Использование методов секвенирования для идентификации видов на примере филогенетических связей в пределах рода Hedysarum L.

Обложка
  • Авторы: Имачуева Д.Р.1, Серебряная Ф.К.2, Мачс Э.М.3, Коцеруба В.В.3
  • Учреждения:
    1. ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
    2. Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал ФГБОУ «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
    3. ФГБУН Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН
  • Выпуск: Том 9, № 6 (2021)
  • Страницы: 506-518
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://ogarev-online.ru/2307-9266/article/view/111721
  • DOI: https://doi.org/10.19163/2307-9266-2021-9-6-506-518
  • ID: 111721

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальной задачей в фармакогнозии на данный момент является применение всевозможных методов ДНК-анализа для идентификации растительного сырья, выявления фальсификатов, генетически модифицированных сельскохозяйственных культур и продуктов.

Цель. Изучить возможность применения молекулярно-генетических методов исследований при анализе рода Hedysarum L. для идентификации лекарственного растительного сырья. В данной статье представлены результаты применения молекулярно-генетических методов исследования при анализе рода Hedysarum L. флоры Северного Кавказа.

Материалы и методы. Материалом для исследования послужили образцы видов рода Hedysarum L., собранные на территории Северного Кавказа: Hedysarum caucasicum M.Bieb. (фаза плодоношения на территории Карачаево-Черкесской Республики); Hedysarum grandiflorum Pall. (фаза плодоношения в Волгоградской области); Hedysarum daghestanicum Rupr. ex Boiss. (фаза цветения в Республике Дагестан). Секвенирование маркерного участка ITS1-5.8S-ITS2 гена 5.8S рибосомой РНК проводили по методу Сэнгера на генетическом анализаторе AbiPrism 3130 на базе лаборатории биосистематики и цитологии Ботанического института имени В.Л. Комарова РАН.

Результаты. На основе сравнительного изучения маркерного участка ядерного рибосомного гена 5.8S рРНК были идентифицированы маркерные нуклеотидные замены Hedysarum caucasicum M. Bieb., Hedysarum daghestanicum Rupr. ex Boiss., Hedysarum grandiflorum Pall. Была построена наиболее вероятная вторичная структура 5.8S рРНК.

Показано, что на основании проведенного анализа можно составить прогноз дополнительных сырьевых источников мангиферина и других групп ксантонов при использовании молекулярных данных, на примере секции Obscura.

Заключение. На основании полученных данных можно сделать заключение о том, что в пределах секции Obscura можно подтвердить морфологическую классификацию рода Hedysarum L.

Об авторах

Джавгарат Руслановна Имачуева

ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: djakag01@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8953-3158

кандидат фармацевтических наук, ассистент кафедры фармации

Россия, 367000, Россия, Республика Дагестан, г. Махачкала, пл. Ленина 1

Фатима Казбековна Серебряная

Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал ФГБОУ «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: f.k.serebryanaya@pmedpharm.ru
ORCID iD: 0000-0001-9409-9344

кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры фармакогнозии, ботаники и технологии фитопрепаратов

Россия, 357532, Россия, Ставропольский край, г. Пятигорск, пр-кт Калинина, 11

Эдуард Модрисович Мачс

ФГБУН Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН

Email: edw.mach@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9347-5379

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биосистематики и цитологии

Россия, 197376, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 2

Виолетта Владимировна Коцеруба

ФГБУН Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН

Email: VKotseruba@binran.ru
ORCID iD: 0000-0003-1872-2223

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биосистематики и цитологии

Россия, 197376, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 2

Список литературы

  1. Гончаров М.Ю., Повыдыш М.Н., Яковлев Г.П. Молекулярная филогения трибы Baphieae (Fabaceae) на основании анализа последовательностей гена МАТК // Ботаника в современном мире. Труды XIV Съезда Русского ботанического общества и конференции «Ботаника в современном мире» (г. Махачкала, 18–23 июня 2018 г.). – Махачкала: АЛЕФ, 2018. – Т. 1. – С. 26–28.
  2. Повыдыш М.Н., Гончаров М.Ю., Яковлев Г.П., Родионов А.В. Молекулярно-генетические методы в фармакогнозии // Фармация. – 2007. – №6. – С. 47–48.
  3. Родионов А.В., Ким Е.С., Носов Н.Н., Райко М.П., Мачс Э.М., Пунина Е.О. Молекулярно-филогенетическое исследование видов рода Сolpodium sensu Lato (Рoeae, Рoaceae) // Экологическая генетика. – 2008. – Т.6, № 4. – С. 34–46. doi: 10.17816/ecogen6434-46.
  4. Супрун Н.А. Шанцер И.А. Генетическая изменчивость видов родства Hedysarum grandiflorum Pall. (Fabaceae) по данным ISSR маркирования // Бюл. Глав. бот. сада. – 2012. – Т. 198, №4. – С. 41–48.
  5. Филюшин М.А., Кочиева Е.З. Анализ вариабельности гена 5.8S рРНК у представителей третьей эволюционной группы рода Allium // Генетика. – 2014. – Т. 50, №10. – С. 1263–1268.
  6. Jin Z., Jiang W., Yi D., Pang Y. The complete chloroplast genome sequence of Sainfoin (Onobrychis viciifolia) // Mitochondrial DNA B. Resour. – 2021. – Vol. 6, No.2. – P. 496–498. doi: 10.1080/23802359.2020.1871439.
  7. Wei F., Tang D., Wei K. et al. The complete chloroplast genome sequence of the medicinal plant Sophora tonkinensis // Sci. Rep. – 2020. – Vol. 10. – Art No.12473. doi: 10.1038/s41598-020-69549-z.
  8. Varshney R.K., Pandey M.K., Bohra A., Singh V.K., Thudi M., Saxena R.K. Toward the sequence-based breeding in legumes in the post-genome sequencing era // Theor. Appl. Genet. – 2019. – Vol. 132, No.3. – P. 797–816. doi: 10.1007/s00122-018-3252-x.
  9. Ha J., Lee S.H. Updates on Legume Genome Sequencing // Methods Mol. Biol. – 2020. – Vol. 2107. – P. 1–18. doi: 10.1007/978-1-0716-0235-5_1.
  10. Jiao M.L., Li Z.Y., Zhang F.S., Qin X.M. [Comparison between Astragalus membranaceus var. mongholicus and Hedysarum polybotrys based on ITS sequences and metabolomics] // Yao Xue Xue Bao. – 2015. – Vol. 50, No.12. – P. 1625–1631. Chinese.
  11. Hong Z., Liao X., Ye Y., Zhang N., Yang Z., Zhu W., Gao W., Sharbrough J., Tembrock L.R., Xu D., Wu Z. A complete mitochondrial genome for fragrant Chinese rosewood (Dalbergia odorifera, Fabaceae) with comparative analyses of genome structure and intergenomic sequence transfers // BMC Genomics. – 2021. – Vol. 22, No.1. – Art. No.672. doi: 10.1186/s12864-021-07967-7.
  12. Ahangarian S., Kazempour-Osaloo Sh., Maassoumi A.A. Molecular phylogeny of the tribe Hedysareae with special reference to Onobrychis (Fabaceae) as inferred from nrDNA ITS sequences // Iran. J. Bot. – 2007. – Vol. 13, No.2. – P. 64–74.
  13. Cao J.N., Han C.R., Yang Y.C. Characterization of the complete chloroplast genome of Hedysarum polybotrys var. alaschanicum (Fabaceae) and its phylogeny // Mitochondrial DNA B. Resour. – 2021. – Vol.6, No.11. – P. 3312–3313. doi: 10.1080/23802359.2021.1994900.
  14. Chennaoui H., Marghali S., Marrakchi M., Trifi-Farah N. Phylogenetic relationships in the North African genus Hedysarum as inferred from ITS sequences of nuclear ribosomal DNA // Genetic Resources and Crop Evolution. 2007. – Vol. 54, No.2. – P. 389–397. doi: 10.1007/s10722-006-0001-9.
  15. Zhou Z., Yu M., Ding G., Gao G., He Y. Diversity and structural differences of bacterial microbial communities in rhizocompartments of desert leguminous plants // PLoS One. – 2020. – Vol. 15, No.12. – e0241057. doi: 10.1371/journal.pone.0241057.
  16. Liu P.L., Wen J., Duan L., Arslan E., Ertuğrul K., Chang Z.Y. Hedysarum L. (Fabaceae: Hedysareae) Is Not Monophyletic – Evidence from Phylogenetic Analyses Based on Five Nuclear and Five Plastid Sequences // PLoS One. – 2017. – Vol. 12, No.1. – e0170596. doi: 10.1371/journal.pone.0170596.
  17. Hufnagel B., Marques A., Soriano A. et al. High-quality genome sequence of white lupin provides insight into soil exploration and seed quality // Nat. Commun. – 2020. – Vol. 11. – Art. No.492. doi: 10.1038/s41467-019-14197-9.
  18. Beghalem H., Aliliche K., Landoulsi A. Identification and sequence analysis of putative Sulla species nod factor receptor // Microb. Pathog. – 2018. – Vol. 117. – P. 88–92. doi: 10.1016/j.micpath.2018.01.048.
  19. Karudapuram S., Larson S. Identification of Hedysarum varieties using amplified fragment length polymorphism on a capillary electrophoresis system // J. Biomol. Tech. – 2005. – Vol. 16, No.4. – P. 318–326.
  20. Nazish T., Shabbir G., Ali A., Sami-Ul-Allah S., Naeem M., Javed M., Batool S., Arshad H., Hussain S.B., Aslam K., Seher R., Tahir M., Baber M. Molecular diversity of Pakistani mango (Mangifera indica L.) varieties based on microsatellite markers // Genet. Mol. Res. – 2017. – Vol. 16, No.2. doi: 10.4238/gmr16029560.
  21. Aliliche K., Beghalem H., Landoulsi A., Chriki A. Molecular phylogenetic analysis of Rhizobium sullae isolated from Algerian Hedysarum flexuosum // Antonie Van Leeuwenhoek. – 2016. – Vol. 109, No.7. – P. 897–906. doi: 10.1007/s10482-016-0688-3.
  22. Ávila Robledillo L., Neumann P., Koblížková A., Novák P., Vrbová I., Macas J. Extraordinary Sequence Diversity and Promiscuity of Centromeric Satellites in the Legume Tribe Fabeae // Mol. Biol. Evol. – 2020. – Vol. 37, No.8. – P. 2341–2356. doi: 10.1093/molbev/msaa090.
  23. Choi I.S., Schwarz E.N., Ruhlman T.A., Khiyami M.A., Sabir J.S.M., Hajarah N.H., Sabir M.J., Rabah S.O., Jansen R.K. Fluctuations in Fabaceae mitochondrial genome size and content are both ancient and recent // BMC Plant. Biol. – 2019. – Vol. 19, No.1. – Art. No.448. doi: 10.1186/s12870-019-2064-8.
  24. Yan H., Ji Z.J., Jiao Y.S., Wang E.T., Chen W.F., Guo B.L., Chen W.X. Genetic diversity and distribution of rhizobia associated with the medicinal legumes Astragalus spp. and Hedysarum polybotrys in agricultural soils // Syst. Appl. Microbiol. – 2016. – Vol. 39, No.2. – P. 141–149. doi: 10.1016/j.syapm.2016.01.004.
  25. Obala J., Saxena R.K., Singh V.K., Kumar C.V.S., Saxena K.B., Tongoona P., Sibiya J., Varshney R.K. Development of sequence-based markers for seed protein content in pigeonpea // Mol. Genet. Genomics. – 2019. – Vol. 294, No.1. – P. 57–68. doi: 10.1007/s00438-018-1484-8.
  26. Zhou Z., Yu M., Ding G., Gao G., He Y., Wang G. Effects of Hedysarum leguminous plants on soil bacterial communities in the Mu Us Desert, northwest China // Ecol. Evol. – 2020. – Vol. 10, No.20. – P. 11423–11439. doi: 10.1002/ece3.6779.
  27. Koenen E.J.M., Ojeda D.I., Steeves R., Migliore J., Bakker F.T., Wieringa J.J., Kidner C., Hardy O.J., Pennington R.T., Bruneau A., Hughes C.E. Large-scale genomic sequence data resolve the deepest divergences in the legume phylogeny and support a near-simultaneous evolutionary origin of all six subfamilies // New Phytol. – 2020. – Vol. 225, No.3. – P. 1355–1369. doi: 10.1111/nph.16290.
  28. Имачуева Д.Р., Серебряная Ф.К. Современное состояние изученности растений рода Копеечник (Hedysarum L.) флоры Кавказа // Фармация и фармакология. – 2016. – Т. 4, №6. – С. 4–32. doi: 10.19163/2307-9266-2016-4-6-4-32.
  29. Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue // Phytochem. Bull. – 1987. – Vol. 19. – P. 11–15.
  30. Sablok G., Rosselli R., Seeman T., van Velzen R., Polone E., Giacomini A., La Porta N., Geurts R., Muresu R., Squartini A. Draft Genome Sequence of the Nitrogen-Fixing Rhizobium sullae Type Strain IS123T Focusing on the Key Genes for Symbiosis with its Host Hedysarum coronarium L. // Front. Microbiol. – 2017. – Vol. 8. – Art. No.1348. doi: 10.3389/fmicb.2017.01348.
  31. de Diego-Diaz B, Treu L, Campanaro S, da Silva Duarte V, Basaglia M, Favaro L, Casella S, Squartini A. Genome Sequence of Rhizobium sullae HCNT1 Isolated from Hedysarum coronarium Nodules and Featuring Peculiar Denitrification Phenotypes // Genome Announc. – 2018. – Vol. 6; No.4. – e01518–17. doi: 10.1128/genomeA.01518-17.
  32. Nafisi H., Kazempour-Osaloo Sh., Mozaffarian V., Schneeweiss G.M. Molecular phylogeny and divergence times of the genus Hedysarum (Fabaceae) with special reference to section Multicaulia in Southwest Asia // Plant Systematics and Evolution. – 2019. – Vol. 305. – P. 1001–1017. doi: 10.1007/s00606-019-01620-3.
  33. Jones S., Cowan G., MacFarlane S., Mukoye B., Mangeni B.C., Were H., Torrance L. RNA sequence analysis of diseased groundnut (Arachis hypogaea) reveals the full genome of groundnut rosette assistor virus (GRAV) // Virus Res. – 2020. – Vol. 277. – Art. No.197837. doi: 10.1016/j.virusres.2019.197837.
  34. Fu X., Ji X., Wang B., Duan L. The complete chloroplast genome of leguminous forage Onobrychis viciifolia // Mitochondrial DNA B. Resour. – 2021. – Vol. 6, No.3. – P. 898-899. doi: 10.1080/23802359.2021.1886017.
  35. Павлова Н.С., Пробатова Н.С., Соколовская А.П. Таксономический обзор семейства Fabaceae, числа хромосом и распространение на советском Дальнем Востоке // Комаровские чтения. – 1989. – Вып. 26. – С. 20–47.
  36. Кривенко Д.А., Казановский С.Г., Степанцова Н.В., Верхозина А.В., Алексеенко А.Л. Числа хромосом некоторых видов цветковых растений Байкальской Сибири // Turczaninowia. – 2012. – Т. 15, №1. – С. 98–107.
  37. Кукушкина Т.А., Высочина Г.И., Карнаухова Н.А., Селютина И.Ю. Содержание мангиферина и суммы ксантонов в растениях некоторых дикорастущих и интродуцированных видов Hedysarum (Fabaceae) // Растительные ресурсы. – 2011. – Вып. 1. – С. 99–105.
  38. Неретина О.В., Громова А.С., Луцкий В.И., Семенов А.А. Компонентный состав видов рода Hedysarum (Fabaceae) // Растительные ресурсы. – 2004. – Т. 40, №4. – С. 111–138.
  39. Аслануков А.К., Айрапетова А.Ю., Серебряная Ф.К. Идентификация и количественное определение суммы ксантонов в пересчете на мангиферин в траве копеечника кавказского (Hedysarum caucasicum Bieb.) // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сб. науч. тр. – Изд-во: Пятигорская ГФА. – 2009. – Вып. 64. – С. 11–13.
  40. Высочина Г. И., Кукушкина Т.А. Биологически активные вещества некоторых видов рода Hedysarum L. // Растительные ресурсы. – 2011. – №4. – С. 251–258.
  41. Nie L.Y., Wang A.H., Duan L., Chen H.F., Wang F.G. The complete chloroplast genome of Plateau herb Chesneya acaulis (Fabaceae) // Mitochondrial DNA B. Resour. – 2021. – Vol. 6, No.2. – P. 641–642. doi: 10.1080/23802359.2021.1878955.
  42. Jin Z., Jiang W., Yi D., Pang Y. The complete chloroplast genome sequence of Sainfoin (Onobrychis viciifolia) // Mitochondrial DNA B. Resour. – 2021. – Vol. 6, No.2. – P. 496–498. doi: 10.1080/23802359.2020.1871439.
  43. Wojciechowski M.F. Astragalus (Fabaceae): a molecular phylogenetic perspective // Brittonia. – 2005. – Vol. 57, No.4. – P. 382–396. doi: 10.1663/0007-196X(2005)057[0382:AFAMPP]2.0.CO;2.
  44. Nafisi H., Kazempour-Osaloo Sh., Mozaffarian V., Amini-Rad M. Hedysarumalamutense (Fabaceae-Hedysareae), a new species from Iran, and its phylogenetic position based on molecular data // Turk. J. Bot. – 2019. – Vol. 43, No.3. – P. 386–394. doi: 10.3906/bot-1806-50.
  45. Liu Y., Du H., Li P., Shen Y., Peng H., Liu S., Zhou G.A., Zhang H., Liu Z., Shi M., Huang X., Li Y., Zhang M., Wang Z., Zhu B., Han B., Liang C., Tian Z. Pan-Genome of Wild and Cultivated Soybeans // Cell. – 2020. – Vol. 182, No.1. – P. 162–176. doi: 10.1016/j.cell.2020.05.023.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1 – Результаты окрашивания ДНК в УФ-свете (краситель этидия бромид)

Скачать (97KB)
Метаданные
3. Рисунок 2 – Филогенетические взаимоотношения видов рода Hedysarum L.

Скачать (165KB)
Метаданные

© Имачуева Д.Р., Серебряная Ф.К., Мачс Э.М., Коцеруба В.В., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».