Український антарктичний журнал

№ 1 (2020): Український антарктичний журнал
Articles

Оцінка генетичного поліморфізму Colobanthus quitensis в Антарктиці шляхом аналізу довжини інтронів генів актину, α- та γ-тубуліну

PDF (English)
  • А. Рабоконь,
  • А. Постовойтова,
  • Ю. Білоножко,
  • Л. Калафат,
  • М. Павловська,
  • Є. Прекрасна,
  • І. Парнікоза,
  • І. Козерецька,
  • Я. Пірко,
  • Я. Блюм
А. Рабоконь
Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України, Київ, 04123, Україна
А. Постовойтова
Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України, Київ, 04123, Україна
Ю. Білоножко
Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України, Київ, 04123, Україна
Л. Калафат
Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України, Київ, 04123, Україна
М. Павловська
Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна; Національний університет біоресурсів та природокористування, м. Київ, 03041, Україна
Є. Прекрасна
Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
І. Парнікоза
Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна; Інститут молекулярної біології і генетики Національної академії наук України, м. Київ, 03680, Україна
І. Козерецька
Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
Я. Пірко
Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України, Київ, 04123, Україна
Я. Блюм
Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України, Київ, 04123, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2020.382
Опубліковано July 7, 2020
Ключові слова
  • Colobanthus quitensis,
  • молекулярно-генетичні маркери,
  • поліморфізм довжини інтронів,
  • актин,
  • α-тубулін,
  • γ-тубулін
    • ...Більше
    Менше
Як цитувати
Рабоконь, А., Постовойтова, А., Білоножко, Ю., Калафат, Л., Павловська, М., Прекрасна, Є., Парнікоза, І., Козерецька, І., Пірко, Я., & Блюм, Я. (2020). Оцінка генетичного поліморфізму Colobanthus quitensis в Антарктиці шляхом аналізу довжини інтронів генів актину, α- та γ-тубуліну. Український антарктичний журнал, (1), 93-101. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2020.382
Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

Colobanthus quitensis — один з двох видів покритонасінних рослин, поширених в Антарктиці. Хоча цей вид досить широко аналізувався на морфологічному, анатомічному та фізіологічному рівнях, інформація щодо його генетичної мінливості наразі залишається обмеженою. Метою роботи був пошук можливих молекулярно-генетичних відмінностей між різними популяціями перлинниці антарктичної в Антарктиці, шляхом оцінки поліморфізму довжини інтронів генів актину, α- та γ-тубуліну. В роботі було використано зразки C. quitensis з різних природних популяцій Антарктики, зібрані під час експедиційного сезону 24-ї та попередніх Українських антарктичних експедицій. Сумарну ДНК виділяли за допомогою набору QIAGEN DNeasy Plant Mini Kit із дотриманням протоколу виробника. Полімеразну ланцюгову реакцію проводили з власноруч розробленими виродженими праймерами. Утворені амплікони розділяли та візуалізували за допомогою електрофорезу в поліакриламідному гелі з подальшим фарбуванням нітратом срібла. Здійснено молекулярно-генетичний аналіз природних популяцій C. quitensis з використанням трьох ДНК- маркерних систем, що базуються на виявленні поліморфізму довжини інтронів генів актину, α- та γ-тубуліну. Встановлено низький рівень генетичного поліморфізму C. quitensis в досліджуваному регіоні за цими видами маркерів. Шляхом оцінки поліморфізму довжини інтронів генів актину досліджуваних популяцій C. quitensis вдалося встановити, що популяції з о. Скуа характеризуються наявністю унікальних ампліконів, характерних тільки для цієї локації, що вказує на можливість подальшого використання аналізу поліморфізму інтронів генів актину для дослідження молекулярно-генетичного різноманіття перлинниці антарктичної. В той же час результати аналізу поліморфізму довжини інтронів генів α- та γ-тубуліну спонукають до підбору більш специфічних праймерів, з урахуванням будови геному C. quitensis. C. quitensis в досліджуваному регіоні має низький рівень генетичної мінливості за поліморфізмом довжини інтронів генів актину, α- та γ-тубуліну. В цілому результати досліджень вказують на можливість використання ДНК-маркерів, які базуються на аналізі структури генів висококонсервативних білків цитоскелету, а саме, актину, α- та γ-тубуліну, як додаткового джерела інформації для молекулярно-генетичного аналізу популяцій C. quitensis в Антарктиці.
PDF (English)

Посилання

  1. Acuña-Rodríguez, I.S., Oses, R., Cortés-Vasquez, J., Torres-Díaz, C., Molina-Montenegro, M.A.: Genetic diversity of Colobanthus quitensis across the Drake Passage, Plant Genetic Resources, 12 (1), 147-150, 2014. https://doi.org/10.1017/S1479262113000270
  2. Badoni, S., Das, S., Sayal, Y.K., Gopalakrishnan, S., Singh, A.K., Rao, A.R., Agarwal, P., Parida, S.K., Tyagi, A.K.: Genome wide generation and use of informative intron-spanning and intron-length polymorphism markers for high-throughput genetic analysis in rice, Scientific Reports, 6, 23765, https://doi.org/10.1038/srep23765, 2016.
  3. Biersma, E.M., Torres-Díaz, C., Molina-Montenegro, M.A., Newsham, K.K., Vidal,M.A., Collado, G.A., Acuña-Rodríguez, A.S., Ballesteros, G.I., Figueroa, C.C., Goodall-Copestake W.P., Convey, P.: Multiple late-Pleistocene colonisation events of the Antarctic pearlwort Colobanthus quitensis (Caryophyllaceae) reveal the recent arrival of native Antarctic vascular flora, Journal of Biogeography, 00, 1-11, 2020. https://doi.org/10.1111/jbi.13843
  4. Braglia, L.B., Manca, A.M., Mastromauro, F.M., Breviario, D.: cTBP: A successful intron length polymorphism (ILP)-based genotyping method targeted to well defined experimental needs, Diversity, 2 (4), 572-585, 2010. https://doi.org/10.3390/d2040572
  5. Braglia, L., Gavazzi, F., Giovannini, A., Nicoletti, F., De Benedetti, L., Breviario, D.: TBP-assisted species and hybrid identification in the genus Passiflora, Molecular Breeding, 33 (1), 209-219, 2014. https://doi.org/10.1007/s11032-013-9945-6
  6. Bravo, L.A., Griffith, M.: Characterisation of antifreeze activity in Antarctic plants, Journal of Experimental Botany, 56 (414), 1189-1196, 2005. https://doi.org/10.1093/jxb/eri112
  7. Breviario, D., Baird, W.V., Sangoi, S., Hilu, K., Blumetti, P., Giani, S.: High polymorphism and resolution in targeted finger printing with combined β-tubulin introns, Molecular Breeding, 20, 249-259, 2007. https://doi.org/10.1007/s11032-007-9087-9
  8. Cuba-Díaz, M., Cerda, G., Rivera, C., Gómez, A.: Genome size comparison in Colobanthus quitensis populations show differences in species ploidy, Polar Biology, 40, 1475-1480, 2017. https://doi.org/10.1007/s00300-016-2058-z
  9. Galasso, I., Manca, A., Braglia, L., Ponzoni, E., Breviario, D.: Genomic fingerprinting of Camelina species using cTBP as molecular marker, American Journal of Plant Sciences, 6 (8), 1184-1200, 2015. https://doi.org/10.4236/ajps.2015.68122
  10. Gianoli, E., Inostroza, P., Zúñiga-Feest, A., Reyes-Diaz, M., Cavieres, L.A., Bravo, L.A., Corcuera, L.J.: Ecotypic differentiation in morphology and cold resistance in populations of Colobanthus quitensis (Caryophyllaceae) from the Andes of Central Chile and the Maritime Antarctic, Arctic, Antarctic, and Alpine Research, 36 (4), 484-489, 2004. https://doi.org/10.1657/1523-0430(2004)036[0484:EDIMAC]2.0.CO;2
  11. Giełwanowska, I., Pastorczyk, M., Kellmann-Sopyła, W., Górniak, D., Górecki, R.J.: Morphological and ultrastructural changes of organelles in leaf mesophyll cells of the Arctic and Antarctic plants of Poaceae family under cold influence, Arctic, Antarctic, and Alpine Research, 47 (1), 17-25, 2015. https://doi.org/10.1657/AAAR0014-019
  12. He, C., Liu, H., Su, S., Lu, Y., Luo, B., Nie, Z., Wu, L., Liu, D., Zhang, X., ... Gao, S.: Genome wide identification of candidate phosphate starvation responsive genes and the development of intron length polymorphism markers in maize, Plant Breeding, 134 (1), 11-16, 2015. https://doi.org/10.1111/pbr.12230
  13. Kang, Y., Lee, H., Kim, M.K., Shin, S.C., Park, H., Lee, J.: The complete chloroplast genome of Antarctic pearlwort, Colobanthus quitensis (Kunth) Bartl. (Caryophyllaceae), Mitochondrial DNA Part A, 27 (6), 4677-4678, 2016. https://doi.org/10.3109/19401736.2015.1106498
  14. Koc, J., Androsiuk, P., Chwedorzewska, K.J., Cuba-Díaz, M., Górecki, R., Giełwanowska, I.: Range-wide pattern of genetic variation in Colobanthus quitensis, Polar Biology, 41, 2467-2479, 2018. https://doi.org/10.1007/s00300-018-2383-5
  15. Kravets, O.A., Taran, N.Yu., Storozhenko, V.O.: Plasticity of morphogenesis and features of reproduction of Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica plants in Antarctic region, Ukrainian Antarctic Journal, 10-11, 302-305, 2011-2012.
  16. Lee, D.W., Postle, R.L.: Isozyme variation in Colobanthus quitensis (Kunth) Bartl.: methods and preliminary analysis, British Antarctic Survey Bulletin, 41-42, 133-137, 1975.
  17. Muthamilarasan, M., Suresh, B.V., Pandey, G., Kumari, K., Parida, S.K., Prasad, M.: Development of 5123 intron-length polymorphic markers for large-scale genotyping applications in foxtail millet, DNA Research, 21 (1), 41-52, 2014. https://doi.org/10.1093/dnares/dst039
  18. Parnikoza, I., Berezkina, A., Moiseyenko, Y., Malanchuk, V., Kunakh V.: Complex survey of the Argentine Islands and Galindez Island (maritime Antarctic) as a research area for studying the dynamics of terrestrial vegetation, Ukrainian Antarctic Journal, 1 (17), 73-101, 2018. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1(17).2018.34
  19. Pirko, Ya.V., Buy, D.D., Postovoitova, A.S., Rabokon, A.M., Kalafat, L.O., Blume, Ya.B.: New ILP method based on γ-tubulin genes intron length polymorphism, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 12, 87-92, 2018a. https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.12.087
  20. Pirko, N.N., Demkovych, A.Ye., Kalafat, L.O., Privalikhin, S.N., Rabokon, A.N., Pirko, Ya.V., Blume Ya.B.: Intron length polymorphism of β-tubulin genes in different representatives of Pinaceae Lindl. Family, Journal of Botany, VIII, 2 (13), 5-9, 2016.
  21. Pirko Ya.V., Postovoitova A.S., Rabokon, A.M., Kalafat, L.O., Privalikhin, S.M., Bilonozhko, Yu.O., Pirko, N.M., Blume Ya.B.: Study of intron length polymorphism of the α-tubulin genes as a method of analysis of the genetic differentiation in plants, Ukrainian Botanical Journal, 75 (6), 576-584, 2018b.
  22. Postovoitova, A.S., Yotka, O.Yu., Pirko, Ya.V., Blume, Ya.B.: Molecular genetic evaluation of Ukrainian flax cultivar homogeneity based on intron length polymorphism of actin genes and microsatellite loci, Cytology and Genetics, 52 (6), 448-460, 2018a. https://doi.org/10.3103/S0095452718060099
  23. Postovoitova, A.S., Pirko, Ya.V., Blume, Ya.B.: Polymorphism of actin gene introns as an instrument for genotyping of the representatives from Solanaceae family, Biological Systems: Theory and Innovation, 287, 71-79, 2018b (in Ukrainian). https://doi.org/10.31548/biologiya2018.287.071
  24. Rabokon, A., Demkovich, A, Sozinov, A., Kozub, N., Sozinov, I., Pirko, Y., Blume, Y.: Intron length polymorphism of β-tubulin genes of Aegilops biuncialis Vis, Cell Biology International, 43 (9), 1031-1039, 2019a. https://doi.org/10.1002/cbin.10886
  25. Rabokon, A.M., Pirko, Y.V., Demkovych, A.Ye., Andreev, I.O., Parnikoza, I.Yu., Kozeretska, I.A., Yu, Z., Kunakh, V.A., Blume, Y.B.: Intron length polymorphism of β-tubulin genes in Deschampsia antarctica E. Desv. across the western coast of the Antarctic Peninsula, Polar Science, 19, 151-154, 2019b. https://doi.org/10.1016/j.polar.2018.11.001
  26. Radchuk, V.V.: The transcriptome of the tubulin gene family in plants, in:The Plant Cytoskeleton: a Key Tool for Agro-Biotechnology, edited by: Blume Y.B., Baird W.V., Yemets A.I., Breviario D., Springer, Dordrecht, Netherlands, 219-241, 2008. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8843-8_11
  27. Torres-Díaz, C., Gallardo-Cerda, J., Lavin, P., Oses, R., Carrasco-Urra, F., Atala, C., Acuña-Rodríguez, I.S., Convey, P., Molina-Montenegro, M.A.: Biological interactions and simulated climate change modulates the ecophysiological performance of Colobanthus quitensis in the Antarctic ecosystem, PLOS One, 11 (10), e0164844, 2016. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0164844
  28. Wang, X., Zhao, X., Zhu, J., Wu, W.: Genome-wide investigation of intron length polymorphisms and their potential as molecular markers in rice (Oryza sativa L.), DNA Research, 12 (6), 417-427, 2005 https://doi.org/10.1093/dnares/dsi019