Генетико-біохімічні характеристики Mytilus Galloprovincialis (Lamarck, 1819) в північно-західній частині Чорного моря
Вантажиться...
Дата
2023
Науковий керівник
Укладач
Редактор
Назва журналу
ISSN
E-ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація присвячена встановленню за допомогою молекулярно-генетичного аналізу видової приналежності особин мідій в північно-західній частині Чорного моря (ПЗЧМ) з використанням молекулярного маркера Me 15-16, розробленого до неповторювальної області гена Fp1 адгезивного білка Mefp-1 мідії; вивченню генетичного різноманіття та структури популяції угруповань мідій за допомогою мікросателітних (МС) маркерів; дослідженню поліморфізму і тканинного розподілу захисних ензимів, що захищають організми двостулкових молюсків від різних несприятливих впливів .
Вперше за допомогою молекулярно-генетичного аналізу доведено видову приналежність поселень мідій в ПЗЧМ, проаналізовано генотипи мідій, виловлених в шести локаціях ПЗЧМ. Вибірки з ПЗЧМ порівнювали з генотипами мідій з Балтійського моря, Північного моря та з Ватового моря. Молекулярно-генетичними дослідженнями доведено, що угрупування мідій з шести локацій ПЗЧМ складаються виключно з особин Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819. Спростована гіпотеза с.н.с., д.б.н. Н. М. Шурової (2009, 2013) про присутність близькоспоріднених мідій виду M. trossulus і M. edulis та їх гібридів з M. galloprovincialis в досліджених локаціях Чорного моря. Проте, було підтверджено наявність гібридизації між видами M. trossulus і M. edulis у Балтійському морі та видів M. edulis і M. galloprovincialis – у Північному і Ватовому морях.
Проведено порівняльний аналіз нуклеотидних послідовностей «варіабельної області» генів адгезивного білка ноги мідій роду Mytilus ( M. galloprovincialis, M. chilensis, M. edulis, M. trossulus) представлених в базі даних GenBank, що сприяє розумінню наявності поліморфізмів дослідженої ділянки геному й аргументує можливість подальшого застосування молекулярного маркера Me 15-16 для диференціації генотипів чотирьох видів двостулкових молюсків. Біоінформатичним аналізом нуклеотидних послідовностей «варіабельної області» генів адгезивного білка доведено наявність у досліджуваній області мутацій, які дозволяють розрізняти між собою чотири види з представників роду Mytilus. За даними виконаного філогенетичного аналізу нуклеотидних послідовностей ділянки гена Fp1, визначено більшу спорідненість виду M. galloprovincialis з видами M. trossulus, M. edulis та M. chilensis, ніж з M. californianus і M. coruscus. З використанням методів біоінформатики було проведено аналіз первинної і вторинної структури адгезивного білка M. galloprovincialis та побудовано моделі його тривимірної структури.
В роботі вперше за допомогою мікросателітного аналізу проаналізовано генетичне різноманіття та генетичну структуру популяції для низки угруповань мідій з ПЗЧМ. Для порівняння алельних характеристик за досліджуваними МС-локусами (Мсh 5, Mch 8, MT 203, MT 282), отриманими для чорноморської мідії M. galloprovincialis, були також проаналізовані інші види мідій з Балтійського, Північного та Ватового морів. Показано достовірні відмінності за частотами алелів МС-локусів між досліджуваними вибірками мідій. Встановлено дефіцит гетерозиготних генотипів серед досліджуваних молюсків ПЗЧМ та низькі рівні генетичної диференціації між досліджуваними угрупованнями мідій. Виявлено високу генетичну подібність між угрупованнями мідій з Чорного моря, порівняно з угрупованнями мідій Балтійського, Північного та Ватового морів.
В дисертаційній роботі представлено результати визначення тканинноспецифічного профілю набору ензимів, що забезпечують антиоксидантний захист та біотрансформацію ксенобіотиків у двостулкових молюсків. В п’яти органах мідій (гепатопанкреас, ктенідії, мантія, нога, мускул- аддуктор) з Чорного моря було досліджено білковий поліморфізм, показано ізо-алозимний тканинний розподіл захисних ензимних систем та скоординовану діяльність цих систем в органах-мішенях мідій. Вперше описано метод виявлення на електрофореграмах ізоформ ензимів антиоксидантної системи – пероксиредоксинів (PRX, КФ 1.11.1.15), які відіграють важливу роль у захисті організму від окисного стресу (Toptikov et al., 2022). Розглянуто можливість використання ензимів як біохімічних маркерів для генетичної диференціації угруповань мідій та зроблено висновки на користь застосування ДНК-маркерів.
The thesis is devoted to establishing the species identity of mussel individuals in the North-Western part of the Black Sea (NWBS) using molecular genetic analysis with applying the Me 15-16 molecular marker developed for the non-repetitive region of the Fp1 gene of the adhesive protein Mefp-1 of mussels; study of genetic diversity and population structure of mussel communities using microsatellite (MS) markers; study of polymorphism and tissue distribution of protective enzymes that protect bivalve mollusk organisms from various adverse effects. For the first time, molecular genetic analysis was used to prove the species affiliation of mussel settlements in the NWBS. The genotypes of mussels caught in six locations of the NWBS were analyzed. Samples from the NWBS were compared with the genotypes of mussels from the Baltic Sea, the North Sea and the Wadden Sea. Molecular genetic studies have shown that groups of mussels from six locations of the NWBS consist exclusively of individuals of Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819. The obtained data do not confirm the hypothesis of Sr. Rsch. Asst., Dr. Sci. (Biol.) N. M. Shurova (2009, 2013) about the presence of closely related mussel species M. trossulus and M. edulis and their hybrids with M. galloprovincialis in the investigated locations of the Black Sea. However, the presence of hybridization between the species M. trossulus and M. edulis in the Baltic Sea and the species M. edulis and M. galloprovincialis in the North and Wadden Seas was confirmed. A comparative analysis of the nucleotide sequences of the «variable region» genes of the leg adhesive protein of mussels of the genus Mytilus (M. galloprovincialis, M. chilensis, M. edulis, M. trossulus) presented in the GenBank database was carried out, which contributes to the understanding of the presence of polymorphisms in the studied part of the genome and argues for the possibility further application of the molecular marker Me 15-16 for the differentiation of genotypes of four types of bivalve molluscs. Bioinformatics analysis of the nucleotide sequences of «variable region» of the adhesive protein genes proved the presence of mutations in the studied region, which make it possible to distinguish four representatives of the genus Mytilus. According to the performed phylogenetic analysis of the nucleotide sequences of the Fp1 gene region, the species M. galloprovincialis is more related to the species M. trossulus, M. edulis and M. chilensis than to M. californianus and M. coruscus. Using bioinformatics methods, an analysis of the primary and secondary structure of the M. galloprovincialis adhesive protein was carried out and models of its three-dimensional structure were built. In this study, for the first time, the genetic diversity and genetic structure of the population for a number of groups of mussels from the NWBS were analyzed using microsatellite analysis. To compare the allelic characteristics of the studied MS-loci (Мсh 5, Mch 8, MT 203, MT 282) obtained for the Black Sea mussel M. galloprovincialis, other types of mussels from the Baltic, North and Wadden Seas were also analyzed. Significant differences in allele frequencies of MS-loci between the studied samples of mussels are shown. A defficiency of heterozygous genotypes among the studied molluscs of the NWBS and low levels of genetic differentiation between the studied mussel groups were established. A high genetic similarity of mussel groups from the Black Sea was revealed, compared to mussel groups of the Baltic, North and Wadden Seas. The results of the tissue-specific profile of a set of enzymes providing antioxidant protection and biotransformation of xenobiotics in bivalve molluscs are presented in the thesis. In five mussel organs (hepatopancreas, ctenidia, mantle, leg, adductor muscle) from the Black Sea, protein polymorphism was studied, iso-allozyme tissue distribution of protective enzyme systems and coordinated activity of these systems in mussel target organs were shown. For the first time, the method of detecting isoforms of the antioxidant system enzymes – peroxiredoxins (PRX, EC 1.11.1.15), which play an important role in protecting the body against oxidative stress, was described on electrophorograms (Toptikov et al., 2022). The possibility of using enzymes as biochemical markers for genetic differentiation of mussel groups was considered, and conclusions were drawn in favor of the use of DNA markers.
The thesis is devoted to establishing the species identity of mussel individuals in the North-Western part of the Black Sea (NWBS) using molecular genetic analysis with applying the Me 15-16 molecular marker developed for the non-repetitive region of the Fp1 gene of the adhesive protein Mefp-1 of mussels; study of genetic diversity and population structure of mussel communities using microsatellite (MS) markers; study of polymorphism and tissue distribution of protective enzymes that protect bivalve mollusk organisms from various adverse effects. For the first time, molecular genetic analysis was used to prove the species affiliation of mussel settlements in the NWBS. The genotypes of mussels caught in six locations of the NWBS were analyzed. Samples from the NWBS were compared with the genotypes of mussels from the Baltic Sea, the North Sea and the Wadden Sea. Molecular genetic studies have shown that groups of mussels from six locations of the NWBS consist exclusively of individuals of Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819. The obtained data do not confirm the hypothesis of Sr. Rsch. Asst., Dr. Sci. (Biol.) N. M. Shurova (2009, 2013) about the presence of closely related mussel species M. trossulus and M. edulis and their hybrids with M. galloprovincialis in the investigated locations of the Black Sea. However, the presence of hybridization between the species M. trossulus and M. edulis in the Baltic Sea and the species M. edulis and M. galloprovincialis in the North and Wadden Seas was confirmed. A comparative analysis of the nucleotide sequences of the «variable region» genes of the leg adhesive protein of mussels of the genus Mytilus (M. galloprovincialis, M. chilensis, M. edulis, M. trossulus) presented in the GenBank database was carried out, which contributes to the understanding of the presence of polymorphisms in the studied part of the genome and argues for the possibility further application of the molecular marker Me 15-16 for the differentiation of genotypes of four types of bivalve molluscs. Bioinformatics analysis of the nucleotide sequences of «variable region» of the adhesive protein genes proved the presence of mutations in the studied region, which make it possible to distinguish four representatives of the genus Mytilus. According to the performed phylogenetic analysis of the nucleotide sequences of the Fp1 gene region, the species M. galloprovincialis is more related to the species M. trossulus, M. edulis and M. chilensis than to M. californianus and M. coruscus. Using bioinformatics methods, an analysis of the primary and secondary structure of the M. galloprovincialis adhesive protein was carried out and models of its three-dimensional structure were built. In this study, for the first time, the genetic diversity and genetic structure of the population for a number of groups of mussels from the NWBS were analyzed using microsatellite analysis. To compare the allelic characteristics of the studied MS-loci (Мсh 5, Mch 8, MT 203, MT 282) obtained for the Black Sea mussel M. galloprovincialis, other types of mussels from the Baltic, North and Wadden Seas were also analyzed. Significant differences in allele frequencies of MS-loci between the studied samples of mussels are shown. A defficiency of heterozygous genotypes among the studied molluscs of the NWBS and low levels of genetic differentiation between the studied mussel groups were established. A high genetic similarity of mussel groups from the Black Sea was revealed, compared to mussel groups of the Baltic, North and Wadden Seas. The results of the tissue-specific profile of a set of enzymes providing antioxidant protection and biotransformation of xenobiotics in bivalve molluscs are presented in the thesis. In five mussel organs (hepatopancreas, ctenidia, mantle, leg, adductor muscle) from the Black Sea, protein polymorphism was studied, iso-allozyme tissue distribution of protective enzyme systems and coordinated activity of these systems in mussel target organs were shown. For the first time, the method of detecting isoforms of the antioxidant system enzymes – peroxiredoxins (PRX, EC 1.11.1.15), which play an important role in protecting the body against oxidative stress, was described on electrophorograms (Toptikov et al., 2022). The possibility of using enzymes as biochemical markers for genetic differentiation of mussel groups was considered, and conclusions were drawn in favor of the use of DNA markers.
Опис
Ключові слова
двостулкові молюски, мідії, Mytilus galloprovincialis, поліморфізм, різноманіття, генетична структура, молекулярно-генетичний аналіз, ізо-алозимний аналіз, молекулярні маркери, мікросателітні локуси (SSR), ПЛР, ензими антиоксидантної системи, ензими біотрансформації, біоінформатичні методи, bivalves, mussels, polymorphism, diversity, genetic structure, molecular genetic analysis, iso-allozyme analysis, molecular markers, microsatellite loci (SSR), PCR, enzymes of the antioxidant system, biotransformation enzymes, bioinformatics methods
Бібліографічний опис
Чубик І. Ю. Генетико-біохімічні характеристики Mytilus Galloprovincialis (Lamarck, 1819) в північно-західній частині Чорного моря : дис. … д-ра філос. : спец. 091 «Біологія» галузі 09 «Біологія» / І. Ю. Чубик ; Одес. нац. ун-т ім. І. І. Мечникова. – Одеса, 2023. – 159 с.