рус eng
«ИЗВЕСТИЯ ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА». СЕРИЯ «БИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ»
«IZVESTIYA IRKUTSKOGO GOSUDARSTVENNOGO UNIVERSITETA». SERIYA «BIOLOGIYA. ECOLOGIYA»
«THE BULLETIN OF IRKUTSK STATE UNIVERSITY». SERIES «BIOLOGY. ECOLOGY»
ISSN 2073-3372 (Print)

Список выпусков > Серия «Биология. Экология». 2017. Том 20

Применение биоинформационных методов для определения границ видов пиявок рода Erpobdella

Автор(ы)
А. В. Болбат, И. А. Кайгородова, Ю. С. Букин, Л. И. Федорова, Н. В. Сороковикова
Аннотация
В настоящее время экологические исследования и экологический мониторинг требуют точного и быстрого определения уровней биоразнообразия без использования традиционного морфологического анализа. Для решения этой задачи разработан целый ряд методов молекулярной экологии, в частности техника ДНК-штрихкодирования. Однако определение штрихкодового разрыва бывает затруднено из-за ложноположительных и ложноотрицательных ошибок. В данной работе был апробирован набор биоинформационных методов, обеспечивающих объективную оценку различий между внутривидовой и межвидовой вариабельностью. В качестве модельного объекта использован набор нуклеотидных последовательностей фрагмента митохондриального гена цитохромоксидазы-1 (COI) сибирских пиявок рода Erpobdella, неидентифицируемых морфологически. С помощью алгоритма GMYC показано, что порог внутривидовой изменчивости для исследуемого набора генетических данных составляет 1,85 %. Применение программы ABGD позволило обнаружить достоверный штрихкодовый разрыв как минимум в 4 %. Оба метода независимым образом разделили исследуемый набор из 95 последовательностей на 10 филогенетических групп, где 68 последовательностей сибирских пиявок сформировали отдельный кластер. Отсутствие морфологического и генетического сходства с описанными ранее видами может свидетельствовать об обнаружении нового вида кольчатых червей. Одновременно показано, что последовательности, отнесённые к виду E. ochoterenai, принадлежат к четырём разным видам, что предполагает необходимость рекуррентного морфологического анализа этой группы. Кроме того, методами GMYC и ABGD неидентифицированный образец из Македонии однозначно отнесён к виду E. vilnensis, что демонстрирует успешность концепции ДНК-штрихкодирования. Это позволяет рассматривать биоинформационный подход в молекулярной экологии как пригодный инструмент для объективной делимитации таксонов, в частности, у эрпобделлид, применение которого значительно упростит определение видовой принадлежности аннелид, что существенно усилит экологические исследования, повысит эффективность мониторинга, а также уровень нашего познания и использования биоразнообразия.
Ключевые слова
ДНК-штрихкодирование, GMYC, ABGD, Erpobdella
УДК
574575.858
Литература

1. Лукин Е. И. Пиявки пресных и солоноватых водоемов / Е. И. Лукин // Фауна СССР. Пиявки / АН СССР. Зоол. ин-т. – 1976. – Т. 1. – С. 1–484.

2. ABGD, Automatic Barcode Gap Discovery for primary species delimitation / N. Puillandre [et al.] // Molecular Ecology. – 2012. – Vol. 21. – P. 1864–1877.

3. Barley A. Assessing the performance of DNA barcoding using posterior predictive simulations / A. Barley, R. Thomson // Molecular Ecology. – 2016. – Vol. 25. – P. 1944–1957.

4. Bayesian Phylogenetics with BEAUti and the BEAST 1.7 / A. J. Drummond [et al.] // Mol. Biol. Evol. – 2012. – Vol. 29(8). – P. 1969–1973.

5. Clustal W and Clustal X version 2.0 / M. A. Larkin [et al.] // Bioinformatics. – 2007. – Vol. 23. – P. 2947–2948.

6. Cognato A. I. Standard percent DNA sequence difference for insects does not predict species boundaries / A. I. Cognato // J. Econ. Entomol. – 2006. – Vol. 99, N 4. – P. 1037–1045.

7. Coissac E. Bioinformatic challenges for DNA metabarcoding of plants and animals / E. Coissac, T. Riaz, N. Puillandre // Molecular Ecology. – 2012. – Vol. 21. – P. 1834–1847.

8. DNA barcodes of closely related (but morphologically and ecologically distinct) species of skipper butterflies (Hesperiidae) can differ by only one to three nucleotides / J. M. Burns [et al.] // J. Lepid. Soc. – 2007. – Vol. 61, N 3. – P. 138–153.

9. DNA barcoding and taxonomy in Diptera: a tale of high intraspecific variability and low identification success / R. Meier [et al.] // Syst. Biol. – 2006. – Vol. 55, N 5. – P. 715–728.

10. DNA primer for amplification of mitochondrial cytochrome C oxidase subunit I from diverse metazoan invertebrates / O. Folmer [et al.] // Mol. Mar. Biol. Biotech. – 1994. – Vol. 3. – P. 294–299.

11. Doyle J. J. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue / J. J. Doyle, J. L. Doyle // Phytochemistry Bulletin. – 1987. – Vol. 19 – P. 11–15.

12. Frezal L. Four years of DNA barcoding: Current advances and prospects / L. Frezal, R. Leblois // Infection, Genetics and Evolution. – 2008. – Vol. 8. – P. 727–736.

13. Gernhard T. The conditioned reconstructed process / T. Gernhard // J. Theor. Biol. – 2008. – Vol. 253(4). – P. 769–778.

14. Hall T. A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT / T. A. Hall // Nucl. Acids. Symp. Ser. – 1999. – Vol. 41. – P. 95–98.

15. Hasegawa M. Dating of the human-ape splitting by a molecular clock of mitochondrial DNA / M. Hasegawa, H. Kishino, T. Yano // J. Mol. Evol. – 1985. – Vol. 22(2). – P. 160–174.

16. Hebert P. Barcoding animal life: cytochrome c oxidase subunit 1 divergences among closely related species / P. Hebert, S. Ratnasingham, J. deWaard. // Proc. R. Soc. Lond. B. – 2003. – Vol. 270. – P. 96–99.

17. Hebert P. The promise of DNA barcoding for taxonomy / P. Hebert, T. R. Gregory // Syst. Biol. – 2005. – Vol. 54, N 5. – P. 852–859.

18. Hebert P. From writing to reading the encyclopedia of life / P. Hebert, P. Hollingsworth, M. Hajibabaei // Phil. Trans. R. Soc. B. – 2016. – Vol. 371. – 20150321.

19. Limited performance of DNA barcoding in a diverse community of tropical butterflies / M. Elias [et al.] // Proc. Roy. Soc. Lond. B. – 2007. – Vol. 274 (1627). – P. 2881–2889.

20. Meyer C. P. DNA barcoding: error rates based on comprehensive sampling / C. P. Meyer, G. Paulay // PloS Biology. – 2005. – Vol. 3, N 12. – P. 2229–2238.

21. Nesemann H. Clitellata, Branchiobdellida, Acanthobdellida, Hirudinea / H. Nesemann, E. Neubert // Süsswasserfauna von Mitteleuropa. – Heidelberg : Spectrum Akademischer Verlag – 1999. – Vol. 6, N 2. – P. 1–178.

22. New perspectives in diet analysis based on DNA barcoding and parallel pyrosequencing: the trnL approach / A. Valentini [et al.] // Molecular Ecology Resources. – 2009. – Vol. 9. – P. 51–60.

23. Posada D. jModelTest: Phylogenetic Model Averaging / D. Posada // Mol. Biol. Evol. – 2008. – Vol. 25, N 7. – P. 1253–1256.

24. Relaxed Phylogenetics and Dating with Confidence / A. J. Drummond [et al.] // PLoS ONE. – 2006. – Vol. 4, N 5. – E. 88.

25. Sequence-Based Species Delimitation for the DNA Taxonomy of Undescribed Insects / J. Pons [et al.] // Syst. Biol. – 2006. – Vol. 55, N 4. – P. 595–609.

26. Wiemers M. Does the DNA barcoding gap exist? – a case study in blue butterflies (Lepidoptera: Lycaenidae) / M. Wiemers, K. Fiedler // Front. Zool. – 2007. – Vol. 4. – E. 8.


Полная версия (русская)