ИСТИНА

Последовательности митохондриальных генов являются важной информацией при описании новых таксонов эукариот, на информацию об этих последовательностях опираются при построении моделей в популяционной генетики и экологии. В частности, последовательности фрагмента гена CO1 используются для так называемого “генетического баркодинга (ДНК-штрихкодирования)” животных, в том числе представителей морской фауны, и отслеживания динамики ее изменений. Генетический баркодинг (ДНК-баркодинг) - использование коротких маркеров, а именно последовательностей ДНК субъединицы I митохондриальной цитохром с оксидазы (COI) многоклеточных животных. ДНК-баркодинг лежит в основе таких крупных исследовательских проектов, как глобальные базы данных по видовому разнообразию: The Consortium for the Barcode of Life (CBOL, http://www.barcodeoflife.org/) и the Barcode of Life Data Systems (BOLD, http://www.barcodinglife.org/). В последнее время все более активно развивается метод метабаркодинга. Метабаркодинг ДНК - это метод оценки биоразнообразия окружающей среды и сложных многокомпонентных образцов. Он имеет широкий спектр применений: мониторинг биоразнообразия, определение состава многокомпонентных смесей животного и растительного происхождения. Метабаркодингом, как правило, называют метагеномный анализ сообщества эукариот. Особенности наследования мтДНК могут оказывать сильное влияние на интерпретацию данных о митохондриальных последовательностях. При том, что подавляющее большинство эукариот передает потомкам мтДНК исключительно по линии одного из родителей, в некоторых случаях наблюдается отклонение от этого правила. Примером таких организмов могут быть некоторые грибы (Breton and Stewart 2015) или двустворчатые моллюски с двойным монородительским наследованием мтДНК (Passamonti and Ghiselli 2009)). Кроме того, в природе довольно распространены случаи интрогрессии — захвата мтДНК одного вида другим видом. Фундаментальной научной проблемой, на решение которого направлен этот проект, является поиск и изучение отклонений от монородительского наследования мтДНК и изучение причин и последствий митохондриальных интрогрессий в биоте Белого моря. При этом мы рассчитываем, что решение этих проблем, вне зависимости от конкретных выводов, позволит нам решить другую научную проблему — оптимизировать последовательности праймеров для метабаркодинга. Для этого мы предполагаем секвенировать полные митохондриальные геномы различных представителей беспозвоночных Белого моря.

The set of mitochondrial genes is rather conservative in almost all eukaryotic taxa. At the same time, the chromosomal structure of the mitochondrial genome, the mechanism of mtDNA inheritance, and the rate of their evolution sometimes vary greatly even within taxonomic groups of low rank. In the framework of this project, we plan to determine partial and complete mitochondrial DNA sequences for 150 and 30 species, respectively, pursuing several goals simultaneously (1) to identify and investigate cases of introgression - the presence of mtDNA of one species in a population of another species and (2) to identify species, which maternal inheritance of mtDNA is not respected. Despite the fact that single parent inheritance of mtDNA predominates in most species, there are quite a few exceptions. For example, in many species of fungi, mitochondrial DNA is inherited from both parent strains and can recombine. A striking exception among animals is bivalve mollusks, some of which have switched to double maternal inheritance of mtDNA — paternal mtDNA is transmitted through the paternal, and maternal through the maternal line. All such abnormalities have a strong effect on the nature of the evolution of mtDNA and limits the possibility of using mitochondrial genes for taxonomy. In this regard, we assume that the data obtained in the framework of the project may contribute to solving a number of practical problems. Namely: we hope that by determining the sequence of mitochondrial DNA for a number of new species of the White Sea fauna, and also by analyzing the nature of the intraspecific variation of this mtDNA, we can not only evaluate how the change in the type of mtDNA inheritance affects the evolution of the mitochondrial genome, but also optimize the use of mitochondrial markers to identify species. Moreover, we assume that this work will contribute to the development of methods for monitoring marine biodiversity, namely, it will allow you to choose primers for the metabarcoding of the fauna of the White Sea, and, possibly, other Arctic seas

будут отсеквенерованы и аннотированы полные митохондриальные геномы Porifera (Demospongia, сем. Clathrinidae, сем. Polymastiidae, сем. Halichondriidae, сем. Chalinidae), Ctenophora (сем. Beroidae, сем. Bolinopsidae), Cnidaria (Hydrozoa, сем. Tubulariidae, сем. Sertulariidae, сем. Campanulariidae, сем. Bougainvilleidae) Scyphozoa, (сем. Cyaneidae, сем. Ulmariidae, сем. Anthozoa, отр. Actiniaria), Nemertea (отр. Hoplonemertea, отр. Paleonemertea, отр. Heteronemertea) Annelida (сем. Phyllodocidae, сем. Polynoidae, сем. Nereididae, сем. Nephtydidae, сем. Syllidae, сем. Spionidae, сем. Sabellidae, сем. Capitellidae, сем. Orbiniidae, сем. Maldanidae), Mollusca (кл. Polyplacophora, кл. Gastropoda, кл. Bivalvia), Arthropoda (отр. Amphipoda, отр. Isopoda, отр. Decapoda, отр. Calanoida), Nematoda (сем. Enoplidae, сем. Chromadoridae, сем. Draconematidae), Echinodermata (кл. Asteroidea, кл. Echinoidea, кл. Ophiuroidea, кл. Holoturoidea), Ascidiacea (сем. Didiemnidae, сем. Molgulidae), Enteropneusta (Harrimaniidae). Для многих таксономических групп праймеры, основанные на выравнивании большого количества уже полученных последовательностей, не подходят. Для них необходимо создание новых специфических для конкретных таксонов праймеров, что оказывается невозможным без секвенирования митохондриальных геномов. С использованием информации о последовательностях митохондриальной ДНК, полученной в результате полногеномного секвенирования, будут подобраны и верифицированы праймеры для метабаркодинга по митохондриальному геному для этих таксонов. Будут подобраны праймеры для амплификации фрагмента митохондриального генома, используемого в качестве генетического маркера для метабаркодинга бентосных и планктонных проб - методики экспресс-мониторинга состояния экосистем арктического региона, Использование метабаркодинга позволит полностью автоматизировать получение результата, сократит более чем в 100 раз трудозатраты на проведение мониторинга, и позволит избежать ошибок, связанных с недостаточной квалификацией специалистов, проводящих подобный мониторинг. — будет произведено “расследование” случаев интрогрессии митохондриальной ДНК для ряда видов Brada inhabilis (Rathke, 1843) (Annelida, Polychaeta, Flabelligeridae), Lumbrineris fragilis (O.F. Müller, 1776) (Annelida, Polychaeta, Lumbrineridae), Strongylocentrotus pallidus (Sars G.O., 1872) (Echinodermata, Echinoidea, Echinoida), Calanus propinquus Brady, 1883 (Copepoda, Calanoida, Calanidae). Под расследованием мы понимаем: (1) оценку частот различных гаплотипов мтДНК в виде-доноре и виде-реципиенте. Это позволит различить интрогрессию и неполное расхождение видов (Toews and Brelsford 2012). Последовательности полных митохондриальных геномов будут также получены для видов, для которых ранее было показано наличие митохондриальной интрогрессии. (2) Сравнительный анализ полных митохондриальных геномов вида донора и вида реципиента. По количеству несинонимичных замещений можно оценить относительную приспособленность мтДНК донора и реципиента — на основании полученных нами в результате выполнения проекта последовательностей (а также на основании доступных популяционных данных) будет проведен систематический анализ внутривидовой изменчивости последовательностей мтДНК для максимально широкого спектра видов эукариот. Мы планируем выявить случаи рекомбинации мтДНК. Рекомбинация мтДНК указывает на переход от монородительского, типичного для большинства видов, к двуродительскому наследованию митохондриальной ДНК. Результатом этой части проекта будет создание базы данных, в которой будет собрана информация о способах наследования мтДНК для максимально большого числа видов. На основании этой базы мы сравним, как смена типа наследования ДНК влияет на характер эволюции митохондриальных геномов. В результате работ по проекту будут подготовлены к печати и опубликованы не менее 8 работ в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus.

По направлению, связанному с применением молекулярно-генетических методов в изучении морских беспозвоночных и с метагеномным анализом бентосных проб у коллектива имеется существенный задел. В 2011 г. на ББС МГУ им. Н.А. Перцова под руководством Т.В. Неретиной был начат проект по применению молекулярно-генетических методов для изучения разнообразия морских беспозвоночных Белого моря. Основной целью было систематическое описание генетической изменчивости популяций наиболее распространенных видов фауны Белого моря, а в дальнейшем других районов Арктического региона. В результате были получены последовательности митохондриального (фрагмента гена СО1) и ядерного (фрагмента гистона 3) маркеров для 244 видов. В результате генетической ревизии обнаружено семь случаев, когда под одним видовым названием объединялись комплексы видов. Описан новый вид рода Cyanea. Также было обнаружено шесть случаев митохондриальной интрогрессии. К настоящему времени на ББС полностью отлажена работа с применением геномных методов анализа для изучения фауны морских беспозвоночных. На ББС создана и быстро развивается коллекция морских беспозвоночных Арктики, насчитывающая в настоящий момент более 10 000 образцов. В том числе создана коллекция образцов ДНК, выделенных из более чем 4000 морских беспозвоночных (около 300 видов).