Генетические и экологические аспекты биогеографии нивальных миксомицетов (Myxomycetes) альпийских и равнинных ландшафтов

Номер гранта:13-04-00839
Область научного знания:биология и медицинские науки
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2013г.
Руководитель: Новожилов Ю.К.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Фундаментальная научная проблема проекта – влияние географических и экологических барьеров на течение процессов генетической дивергенции у микроскопических грибов, протистов, и других свободноживущих микроорганизмов в контексте постулата "все есть везде, но среда отбирает" (EiE гипотеза). Очевидно, что подобные работы могут успешно проводиться на группах микроорганизмов, относительно легко выявляющихся в природе или лаборатории. Одна из них спорообразующие грибообразные протисты - плазмодиальные миксомицеты (Myxomycetes=Myxogastria), насчитывающие около 900 видов из 5 порядков. В качестве объектов исследования будут выбраны шесть нивальных морфовидов из родов Diderma и Meriderma, формирующие весной на границе тающего снега хорошо заметные невооруженным глазом плодовые тела (спорокарпы). До последнего времени считалось, что они обитают только в субальпийском или альпийском поясах высокогорий. Однако их присутствие в лесах равнинных таежных ландшафтов подтверждается спорадическими находками спорокарпов, а также результатами предварительных исследований образцов почв методами метагеномики. Нулевая гипотеза данного проекта - предположение, что популяции из удаленных друг от друга горных систем и равнинных ландшафтов имеют сходные генотипы. С целью изучения филогенетических взаимоотношений морфовидов, их биогеографических паттернов планируется комплексный анализ морфологии спорокарпов и спор, нуклеотидных последовательностей генов SSU rRNA и EF-1 alfa. C целью выявления возможной экологической дифференциации популяций из альпийских и равнинных ландшафтов, планируется оценка ширины их экологических ниш с учетом ряда параметров местообитаний. Основной научно-технический ресурс для выполнения проекта – микологический гербарий (LE) Ботанического института РАН (БИН РАН), оборудование Лаборатории систематики и географии грибов БИН РАН, а также Центра коллективного пользования научным оборудованием БИН РАН. Будет изучено около 300 изолятов, собранных ранее (при поддержке грантов РФФИ 11-04-10148-к, 12-04-10145-к, 10-04-00536-а) в Тебердинском биосферном государственном заповеднике, Хибинах, Французских Альпах (Савойи), а также в Ленинградской и Новосибирской областях. В работе будут использованы микроскопы Zeiss Axio Imager A1, Zeiss Stemi 2000, ряд специфических праймеров, амплификатор “BioRad C1000”, гель-документация GelDoc XR, автоматичекий секвенатор ABPrism 3130 и др. Анализ генетической дифференциации изолятов и выявление возможных филогеографических разрывов у модельных морфовидов миксомицетов, даст дополнительные сведения для проверки соответствия моделей «умеренного эндемизма» или космополитизма в отношении микроорганизмов. Материалы исследований будут использованы для аргументированного обсуждения общих вопросов видообразования, филогеографии и ареалогии микроорганизмов. Прояснение границ спорных таксонов будет способствовать улучшению таксономической системы грибов и протистов. Результаты исследования будут опубликованы в виде научных статей в ведущих микологических и общебиологических журналах, размещены в Интернет и обсуждены на предстоящих международных конгрессах. Проект будет способствовать развитию новой генерации отечественных микологов и протистологов.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Проблема, на решение которой был направлен данный проект - влияние географических и экологических барьеров на течение процессов видовой дивергенции у микроскопических грибов, протистов, и других свободноживущих микроорганизмов в контексте постулата "все есть везде, но среда отбирает" (EiE гипотеза) на примере нивальных миксомицетов. Для этого с целью создания коллекции референтных образцов спорокарпов в период 2013-2015 гг. были проведены полевые исследования в Хибинах и Лапландском заповеднике, Ленинградской области, Карелии, Cеверо-Западном Кавказе и в Европейских Альпах (Германия, Франция). Коллекция, состоит более чем из 1000 образцов и хранится в гербарии БИН РАН (LE). Впервые выявлены закономерности распространения нивальных миксомицетов на высотном градиенте и в зависимости от типа растительного сообщества. Методами метагеномного анализа впервые показано, что некоторые темно-споровые нивальные виды, ранее никогда не регистрируемые в равнинных ландшафтах классическими методами, могут составлять значительную часть пула «скрытого разнообразия» видов не только в горных системах, но и в равнинных ландшафтах. Впервые на основе многолетних наблюдений с применением климатических логгеров показана зависимость интенсивности спороношения нивальных миксомицетов от сочетания ряда климатических факторов, как весной в период таяния снега, так и на протяжении всего года. Выяснено, что успешный рост популяций амёб нивальных миксомицетов и интенсивность спороношения весной зависит от следующих условий: установление снежного покрова до промерзания почвы поздней осенью и длительное пребывание миксамеб под толстым слоем снега до весны. Впервые были получены лабораторные культуры миксамеб нивальных видов (Lepidoderma chailletii, Diderma niveum, Physarum albescens, Physarum nivale) на их основе были определены температурные оптимумы и показана способность амеб к длительному существованию в условиях низких температур. Установлено, что для выявления филогенетических связей среди модельных видов родов Diderma и Meriderma наиболее подходящим является участок последовательности – 18s рРНК малой субъединицы (18s SSU) длиной 660 п.н. с относительно высокой генетической гетерогенностью, а также последовательности гена фактора элонгации 1 альфа (EF1a). Впервые была проведена таксономическая интерпретация границ морфовидов родов Diderma и Meriderma на основе комплексного сравнительного, молекуляро-генетического, морфологического, экологического и географического анализа большого числа изолятов. Показано, что морфовиды этих родов характеризуются высокой генетической гетерогенностью участка 18s SSU, а таксономическая структура видовых комплексов Diderma alpinum-D. niveum и Meriderma atrosporum agg. требует ревизии. На примере видов из рода Meriderma впервые показано, что вариабильный сплайсосомный интрон в гене EF1a дает возможность проверить концепцию биовида у миксомицетов. С этой целью проведен анализ сиквенсов частичных последовательностей 18s SSU и EF1a изолятов морфовидов из пяти европейских горных хребтов. Две трети всех образцов были гетерозиготными по интрону, а два гаплотипа этих образцов всегда относились к одной и той же филогруппе. За исключением двух случаев, все риботипы относились к одной филогруппе. Эта модель согласуется с предположением о наличии репродуктивно изолированных видов с половым размножением. Число гаплотипов по гену EF1a, общих для изученных горных систем, коррелирует с их географической удаленностью между собой и подтверждает тезис об относительной изоляции, за исключением отдельных случаев, указывающих на дальний перенос спор. Большинство субпопуляций , предполагаемых биовидов из разных горных систем, находились в равновесии Харди-Вайнберга. По результатам исследований в ходе выполнения проекта опубликовано 12 работ.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 18.08.2019.

Библиография

Приведена в авторской редакции.
Помог ли вам материал?
0    0