Том 1 (Г.А. Белякова, Ю.Т. Дьяков, К.Л. Тарасов - Ботаника - Водоросли и грибы), страница 4

Сравнение спектра фрагментов разных организмов позволяст оценить степень их генетической близости. Поскольку нанесение на гель нсрсвара тотальной ДН К дает слишком много полос, часто сливаюшихся и недоступных лля анализа, обычно сравнивают фрагменты не всей ДНК, а ее опрелелснного отрезка.

Например, можно специальным методом (полимсразно-цепной реакцией) получить много копий небольшою отрезка ДНК (праймера) и нанести их на гель. Вследствие различий внутри или по краям юмолога праймсрной послеловательности у разных организмов на геле образуются разные спектры, называемые фингерпринтами (отпечатками пальцев).

Чем больше сходство между спектрами, тем ближе сравниваемые организмы. различимо методы сравнения фрагментов ДНК вЂ” прекрасные инструменты для илснтификации конкретных индивидуумов (например, в криминалистике опознание трупов) и видов (например„в экологии и фитопатологии обнаружение интересуюших видов микроорганизмов в почве и в растениях), а такжс для сравнения групп ролствсппых организмов — популяций, реже— видов одного рода.

При филогенетических построениях сравнивают неродственные вилы, например кукурузу, мышь и дрожжи. Затем проводят сравнение на более низком уровне иерархии, например кукуруза — табак, и далее опускаются до родов и видов. Самый надежный метод филогснстичсских построений — сравнение нуклеогидных послсловательностсй ДНК ор|анизмов. Но этот процесс очень лоро~ой и трулосмкий (вспомните, сколько лет продолжалась мсжлународная программа «Геном человека»), поэтому определяют последовательности (секвенируют) не всей ДНК, а лишь определенных генов, по которым ведется сравнение организмов.

Отсюда ясно, что успех работы опрслслястся выбором генов для анализа. Обычно ссквенируют следуюшие гены или их группы. !4 !т5, !тчт (С(5, 1Сг5. 55 г(З(ЧА 185 г0(ЧА !Сг5 185 г(З(ЧА 5,85 1Т5 285 гГЗ(ЧА Рнс. 6. Структура рибосомаяьного гена: 285; !85; 5,85; 55 — колируечыс у юсткн рибосомальной ДНК (гГЗ(ЧА1.

(Т5ь !Т5, (анугригснныс); (Г!5н !Г)5 — нсжгенные снслсеры (разлсзнтезьньге уяасгки, которые вырезаются после транскрипнии) (5 Гены рибосомальиой ДНК. Поскольку рибосомный синтез белка прису!ц всему живому, как про-, так и эукариотам, но этим генам можно сравнивать любые организмы. Рибосомальные гены, следовательно, очень дрсвнис и очень консервативные, они ответственны за фундаментальные функции клетки и поэтому мало изменяются. С их помошью можно исследовать эволюционные дивергснции, случив(цисся болсе 500 млн лет пазы, т.е. строить макрофилогении. Поскольку рибосома состоит из большой и малой субъслиниц (ЫЬ и бб() — )агяе зц(зцп(1 и знай ьцЬцп)1), имеется два рибосомных гена— Ю()рибДНК и бб()рибДНК с молекулярной массой (константами седиментации) 283 и (об.

ЯЬЬ более консервативна, чем (.ЯЗ, поэтому более полезна для построения филогенетических дсревьсв. Между генами ВБЬ и !.Я), а также сбоку от последнего находятся болес короткие участки, кодируюшис рибосомальный синтез — 5,оБ и 55 рибДНК. Кроме того, между кодируюшими рибосому участками находятся внутригснныс и мсжгснныс транскрибируемые спейссрныс области — !ТЯ и ЮЯ (рис.

6). Они трапскрибируются, но затем вырезаются, так что записанная в них информация нс участвует в построении рибосом. Поэтому данные области не столь важны, и возникаюшие в них мутации могут передаваться потомству и накапливаться. Сравнение нуклсотидных послсловатсльностей )ТЬ используют для изучения дивергснций, возникших относительно недавно — порядка 5 млн лет назад, т.с. дивсргенций внутри семейств, родов и даже видов.

Гены, кодирующие белки. Эти гены используют также для филогснетическнх построений. Например, в клетках всех эукариотных организмов имеются микротрубочки, которые растягивают лочернис наборы хромосом к полюсам в митозс и обеспечивают транспорт мстаболитов в клетке. Гены, кодируюшие синтез белков тубулинов, из которых построены микро(рубочки, используют для построения микрофилогений (на уровне семейств и родов). Данные попарпого сравнения исследуемых генон используют для построения филогенстических деревьев.

Многочисленные компьютерные программы конструируют дерсвья с разной топологией (корневыс, нскорнсвыс) и имеют разные математические принципы нахожления узлов, от которых отходят встви. Вот как выглядит, например, филогения биоты, построенная на сравнении рибосомальных гснов (рис. 7). Какие принципиальные моменты наблюлаются на этой филогении? Во-первых, вместо двух ныцарств (про- и эукариотов) показано наличие трсх филогенетически независимых ! рупп — двух прокариотных (архси и эубактерии) и олной эукариотной, Во-вторых, ядерная и АКСНАЕВАСТЕК1А Не! Кит !е!л рееис!отопае сеееоесеюп! Еесдепсени сод Ното еар!епе Хепорие !аене сеа тир ,о!сап Рюсо „оо,,~ Ь„сь сею с" о ,„~" ф' со Ой,се' У о 4' 4' Ф оо' о Р оьв оо + со с,о,о Фс' Ь ~о Оп ооо осев о л В' со~ о 6 Во Ь ЕЦВАСТЕК!А Е11КАКУОТЕо Рис.

7. Фис!о!енетичсское дерево биоть!, иостросннос на основании срависиия рибосо- мальных генов 16 пластидные ДНК кукурузы (Уеа л!Квз) разошлись по разным филам: ядерная находится среди эукариот, а пластидныс — среди прокариотных эубактсрий, что подтверждает их симбиотичсскую природу. При этом ДН К хлоропластов и митохондрий располагаются на отдаленных ветвях филогенетического дерева эубактерий, гго свидетельствует об их происхожлснии от разных групп бактсрий. В-третьих, организмы, рассматриваемые как «низшие растения» — грибы (5ассйаготусез сегео!з(ае), миксомицеты (0(с!уох!е!!(ит с(!асоЫеит), водоросли (Еид(ела дгас!(!а), находятся на разных, отдаленных друг от друга ветвях филогенетического лсрева, поэтому ни о каком единстве этой группы организмов говорить нс приходится. Геносистсматика подтвердила правильность ревизии некоторых морфологических построений, сделанных на основании изучения ультрасгруктуры и метаболизма (см.

выше), а подтверждение резулыатов, полученных другими методами, — важнейшее доказательство правильности нового метода фило- генетических построений. Наконец, методы геносистематики и построения деревьев часто позволяют оценить возраст тех или иных таксопов, При этом учитываются средняя скорость мутаций, приводяших к заменам отлельных нуклеотидов, и место ответвления таксона от основного ствола. Напримср, па рис. 8 изображсно эволюционное дерево истинных грибов (зумицетов) в координатах геологического времени.

Видно, что наиболее древней группой, отделившейся ешс в кембрийский период, были хитридиомицсты. Следуюший этап дивергенции произошсл почти на 100 члн лет позднее — в ордовике, когда возникли зигомицеты, представленные на рисунке родом 6(о!пик Разделение сумчатых и базидиальныс грибов произошло значительно позднее — в девоне. Поэтому мно- и1оэАнкюиу .й Х Я и ~ ~О й О о — ы .0 .О О О Л к о а. и ( О О 2 к й У О й - О О о5 О а и аа Е О Е -з О 6 С еб и О аИО СО ° $ееи.

'ю -й,-,-,и ио ~;:ибо ии 'Р~.и ЪС О ~'~ ОФ и О И й и М Ю Ю Ю Ю Ъ йи ~ $$ е а $.а яя 5 ЕР.-.сЦ ю О' а И И~йад .Ории О 4 науй-о.ихОу<е Б и1оилшо~рьея и1оэАшо~рщАцд о т о Ю о. о Ф О о. О Г~ О М о О О О О о гие микологи предлагают вылслять внугри царства истинных грибов три отдела — С)ту(гЫ огпусога, Хуаогпусога и Ойагуотусога (с двумя подотделами— Азсогпусог! пае и Ваа|сйотусог(пас). Другой пример — происхожлсние оомицстов.

Морфологические и биохимические даццыс, как сказано выше, однозначно связывают их не с истинными грибами„а с разножгугиковыми (гетероконтными) водорослями, поэтому предполагалось, что оомицсты — ветвь одной группы разножгутиковых волорослей, утратившей хлоропласты. Олнако построение молекулярных лсревьев показало, что группа оомицетов отделилась от прсдкового ствола сщс до начала его дивсргенции на соврсмснные классы гетероконтных водорослей. Конечно, современпыс мстолы геносистематики имеют свои недостатки. Опасно строить филогснии на основании сравнения одного гена.

Молекулярные последовательности, как и другис признаки, могут быть подвержены конвергентной или параллельной эволюции. При сравнении только рибосомальных генов из поля зрения исслслователя выпалают гены и признаки, влияющие на морфологию и метаболизм.

Поэтому филогенетические построения, основанные па рибосомальных генах, сравнивают с построениями, основанными на других генах (например, на генах синтеза белков) и фенотипах, а затем, сравнивая рсзультаты, полученные разными методами, осуществлякл поиск конгруэнтнослпг (согласованности). Отсутствие сс свидетельствуст о необходимости привлсчсния дополнительных данных. Итак, рассмотрены современные критерии, использусмые при установлснии родственных связей и филогенетичсских построений. Более детально и конкретно многие критерии будут изложены в разделах, посвященных отдельным группам грибов и водорослей. Здесь же о пих говорилось лишь с одной целью: показать филогснстичсское разнообразие организмов, традипионно рассматриваемых как «низшие растения», но выходящих далеко за рамки группы организмов, которые описываются на основании комплекса признаков как растсния.

Обьединение этих организмов в одном учебном курсс— дань лвухвсковой университстской традиции. ОБЩАЯ ЧАСТЬ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ ОРГАНИЗМЫ Водоросли традиционно объединяют разнородную группу талломных, пролунирующих кислород, фотосиптсзируюших, споровых бсссосулистых оргашпмов с лишенными специальных покровов рспродуктивными структурами (исключая харовых), обитающих преимущественно в воде. Под такое определение подходят как прокариотные, так и эукариотные формы. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ У прокариотных водорослей отсутствуют окруженные мембранами оргапеллы, такие, как ядро, хлоропласты, митохондрии, эндоплазматическая сеть (зндоплазматический ретикулум), аппарат Гольлжи и лр. (подробнее о с~роении клеток прокариотных водорослей см.