Український антарктичний журнал

№ 1 (2021): Український антарктичний журнал
Articles

Розрахунок зведеного латентного показника пристосовуваності генотипів Deschampsia antarctica різного походження вирощуваних in vitro

PDF (English)
  • Н. Мірюта,
  • І. Парнікоза,
  • О. Пороннік,
  • Г. Мирюта,
  • М. Ройєк-Єлонек,
  • Є. Дикий,
  • В. Кунах
Н. Мірюта
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 2 Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, м. Київ, 03143, Україна 3 Національний університет «Києво-Могилянська академія», м. Київ, 04655, Україна
О. Пороннік
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, м. Київ, 03143, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
Г. Мирюта
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, м. Київ, 03143, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
М. Ройєк-Єлонек
Сілезький Університет в Катовицях, м. Катовиці, 40-032, Польща
Є. Дикий
Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
В. Кунах
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, м. Київ, 03143, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2021.667
Опубліковано July 28, 2021
Ключові слова
  • Deschampsia antarctica,
  • культура рослин in vitro,
  • зведений латентний показник пристосовуваності рослин,
  • кореляційні моделі ймовірнісних відносин різних показників
Як цитувати
Мірюта, Н., Парнікоза, І., Пороннік, О., Мирюта, Г., Ройєк-Єлонек, М., Дикий, Є., & Кунах, В. (2021). Розрахунок зведеного латентного показника пристосовуваності генотипів Deschampsia antarctica різного походження вирощуваних in vitro. Український антарктичний журнал, (1), 56-81. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2021.667

Авторське право (c) 2021 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

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

Анотація

Розроблено і детально описано алгоритм розрахунку зведеного латентного показника пристосовуваності (Iqi, ЗЛПП) рослин із колекції генотипів Deschampsia antarctica Ė. Desv., отриманих з насіння з різних локалітетів регіону Аргентинських островів, морська Антарктика, і вирощуваних in vitro в лабораторних умовах. Як базові показники вихідної генетичної гетерогенності аналізованих культивованих генотипів рослин використано розмір генома (значення 2С ядерної ДНК для одинадцяти генотипів) та величини генетичних відстаней за ISSR та IRAP маркерами за даними, наведеними в опублікованій в роботі. Для оцінки окремих показників пристосовуваності для одинадцяти генотипів D. antarctica застосовано методи вимірювання морфометричного показника довжини листка, визначення кількості флавоноїдів за рутином та вмісту фотосинтетичних пігментів. Спектри запасних і захисних білків листків досліджено за допомогою електрофорезу в поліакриламідному гелі. Для отримання Iqi застосовано метод екстремального групування. Розрахунок ЗЛПП проводили за допомогою попарних порівнянь рядів різниць показників для кожної пари генотипів. Розроблено і детально описано алгоритм розрахунку Iqi на прикладі одинадцяти генотипів D. antarctica. Як приклад застосування, наведено кореляційні моделі ймовірнісних відносин виміряних показників. Розроблений алгоритм розрахунку Iqi було успішно використано для оцінки комплексної адаптованості одинадцяти генотипів D. antarctica, вирощуваних in vitro. Показано індивідуальність адаптаційного портрету усіх досліджуваних генотипів в умовах стандартизованого вирощування. Показано вплив основних генетичних характеристик: розміру генома та генетичних відстаней на пов’язані з ауксиновим метаболізмом показники пристосовуваності: довжину листків та вміст флавоноїдів. Серед восьми досліджуваних генотипів ми виділяємо чотири різні варіанти за кореля-ційними моделями та два (позитивні та негативні) за загальним Iqi. Запропонований інтегральний показник (Iqi, ЗЛПП) може бути використаний для опису великої кількості вихідних даних, що характеризують генотипи в умовах вирощування in vitro на різних рівнях організації, за допомогою методів зниження розмірності, кінцевим результатом застосування яких є одне число без розмірності. Індивідуальність генотипів та їх групування за особливостями Iqi слід враховувати під час проведення експериментальних досліджень із використанням цих генотипів як модельних рослин, особливо в дослідах з вивчення і регуляції продуктивності, вивчення впливу різних екзогенних чинників тощо.

PDF (English)

Посилання

  1. Amosova, A. V., Bolsheva, N. L., Samatadze, T. E., Twardovska, M. O., Zoshchuk, S. A., Andreev, I. O., Badaeva, E. D., Kunakh, V. A., & Muravenko, O. V. (2015). Molecular cytogenetic analysis of Deschampsia antarctica Desv. (Poaceae), Maritime Antarctic. PLoS ONE, 10(9), e0138878. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138878
  2. Andreev, I. O., Spiridonova, E. V., Kyryachenko, S. S., Parnikoza, I. Yu., Maidanyuk, D. N., Volkov, R. A., Kozeretska, I. A., & Kunakh, V. A. (2010). Population-genetic analysis of Deschampsia antarctica from two regions of maritime antarctica. Moscow University Biological Sciences Bulletin, 65(4), 208–210. https://doi.org/10.3103/S0096392510040243
  3. Ayvazyan, S. A., Buchstaber, V. M., Yenyukov, I. S., & Meshalkin, L. D. (1989). Prikladnaja statistika. Klassifikacija i snizhenie razmernosti [Applied statistics. Classification and dimensionality reduction]. Finansy i statistika. (in Russian)
  4. Bai, C., Alverson, W. S., Follansbee, A., & Waller, D. M. (2012). New reports of nuclear DNA content for 407 vascular plant taxa from the United States. Annals of Botany, 110(8), 1623–1629. https://doi.org/10.1093/aob/mcs222
  5. Bauman, E. V., & Moskalenko, N. E. (2008). Methods of extremal grouping of the fractional parameters. Automation and Remote Control, 69, 1965–1972. https://doi.org/10.1134/S0005117908110131
  6. Corder, G. W., & Foreman, D. I. (2014). Nonparametric Statistics: A Step-by-Step Approach. (2nd ed.). Wiley.
  7. Ermakov, A. I. (Ed.). (1987). Metody biokhimicheskogo issledovanija rastenij [Methods of biochemical research of plants]. Agropromizdat. (in Russian)
  8. Gill, S. S., & Tuteja, N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48(12), 909–930. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.08.016
  9. Grotewold, E. (Ed.). (2006). The Science of flavonoids. Springer Science. https://doi.org/10.1007/978-0-387-28822-2
  10. Iordachescu, M., & Imai, R. (2008). Trehalose biosynthesis in response to abiotic stresses. Journal of Integrative Plant Biology, 50(10), 1223–1229. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2008.00736.x
  11. Kreps, J. A., Wu, Y., Chang, H.-S., Zhu, T., Wang, X., & Harper, J. F. (2002). Transcriptome changes for Arabidopsis in response to salt, osmotic, and cold stress. Plant Physiology, 130(4), 2129–2141. https://doi.org/10.1104/pp.008532
  12. Lambers, H., Chapin, III S. F., & Pons, T. L. (2008). Plant Physiological Ecology. Springer-Verlag, New York. https://doi.org/10.1007/978-0-387-78341-3
  13. Lee, J., Noh, E. K., Choi, H.-S., Shin, S. C., Park, H., & Lee, H. (2012). Transcriptome sequencing of the Antarctic vascular plant Deschampsia Antarctica Desv. under abiotic stress. Planta, 237(3), 823–836. https://doi.org/10.1007/s00425-012-1797-5
  14. Makarenko, O. A., & Levitsky, A. P. (2013). Physiological functions of flavonoids in plants. Physiology and biochemistry of cultivated plants, 45(2), 100–112. (in Russian)
  15. Miryuta, N., Poronnik, O., Parnikoza, I., Grahov, V., Myryuta, A., Kozub, N., Sozinov, I., & Kunakh, V. (2016). Conservation of complex adaptability uniqueness in different Deschampsia antarctica Desv. plant genotypes under standardized growth condition in vitro. Ukrainian Antarctic Journal, 15, 60–80. (in Ukrainian). https://doi.org/10.33275/1727-7485.15.2016.93
  16. Miryuta, N. Yu., Parnikoza, I. Yu., Poronnik, O. O., Myryuta, G. Yu., & Kunakh, V. A. (2017). Deschampsia antarctica E. Desv. with different chromosome numbers cultivated in vitro. Probabilistic relations of three adaptability indices with genome size. Factors of experimental evolution of organisms, 20, 293–298. (in Ukrainian). https://doi.org/10.7124/FEEO.v20.782
  17. Miryuta, N., Smykla, J., & Parnikoza, I. (2019a). Algorithm for the United Quality Latent Index of the plant adaptability and its application field in monitoring of Deschampsia antarctica È. Desv. populations. Ukrainian Antarctic Journal, 1(18), 152–168. http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/168303/12-Miryuta.pdf?sequence=1
  18. Miryuta, N., Wojciechowski, K., & Parnikoza, I. (2019b). Calculation of the external factors influence indices on plants and its application to Deschampsia antarctica Ė. Desv. populations. Ukrainian Antarctic Journal, 2(19), 97–116. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2(19).2019.155
  19. Nakashima, K., Ito, Y., & Yamaguchi-Shinozaki, K. (2009). Transcriptional regulatory networks in response to abiotic stresses in Arabidopsis and Grasses. Plant Physiology, 149(1), 88–95. https://doi.org/10.1104/pp.108.129791
  20. Navrotska, D. O., Twardowska, M. O., Andreev, I. O., Parnikoza, I. Yu., Betekhtin, A. A., Zahrychuk, O. M., Drobyk, N. M., Hasterok, R., & Kunakh, V. A. (2014). New forms of chromosome polymorphism in Deschampsia antarctica Desv. from the Argentine Islands of the Maritime Antarctic region. Ukrainian Antarctic Journal, 13, 185–191.
  21. https://doi.org/10.33275/1727-7485.13.2014.226
  22. Navrotska, D. O., Andreev, I. O., Parnikoza, I. Yu., Spiridonova, K. V., Poronnik, O. O., Miryuta, N. Yu., Myryuta, G. Yu., Zahrychuk, O. M., Drobyk, N. M., & Kunakh, V. A. (2017). Comprehensive characterization of cultivated in vitro Deschampsia antarctica E. Desv. plants with different chromosome numbers. Cytology and Genetics, 51(6), 422–431. https://doi.org/10.3103/S009545271706010X
  23. Parnikoza, I., Miryuta, N., Ozheredova, I., Kozeretska, I., Smykla, J., Kunakh, V., & Convey, P. (2015). Comparative analysis of Deschampsia antarctica Desv. population adaptability in the natural environment of the Admiralty Bay region (King George Island, maritime Antarctic). Polar Biology, 38(9), 1401–1411. https://doi.org/10.1007/s00300-015-1704-1
  24. Parnikoza, I. Yu., Miryuta, N. Yu., Royek, M., Betekhtin, A. A., Poronnik, O. O., Miryuta, G. Yu., Navrotska, D. O., Hasterok, R., & Kunakh, V. A. (2017). Deschampsia antarctica E. Desv. plants with different chromosome number cultivated in vitro. Relations between genome size and two adaptability indices. Factors of experimental evolution of organisms, 20, 304–309. (in Ukrainian). https://doi.org/10.7124/FEEO.v20.784
  25. Pollard, J. H. P. (1982). Spravochnik po vychislitelnym metodam statistiki [A handbook of numerical and statistical techniques]. Finansy i statistika. (in Russian)
  26. Poronnik, O. O., Parnikoza, I. Yu., Miryuta, N. Yu., Myryuta, G. Yu., Grahov, V. P., Navrotska, D. O., & Kunakh, V. A. (2017). Deschampsia antarctica E. Desv. plants with different chromosome number cultivated in vitro. Plants length and flavonoids in vitro culture and in nature. Factors of experimental evolution of organisms, 20, 310–313. (in Ukrainian). https://doi.org/10.7124/FEEO.v20.785
  27. Poronnik, O., Miryuta, N., Ivannikov, R., Myiryuta, G., Korchevska, V., Parnikoza, I., & Kunakh, V. (2019, May 14–16). Long-term action of ultraphiolet an influence on different adaptability parameters of Deshampsia antarctica É. Desv. plants under cultivation in vitro [Conference presentation abstract]. IX International Antarctic Conference, Kyiv, Ukraine.
  28. Scion Image: http://scion-image.software.informer.com/4.0/
  29. Shalygo, N. V., Domanskaya, I. N., Radyuk, M. S., Shcherbakov, R. A., & Dremuk, I. A. (2012). Accumulation of hydrogen peroxide and functioning of defense system in overwatered barley seedlings. Russian Journal of Plant Physiology, 59(6), 748–756. https://doi.org/10.1134/S1021443712050147 (in Russian)
  30. Shinozaki, K., Yamaguchi-Shinozaki, K., & Seki, M. (2003). Regulatory network of gene expression in the drought and cold stress responses. Current Opinion in Plant Biology, 6(5), 410–417. https://doi.org/10.1016/s1369-5266(03)00092-x
  31. Tchuraev, R. N. (2006a). Epigenetics: gene and epigene networks in ontogeny and phylogeny. Genetika, 42(9), 1276–1296. (in Russian). https://doi.org/10.1134/S1022795406090122
  32. Tchuraev, R. N. (2006b). General principles of organization and laws of functioning in governing gene networks. In N. Kolchanov, R. Hofestädt, Milanesi, L. (Eds.), Bioinformatics of Genome Regulation and Structure II (pp. 367–377). Springer, Science Media Inc. https://doi.org/10.1007/0-387-29455-4_35
  33. Van Loon, L. C. (Ed.) (2009). Plant Innate Immunity (Vol. 51). Academic Press.
  34. Volkov, R. A., Kozeretska, I. A., Kyryachenko, S. S., Andreev, I. O., Maidanyuk, D. N., Parnikoza, I. Yu., & Kunakh, V. A. (2010). Molecular evolution and variability of ITS1–ITS2 in populations of Deschampsia antarctica from two regions of the maritime Antarctic. Polar Science, 4(3), 469–478. https://doi.org/10.1016/j.polar.2010.04.011
  35. Zahrychuk, O. M., Drobyk, N. M., Kozeretska, I. A., Parnikoza, I. Yu., & Kunakh, V. A. (2011–2012). Introduction in culture in vitro of Deschampsia antarctica Desv. (Poaceae) from two regions of Maritime Antarctica. Ukrainian Antarctic Journal, 10–11, 289–295. (in Ukrainian). https://doi.org/10.33275/1727-7485.10-11.2012.309
  36. Zubairova, U. S., Penenko, A. V., & Nikolaev, S. V. (2012). Modeling of plant tissue growth and development with L-systems. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 16(4/1), 816–824. (in Russian)
  37. Zubairova, U. S., Golushko, S. K., Penenko, A. V., & Nikolaev, S. V. (2014). An L-system for modeling flat unidimensionally growing flat plant tissues. Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 18(4/2), 945–952. (in Russian)