Описан новый для флоры Дальнего Востока России вид диатомовых водорослей

Российские ученые из Лаборатории генетики и Лаборатории морской микробиоты Национального научного центра морской биологии им. А. В. Жирмунского Дальневосточного отделения РАН провели детальное описание трех морфологических форм диатомовой водоросли Thalassiosira allenii из Японского моря — вида, который ранее не регистрировали в дальневосточных морях России. Исследователи провели молекулярно-генетический анализ и представили маркеры, которые могут использоваться для специфического обнаружения морфотипов этого вида. Результаты работы опубликованы в журнале Phycologia.

Диатомовые водоросли — это планктонные одноклеточные организмы, которые имеют «панцирь» из кремнезема (SiO2). Thalassiosira — один из родов морских диатомовых водорослей, широко распространенный в мире и представленный в разных климатических зонах, включая умеренные и полярные регионы. Виды рода являются предпочтительной кормовой базой для личинок креветки и камчатского краба, а также используются в качестве индикаторов смены экологических условий в море. На сегодняшний день в роде Thalassiosira насчитывается более 200 видов, однако их идентификация затруднена из-за морфологической вариабельности и недостатка генетических данных. Чтобы определять принадлежность того или иного организма к виду или к другому таксону, ученые применяют комбинацию из молекулярно-генетических и морфологических методов.

Вид Thalassiosira allenii встречается во многих точках мира — от тропического Мексиканского залива до вод Антарктики, однако на Дальнем Востоке России биологи его прежде не обнаруживали. Десятилетие назад этот вид считался потенциально вредоносным. Морфологию (внешнее строение) диатомовых водорослей этого вида исследователи традиционно изучают с помощью микроскопии. Однако этого недостаточно для корректного определения принадлежности к таксонам, как и у большинства других микроводорослей — морфологическая пластичность зачастую может приводить к ошибочной идентификации даже на уровне порядка. Поэтому ученые до сих пор немного знают о T. allenii. До работы, проведенной российскими учеными, молекулярно-генетическая информация была представлена крайне слабо, лишь двумя генами, по которым нет научных публикаций. Еще в 2018 году китайские ученые описали новую вариацию вида из тихоокеанского побережья Мексики и Китая. Однако молекулярно-генетическая информация не была включена в международные базы данных, а сама статья опубликована в китайском непереводном журнале.

В новой работе российские ученые из ННЦМБ ДВО РАН попытались заполнить пробелы в данных по виду T. allenii. Для этого они собрали образцы фитопланктона в трех точках Японского моря, незначительно различающихся по солености и температуре воды. Всего биологи выделили пять штаммов, морфологию которых исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии, а молекулярно-генетический анализ проводили на основе пластидного гена rbcL и нескольких участков ядерных генов, кодирующих большую субъединицу рибосомы (28S рДНК).

В результате ученые выделили три морфологические формы T. allenii. Одна из них соответствовала оригинально описанному виду. Вторая соответствовала вариации, открытой китайскими учеными (но оставшейся до конца неизученной и не зарегистрированной в общепринятых международных базах). Третья морфологическая форма, новая для науки, впервые описана российскими учеными). С помощью методов молекулярной генетики в штаммах T. allenii биологи выявили не только полная идентичность пластидного гена rbcL и внутривидовая разнородность ядерных генов, но и множественный аллелизм (несколько вариантов одного и того же гена в пределах генома) большой субъединицы рибосомальной ДНК (28S рДНК). Морфологическая подразделенность T. allenii на формы соответствовала «своему» аллельному набору.

Ученые выяснили, что штаммы с морфотипом оригинально описанной T. allenii содержали один вариант 28S рДНК (один аллель) (на сети — красный сектор). Штаммы с морфотипом, который впервые описали российские ученые, содержали два варианта 28S рДНК (два аллеля) (на сети — синий сектор). А штаммы с морфотипом, соответствующим описанной китайскими учеными вариации, содержали три варианта 28S рДНК (три аллеля) (на сети — зеленый сектор).

В ходе работы ученые доказали, что рассмотренные ими маркеры действительно можно использовать для идентификации диатомовых водорослей T. allenii. Так, с помощью rbcL можно определить вид, а с помощью разных доменов 28S рДНК — морфологические формы или вариации вида (внутривидовой уровень). Тем не менее исследователи также отметили, что применение упомянутых маркеров для реконструкции филогенетических связей как между видами рода Thalassiosira, так и ближайшими родами, пока ограничено. Это связано с недостатком данных по этим маркерам в международных базах. Биологи так же подчеркнули, что необходимо с осторожностью использовать результаты 28S рДНК и дивергенцию rbcL в качестве основного критерия для разграничения и метабаркодирования морфотипов T. allenii. Выявленный множественный аллелизм 28S рДНК уже ограничивает использование в методе метабаркодинга, поскольку может привести к переоценке рода или некорректному истинному разнообразию вида.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».