Український антарктичний журнал

Том 22 № 2(29) (2024): Український антарктичний журнал
Articles

Поліморфізм довжини інтронів генів β-тубуліну у Colobanthus quitensis в регіоні Аргентинських островів – півострова Київ

PDF (English)
  • Анастасія Рабоконь,
  • Юлія Білоножко,
  • Анастасія Постовойтова,
  • Любов Калафат,
  • Іван Парнікоза,
  • Ірина Козерецька,
  • Ігор Андрєєв,
  • Віктор Кунах,
  • Ярослав Пірко,
  • Ярослав Блюм
Анастасія Рабоконь
Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», м. Київ, 04123, Україна
Юлія Білоножко
Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», м. Київ, 04123, Україна
Анастасія Постовойтова
Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», м. Київ, 04123, Україна
Любов Калафат
Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», м. Київ, 04123, Україна
Іван Парнікоза
Державна установа Національний антарктичний науковий центр, Міністерство освіти і науки України, м. Київ, 01601, Україна
Ірина Козерецька
Державна установа Національний антарктичний науковий центр, Міністерство освіти і науки України, м. Київ, 01601, Україна
Ігор Андрєєв
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, м. Київ, 03680, Україна
Віктор Кунах
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, м. Київ, 03680, Україна
Ярослав Пірко
Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», м. Київ, 04123, Україна
Ярослав Блюм
Державна установа «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», м. Київ, 04123, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2024.736
Опубліковано December 31, 2024
Ключові слова
  • Антарктичний півострів,
  • генетичний поліморфізм,
  • перлинниця антарктична,
  • природні популяції
Як цитувати
Рабоконь, А., Білоножко, Ю., Постовойтова, А., Калафат, Л., Парнікоза, І., Козерецька, І., Андрєєв, І., Кунах, В., Пірко, Я., & Блюм, Я. (2024). Поліморфізм довжини інтронів генів β-тубуліну у Colobanthus quitensis в регіоні Аргентинських островів – півострова Київ. Український антарктичний журнал, 22(2(29), 186-197. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2024.736

Авторське право (c) 2024 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

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

Анотація

Генетичні маркери, засновані на оцінці поліморфізму довжини інтронів генів (Intron Length Polymorphism, ILP), в останні роки набули значної популярності в популяційно-генетичних дослідженнях рослин. Один з найпопулярніших ILP-маркерів, що базується на оцінці поліморфізму довжини інтронів генів β-тубуліну різних видів рослин – TBP (Tubulin-Based-Polymorphism). Цей метод широко використовується для швидкого  молекулярно-генетичного аналізу різних видів рослин, адже дозволяє використовувати всього одну комбінацію вироджених праймерів для будь-якої рослинної ДНК. В роботі проаналізовано поліморфізм довжини інтронів генів β-тубуліну в популяціях перлинниці антарктичної (Colobanthus quitensis) з відносно компактного регіону Аргентинських островів – півострова Київ: 93 зразки C. quitensis з 11 ізольованих острівних популяцій. Результати аналізу поліморфізму довжини двох інтронів генів β-тубуліну в природних популяціях C. quitensis загалом свідчать про низький рівень генетичного поліморфізму, що підтверджує загальні уявлення щодо генетичної мінливості C. quitensis в Антарктичному регіоні. За даними оцінки поліморфізму довжини першого інтрону виявлено дві групи популяцій C. quitensis, що може вказувати на походження рослин з різних регіонів. При цьому ДНК-фрагменти детектуються в діапазоні від 380 п.н. до 1900 п.н., а серед проналізованих популяцій C. quitensis виділяються популяції з острова Дарбу, мису Перес та частина зразків з найбільшого з островів Берселот. До того ж Берселот об'єднує рослини з обома типами ДНК-профілю. Оцінка поліморфізму довжини другого інтрону генів β-тубуліну C. quitensis дозволила ідентифікувати індивідуальні генотипи у 7 з 11 досліджених популяцій. Отримані результати можуть свідчити про накопичення мінливості відповідно до різних умов навколишнього середовища в початкових точках поширення досліджуваного виду рослин.

PDF (English)

Посилання

  1. Acuna-Rodrıguez, I. S., Oses, R., Cortes-Vasquez, J., Torres-Dıaz, C., & Molina-Montenegro, M. A. (2014). Genetic diversity of Colobanthus quitensis across the Drake Passage. Plant Genetic Resources, 12(1), 147–150. https://doi.org/10.1017/S1479262113000270
  2. Alban, D. M., Biersma, E. M., Kadereit, J. W., & Dillenberger, M. S. (2022). Colonization of the Southern Hemisphere by Sagina and Colobanthus (Caryophyllaceae). Plant Systematics and Evolution, 308, 1. https://doi.org/10.1007/s00606-021-01793-w
  3. Andreev, I. O., Parnikoza, I. Yu., Konvalyuk, I. I., Metcheva, R., Kozeretska, I. A., & Kunakh, V. A. (2022). Genetic divergence of Deschampsia antarctica (Poaceae) population groups in the maritime Antarctic. Biological Journal of the Linnean Society, 135, 223–234. https://doi.org/10.1093/biolinnean/blab141
  4. Androsiuk, P., Chwedorzewska, K., Szandar, K., & Giełwanowska, I. (2015). Genetic variability of Colobanthus quitensis from King George Island (Antarctica). Polish Polar Research, 36, 281–295. https://doi.org/10.1515/popore-2015-0017
  5. Biersma, E. M., Torres-Díaz, C., Molina-Montenegro, M. A., Newsham, K. K., Vidal, M. A., Collado, G. A., Acuña-Rodríguez, I. S., Ballesteros, G. I., Figueroa, C. C., Goodall-Copestake, W. P., Leppe, M. A., Cuba-Díaz, M., Valladares, M. A., Pertierra, L. R., & Convey, P. (2020). Multiple late-Pleistocene colonisation events of the Antarctic pearlwort Colobanthus quitensis (Caryophyllaceae) reveal the recent arrival of native Antarctic vascular flora. Journal of Biogeography, 47(8), 1663–1673. https://doi.org/10.1111/jbi.13843
  6. Braglia, L., Gavazzi, F., Gianì, S., Morello, L., & Breviario, D. (2023). Tubulin-Based Polymorphism (TBP) in Plant Genotyping. In Y. Shavrukov (Ed.), Plant Genotyping Methods and Protocols. Methods in Molecular Biology (vol. 2638). Humana, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-3024-2_28
  7. Braglia, L., Lauria, M., Appenroth, K. J., Bog, M., Breviario, D., Grasso, A., Gavazzi, F., & Morello, L. (2021). Duckweed species genotyping and interspecific hybrid discovery by Tubulin-Based Polymorphism finger-printing. Frontiers in Plant Science, 12, 625670. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.625670
  8. Braglia, L., Manca, A., Mastromauro, F., & Breviario, D. (2010). cTBP: A successful intron length polymorphism (ILP)–based genotyping method targeted to well defined experimental needs. Diversity, 2, 572–585. https://doi.org/10.3390/d2040572
  9. Breviario, D., Baird, W. V., Sangoi, S., Hilu, K., Blumetti, P., & Giani, S. (2007). High polymorphism and resolution in targeted fingerprinting with combined β-tubulin introns. Molecular Breeding, 20, 249–259. https://doi.org/10.1007/s11032-007-9087-9
  10. Convey, P., Gibson, J. A. E., Hillenbrand, C. D., Hodgson, D. A., Pugh, P. J. A., Smellie, J. L., & Stevens, M. I. (2008). Antarctic terrestrial life – challenging the history of the frozen continent? Biological Reviews, 83, 103–117. https://doi.org/10.1111/j.1469-185X.2008.00034.x
  11. Cuba-Dıaz, M., Klagges, M., Fuentes-Lillo, E., Cordero, C., Acuna, D., Opazo, G., & Troncoso-Castro, J. M. (2017). Phenotypic variability and genetic differentiation in continental and island populations of Colobanthus quitensis (Caryophyllaceae: Antarctic pearlwort). Polar Biology, 40, 2397–2409. https://doi.org/10.1007/s00300-017-2152-x
  12. Eckert, C., Samis, K., & Lougheed, S. (2008). Genetic variation across species’ geographical ranges: the central–marginal hypothesis and beyond. Molecular Ecology, 17, 1170–1188. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2007.03659.x
  13. Fasanella, M., Premoli, A. C., Urdampilleta, J. D., González, M. L., & Chiapella, J. O. (2017). How did a grass reach Antarctica? The Patagonian connection of Deschampsia antarctica (Poaceae). Botanical Journal of the Linnean Society, 185, 511–524. https://doi.org/10.1093/botlinnean/box070
  14. Gianoli, E., Inostroza, P., Zuñiga-Feest, A., Reyes-Diaz, M., Cavieres, L. A., Bravo, L. A., & Corcuera, L. J. (2004). Ecotypic differentiation in morphology and cold resistance in population of Colobanthus quitensis (Caryophyllaceae) from the Andes of central Chile and Maritime Antarctica. Arctic, Antarctic and Alpine Research, 36, 484–489. https://doi.org/10.1657/1523-0430(2004)036[0484:EDIMAC]2.0.CO;2
  15. Gowd, T. Y. M., Deo, C., Manjunathagowda, D. C., Mahajan, V., Dutta, R., Bhutia, N. D., Singh, B., & Mounika, V. (2023). Deployment of Intron Length Polymorphic (ILP) markers in dissipating diversity of Allium species. South African Journal of Botany, 160, 157–165. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2023.06.053
  16. Hillis, D. M., & Bull, J. J. (1993). An empirical test of bootstrapping as a method for assessing confidence in phylogenetic analysis. Systematic Biology, 42, 182–192. https://doi.org/10.1093/sysbio/42.2.182
  17. Kang, Y., Lee, H., Kim, M. K., Shin, S. C., Park, H., & Lee, J. (2016). The complete chloroplast genome of Antarctic pearlwort, Colobanthus quitensis (Kunth) Bartl. (Caryophyllaceae). Mitochondrial DNA Part A, 27, 4677–4678. https://doi.org/10.3109/19401736.2015.1106498
  18. Koc, J., Androsiuk, P., Chwedorzewska, K. J., Cuba-Diaz, M., Górecki, R., & Giełwanowska, I. (2018). Range-wide pattern of genetic variation in Colobanthus quitensis. Polar Biology, 41, 2467–2479. https://doi.org/10.1007/s00300-018-2383-5
  19. Lee, D. W., & Postle, R. L. (1975). Isozyme variation in Colobanthus quitensis (Kunth) Bartl.: Methods and preliminary analysis. British Antarctic Survey Bulletin, 41/42, 133–137.
  20. Lykholat, Y. V., Rabokon, A. M., Blume, R. Y., Khromykh, N. O., Didur, O. O., Sakharova, V. H., Kabar, A. M., Pirko, Ya. V., & Blume, Ya. B. (2022). Characterization of β-tubulin genes in Prunus persica and Prunus dulcis for fingerprinting of their interspecific hybrids. Cytology and Genetics, 56, 481–493. https://doi.org/10.3103/S009545272206007X
  21. Murray, M. G., & Thompson, W. F. (1980). Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research, 8, 4321–4325.
  22. Nei, M., & Li, W. H. (1979). Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proceedings of the National Academy of Sciences, 76, 5269–5273. https://doi.org/10.1073/pnas.76.10.5269
  23. Parnikoza, I., Kozeretska, I., & Kunakh, V. (2011). Vascular plants of the Maritime Antarctic: origin and adaptation. American Journal of Plant Sciences, 2, 381–395. https://doi.org/10.4236/ajps.2011.23044
  24. Pascual-Díaz, J. P., Serçe, S., Hradecká, I., Vanek, M., Özdemir, B. S., Sultana, N., Vural, M., Vitales, D., & Garcia, S. (2020). Genome size constancy in Antarctic populations of Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica. Polar Biology, 43, 1407–1413. https://doi.org/10.1007/s00300-020-02699-y
  25. Pavlicek, A., Hrda, S., & Flegr, J. (1999). FreeTree – Freeware program for construction of phylogenetic trees on the basis of distance data and bootstrap/jackknife analysis of the tree robustness. Application in the RAPD analysis of genus Frenkelia. Folia Biologica (Praha), 45, 97–99.
  26. 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. (2019). Intron length polymorphism of β-tubulin genes in Deschampsia antarctica E. Desv. across the western coast of the Antarctic Peninsula. Polar Science, 19, 1541–154. https://doi.org/10.1016/j.polar.2018.11.001
  27. Rabokon, A., Postovoitovà, A., Bilonozhko, Yu., Kalafat, L., Pavlovska, M., Prekrasna, Ie., Parnikoza, I., Kozeretska, I., Pirko, Ya., & Blume, Ya. (2020). Assessment of Colobanthus quitensis genetic polymorphism from the Argentine Islands region (maritime Antarctic) by actin, α- and γ-tubulin gene intron analysis. Ukrainian Antarctic Journal, (1), 93–101. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2020.382
  28. Sagarin, R. D., & Gaines, S. D. (2002). The ‘abundant centre’ distribution: to what extent is it a biogeographical rule? Ecology Letters, 5(1), 137–147.
  29. Smith, R. I. L., & Corner, R. W. M. (1973). Vegetation of the Arthur Harbour-Argentine Islands region of the Antarctic Peninsula. British Antarctic Survey Bulletin, 33/34, 89–122.
  30. Sneath, P. H. A., & Sokal, R. R. (1973). Numerical Taxonomy. The principles and practice of numerical classification. W. H. Freeman and Company.
  31. Van de Wouw, M., van Dijk, P., & Huiskes, A. H. L. (2008). Regional genetic diversity patterns in Antarctic hairgrass (Deschampsia antarctica Desv.). Journal of Biogeography, 35, 365–376.
  32. Yevchun, H., Fedchuk, A., Drohushevska, I., Pnyovska, O., Chernyshenko, M., & Parnikoza, I. (2021). The toponymy of the Argentine Islands area, the Kyiv Peninsula (West Antarctica). Ukrainian Antarctic Journal, (2), 127–157. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2021.683