза -знание последовательностей генов, продукты которых участвуют в этом процессе, значительно расширяет возможности его изучения. Отдельные участки хлоропластного генома широко применяются в молекулярно-филогенетическом анализе и служат важным инструментом для выяснения происхождения и родственных связей растений. Изучение хлоропластных геномов имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Известно, что трансформация хлоропластов является перспективным методом биоинженерии растений. Она имеет ряд важных преимуществ перед внедрением чужеродных ДНК в геном ядра (Grevich, Daniell 2005). Одним из препятствий для распространения технологии генетической инженерии хлоропластов является отсутствие данных по последовательностям их геномов. Интеграция чужеродных генов в хлоропластный геном происходит сайт-специфически. Поэтому анализ последовательности генома - одна из необходимых стадий при конструкции эффективных векторов для трансформации хлоропластов (Maliga 2002).

В настоящее время секвенированы (определены нуклеотидные последовательности) более 100 хлоропластных геномов наземных растений, из которых более 80 видов относятся к покрытосеменным растениям. Прежде всего это некоторые экономически важные растения — соя, кукуруза, рис, томат, кофе, картофель, морковь, а также модельные объекты генетики и физилогии растений - арабидопсис, шпинат, табак. В последние годы стало возможным определять хлоропластные геномы растений, не имеющих практической значимости, но представляющих интерес для фундаментальной науки, прежде всего эволюционной биологии. Показано, что анализ полных последовательностей геномов органелл способен разрешить многие спорные вопросы филогении эукариот. Однако к настоящему моменту набор таксонов растений с полностью секвенированными хлоропластными геномами явно недостаточен, что может привести к существенным искажениям результатов. Как итог, исследователь сталкивается с необходимостью определять полные последовательности геномов хлоропластов у очень большого числа таксонов, что по многим (в том числе - техническим и финансовым) причинам не всегда возможно. Кроме этого, для филогенетического анализа данных по полным последовательностям геномов необходимо привлекать значительные вычислительные ресурсы, что также затруднительно. Альтернативой секвенированию и анализу полных последовательностей хлоропластных геномов может стать поиск и использование минимального количества генов, филогенетический анализ которых даёт те же результаты, что и анализ максимального числа хлоропластных генов. Схема вычислительного эксперимента, позволяющего сделать это, была предложена (Антонов 2006), но до настоящего времени не была осуществлена.

Отдельные участки хлоропластного генома, преимущественно некодируюгцие, широко используются для филогенетического анализа на низком таксономическом уровне (Kelchner 2000, 2002), для популяционно-генетических исследований (Powell et al., 1995, Mohanty et al., 2002). В последние годы было предложено применять их для ДНК-штрихкодирования (то есть идентификации видов по последовательностям ДНК) растений (Kress et al., 2005, Lahaye et al., 2008). Однако закономерности эволюции некодирующей ДНК хлоропластов достаточно сложны и требуют особого внимания к процедурам выравнивания и построения филогенетического древа (Kelchner 2000; Borsch et al., 2003; Lohne, Borsch 2005); кроме того, ввиду известного явления неэквивалентности таксонов растений (Antonov et al., 1988) эти закономерности могут отличаться в разных группах растений.

Цель и задачи исследования. Первой целью работы явилось определение полной последовательности хлоропластного генома гречихи, его структурный анализ и филогенетический анализ цветковых растений с привлечением этой новой последовательности. Второй целью явилось проведение оценки филогенетической значимости отдельных хлоропластных генов - для поиска маркера, наилучшим образом согласующегося с результатами анализа полного генома, а также изучение особенностей структуры некодирующих участков хлоропластной ДНК у близких видов цветковых растений в контексте ДНК-штрихкодирования.

В рамках поставленных целей решались следующие задачи:

1. Разработать набор универсальных праймеров для амплификации и секвенирования хлоропластного генома, провести подбор условий для работы этих праймеров.

2. Провести определение и аннотацию полной последовательности хлоропластного генома гречихи Fagopyrum esculentum ssp. ancestrale, а также сравнение его с хлоропластными геномами других цветковых растений.

3. Провести филогенетический анализ цветковых растений (включая Fagopyrum) на основе мультигенного набора 61 хлоропластного белок-кодирующего гена.

4. Проанализировать филогенетическую значимость белок-кодирующих хлоропластных генов, общих для цветковых и голосеменных растений.

5. Изучить полиморфизм некодирующего участка хлоропластного генома trnH-psbA у группы близких видов цветковых растений и особенности его структуры и оценить возможность применения его для филогенетического анализа и для идентификации видов.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые была определена последовательность хлоропластного генома гречихи (Fagopyrum esculentum ssp. ancestrale), проведена её аннотация и структурный анализ. Аннотированная последовательность занесена в международную базу данных нуклеотидных последовательностей GenBank (номер записи EU254477). Это вторая полная последовательность хлоропластного генома крупной группы цветковых растений (включает более 11 ООО видов) - порядка Caryophyllales и вторая полная последовательность хлоропластного генома, определенного в России. Секвенирование хлоропластного генома гречихи позволит совершенствование методов биотехнологии в применении к этому объекту, а именно разработку векторов для получения трансгенных растений.

Создан набор универсальных праймеров, которые могут использоваться для амплификации и секвенирования участков уникальных областей хлоропластного генома у широкого круга цветковых растений. Проверена применимость созданного ранее (Dhingra, Folta, 2005) подобного набора для участков инвертированного повтора. Помимо этого, создан набор таксон-специфичных праймеров для амплификации и секвенирования хлоропластной ДНК гречихи, который может быть использован для изучения генетического полиморфизма видов и сортов гречихи.

Проведен филогенетический мультигенного набора из 61 хлоропластного гена, который позволил прояснить положение порядка Caryophyllales в системе цветковых. Изучена зависимость уровня разрешенности филогенетического дерева от длины последовательности и филогенетическая значимость отдельных хлоропластных генов и групп генов. Выявлена группа генов, дающих наилучшие (сравнимые с результатом анализа набора из 61 гена) результаты филогенетического анализа.

Изучен внутривидовой и межвидовой полиморфизм некодирующего участка хлоропластной ДНК - спейсера tmH-psbA, выявлены консервативные элементы его первичной и вторичной структуры. Все полученные последовательности занесены в базу данных GenBank. Изучение этого участка особенно актуально в свете того, что он был предложен в качестве универсального ДНК-штрихкода (участка генома, позволяющего идентификацию видов) для высших растений.

2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Молекулярная биология", Логачева, Мария Дмитриевна

6. выводы

1. Создан набор универсальных праймеров для амплификации и секвенирования хлоропластных геномов; на примере хлоропластного генома Fagopyrum esculentum (гречиха) показана перспективность ПЦР-основанных методов для получения последовательности хлоропластных геномов.

2. Секвенирован и аннотирован хлоропластный геном гречихи; показано, что его структура, состав и порядок генов в целом сходны с таковыми у большинства цветковых. Выявлена особенность, отличающая семейство Polygonaceae, к которому принадлежит гречиха, и близкое к нему семейство Plumbaginaceae — расширение инвертированного повтора на. границе с малой уникальной областью.

3. Филогенетический анализ 61 хлоропластного белок-кодирующего гена у 44 таксонов семенных растений (включая определенные в ходе данной работы) показал, что порядок Caryophyllales, к которому относится гречиха, представляет собой сестринскую группу к астеридам.

4. Распределение редактирования РНК инициаторных кодонов генов rpl2, ndhD и psbL у цветковых растений отчасти коррелирует с эволюционной историей этой группы.

5. Сравнительный анализ филогенетической значимости отдельных хлоропластных белок-кодирующего генов и групп генов показывает, что наиболее перспективны для реконструкции филогении цветковых растений гены RPO, кодирующие субъединицы пластидной РНК-полимеразы.

6. Изучение закономерностей эволюции спейсера psbA-trnH у видов рода Heracleum и близких родов выявило значительную консервативность и высокий уровень гомопластических изменений в этих участках, что затрудняет их использование в филогенетическом анализе.

7. СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Статьи в рецензируемых журналах:

1. М.Д. Логачева, А.А. Пенин, Т.Х. Самигуллин, К.М. Вальехо-Роман, А.С. Антонов. Филогения цветковых растений по последовательностям хлоропластного генома: в поисках «счастливого гена». Биохимия 2007, том 72, вып. 12, с. 1639- 1646.

2. М. D. Logacheva, С. М. Valiejo-Roman, М. G. Pimenov. ITS phylogeny of West Asian Heracleum species and related taxa of Umbelliferae-Tordylieae W.D.J.Koch, with notes on evolution of their psbA-trnH sequences. Plant Systematics and Evolution 2008. V. 270, №3-4, p. 139-157.

Матералы конференций:

1. Внутривидовая и межвидовая изменчивость - хлоропластного спейсера psbA-trnH у Зонтичных в связи с проблемой ДНК-штрихкодирования растений. Материалы конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея, Москва 16-19 мая 2007 года, с. 35-37.

2. М. D. Logacheva, A. A. Penin, Т. Н. Samigullin, С. М. Valiejo-Roman, A. S. Antonov. Estimation of phylogenetic utility of chloroplast protein-coding genes: in a search of "lucky gene" for flowering plant phylogeny. Proceedings of the conference "Computational phylogenetics and molecular systematics", 2007, November 16-19, Moscow, Russia, p. 148-150.

3. M. D. Logacheva, A. A. Penin, Т. H. Samigullin. Complete nucleotide sequence and structure of common buckwheat (Fagopyrum esculentum) chloroplast genome. Proceedings of the conference "Computational phylogenetics and molecular systematics", 2007, November 16-19, Moscow, Russia, p. 145-146.

5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование праймеров, подобранных к наиболее консервативным участкам хлоропластной ДНК, позволило провести амплификацию и секвенирование хлоропластного генома гречихи, что свидетельствует о перспективности ПЦР-основанного подхода для получения последовательностей хлоропластных геномов цветковых растений. Созданный в ходе работы набор универсальных праймеров может быть использован для амплификации и секвенирования хлоропластной ДНК у широкого круга объектов. Таксон-специфичные праймеры, гомологичные определенным участкам хлоропластного генома гречихи, дают возможность изучения генетического полиморфизма видов и сортов гречихи.

Структурный анализ полной последовательности хлоропластного генома гречихи показал значительное сходство геномом другого представителя порядка Caryophyllales, но выявил также и отличия, касающиеся структуры отдельных генов и участка генома на границе инвертированного повтора и малой уникальной области. Показано, что расширение инвертированного повтора, характерное для гречихи, отличает и других представителей семейства Polygonaceae и близкого к нему семейства Plumbaginaceae. Это подтверждает мысль о том, что не только нуклеотидные последовательности, но структурные перестройки отдельных частей генома могут служить филогенетическими маркерами (Downie, Palmer 1992).

Определение полной последовательности хлоропластного генома гречихи позволило также провести филогенетический анализ мультигенного набора из 61 гена и уточнить положение порядка Caryophyllales в системе цветковых растений. Помимо этого, филогенетический анализ явился основой для предположений о путях эволюции редактирования РНК отдельных хлоропластных генов.

Вычислительный эксперимент, направленный на поиск филогенетических маркеров, способных полностью или отчасти заменить информацию по полным хлоропластным геномам, показал, что наилучшее приближение к результатам анализа полного набора из 61 гена дает анализ генов RPO, кодирующих субъединицы пластидной РНК-полимеразы. Таким образом, эта группа генов является основным кандидатом на роль «счастливого гена» при изучении филогении цветковых. Дальнейшее изучение генов группы ПРО, проведенное для разных групп цветковых растений и с учетом их особенностей (таких как редактирование РНК) позволит лучше понять их возможности и ограничения в качестве филогенетических маркеров, способных полностью или отчасти заменить информацию по полным хлоропластным геномам.

Помимо этого, изучены особенности структуры некодирующего участка хлоропластной ДНК - спейсера trnH-psbA - у близких видов растений семейства Зонтичных. Этот участок считается одним их самых вариабельных в хлоропластном геноме и был недавно предложен для использования в ДНК-штрихкодировании. Однако нами показано, что у изученных видов этот участок отличается высокой консервативностью. Это ещё раз подчеркивает то, что закономерности эволюции одного и того же участка генома у разных групп растений могут отличаться.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Логачева, Мария Дмитриевна, Москва

1. Антонов, А.С. Геносистематика растений. Изд-во: М.: Академкнига, 2006 г.

2. Беляева О.Б., Литвин Ф.Ф. Фотоактивные пигмент-ферментные комплексы предшественника хлорофилла в листьях растений // Успехи биологической химии 2007. Т. 47. С. 189-232.

3. Карапетян Н.В. Фотосистема 1 цианобактерий: организация и функции // Успехи биологической химии 2001. Т. 41. С. 39-76.

4. Лысенко Е.А., Кузнецов В.В. РНК-полимеразы пластид // Молекулярная биология 2005. Т. 39. С. 762-775.

5. Одинцова М.С., Юрииа Н.П. Геном пластид высших растений и водорослей: структура и функции // Молекулярнаг биология 2003. V. 37. Р. 768-783.

6. Селиверстов А.В., Любецкий В.А. Поиск консервативных участков влидерных областях генов в случае известного дерева видов //

7. Информационные процессы 2005. Т. 5, № 4, С. 265-270.

8. Селиверстов А.В., Любецкий В.А. Регуляция трансляции в хлоропластах // Информационные процессы 2005. Т. 5, № 5, С. 400404.

9. Adachi J., Waddell P.J., Martin W., Hasegawa M. Plastid genome phylogeny and a model of amino acid substitution for proteins encoded by chloroplast DNA // J. Mol. Evol. 2000. V. 50. P. 348-358.

10. Adams C.C., Stern D.B. Control of mRNA stability in chloroplasts by 3' inverted repeats: effects of stem and loop mutations on degradation of psbA mRNA in vitro // Nucleic Acids Research 1990. V.18. P. 60036010.

11. Aii J., Kishima Y., Mikami Т., Adachi T. Expansion of the IR in the chloroplast genomes of buckwheat species is due to incorporation of an SSC sequence that could be mediated by an inversion // Current Genetics. 1997. V. 31. P. 276-279.

12. Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. Basic local alignment search tool // J. Mol. Biol. 1990. V. 215. P. 403-410.

13. Angiosperm Phylogeny Group. An ordinal classification for the families of flowering plants // Annals of the Missorui Botanical Garden. 1998. V. 85. P.531-553.

14. Angiosperm Phylogeny Group. An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants: APG II // Bot. J. Linn. Soc. 2003. P. 141. P. 399-436.

15. Antonov A.S., Valiejo-Roman K.M., Pimenov M.G., Beridze N.A. Non-equivalency of genera in Angiospermae: evidence from DNA hybridization studies // Plant Systematics and Evolution. 1988. V. 161. P. 155-168.

16. Asano Т., Tsudzuki Т., Takahashi S., Shimada H., Kadowaki K. Complete nucleotide sequence of the sugarcane (Saccharum officinarum) chloroplast genome: a comparative analysis of four monocot chloroplast genomes // DNA Research 2004. V. 11. P. 93-99.

17. Baldauf S.L., Palmer J.D. Evolutionary transfer of the chloroplast tufA gene to the nucleus //Nature 1990. V. 344. P. 262 265.

18. Barbrook A.C., Lockhart P.J., Howe C.J. Phylogenetic analysis of plastid origins based on secA sequences // Current Genetics 1998. V. 34. P. 336-341.

19. Bausher M.G., Nameirakpam DS, Lee S, Jansen RK, Daniell H: The complete chloroplast genome sequence of Citrus sinensis (L.) Osbeck var 'Ridge Pineapple': organization and phylogenetic relationships to other angiosperms // BMC Plant Biology 2006, 6:21.

20. Beaton M.J., Cavalier-Smith T. Eukaryotic non-coding DNA is functional: evidence from the differential scaling of cryptomonad genomes // Proc. Biol. Sci. 1999 V. 266. P. 2053-2059.

21. Bohs L. A Chloroplast DNA phylogeny of Solanum section Lasiocarpa II Systematic Botany 2004. V. 29. P. 177-187.

22. Borsch Т., Hilu K.W., Quandt D., Wilde V., Neinhuis C., Barthlott W. Noncoding plastid trnT-trnF sequences reveal a well resolved phylogeny of basal angiosperms //J. Evol. Biol. 2003. V. 16. P. 558-576.

23. Boudreau E., Takahashi Y., Lemieux C., Turmel M., Rochaix J. The chloroplast yc/3 and ycf4 open reading frames of Chlamydomonasreinhardtii are required for the accumulation of the photosystem I complex// The EMBO Journal, 1997. V. 16. P. 6095-6104.

24. Bousquet J., Strauss S.H., Doerksen A.H., Price R.A. Extensive variation in evolutionary rate of rbcL gene sequences among seed plants // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992 V. 89. P. 7844-7848.

25. Burrows P.A., Sazanov L.A., Svab Z., Maliga P., Nixon P.J. Identification of a functional respiratory complex in chloroplasts through analysis of tobacco mutants containing disrupted plastid ndh genes // The EMBO Journal 1998. V. 17. P. 868-876.

26. Carlquist S. Wood anatomy of Polygonaceae: analysis of a family with exceptional wood diversity // Bot. J. Linn. Soc. 2003. V. 141, P. 25-51.

27. Chiang T.Y., Schaal B.A. Molecular evolution and phylogeny of the atpB-rbcL spacer of chloroplast DNA in the true mosses // Genome 2000. V. 43. P. 417-426.

28. Clark J.L., Herendeen P.S., Skog L.E., Zimmer E.A. Phylogenetic relationships and generic boundaries in the Episcieae (Gesneriaceae) inferred from nuclear, chloroplast, and morphological data // Taxon 2006. V. 55. P. 313-336.

29. Clegg M.T., Gaut B.S., Learn J.H., Morton B.R. Rates and patterns of chloroplast DNA evolution // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1994. V. 91. P. 6795-6801.

30. Cosner M., Raubeson L.A, Jansen R.K. Chloroplast DNA rearrangements in Campanulaceae: phylogenetic utility of highly rearranged genomes // BMC Evolutionary Biology. 2004 V. 4 № 27.

31. Cranfill R.B. Phylogenetic utility of plastid ribosomal protein S4 (rps4) in land plants // American Journal of Botany 2001. V. 87. P. 121.

32. Cuenoud P., Savolainen V., Chatrou L.W., Powell M., Grayer R.J., Chase M. Molecular phylogenetics of Caryophyllales based on nuclear 18S rDNA and plastid rbcL, atpB, and mat К DNA sequences // American Journal of Botany 2002. V. 89. P. 132-144.

33. Dhingra A., Folta K. ASAP: Amplification, sequencing and annotation of plastomes // BMC Genomics 2005. V. 6. P. 176.

34. Downie S.R., Katz-Downie D.S. Phylogenetic analysis of chloroplast rpsl6 intron sequences reveals relationships within the woody southern African Apiaceae subfamily Apioideae // Canadian Journal of Botany 1999. V. 77. P. 1120-1135.

35. Downie S.R., Olmstead R.G., Zurawski G., Soltis D.E., Soltis P.S., Watson J.C., Palmer J.D. Six independent losses of the chloroplast DNA rpl2 intron in dicotyledons: molecular and phylogenetic implications // Evolution 1991. V. 45. P. 1245-1259.

36. Downie S.R., Palmer J.D. Use of chloroplast DNA rearrangements in reconstructing plant phylogeny. In Plant Molecular Systematics (Edited by: Soltis P, Soltis D, Doyle JJ). New York: Chapman and Hall 1992, 1435.

37. Downie S.R., Lianas E., Katz-Downie D. S. Multiple independent losses of the rpoCl intron in angiosperm chloroplast DNA's // Systematic Botany 1996. V. 21. P. 135-151.

38. Doyle J.J., Doyle J.L., Palmer J.D. Multiple independent losses of two genes and one intron from legume chloroplast genomes // Systematic Botany 1995. V. 20. P. 272-294.

39. Drescher A., Ruf S., Calsa T.J., Carrer H., Bock R. The two largest chloroplast genome-encoded open reading frames of higher plants are essential genes //Plant Journal. 2000. V. 22. P. 97-104.

40. Edgar R.C. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput // Nucleic Acids Research 2004. V. 32. P. 17921797.

41. Ems S.C., Morden C.W., Dixon C.K., Wolfe K.H., dePamphilis C.W., Palmer J.D. Transcription, splicing and editing of plastid RNAs in the nonphotosynthetic plant Epiphagus virginiana II Plant Molecular Biology 1995. V. 29. P. 721-733.

42. Erixon P., Oxelman B. Whole-gene positive selection, elevated synonymous substitution rates, duplication, and indel evolution of the chloroplast clpPl gene. // PLoS ONE. 2008. V. 3. №. 1.

43. Eyre-Walker A., Gaut B.S., Felsenstein J. Correlated rates of synonymous site evolution across plant genomes // Mol. Biol. Evol. 1997. V.14. P. 455^160.

44. Fiebig A., Stegemann S., Bock R. Rapid evolution of RNA editing sites in a small non-essential plastid gene // Nucleic Acids Research 2004. V. 32. P. 3615-3622.

45. Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies: an approach using the bootstrap // Evolution 1985. V. 39. P. 783-791.

46. Freyer R., Kiefer-Meyer M.C., Kossel H. Occurrence of plastid RNA editing in all major lineages of land plants // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997 V. 94. P. 6285-6290.

47. Friis E.M., Crane P.R., Pedersen K.R. Floral evidence, for Cretaceous chloranthoid angiosperms //Nature 1986. V. 320. P. 163 164.

48. Gantt J.S., Baldauf S.L., Calie P.J., Weeden N.F., Palmer J.D. Transfer of rpl22 to the nucleus greatly preceded its loss from the chloroplast and involved the gain of an intron // The EMBO Journal., 1991. V. 10. P. 3073-3078.

49. Gaut B.S., Muse S.V., Clark W.D., Clegg M.T. Relative rates of nucleotide substitution at the rbcL locus of monocotyledonous plants // J. Mol. Evol. 1992. V. 35. P. 292-303.

50. Giannasi D.E., Zurawski G., Clegg M.T. Evolutionary relationships of the Caryophyllidae based on comparative rbcL sequences // Systematic Botany 1992. V. 17. P. 1-15.

51. Golenberg E.M., Clegg M. Т., Durbin M. L., Doebley J., Ma D.P. Evolution of a noncoding region of the chloroplast genome. Molecular Phylogenetics and Evolurion 1993. V. 2. P. 52-64.

52. Goremykin V.V., Hirsch-Ernst K.I., Wolfl S., Hellwig F.H. Analysis of the Amborella trichopoda chloroplast genome sequence suggests that Amborella is not a basal angiosperm // Mol. Biol. Evol. 2003. V. 20. P. 1499-1505.

53. Goremykin V.V., Hirsch-Ernst K.I., Wolfl S., Hellwig F.H. The chloroplast genome of the basal angiosperm Calycanthus floridus -— structural and phylogenetic analyses // Plant Systematics and Evolution.2003. V. 242. P. 119-135.

54. Goremykin V.V., Hirsch-Ernst K.I., Wolfl S., Hellwig F.H. The chloroplast genome of Nymphaea alba: whole-genome analyses and the problem of identifying the most basal angiosperm // Mol. Biol. Evol.2004. V. 21. P. 1445-1454.

55. Goremykin V.V., Holland В., Hirsch-Ernst K.I., Hellwig F.H. Analysis of Acorus calamus chloroplast genome and its phylogenetic implications // Mol. Biol. Evol.2005. V. 22. P. 1813-1822.

56. Goulding S.E., Olmstead R.G., Morden C.W., Wolfe KH. Ebb and flow of the chloroplast inverted repeat // Mol. Gen. Genet. 1996. V. 252 P. 195-206.

57. Grevich J., Daniell H. Chloroplast genetic engineering: recent advances and future perspectives // Critical Reviews in Plant Sciences 2005. V. 24. P. 83-107.

58. Haberle R.C., Fourcade H.M., Boore J.L., Jansen R.K. Extensive rearrangements in the chloroplast genome of Trachelium caeruleum are associated with repeats and tRNA genes // J. Mol. Evol. 2008 в печати

59. Hall Т.A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT // Nucl Acids Symp Ser V. 1999. V. 41. P. 95-98.

60. Hilu, K.W. and Liang, H. The matK gene: sequence variation and application in plant systematics // American Journal of Botany. 1997. V. 84. P. 830-830.

61. Hoch В., Maier R.M., Appel K., Igloi G.L., Kossel H. Editing of a chloroplast mRNA by creation of an initiation codon // Nature 1991. V. 353. P.178-180.

62. Hoot, S.B. Phylogeny of the Ranunculaceae based on atpB, rbcL and 18S nuclear ribosomal DNA sequence data I I Plant Systematics and Evolution. 1995. V. 9. P. 241-251.

63. Howe C.J., Barbrook A.C., Koumandou V.L., Nisbet R.E., Symington H.A., Wightman T.F. Evolution of the chloroplast genome // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2003. V.358. P. 99-106.

64. Howitt C.A., Whelan J., Price G.D., Day D.A. Cloning, analysis and inactivation of the ndhK gene encoding a subunit of NADH quinone oxidoreductase from Anabaena PCC 7120 // Eur. J. Biochem. 1996. V. 240. P. 173-180.

65. Hudson S.G., Mason J.G. The chloroplast genes encoding subunits of the H+-ATP synthase // Photosynthesis Research 1988. V. 18. P. 205-222.

66. Ingvarsson P.K., Ribstein S., Taylor D.R. Molecular evolution of insertions and deletion in the chloroplast genome of Silene // Mol. Biol. Evol. 2003. V. 20. P. 1737-1740.

67. Jansen R.K., Palmer J.D. A chloroplast DNA inversion marks an ancient evolutionary split in the sunflower family (Asteraceae) // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1987. V. 84. P. 5818-5822.

68. Johnson L.A., Soltis D.E. matK DNA Sequences and Phylogenetic Reconstruction in Saxifragaceae s. str. // Systematic Botany 1994. V. 19. P. 143-156.

69. Kallersjo M., Albert V.A., Farris J.S. Homoplasy increases phylogenetic structure //Cladistics 1999. V. 15. P. 91-93.

70. Kapoor S., Wakasugi Т., Deno H., Sugiura M. An a/^-specific promoter within the coding region of the atpB gene in tobacco chloroplast DNA // Curr. Genet. 1994 V. 26. P. 263-268.

71. Kapralov M.V., Filatov D.A. Molecular adaptation during adaptive radiation in the Hawaiian endemic genus Schiedea // PLoS ONE 2006. V. 1. № 8.

72. Kapralov M.V., Filatov D.A. Widespread positive selection in the photo synthetic Rubisco enzyme // BMC Evolutionary Biology 2007 V. 7. №73.

73. Kashdan M.A., Dudock B.S. The gene for a spinach chloroplast isoleucine tRNA has a methionine anticodon // J. Biol. Chem. 1982. V. 257. P.11191-11194.

74. Katayama H., Ogihara Y. Structural alterations of the chloroplast genome found in grasses are not common in monocots // Current Genetics 1993. V. 23. P. 160-165.

75. Kato Т., Kaneko Т., Sato S., Nakamura Y., Tabata S. Complete structure of the chloroplast genome of a legume, Lotus japonicus И DNA Research 2000. V. 7. P. 323-330.

76. Kelchner S.A., Wendel J.F. Hairpins create minute inversions in non-coding regions of chloroplast DNA // Curr. Genet. 1996 V. 30. P. 259262.

77. Kelchner S.A., Clark L.G. Molecular evolution and phylogenetic utility of the rpll6 intron in Chusquea and the Bambusoideae (Poaceae) // Molecular Phylogenetics and Evolution 1997. V. 8. P. 385-397.

78. Kelchner S.A. The evolution of non-coding chloroplast DNA and its application in plant systematics // Annals of the Missouri Botanical Garden 2000. V. 87. P. 482-498.

79. Kelchner S.A. Group II introns as phylogenetic tools: structure, function, and evolutionary constraints // American Journal of Botany 2002. V. 89. P. 1651-1669.

80. Kim J.S., Jung J.D., Lee J.A., Park H.W., Oh K.H., Jeong W.J., Choi D.W., Liu J.R., Cho K.Y. Complete sequence and organization of the cucumber (Cucumis saiivus L. cv. Baekmibaekdadagi) chloroplast genome // Plant Cell Rep. 2006. V. 25. P. 334-340.

81. Kim K.J., Jansen R.K. ndhF sequence evolution and the major clades in the sunflower family // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. V. 92. P. 10379-10383.

82. Kim K.J., Lee H.L. Complete chloroplast genome sequences from Korean ginseng {Panax schinseng Nees) and comparative analysis of sequence evolution among 17 vascular plants // DNA Research 2004. V. 11. P. 247-261.

83. Kim M., Thum K.E., Morishige D.T., Mullet J.E. Detailed architecture of the barley chloroplast psbD-psbC blue light-responsive promoter// J. Biol. Chem. 1999. V. 274. P. 4684-4692.

84. Kishima Y., Ogura K., Mizukami K., Mikami Т., Adachi T. Chloroplast DNA analysis in buckwheat species: phylogenetic relationships, origin of the reproductive systems and extended inverted repeats //Plant Sci 1995. V. 108. P. 173-179.

85. Kress W.J., Wurdack K.J., Zimmer E.A., Weigt L.A., Janzen D.H. Use of DNA barcodes to identify flowering plants // Proc. Natl. Acad.Sci. USA. 2005. V. 102. P. 8369-8374.

86. Krishnan N.M., Seligmann H., Rao B.J. Relationship between mRNA secondary structure and sequence variability in chloroplast genes: possible life history implications // BMC Genomics. 2008. V. 9. Jte 48.

87. Kudla J., Igloi G.L., Metzlaff M., Hagemann R., Kossel H. RNA editing in tobacco chloroplasts leads to the formation of a translatable psbL mRNA by а С to U substitution within the initiation codon // The EMBO Journal 1992. V. 11. P. 1099-1103.

88. Kusumi J., Tachida H. Compositional properties of green-plant plastid genomes // J. Mol. Evol. 2005. V. 60. P. 417-425.

89. Lahaye R., Van der Bank M., Bogarin D., Warner J., Pupulin F., Gigot G., Maurin O., Duthoit S., Barraclough T.G., Savolainen V. DNA barcoding the floras of biodiversity hotspots // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. V. 105. P. 2923-2928.

90. Lai M., Sceppa J., Ballenger J.A, Doyle J.J., Wunderlin R.P. Polymorphism for the presence of the rpL2 intron in chloroplast genomes of Bauhinia (Leguminosae) // Systematic Botany 1997. V. 22, P. 519-528.

91. Lee H.L., Jansen R.K., Chumley T.W., Kim K.J. Gene relocations within chloroplast genomes of Jasminum and Menodora (Oleaceae) are due to multiple, overlapping inversions // Mol. Biol. Evol. 2007 V. 24. P. 1161-1180.

92. Lee S.B., Kaittanis C., Jansen R.K., Hostetler J.B., Tallon L.J., Town C.D., Daniell H. The complete chloroplast genome sequence of Gossypium hirsutum: organization and phylogenetic relationships to other angiosperms // BMC Genomics 2006. V. 7. № 61.

93. Leontovich A.M., Brodsky L.I., Gorbalenya A.E. Construction of the full local similarity map for two biopolymers // Biosystems 1993. V. 30. P. 57-63.

94. Lohne C, Borsch T. Phylogenetic utility and molecular evolution of the petD group II intron in basal angiosperms // Mol. Biol. Evol. 2005. V. 22. P. 317-332.

95. Lowe T.M., Eddy S.R. tRNAscan-SE: a program for improved detection of transfer RNA genes in genomic sequence // Nucleic Acids Research 1997. V. 25. P. 955-964.

96. Maier R.M., Neckermann K., Igloi G.L., Kossel H. Complete sequence of the maize chloroplast genome: gene content, hotspots of divergence and fine tuning of genetic information by transcript editing // J. Mol. Biol. 1995. V. 251. P. 614-628.

97. Maliga P. Engineering the plastid genome of higher plants // Curr. Opin. Plant Biol. 2002. V. 5. P. 164-172.

98. Manen J.F., Natali A. Comparison of the evolution of ribulose-1, 5-biphosphate carboxylase (rbcL) and atpB-rbcL noncoding spacer sequences in a recent plant group, the tribe Rubieae (Rubiaceae). J. Mol. Evol. 1995. V. 41. P. 920-927.

99. Martin W., Stoebe В., Goremykin V., Hapsmann S., Hasegawa M., Kowallik K.V. Gene transfer to the nucleus and the evolution of chloroplasts //Nature 1998. V. 393. P. 162-165.

100. McNeal J.R., Kuehl J.V., Boore J.L., de Pamphilis C.W. Complete plastid genome sequences suggest strong selection for retention of photosynthetic genes in the parasitic plant genus Cuscuta // BMC Plant Biology 2007. V. 7. № 57.

101. Mcintosh L., Poulsen C., Bogorad L. Chloroplast gene sequence for the large subunit of ribulose bisphosphate carboxylase of maize // Nature 1980. V. 288. P. 556-560.

102. Mohanty A., Martin J.P., Aguinagalde I. Population genetic analysis of European Prunus spinosa (Rosaceae) using chloroplast DNA markers // American Journal of Botany 2002. V. 89. P. 1223-1228.

103. Moore M.J., Dhingra A., Soltis P.S., Shaw R., Farmerie W.G., Folta K.M., Soltis D.E. Rapid and accurate pyrosequencing of angiosperm plastid genomes // BMC Plant Biology 2006. V. 6. № 17.

104. Mower J.P., Touzet P., Gummow J.S., Delph L.F., Palmer J.D. Extensive variation in synonymous substitution rates in mitochondrial genes of seed plants // BMC Evolutionary Biology 2007. V. 7. № 135.

105. Muller K.F., Borsch Т., Hilu K.W. Phylogenetic utility of rapidly evolving DNA at high taxonomical levels: contrasting matK, trnT-F, and. rbcL in basal angiosperms // Mol. Phylogenet. Evol. 2006 V. 41. P. 99117.

106. Muller K.F., Borsch Т., Legendre L., Porembski S., Barthlott W. Recent progress in understanding the evolution of carnivorous Lentibulariaceae (Lamiales) // Plant Biology 2006. V. 8 . P. 748-757.

107. Nadot S., Bittar G., Carter L., Lacroix R., Lejeune В. A phylogenetic analysis of monocotyledons based on the chloroplast gene rps4, using parsimony and a new numerical phenetics method // Mol. Phylogenet. Evol. 1995. V. 4. P. 257-282.

108. Nakamura Y., Kaneko Т., Hirosawa M., Miyajima N., Tabata S. CyanoBase, a www database containing the complete nucleotide sequence of the genome of Synechocystis sp. strain PCC6803 // Nucleic Acids Research 1998. V. 26. P. 63-67.

109. Neckermann K., Zeltz P., Igloi G.L., Kossel H., Maier R.M. The role of RNA editing in conservation of start codons in chloroplast genomes//Gene 1994. V. 146. P. 177-182.

110. Nei M., Kumar S., Takahashi K. The optimization principle in phylogenetic analysis tends to give incorrect topologies when the number of nucleotides or amino acids used is small // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. P. 12390-12397.

111. Nozaki H., Ohta N., Yamada Т., Takano H. Characterization of rbcL group IA introns from two colonial volvocalean species (Chlorophyceae) // Plant Mol. Biol. 1998. V. 37. P. 77-85.

112. Ogihara Y., Terachi Т., Sasakuma T. Intramolecular recombination of chloroplast genome mediated by short direct-repeat sequences in wheat species // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1988. V 85. P. 8573-8577.

113. Ohnishi O. Discovery of the wild ancestor of common buckwheat // Fagopyrum 1991. V. 11. P. 5-10.

114. Okumura S., Sawada M., Park Y.W., Hayashi Т., Shimamura M., Takase H., Tomizawa K. Transformation of poplar (Populus alba) plastids and expression of foreign proteins in tree chloroplasts // Transgenic Res. 2006. V. 15. P. 637-646.

115. Olmstead R.G., Reeves P.A. Evidence for the polyphyly of the Scrophulariaceae based on chloroplast rbcL and ndhF sequences I I Annals of the Missorui Botanical Garden 1995. V. 82. P. 176-193.

116. Palmer J.D. Comparative organization of chloroplast genomes // Ann. Rev. Genet. 1985. V. 19. P. 325-354.

117. Page R.D. TreeView: an application to display phylogenetic trees on personal computers // Comput. Appl. Biosci. 1996. V. 12. P. 357-358.

118. Petersen G., Seberg O., Larsen S. The phylogenetic and taxonomic position of Lilaeopsis (Apiaceae), with notes on the applicability of ITS sequence data for phylogenetic reconstruction // Australian Systematic Botany 2001. V. 15. P. 181 191.

119. Peterson A., John H., Koch E., Peterson J. A molecular phylogeny of the genus Gagea (Liliaceae) in Germany inferred from non-coding chloroplast and nuclear DNA sequences // Plant Systematics and Evolution 2004. V. 245. P. 145-162.

120. Pfitzinger H., Weil J.H., Pillay D.T., Guillemaut P. Codon recognition mechanisms in plant chloroplasts // Plant Mol. Biol. 1990. V. 14. P. 804-814.

121. Pirie M.D., Balcazar Vargas M.P., Botermans M., Bakker F.T., Chatrou L.W. Ancient paralogy in the cpDNA trnL-F region in Annonaceae: implications for plant molecular systematics // American Journal of Botany 2007. V. 94. P. 1003-1016.

122. Plunkett G.M., Downie S.R. Expansion and contraction of the chloroplast inverted repeat in Apiaceae subfamily Apioideae // Systematic Botany 2000. V. 25. P. 648-667.

123. Posada D., Crandall K.A. MODELTEST: testing the model of DNA substitution//Bioinformatics 1998. V. 14. P. 817-818.

124. Powell W., Morgante M., McDevitt R., Vendramin G.G., Rafalski J.A. Polymorphic simple sequence repeat regions in chloroplast genomes: applications to the population genetics of pines // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995.V. 92. P. 7759-7763.

125. Qiu Y.-L., Li L., Hendry T. A., Li R., Taylor D. W., Issa M. J., Ronen A. J., Vekaria M. L., White A. M. Reconstructing the basal angiosperm phylogeny: evaluating information content of mitochondrial genes // Taxon 2006. V. 54. P. 837-856.

126. Ravi V., Khurana P.J., Tyagi A.K., Khurana P. An update on chloroplast genomes // Plant Systematics and Evolution 2008. V. 271. P. 101-122.

127. Ravi V., Khurana P.J., Tyagi A.K., Khurana P. The chloroplast genome of mulberry: complete nucleotide sequence, gene organization and comparative analysis // Tree Genetics and Genomes 2006. V. 3. P. 49-59

128. Rokas A., Williams B.L., King N., Carroll S.B. Genome-scale approaches to resolving incongruence in molecular phylogenies // Nature 2003. V. 425. P. 798-804.

129. Ronquist F., Huelsenbeck J.P. MRBAYES 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models // Bioinformatics 2003. V. 19. P. 1572-1574.

130. Ruhlman Т., Lee S.B., Jansen R.K., Hostetler J.B., Tallon L.J., Town C.D., Daniell H. Complete plastid genome sequence of Daucus carota: Implications for biotechnology and phylogeny of angiosperms // BMC Genomics 2006. V. 7. № 222

131. Saarela F.M., Rai H.S., Doyle J.A., Endress P.K., Mathews S., Marchant A.D., Briggs B.G., Graham S.W. Hydatellaceae identified as anew branch near the base of the angiosperm phylogenetic tree // Nature 2007. V. 446. P. 312-315.

132. Sanders E.R., Karol K.G. McCourt R. Occurrence of matK in a trnK group II intron in charophyte green algae and phylogeny of the Characeae // American Journal of Botany 2003. V. 90. P. 628-633.

133. Sang Т., Crawford D. J., Stuessy T. F. Chloroplast DNA phylogeny, reticulate evolution, and biogeography of Paeonia (Paeoniaceae) // American Journal of Botany 1997. V. 84". P. 1120-1136.

134. Saski C., Lee S., Daniell H., Wood Т., Tomkins J., Kim H.-G., Jansen R.K. Complete chloroplast genome sequence of Glycine max and comparative analyses with other legume genomes // Plant Mol. Biol. 2005. V. 59. P. 309-322.

135. Sato S., Nakamura Y., Kaneko Т., Asamizu E., Tabata S. Complete structure of the chloroplast genome of Arabidopsis thaliana II DNA Research 1999. V. 6. P. 283-290.

136. Schmitz-Linneweber C., Kushnir S., Babiychuk E., Poltnigg P., Herrmann R.G., Maier R.M. Pigment deficiency in nightshade/tobacco cybrids is caused by the failure to edit the plastid ATPase a-subunit mRNA//Plant Cell. 2005. V. 17. P. 1815-1828.

137. Schmitz-Linneweber C., Maier R.M., Alcaraz J.P., Cottet A., Herrmann R.G., Mache R. The plastid chromosome of spinach (Spinacia oleracea): complete nucleotide sequence and gene organization // Plant Mol. Biol. 2001. V. 45. P. 307-315.

138. Schnabel, A. and J.F. Wendel. Cladistic Biogeography of Gleditsia (Leguminosae) based on ndhF and rpll6 chloroplast gene sequences // American Journal of Botany 1998. V. 85. P. 1753-1765.

139. Shabalina S.A., Spiridonov N. A. The mammalian transcriptome and the function of non-coding DNA sequences // Genome Biol. 2004. V. 5. P. 105.

140. Shaw J., Lickey E.B., Schilling E.E., Small R.L. Comparison of whole chloroplast genome sequences to choose noncoding regions for phylogenetic studies in angiosperms: the tortoise and the hare III // American Journal of Botany 2007. V. 94. P. 275 288.

141. Simpson C.L., Stern D.B. The treasure trove of algal chloroplast genomes. Surprises in architecture and gene content, and their functional implications // Plant Physiology 2002. V. 129. P. 957-966.

142. Smedmark J.E.E., Rydin C. Razaflmandimbison S.A., Saleh K., Liede-Schumann S., Bremer B. A phylogeny of Urophylleae (Rubiaceae) based on rpsl6 intron data // Taxon 2008. V. 57. P. 24-32.

143. Steane D.A. Complete nucleotide sequence of the chloroplast genome from the Tasmanian blue gum, Eucaliptus globulus (Myrtaceae) // DNA Research 2005. V. 12. P. 215-220.

144. Stefanovic S., Rice D.W., Palmer J.D. Long branch attraction, taxon sampling, and the earliest angiosperms: Amborella or monocots? // BMC Evolutionary Biology 2004. V. 4. № 35

145. Steinmuller K., Ley A.C., Steinmitz A.A., Sayre R.T., Bogorad L. Characterisation of the ndhC-psbC-ORF157/159 operon of maize plastid DNA and of the cyanobacterium Synechocystis sp. 6803 // Mol. Gen. Genet. 1989 V. 216. P. 60-69.

146. Stern D.B., Gruissem W. Control of plastid gene expression: 3' inverted repeats act as mRNA processing and stabilizing elements, but do not terminate transcription // Cell 1987. V. 51. P. 1145-1157.

147. Stern D.B., Radwanski E.R., Kindle K.L. A 3' stem/loop structure of the Chlamydomonas chloroplast atpB gene regulates mRNA accumulation in vivo // Plant Cell 1991. V. 3. P. 285-297.

148. Strauss S.H., Palmer J.D., Howe G.T., Doerksen A.H. Chloroplast genomes of two conifers lack a large inverted repeat and are extensively rearranged//Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1988. V. 85. P. 3898-3902.

149. Sugiura M. The chloroplast genome // Plant Mol. Biol. 1992. V. 19. P. 149-168.

150. Sugiura M. RNA editing in chloroplasts // Nucleic acids and molecular biology 2008 V. 20 (RNA Editing) P. 123-142.

151. Swofford D.L. Olsen G.L., Waddell P. J., Hillis D.M. Phylogenetic inference. In "Molecular Systematics" (D.M. Hillis, C. Morowitz, and B. K. Mable, Eds.), 2nd ed., pp. 407-514. Sinauer, Sunderland, MA. 1996.

152. Swofford D.L: PAUP*: Phylogenetic analysis using parsimony (*and other methods), ver. 4.0. Sunderland MA: Sinauer Associates; 2003.

153. Takhtajan A. 1997 Diversity and classification of flowering plants. Columbia University Press, New York, New York, USA.

154. Tamura M.N., Yamashita J., Fuse S., Haraguchi M. Molecular phylogeny of monocotyledons inferred from combined analysis of plastid matK and rbcL gene sequences // J. Plant Res. 2004. V.l 17. P. 109-120.

155. Tate J. A., Simpson В. B. Paraphyly of Tarasa (Malvaceae) and diverse origins of the polyploid species // Systematic Botany 2003. V. 28. P. 723-737.

156. Tatusova T.A., Madden T.L. BLAST 2 SEQUENCES, a new tool for comparing protein and nucleotide sequences // FEMS Microbiology Letters 1999.V. 174. P. 247-250.

157. Thomas F., Massenet O., Dome A.M., Briat J.F., Mache R. Expression of the rplTi, rpl2 and rps\9 genes in spinach chloroplasts // Nucleic Acids Research 1988. V. 16. P. 2461-2472.

158. Timme R., Kuehl J., Boore J., Jansen R. A comparative analysis of the Lactuca and Helianthus (Asteraceae) plastid genomes: identification of divergent regions and categorization of shared repeats // American Journal of Botany 2007. V. 94. P. 302-312.

159. Tsudzuki Т., Wakasugi Т., Sugiura M. Comparative analysis of RNA editing sites in higher plant chloroplasts // J. Mol. Evol. 2001. V. 53. P. 327-332.

160. Vaillancourt R.E., Jackson H.D. A chloroplast DNA hypervariable region in eucalypts // Theoretical and Applied Genetics 2000. V. 101. P. 473-477.

161. Wakasugi Т., Tsudzuki J., Ito S., Nakashima K., Tsudzuki Т., Sugiura M. Loss of all ndh genes as determined by sequencing the entire chloroplast genome of the black pine Pinus thunbergii II Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V. 91. P. 9794-9798.

162. Wang R.J., Cheng C.L., Chang C.C., Wu C.L., Su T.M., Chaw S.M. Dynamics and evolution of the inverted repeat-large single copy junctions in the chloroplast genomes of monocots // BMC Evolutionary Biology 2008. V. 8. P. 36.

163. Wolfe K.H., Li W.-H., Sharp P. M. Rates of nucleotide substitution vary greatly among plant mitochondrial, chloroplast, and nuclear DNAs // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1987. V. 84. P. 9054-9058.

164. Wolfe K.H., Morden C.W., Palmer J.D. Function and evolution of a minimal plastid genome from a nonphotosynthetic parasitic plant // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1992. V. 89. P. 10648-10652.

165. Wu C.S., Wang Y.N., Liu S.M., Chaw S.M. Chloroplast genome (cpDNA) of Cycas taitungensis and 56 cp protein-coding genes of

166. Gnetum parvifolium: insights into cpDNA evolution and phylogeny of extant seed plants // Mol. Biol. Evol. 2007. V. 24. P. 1366-1379.

167. Wyman S.K., Boore J.L., Jansen R.K. Automatic annotation of organellar genomes with DOGMA fhttp://dogma.ccbb.utexas.edu/1 // Bioinformatics 2004. V. 20. P. 3252-3255.

168. Yao W.B., Meng B.Y., Tanaka M., Sugiura M. An additional promoter within the protein-coding region of the psbD-psbC gene cluster in tobacco chloroplast DNA // Nucleic Acids Research 1989. V. 17. P. 9583-9591.

169. Yasui Y., Ohnishi O. Interspecific relationships in Fagopyrum (.Polygonaceae) revealed by the nucleotide sequences of the rbcL and accD genes and their intergenic region // American Journal of Botany 1998. V. 85. P. 1134-1142.

170. Young N.D., dePamphilis C.W. Rate variation in parasitic plants: correlated and uncorrelated patterns among plastid genes of different function // BMC Evolutionary Biology 2005. V. 5. № 16.

171. Zanis M.J., Soltis D.E., Soltis P. S., Mathews S., Donoghue M. J. The root of the angiosperms revisited // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002. V. 99. P. 6848-6853.

172. Zeng W.H., Liao S.C., Chang C.C. Identification of RNA Identification of RNA editing sites in chloroplast transcripts of Phalaenopsis aphrodite and comparative analysis with those of other seed plants // Plant Cell Physiol. 2007. V. 48. P. 362-368.

173. Zhu X.Y., Chase M.W., Qiu Y.L., Kong H.Z., Dilcher D.L., Li J.H., Chen Z.D. Mitochondrial matR sequences help to resolve deepphylogenetic relationships in rosids // BMC Evolutionary Biology 2007. V. 7. №217.

174. Zou Z., C. Eibl, H.-U. Koop The stem-loop region of the tobacco psbA 5'UTR is an important determinant of mRNA stability and translation efficiency // Molecular and General Genomics 2003. V. 269. P. 340-349.

175. M. Zuker Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction // Nucleic Acids Research 2003. V. 31. P. 340615.

Информация о работе

Логачева, Мария Дмитриевна
кандидата биологических наук
Москва, 2008
ВАК 03.00.03

Диссертация

Особенности структуры хлоропластного генома гречихи (Fagopyrum esculentum (L.)Moench) и оценка возможности применения кодирующих и некодирующих хлоропластных последовательностей в филогенетическом анализе - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы