Современная система морских и пресноводных диатомовых водорослей (Achnanthales, Naviculales): синтез морфологических и молекулярных данных

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-14-00320

НазваниеСовременная система морских и пресноводных диатомовых водорослей (Achnanthales, Naviculales): синтез морфологических и молекулярных данных

Руководитель Куликовский Максим Сергеевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-102 - Ботаника

Ключевые слова Диатомовые водоросли, система, морфология, филогения, молекулярно-генетический анализ, биотехнологии

Код ГРНТИ34.29.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Попытки создания системы диатомовых водорослей продолжались в течение длительного времени. С пионерными работами Bory (1828), многие авторы пытались суммировать данные для понимания близости отдельных таксонов, на основе изучения живых клеток диатомовых и их симметрии (Agardh 1831; Kützing 1833, 1844), морфологии хлоропластов (Pfitzer 1871, Bessey 1899; Mereschkowsky 1902). С использованием кремнеземного панциря, как уникальной структуры, присущей только диатомовым водорослям, его изучение в световом (Van Heurck 1896; Schütt 1896; Karsten 1928; Hustedt 1930), а также в сканирующем и трансмиссионном электронных микроскопах (Simonsen 1979; Semina & Beklemishev 1981; Round & Crawford 1984; Nikolaev 1988; Nikolaev & Harwood 2002) позволили создать ряд новых систем, наиболее разработанной и используемой из которых является система Round et al. (1990). Эта система была создана около тридцати лет назад, но с тех пор является единственно используемой. При этом все попытки создания систем диатомовых водорослей строились на основе личного понимания авторов об эволюции диатомовых без формального анализа признаков такими методами, как например, кладистический анализ или молекулярно-генетические методы. Молекулярно-генетический анализ филогении водорослей стал использоваться в конце 90-х годов прошлого столетия и принес много новых вопросов, часть из которых остаются нерешенными до сих пор. Созданная значительно раньше, чем началось использование молекулярно-генетических методов, система Round et al. (1990) не включает большое число вновь описанных родов. Это же можно сказать про систему, предложенную Cox (2015). Построенные за последнее время филогенетические деревья включают небольшое число таксонов (Sorhannus 1999; Medlin & Kaczmarska 2004; Sims et al. 2006; Ruck & Theriot 2011; Theriot et al. 2012, Nakov et al. 2018 и др.). Тем не менее, использование современных подходов позволило понять ряд эволюционных взаимоотношений среди диатомовых водорослей. Среди главных минусов построенных деревьев можно отметить, что большие группы родов отсутствуют в них до сих пор, неоднородно представлены морские и пресноводные таксоны; идут дебаты о способах построения деревьев и являются ли отдельные группы монофилитическими. Существуют также сомнения по отдельно взятым таксонам и достоверности их определения в GenBank (стоит признать, что ранее сделанные молекулярно-генетические работы не включали ведущих систематиков, а, следовательно, многие определения таксонов ошибочны). В рамках этого проекта мы предполагаем использовать и проанализировать морфологические особенности диатомовых водорослей для анализа значения отдельных признаков в эволюции диатомовых водорослей посредством использования молекулярно-генетических методов. Это позволит приблизиться к созданию естественной системы. Проект предполагает рассмотрение молекулярной филогении и морфологии двух крупных порядков диатомовых водорослей Achnanthales Silva 1962 и Naviculales Bessey 1907 sensu Round et al. 1990. Ранее представители этих порядков рассматривались как две независимые линии, когда Achnanthales включали моношовные водоросли, а Naviculales виды с щелевидным (навикулоидным) швом. В настоящее время показано, что моношовные диатомовые водоросли являются «производными» от двушовных, за счет редукции шва на ранних стадиях онтогенеза панциря. При этом моношовные диатомовые водоросли не являются монофилитической группой. На филогенетическом древе диатомовых моношовные водоросли располагаются в разных частях дерева (преимущественно среди Naviculales), показывая, что редукция шва шла независимо в разных эволюционных линиях диатомовых водорослей. Несмотря на понимание этих фундаментальных вещей, мы еще плохо представляем себе филогению моношовных и навикулоидных диатомовых водорослей, так как сильно ограничены в молекулярных данных для большого числа известных таксонов. Морские диатомовые изучены хуже, чем пресноводные. Практически отсутствуют данные по оценке морфологических признаков для систематики диатомовых водорослей с использованием молекулярно-генетических данных. Не разработана классификация порового аппарата у пеннатных диатомовых водорослей, тогда как именно поровый аппарат играл важную роль в эволюции диатомовых водорослей (Kulikovskiy et al. 2018). Проект является продолжением ранее проводимых нами работ, когда были получены широкомасштабные результаты и осознана необходимость синтеза морфологических и молекулярно-генетических данных в анализе филогении и эволюции диатомовых водорослей. Стала очевидной необходимость детального изучения порового аппарата пеннатных диатомовых водорослей, тогда как ранее классификация порового аппарата была разработана только для центрических диатомовых. Важным будет являться изучение гимена у навикулоидных диатомей, так как отсутствуют исчерпывающие данные по морфологии этого типа перфораций. Будет изучено филогенетическое положение большого числа родов, ранее относимых нами к группе таксонов с неясным положением (Куликовский и др. 2016). В работу будут включены обширные данные, которые были получены нами ранее и являются заделом для успешного выполнения проекта. Это роды, которые были описаны из Байкала без формального отнесения к известным семействам, коллекция культур диатомовых водорослей и банк ДНК, которые включают более 3000 штаммов из морских и пресных экосистем. Дополнительным подходом будет изучение состава жирных кислот в разных семействах диатомовых, как возможный (но еще слабо разработанный) метод разделения таксонов. Это будет представлять интерес для возможности практически использования полученных результатов в косметической промышленности, для создания биотоплива и т.п. Эти работы идут во всем мире и нами накоплен значительный задел и опыт работы. Главной задачей будет попытка построения естественной системы диатомовых водорослей, включение в систему новых родов водорослей, описание новых семейств, синтез морфологических и молекулярно-генетических данных. Переработанная система Round et al. с включением большого числа новых таксонов будет иметь основополагающее значение для проведения прикладных изысканий, экологических работ, понимания филогении группы, основой обучения студентов высших учебных заведениях, будет базисом для последующего изучения диатомовых водорослей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Глущенко А.М., Коциолек Дж.П., Кузнецова И.В., Кезля Е.М., Куликовский М.С. Prestauroneis genkalii - a new diatom species (Bacillariophyceae: Stauroneidaceae) from Southeast Asia Phytotaxa, V. 414. № 4. P. 156–164 (год публикации - 2019)
10.11646/phytotaxa.414.4.1

2. Куликовский М.С., Глущенко А.М., Генкал С.И., Кузнецова И.В., Коциолек Дж.П. Platebaikalia – a new monoraphid diatom genus from ancient Lake Baikal with comments on the genus Platessa Fottea (год публикации - 2020)

3. Глущенко А.М., Коциолек Дж. П., Кузнецова И.В., Кезля Е.М., Куликовский М.С. Neidiomorpha gusevii – a new diatom species (Bacillariophyceae: Neidiaceae) from Southeast Asia Phytotaxa, V. 415 (5). P. 279–285 (год публикации - 2019)
10.11646/phytotaxa.415.5.4

4. Риме Ф., Гусев Е., Кахлерт М., Келли М., Мальцев Е., Манн Д, Пфаннкучен М., Тробахо Р., Васселон В., Циммерманн Й., Буше А. Diat.barcode, an open-access curated barcode library for diatoms Scientific Reports, V. 9. P. 15116 (год публикации - 2019)
10.1038/s41598-019-51500-6

5. Капустин Д.А., Коциолек Дж.П, Глущенко А.М., Куликовский М.С. A rediscovery of Cymbella mirabilis Hustedt, a rare endemic diatom, and description of Alveocymba gen. nov. Diatom Research (год публикации - 2020)
10.1080/0269249X.2020.1772888

6. Радхакришнан Ч., Пардхи С., Куликовский М., Коциолек Дж.П., Картик Б. Navicula watveae sp. nov. (Bacillariophyceae) a new diatom species from the Western Ghats, India Phytotaxa, V. 433, No. 1: 020–026 (год публикации - 2020)
10.11646/phytotaxa.433.1.3

7. Рыбак М., Солак Ч.Н., Глущенко А.М., Уильямс Д., Куликовский М.С, Nupela brevistriata sp. nov. – a new, terrestrial diatom species from Southeast Asia Diatom Research, Vol. 34, No. 4, 251–258 (год публикации - 2019)
10.1080/0269249X.2019.1698467

8. Глущенко А.,Коциолек Дж.П., Кузнецова И., Куликовский М. Neidium vietnamensis sp. nov. – a new diatom species (Bacillariophyceae: Neidiaceae) from Vietnam and a checklist of the genus from Southeast Asia Diatom Research, Vol. 34, No. 4, 259–269 (год публикации - 2019)
10.1080/0269249X.2020.1712263

9. Куликовский М., Чудаев Д., Глущенко А., Кузнецова И., Коциолек Дж.П. New diatom species Navicula davidovichii from Vietnam (Southeast Asia) Phytotaxa, Vol. 452, No. 1: 083–091 (год публикации - 2020)
10.11646/phytotaxa.452.1.8

10. Куликовский М., Чудаев Д., Глущенко А., Кузнецова И., Кривова З., Коциолек Дж.П. Navicula gogorevii – a new, large-celled diatom species from Vietnam (Southeast Asia) Phytotaxa, Vol. 428. No. 1: 060–066 (год публикации - 2020)
10.11646/phytotaxa.428.1.6

11. Куликовский М., Мальцев Е., Глущенко А., Кузнецова И., Капустин Д., Гусев Е., Ланге-Берталот Х., Генкал С., Коциолек Дж.П. Gogorevia, a new monoraphid diatom genus for Achnanthes exigua and allied taxa described on the basis of an integrated molecular and morphological approach Journal of Phycology (год публикации - 2020)
10.1111/jpy.13064

12. Куликовский М.С., Глущенко А.М., Кузнецова И.В., Коциолек Дж.П. Gololobovia gen. nov. - a new genus from Lake Baikal with comments on pore occlusion in monoraphid diatoms Phycologia (год публикации - 2020)
10.1080/00318884.2020.1830596

13. Кумар Дас С., Радхакришнан С., Куликовский М., Глущенко А., Коциолек Дж.П., Картик Б. Pinnularia sikkimensis sp. nov. (Bacillariophyceae), from Eastern Himalayas and its distribution in Southeast Asia Phytotaxa, V. 447. No. 3: 163–175 (год публикации - 2020)
10.11646/phytotaxa.447.3.2

14. Куликовский М., Мальцев Е., Глущенко А., Гусев Е., Капустин Д., Кузнецова И., Фролова Л., Коциолек Дж.П. Preliminary molecular phylogeny of the diatom genus Nupela with the description of a new species and consideration of the interrelationships of taxa in the suborder Neidiineae D.G. Mann sensu E.J. Cox Fottea, Olomouc, Vol. 20, No. 2: 192–204 (год публикации - 2020)
10.5507/fot.2020.009

15. Чудаев Д., Юттнер И., Глущенко А., Куликовский М., Гурунг С., Уильямс Д. On the geographical distribution of Navicula nielsfogedii J.C. Taylor & Cocquyt Diatom Research, Vol. 35, No. 2, 185–192 (год публикации - 2020)
10.1080/0269249X.2020.1758794

16. Гао С., Смилк Л., Куликовский М., Шкурина Н., Гусев Е., Педенчук Н., Моцк Т., Белт С.Т. A novel tri-unsaturated highly branched isoprenoid (HBI) alkene from the marine diatom Navicula salinicola Organic Geochemistry (год публикации - 2020)
10.1016/j.orggeochem.2020.104050

17. Кезля Е., Глущенко А., Мальцев Е., Гусев Е., Генкал С., Кузнецов А., Коциолек Дж.П., Куликовский М. Placoneis cattiensis sp. nov. – a new, diatom (Bacillariophyceae: Cymbellales) soil species from Cat Tien National Park (Vietnam) Phytotaxa, Vol. 460, No. 4: 237–248 (год публикации - 2020)
10.11646/phytotaxa.460.4.1

18. Глущенко А.М., Куликовский М.С. Расширение ареала и морфология диатомовой водоросли Nupela giluwensis Биология внутренних вод, № 6, с. 524–527 (год публикации - 2020)
10.31857/S0320965220060054

19. Глущенко А., Коциолек Дж.П., Кузнецова И., Куликовский М. Four new species from the diatom (Bacillariophyceae) genus Adlafia Moser, Lange-Bertalot & Metzeltin from waterbodies of Vietnam PhytoKeys, Vol. 162: 13–27 (год публикации - 2020)
10.3897/phytokeys.162.57657

20. Глущенко А., Коциолек Дж.П., Кузнецова И., Куликовский М. Four new species from the genus Kobayasiella Lange-Bertalot from waterbodies of Southeast Asia Diatom Research (год публикации - 2020)

21. Куликовский М., Чудаев Д, Глущенко А., Кузнецова И., Фролова Л., Коциолек Дж.П. Two new species of the diatom genus Navicula Bory (Bacillariophyceae) from Vietnam (Southeast Asia) Diatom Research (год публикации - 2020)
10.1080/0269249X.2020.1853608

22. Кезля Е., Глущенко А., Коциолек Дж.П., Мальцев Е., Мартыненко Н., Генкал С., Куликовский М. Mayamaea vietnamica sp. nov.: a new, terrestrial diatom (Bacillariophyceae) species from Vietnam ALGAE (год публикации - 2021)

23. Цеплик Н., Глущенко А., Мальцев Е., Кузнецова И., Генкал С., Коциолек Дж.П., Куликовский М. A new monoraphid diatom species from the genus Karayevia sensu lato with remarks on taxonomy and phylogeny of the genus Diatom Research (год публикации - 2021)

24. Цеплик Н., Мальцев Е., Глущенко А., Кузнецова И., Генкал С., Гусев Е.С., Куликовский М. Achnanthidium gladius sp. nov. (Bacillariophyceae) – a new monoraphid diatom species from Indonesia PhytoKeys (год публикации - 2021)

25. Цеплик Н., Мальцев Е., Глущенко А., Кузнецова И., Генкал С., Коциолек Дж.П., Куликовский М. Achnanthidium tinea sp. nov. – a new monoraphid diatom (Bacillariophyceae) species, described on the basis of molecular and morphological approaches PhytoKeys, Vol. 174: 147–163 (год публикации - 2021)
10.3897/phytokeys.174.60337

26. Кезля Е., Глущенко А., Мальцев Е., Гусев Е., Генкал С.,Коциолек Дж.П., Куликовский М.С. Three New Species of Placoneis Mereschkowsky (Bacillariophyceae: Cymbellales) with Comments on Cryptic Diversity in the P. elginensis—Group Water, Vol. 13. P. 3276 (год публикации - 2021)
10.3390/w13223276

27. Куликовский М., Чудаев Д., Глущенко А., Коциолек Дж.П. Two new diatom species from the genus Navicula from Southeast Asia PhytoKeys (год публикации - 2022)

28. Капустин Д.А., Глущенко А.М., Куликовский М.С. Achnanthidium bratanense sp. nov., a new diatom from the Lake Bratan (Bali, Indonesia) PhytoKeys (год публикации - 2022)

Публикации