Проблемы филогении рода Vaccinium L. и пути их решения

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Vaccinium L. — экономически важный род, принадлежащий семейству Ericaceae Juss., трибе Vaccinieae Rchb. [1]. Триба Vaccinieae представляет собой таксон, объединяющий большое количество (~1000) различающихся по морфологическим признакам видов древесных растений сем. Вересковых (Ericaceae), распространенных в умеренных и тропических поясах всех континентов, кроме Австралии и Антарктиды [2]. Основное видовое разнообразие наблюдается в тропиках, в основном в горных влажных лесах.

К этой же трибе относятся рода: Agapetes G.Don, Anthopteropsis A.C. Sm., Anthopterus Hook., Calopteryx Ruiz & Pav., Cavendishia Lindl., Ceratostema Juss., Costera J.J. Sm., Demosthenesia A.C. Sm., Didonica Luteyn & Wilbur, Dimorphanthera (Drude) F. Muell., Diogenesia Sleumer, Disterigma (Klotzsch) Nied., Gaylussacia Kunth, Gonocalyx Planch. & Linden, Laterospora A. C. Smith, Macleania Hook., Mycerinus A.C. Sm., Notopora Hook.f., Oreanthes Benth., Orthaea Klotzsch, Paphia Schltr., Pellegrinia Sleumer, Periclesia A.C. Sm., Plutarchia A.C. Sm., Polyclita A.C. Sm., Psammisia Klotzsch, Rusbya Britton, Satyria Klotzsch, Semiramisia Klotzsch, Siphonandra Klotzsch, Sphyrospermum Poepp. & Endl., Symphysia (Vahl) Wilbur & Luteyn, Themistoclesia Klotzsch, Thibaudia Ruiz & Pav., Utleya Wilbur & Luteyn [3].

Род Vaccinium насчитывает почти 500 видов, произрастающих на всех континентах, кроме Австралии и Антарктиды [4]. Большинство видов обитает в тропиках на открытых горных склонах, остальные распространены в субтропических, умеренных и бореальных районах северного полушария [5]. При этом чуть менее двух третей видов распространены в Юго-Восточной Азии, более 50 видов — в Америке, оставшиеся — рассредоточены по миру [6].

Многие виды Vaccinium имеют красочные листья, цветки и плоды, это делает их ценными декоративными растениями [7]. Некоторые виды обладают съедобными плодами, которые используют в пищу как лекарственное средство у разных народов [8]. К наиболее изученным таким культурам относятся клюква, голубика и брусника, они были доместицированны в XIX и XX вв. [9, 10]. На сегодняшний день для выращивания клюквы используется 42 746 га земли, голубики — 126 144 га, брусники — 29 га [11].

Черника и ряд других видов также имеют большой потенциал в качестве новых культур. Наиболее экономически важные виды Vaccinium относятся к секциям Cyanococcus A. Gray, Oxycoccus (Hill) Koch, Vitis-Idaea (Moench) Koch, Myrtillus Dumortier и Vaccinium L. [12].

Ягоды данных культур содержат средний уровень витамина С, клетчатки и основных микроэлементов, большое количество органических кислот: хинну, лимонную, яблочную и бензойную [7]. Отдельно стоит отметить высокое содержание флавоноидов, в основном представленных антоцианами, которые и придают яркий цвет плодам [13]. Наличие данных соединений обусловливает антиоксидантную, антимутагенную и противоопухолевую активности ягод видов рода Vaccinium. Поскольку в западной диете основные потребляемые антиоксиданты флавоноидной природы, то содержание антоцианов является одним из ключевых показателей качества ягод и важным селекционном признаком [14, 15].

На сегодняшний день наблюдается продолжающийся рост спроса на ягоды одомашненных видов Vaccinium, что делает актуальным вопрос селекции новых культур [12]. При проведении селекционных работ важным считается определение филогенетических связей между представителями рода и их ближайшими родственниками, однако подобные исследования для рода Vaccinium сопряжены с рядом трудностей, возникающих из-за особенностей видообразования в пределах данного рода.

ИСТОРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ТАКСОНОМИИ РОДА VACCINIUM

Впервые род Vaccinium описал Карл Линней в 1753 г., в который включил виды V. frondosum L., V. album L., V. stamineum L., V. uliginosum L., V. vitis-idaea L., V. oxycoccos L., V. myrtillus L., V. corymbosum L., V. arctostaphylos L., V. hispidulum L., V. ligustrinum L., V. mucronatum L. [16]. В дальнейшем крупных систематических разборов описанных новых видов не проводилось вплоть до начала XX в., когда началась активная селекционная работа в отношении клюквы и голубики в США [10, 17]. Поэтому первые работы в области их систематики носили прикладной характер и в основном касались видов, распространенных в Северной Америке. Но даже тогда стали очевидны основные сложности в таких исследованиях: отсутствие барьеров фертильности у морфологически различающихся организмов, что приводит к образованию большого количества гибридов; а также распространение во всем роде полиплоидии, при этом присутствуют как аутополиплоидия, так и аллополиплоидия [17]. Например, V. myrsinites Lam. — аллополиплоидный вид, произошедший в результате гибридизации видов V. tenellum Ait. и V. darrowi Camp [18].

В числе первых систему рода Vaccinium представил Camp в 1945 г. [18]. В ней он подверг род классификации по морфологическим признакам. Однако такая работа, в основном, проводилась на видах, произрастающих в Северном полушарии, особое внимание уделялось североамериканским голубикам. В результате род был разделен на несколько секций, причем в секцию североамериканских голубик Cyanococcus попали 9 диплоидных, 12 тетраплоидных и 3 гексаплоидных вида [9]. В условиях Второй мировой войны проведение полевых работ было ограничено. Как следствие неполноты данных полевых исследований имели место ошибки в классификации: некоторые организмы, обозначенные как отдельные виды, впоследствии оказались гибридами или полиплоидами [19]. Для разрешения этого противоречия последовало объединение нескольких видов в один с разными уровнями плоидности, и в новой классификации Kloet сохранил старое деление на секции [6], при этом в секцию Cyanococcus попали 6 диплоидных, 5 тетраплоидных и 1 гексаплоидный вид голубик [9]. Данное сокращение количества видов было обусловлено включением всех кронобразующих видов североамериканским голубик в один вид V. corymbosum с тремя уровнями плоидности.

Таким образом, разграничение видов Vaccinium осложнено полиплоидией, сходной морфологией, интрогрессией в ходе гибридизации [9]. Из-за чего использование морфологических признаков в филогенетических исследованиях данного рода не всегда позволяет однозначно оценить эволюционные отношения между изучаемыми видами, что может быть решено современными методами филогении.

СОВРЕМЕННЫЕ ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

По мере развития молекулярно-генетических и биохимических исследований, появлялись новые подходы для нужд филогении. Во второй половине XX в. стало бурно развиваться молекулярное маркирование, а на рубеже веков стартовал проект «Штрихкод жизни» [20]. Основной его идеей было объединение усилий классических и молекулярных биологов для нужд таксономии и филогении. В результате были выбраны таксономически значимые последовательности ДНК, прочтение которых и внесение в базы данных вместе с таксономической информацией позволило создать систему молекулярной идентификации организмов, в том числе растений.

Несмотря на прогрессивность подхода, маркеры для ДНК-штрихкодирования имеют наряду с достоинствами определенные недостатки. На основе материалов статьи Т.В. Матвеевой и соавт. [20] мы составили характеристики основных маркеров для ДНК-штрихкодирования растений (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика основных маркеров для ДНК-штрихкодирования растений

Table 1. Characterization of the main markers for DNA barcoding of plants

Как видно из табл. 1, традиционные маркеры, применяемые для ДНК-штрихкодирования у растений, можно условно разделить на две группы: ядерные и цитоплазматические. Цитоплазматические маркеры, как правило, наследуются по материнской линии. Ядерные маркеры ITS многокопийны, но у видов гибридного происхождения доля последовательностей рибосомного кластера генов, пришедших от одного из родителей, может сокращаться до такой степени, что ITS этого родителя не детектируются с использованием традиционных протоколов ДНК-штрихкодирования [21]. Эти особенности данных маркеров могут приводить к неоднозначностям в реконструкции филогенетических отношений, что выражается в получении несколько отличающихся по топологии деревьев на одних и тех же видах. Для разрешения подобной проблемы было предложено использовать методы многолокусного анализа, при котором применяется информация о нескольких маркерных последовательностях.

С момента разработки данных алгоритмов значительное развитие получили методы секвенирования. Так, разработанные в 2000-х алгоритмы NGS-секвенирования позволили значительно упростить и удешевить полногеномные проекты, в результате чего стала возможна генерация беспрецедентных объемов данных о последовательностях как модельных, так и немодельных организмов. Открытый доступ к этим данным дал развитие новому направлению — филогеномике — позволяющему определить филогенетические отношения видов на основе анализа их геномов [22]. При этом большинство методов филогеномики основано на последовательностях из генома или на признаках всего генома [23].

Методы, основанные на информации о нуклеотидных последовательностях из геномов, требуют выравнивания ортологичных генов, на основе которых выводится филогенетическое дерево, используя два альтернативных подхода:

• суперматричный подход — основан на объединении всех геномных областей в единую матрицу, включающую все таксоны, затем такой объединенный набор данных подвергается филогеномному выводу с использованием желаемого филогенетического метода (расстояний, максимального правдоподобия, максимальной парсимонии, байесовский подход) [24];
• подход супердеревьев (или дерева деревьев) — подразумевает объединение деревьев, полученных на основе анализа отдельных генов [23].

Методы на основе признаков всего генома подразумевают реконструкцию филогенетических связей не по нуклеотидным последовательностям, а по наличию генов (генный репертуар) или по порядку генов [23]. В первом случае присутствие, отсутствие или дублирование генов составляют филогеномные данные. Во втором — крупномасштабные кариотипические изменения генома [24]. Данные методы связаны с редкими геномными изменениями, которые менее склонны к гомоплазии и поэтому более информативны, чем методы, основанные на анализе нуклеотидных последовательностей.

Описанные методы включают в себя обязательный этап сборки и аннотации генома, а также поиска ортологичных последовательностей, что осложнено в случаях с немодельными организмами. В целях упрощения подобного анализа был разработан метод без сборки и выравнивания (AAF) [25]. Данный метод позволяет определить филогению непосредственно из несобранных прочтений последовательности генома, что делает филогеномный анализ доступным при работе с видами без соответствующего эталонного генома или большого охвата последовательностей.

Помимо ДНК-маркирования в последние годы стала развиваться хемосистематика — междисциплинарная область, которая, используя информацию о химическом составе растений, определяет межвидовые и внутривидовые филогенетические отношения [26]. Встречаемость химических соединений, их структура часто таксономически специфичны, поэтому они могут использоваться как маркеры для разграничения таксонов [27]. В качестве таковых у растений могут использоваться как первичные, так и вторичные метаболиты. Однако часто одни и те же соединения образуются в ходе совершенно разных путей биосинтеза у неродственных растений, поэтому подобные методы могут быть полезны при определении границ более низких таксономических рангов [28].

Таким образом, на сегодняшний день разработаны различные методы, которые позволяют реконструировать филогенетические связи, не используя морфологические признаки. Так называемые филогенетические маркеры обладают как преимуществами: наличие у обширного круга видов растений, низкие затраты на поиск и секвенирование; так и недостатками: различная скорость дивергенции, неоднозначность интерпретации у таксонов гибридного происхождения. Тем не менее они позволяют при их совместном использовании определять филогенетические отношения между различными таксонами.

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ В ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ РОДА VACCINIUM

Описанные выше методы, такие как ДНК-штрихкодирование, фингерпринтинг, филогеномика и хемосистематика, стали находить применение в исследовании рода Vaccinium, что позволило отчасти переосмыслить его систематику, предложенную K. Kloet. В первой такой работе использовались маркеры matK и ITS для определения филогенетических связей различных представителей всей трибы Vaccinieae [2]. На основе данных K. Kron и соавт. [2] и дополненных новыми последовательностями из NCBI (www.ncbi.nlm.nih.gov), авторами была реконструирована филогения рода (рис. 1). Полученные дендрограммы, так же как и у K. Kron и соавт. [2], не подтверждали традиционные родовые границы, но на дереве было обнаружено несколько хорошо поддерживаемых клад: андская; мезоамериканская/карибская; восточно-малазийская; Agapetes, состоящая из некоторых азиатских Vaccinium и Agapetes; Bracteata-Oarianthe, объединяющая представителей соответствующих секций; Orthaea/Notopora, в состав которой входят рода Orthaea и Notopora; Myrtillus и Vaccinium, включающие некоторые Vaccinium. Причем большинство обнаруженных клад в своем составе объединяли представителей различных родов, в то же время клады Vaccinium и Myrtillus содержали виды рода Vaccinium, которые в прежних классификациях относились к разным секциям. На основании полученных результатов авторы делают вывод о необходимости переоценки систематики рода Vaccinium, поскольку род не является монофилетическим. И хотя работа по данной переоценке началась в 2003 г. [29], ряд исследователей указывали на слишком кардинальные отличия от устоявшихся представлений о структуре рода, что могло быть связано с трудной интерпретацией результатов филогенетического анализа, полученных на основе классических маркеров, таких как ITS и matK, у видов, в эволюции которых существенную роль играли процессы гибридизации и полиплоидизации [30].

Рис. 1. Филогенетическое дерево, полученное при анализе последовательностей matK и ITS различных видов семейства Ericaceae на основе данных K. Kron и соавт. [2], дополненных нами. Эволюционная история была выведена с использованием метода максимального правдоподобия и модели General Time Reversible [33]. Эволюционные анализы проводили в MEGA X [34]

Fig. 1. The phylogenetic tree obtained from the analysis of the matK and ITS sequences of various species of the Ericaceae family based on the data of K. Kron et al. [2], supplemented by us

На сегодняшний день из-за отсутствия хорошо решенной молекулярной филогении всего рода в работах априори принимается хорошо обоснованная фенотипическая классификации рода, предложенная Kloet, [31]. Таким образом, современная классификация предполагает деление рода Vaccinium на 2 подрода и включает 33 секции. Используя данные GRIN, мы описали виды, которые упоминаются в данном обзоре, учитывая их таксономическое положение и географическое распространение [3] (табл. 2).

Таблица 2. Краткое описание некоторых видов Vaccinium

Table 2. Brief description of some Vaccinium species

Поскольку использование ДНК-штрихкодирования не позволяет однозначно реконструировать филогению рода Vaccinium, в генетических исследованиях экономически значимых видов применяют более трудоемкие и дорогостоящие методы молекулярной филогенетики. В частности, геномные и транскриптомные ресурсы американской клюквы (V. macrocarpon) использовали в разработке маркеров SSR ядерной [31], хлоропластной и митохондриальной ДНК [32] для анализа генетического разнообразия и генетического картирования внутри вида. Построенная на их основе дендрограмма распределяла виды по родам и секциям внутри Vaccinium, схожим с морфологической классификацией образом. На рис. 2 приведены филогенетические связи, определенные B. Schlautman и соавт. [32] на основе цитоплазматических маркеров SSR между видами, которые ранее исследовали с использованием маркеров ITS и matK. По сути, проведенный анализ стал неким приближением к многолокусному анализу, поскольку использованные маркеры был относительно равномерно распределены по геному и плазмону.

Рис. 2. Филогенетическое дерево экономически важных видов рода Vaccinium, построенное на основе локусов SSR митохондрий и хлоропластов [32]. I — Вид, входящий в секцию Oxycoccus, II — Vitis-idaea, III — Batodendron, IV — Cyanococcus

Fig. 2. Phylogenetic tree of economically important species of the genus Vaccinium, built on the basis of the SSR loci of mitochondria and chloroplasts [32]. I — Species belonging in the Oxycoccus section, II — Vitis-idaea, III — Batodendron, IV — Cyanococcus

Филогенетический анализ с использованием маркеров SSR определил род Vaccinium как монофилетический [32], а также показал монофилию секций Cyanococcus, Oxycoccus, Vitis-idaea, тогда как данные на основе ДНК-штрихкодирования показывают полифилию рода, но определяют трибу Vaccinieae монофилетической [2], в которой представители различных родов кластеризуются в соответствии с их географическим происхождением. Например, андская клада включает в себя представителей 17 родов, разнообразие которых сосредоточено в районе северных Анд, или мезоамериканская/карибская клада — 6 родов, представители которых распространены в Центральной Америке и на островах Карибского моря. Возможно такие расхождения связаны с различной широтой охвата видов: информация о микросателлитных повторах была получена только у экономически важных видов. Поэтому дальнейший более расширенный анализ поможет решить оставшиеся таксономические вопросы внутри Ericaceae и его многочисленных родов. Кроме того, полезным может оказаться использование других хлоропластных маркеров, представленных в табл. 1.

Маркеры SSR также позволяют оценить генетическое разнообразие в популяциях диких сородичей культурных видов. Эти знания помогают в разработке эффективных стратегий их сохранения и облегчают их использование для решения сельскохозяйственных задач.

Ареалы V. macrocarpon и V. oxycoccos перекрываются во многих районах. Именно поэтому, чтобы лучше понять отношения между двумя видами клюквы, L. Rodriguez-Bonilla и соавт. [35] провели оценку генетического расстояния по микросателитным последовательностям организмов из диких популяций. В результате анализа популяции поделили на два основных кластера, один из которых содержал все образцы V. oxycoccos, а другой включал все образцы V. macrocarpon. Это же подтверждалось методом анализа главных компонент, который к тому же смог выявить и географическую кластеризацию внутри видов.

Генетические оценки для обоих видов показали очень высокие уровни гетерозиготности. Эти результаты подтверждаются биологией клюквы, для которой характерны перекрестное опыление и снижение фертильности у полученных экспериментально инбредных линий [36]. Эти особенности способствуют сохранению высокого уровня генетического разнообразия в популяциях дикой клюквы [35].

ДАННЫЕ NGS ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМАТИКИ И ФИЛОГЕНИИ РОДА VACCINIUM

Недавние сборки геномов V. macrocarpon, V. microcarpum, V. oxycoccos и V. corymbosum позволили провести их сравнительную геномику [15, 37]. Молекулярное датирование показало, что расхождение V. macrocarpon с V. oxycoccos произошло 2 млн лет назад, а с V. microcarpum — 4,5 млн лет назад. В то же время результаты варьируют в оценке расхождения V. macrocarpon и V. corymbosum от 5 до 10,4 млн лет назад. Кроме того, анализ показал, что расхождения Vaccinium с более дальними родственниками Rhododendron williamsianum Rehder & E.H.Wilson (порядок Ericales, сем. Ericaceae) и Actinidia Lindl. (порядок Ericales, сем. Actinidiaceae) произошли 22 и 52,1 млн лет назад соответственно.

К тому же этот анализ выявил в эволюции рода Vaccinium два события полиплоидизации: древнюю γ-трипликацию и более позднюю дупликацию всего генома (Vm-α), общую с другими членами семейств Ericaeae, Theaceae D. Don и Actinidiaceae Gilg & Werderm примерно 58 млн лет назад. Данная датировка согласуется с Dl-α-дупликацией генома у Diospyros L. (порядок Ericales, сем. Ebenaceae Gürke) и Ad-α-дупликацией у Actinidia (рис. 3).

Рис. 3. Полногеномные дупликации в эволюции клюквы на основе объединенных данных [15, 37]. I — γ-трипликация, II — Vm-α-дупликация, оба этих события сформировали современный геном Vaccinium; III — Dl-α-дупликация генома, характерная для рода Diospyros; IV — Ad-α-дупликация генома Actinidia

Fig. 3. Whole genome duplications in cranberry evolution based on pooled data [15, 37]. I — represents a γ-triplication, II — represents a Vm-α duplication, both of which formed the modern Vaccinium genome; III — Dl-α duplication of the genome characteristic of the genus Diospyros; IV — Ad-α duplication of the Actinidia genome

Селекция голубики имеет короткую историю и началась в XX в. в США. Для улучшения основных качеств культуры селекционеры активно применяли межвидовую гибридизацию тетраплоидных и гексаплоидных видов голубики, естественное образование которых происходило посредством нередуцированных гамет. Именно поэтому на сегодняшний день культурная голубика имеет несколько уровней плоидности: тетраплоидная низкорослая V. angustifolium, тетраплоидная высокорослая V. corymbosum, гексаплоидная голубика Кроличий глаз V. virgatum. К тому же, при выведении высокорослых сортов использовали виды, распространенные в северных штатах, что обусловило их устойчивость к северному климату. Эти сорта позже стали называть северными высокорослыми, которые затем скрещивали с южными видами голубики для выведения сортов, приспособленных к выращиванию в южных штатах — южные высокорослые сорта голубики.

Поскольку история селекции голубики хорошо задокументирована, S. Nishiyama и соавт. [38], используя ddRAD-секвенирование, провели ее генетический популяционный анализ. Данный алгоритм позволил отсеквенировать участки генома, связанные с сайтами рестрикции, которые были отобраны на основе опубликованного генома голубики V. corymbosum. Таким образом было достигнуто быстрое и экономичное обнаружение SNP и инделов в исследуемых геномах.

Анализ структуры популяций позволяет предполагать, что сорт голубики Кроличий глаз и северная высокорослая голубика относительно однородны, но южная высокорослая голубика содержит значительно более смешанный генетический фон. Учитывая родословную голубики, наиболее оптимальным оказалось разделение всего набора данных на девять гипотетических геномов, что соответствует количеству видов, активно использовавшихся в ходе селекции: V. darrowii, V. elliottii, V. tenellum, V. angustifolium, V. corymbosum, V. constablaei, V. virgatum, V. myrtilloides и V. pallidum. Выявленные таким образом тенденции согласуются с историей селекции голубики [38].

Таким образом, данный метод показал свою адекватность в работе с исследуемым родом и может быть использован далее для других представителей изучаемого таксона.

В филогенетических исследованиях полезными могут быть данные и о биохимическом составе, учитывая, что виды Vaccinium — продуценты важнейших вторичных метаболитов. Одним из таких метаболитов является иридоидной гликозид монотропеин, который был найден в плодах культурных видов клюквы, брусники, черники и голубики обыкновенной V. uliginosum, но не обнаружен у близких родственников — североамериканских видов голубики V. corymbosum, V. angustifolium, V. virgatum. Более детальный анализ, включающий как культивируемые сорта голубики, так и дикие виды, выявил наличие монотропеина в пяти сортах (Bluehaven, Blue Ridge, Ornablue, Ozarkblue, Summit) и во всех 13 проанализированных диких видах Vaccinium: V. arboreum, V. calycinum, V. consanguineum, V. meridionale, V. cylindraceum, V. elliottii, V. floribundum, V. fuscatum, V. ovatum, V. padifolium, V. reticulatum Nene, V. reticulatum Red Button, V. stamineum. Экотипический и родословный анализ показал, что только сорт Bluehaven относился к северному высокорослому экотипу, то есть в его селекции использовали виды голубики, распространенные в северных штатах США, а сорт Ornablue является гибридом культурного Concord и дикого V. pallidum. При этом в селекции каждого из этих пяти сортов имелась гибридизация с дикими монотропеин-положительными видами, на основании чего авторы предполагают, что присутствие монотропеина в этих сортах связано с интрогрессией диких видов в культивируемую голубику [39]. Аналогичный подход можно в дальнейшем использовать для установления филогенетических связей между образцами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог вышесказанному, можно заключить, что в настоящее время таксономия рода Vaccinium не является устоявшейся. Это связано с рядом сложностей, с которыми столкнулись исследователи. Во-первых, данные ДНК-штрихкодирования четко показали полифилетичность рода Vaccinium, а также совместную кластеризацию видов, имеющих сходную географическую локализацию. Во-вторых, часто в составе одной клады оказывались виды, ранее считавшиеся более филогенетически удаленными, а виды, которые считали близкими, оказывались в составе разных клад. Одной из причин этих неоднозначных результатов могут быть гибридизация и полиплоидизация в процессе видообразования. В силу существования этих противоречий ботаники пока придерживаются традиционной системы рода, основанной на морфологических признаках. Согласно этим представлениям, род включает в себя 33 секции, при этом видовой состав секций и эволюционные отношения между ними остаются спорными. Нужно сказать, что построения, основанные на анализе результатов NGS-секвенирования, часто лучше согласуются с традиционной систематикой, чем методы ДНК-штрихкодирования. И хотя более современные методы NGS-секвенирования позволяют получать новые данные, расширяющие наши знания о происхождении и эволюции рода Vaccinium и его родственников, они остаются более трудоемкими и дорогостоящими по сравнению с методами ДНК-штрихкодирования. Именно поэтому исследователям, изучающим таксономию, эволюцию и одомашнивание данных организмов, по-прежнему необходимы дополнительные наборы молекулярных маркеров для проведения масштабных исследований представителей рода Vaccinium и трибы Vaccinieae.

В некоторых случаях в качестве такого маркера можно рассматривать уникальные недавно привнесенные в геномы фрагменты ДНК-последовательностей, как результат горизонтального переноса генов. Такой подход позволяет не только достоверно расположить отдельные виды в кластеры, но и отследить взаимоотношение видов внутри кластеров [20]. У представителей рода Vaccinium такие последовательности есть: на основе анализа опубликованных геномов некоторых представителей Vaccinium, в роду были найдены природно-трансгенные организмы [40], содержащие последовательность rolB/C-подобного гена. Наличие данной консервативной последовательности у нескольких видов и общий сайт локализации может говорить о трансформации их общего предка с последующей передачей этого фрагмента ДНК потомкам и постепенной его дивергенцией. Таким образом, rolB/C-подобный ген может быть использован в перспективе в качестве филогенетического маркера для рода Vaccinium.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Вклад каждого автора: Р.Р. Жидкин — составление плана, обзор литературы, написание основной части текста; Т.В. Матвеева — составление плана, обзор литературы, внесение окончательной правки.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в соответствии с договором № 075-15-2022-322 от 22.04.2022 о предоставлении гранта в виде субсидии из федерального бюджета Российской Федерации. Грант предоставлен для государственной поддержки создания и развития Научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего».

ADDITIONAL INFORMATION

Author contribution. Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. Contribution of the authors: R.R. Zhidkin — drawing up a plan, literature review, writing the main part of the text; T.V. Matveeva — drawing up a plan, literature review, making final edits.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation in accordance with the agreement No. 075-15-2022-322 dated 22.04.2022 on the grant in the form of a subsidy from the federal budget of the Russian Federation. The grant was provided for state support for the creation and development of a world-class Scientific Center “Agrotechnologies of the Future”.

Об авторах

Роман Романович Жидкин

Автор, ответственный за переписку.
Email: zhidkinr@gmail.com

студент

Татьяна Валерьевна Матвеева

Email: radishlet@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8569-6665
SPIN-код: 3877-6598
Scopus Author ID: 7006494611

д-р биол. наук, профессор

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Филогенетическое дерево, полученное при анализе последовательностей matK и ITS различных видов семейства Ericaceae на основе данных K. Kron и соавт. [2], дополненных нами. Эволюционная история была выведена с использованием метода максимального правдоподобия и модели General Time Reversible [33]. Эволюционные анализы проводили в MEGA X [34]

Скачать (475KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Филогенетическое дерево экономически важных видов рода Vaccinium, построенное на основе локусов SSR митохондрий и хлоропластов [32]. I — Вид, входящий в секцию Oxycoccus, II — Vitis-idaea, III — Batodendron, IV — Cyanococcus

Скачать (103KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Полногеномные дупликации в эволюции клюквы на основе объединенных данных [15, 37]. I — γ-трипликация, II — Vm-α-дупликация, оба этих события сформировали современный геном Vaccinium; III — Dl-α-дупликация генома, характерная для рода Diospyros; IV — Ad-α-дупликация генома Actinidia

Скачать (148KB)

Метаданные