5S рибосомна ДНК та гени СО1-СО2 як молекулярні маркери в оцінці генетичного різноманіття комах
Abstract
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 091 – Біологія. – Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича МОН України, Чернівці, 2023 рік.
Дисертаційна робота присвячена аналізу молекулярної організації, еволюції та використання 5S рДНК та генів СО1-СО2 в якості маркерних ділянок в оцінці генетичного різноманіття представників різних груп комах (Insecta).
У Вступі обґрунтовано вибір теми та її актуальність, зформулюванні мета та завдання дослідження, наведені дані про оприлюднення результатів у наукових працях та апробацію дисертації на наукових форумах. Охарактеризовані наукова новизна та практична цінність отриманих результатів. Завершується вступ інформацією про структуру та обсяг дисертації.
Перший розділ являє собою стислий огляд літератури, у якій висвітлюються існуючі проблеми та невирішені питання в систематиці комах. Також, у розділі охарактеризовано широко розповсюджені маркерні послідовності, які застосовуються в сучасних молекулярно-генетичних дослідженнях для оцінки біорізноманіття (ДНК-баркодингу) не лише комах, а й загалом еукаріот. Одним із найінформативніших ДНК-маркерів для комах на сьогоднішній день вважаються поліморфні локуси мітохондріальної ДНК, однак використання лише ділянок мітогеному має свої певні обмеження та недоліки. Зважаючи на це крім послідовностей мтДНК необхідно залучати й маркерні гени ядерного геному, до яких належать гени рибосомних РНК, а саме 5S рДНК. Проте, для комах потенціал використання 5S рДНК в якості молекулярного маркеру все ще залишається недостатньо вивченим. З огляду на це, метою дисертаційного дослідження було проаналізувати мінливість мітохондріальних генів СО1-СО2 та ядерної 5S рДНК у різних групах комах та оцінити можливості використання цих ділянок геному в якості молекулярних маркерів для баркодингу та реконструкції філогенетичних відносин у досліджуваних таксонах.
Для досягнення мети було поставлено наступні завдання:
1. Ампліфікувати, клонувати та сиквенувати послідовності генів СО1-СО2 та 5S рДНК представників різних таксономічних груп комах.
2. Проаналізувати банк нуклеотидних послідовностей (GenBank) на наявність просиквенованих ділянок СО1-СО2 та 5S рДНК досліджуваних та близькоспоріднених видів.
3. Дослідити молекулярну організацію обраних для аналізу ділянок геному та оцінити їх поліморфізм
4. За допомогою отриманих даних зробити висновок про можливість використання ділянок CO1-СО2 та 5S рДНК в оцінці генетичного різноманіття комах.
Об’єкт дослідження – генетичний поліморфізм та еволюція геномів еукаріот.
Предмет – 5S рибосомна ДНК та гени цитохром оксидази СО1 та СО2.
Методи дослідження: у процесі підготовки дисертації було використано сучасні лабораторні методи дослідження, які згадані у другому розділі, зокрема: виділення геномної та плазмідної ДНК, квантифікація ДНК, полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР), електрофоретичний аналіз, створення рекомбінантних конструктів та клонування фрагментів ДНК, сиквенування ДНК. Також були використані біоінформатичні методи: аналіз сиквенованих послідовностей ДНК, скринінг геномних баз даних, аналіз повногеномних архівів, вирівнювання послідовностей ДНК та побудова філогенетичних дендрограм.
Наукову новизну дисертаційного дослідження на основі отриманих результатів (третій розділ) розкривають наступні положення:
1. Вперше клоновано та сиквеновано гени СО1-СО2 та повторювані ділянки 5S рДНК для різних підвидів медоносної бджоли Apis mellifera, метеликів-шкідників родини Drepanidae та плодових мушок родини Tephritidae.
2. Вперше описано хромосомну локалізацію кластерів 5S рДНК у медоносних бджіл, метеликів та плодових мушок, виявлено новий тип диспергованої організації 5S рДНК у геномах метеликів.
3. Детально описано та проаналізовано молекулярну організацію, поліморфізм та характер мінливості 5S рДНК у досліджуваних видів.
4. Встановлено суттєві відмінності в молекулярній організації та швидкості еволюції 5S рДНК у різних групах комах.
5. Проведено порівняльну оцінку можливостей застосування різних молекулярних маркерів, 5S рДНК та гени СО1-СО2 для баркодингу та реконструкції філогенезу комах.
Отримані результати можуть бути використані для молекулярної паспортизації (баркодингу) та ідентифікації комах, зокрема підвидів/порід медоносної бджоли та комах-шкідників. Частину отриманих результатів було впроваджено у селекційну роботу ГО «Спілка пасічників України» та «Асоціація виробників продуктів бджільництва «Буковинський бджоляр»». Тематика дисертаційної роботи повністю відповідає науковій тематиці кафедри молекулярної генетики та біотехнології Чернівецького національного університету в рамках кафедральної теми: «Структурно-функціональна організація геному та механізми адаптації у еукаріот» (2021-2025; номер державної реєстрації 0121U111109) та держбюджетної теми «Генетичний поліморфізм, розповсюдженість та адаптаційні здатності українських порід медоносної бджоли» (2020-2022; номер державної реєстрації 0120U102119).
Дисертаційну роботу викладено на 158 сторінках машинописного тексту. Дисертація складається зі вступу, огляду наукової літератури, опису використаних матеріалів та методів досліджень, отриманих результатів та їх обговорення, висновків, списку використаних джерел літератури та додатків. Робота містить 11 таблиць, 26 рисунків та додаток. Бібліографічний список складається з 188 літературних джерел.