6 (48) 201244
Ë.Ë. Ôðîëîâà, Ì.Ñ. Ñàáèðîâ, Ñ.Ñ. Ôèðñîâà Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB ...
Ðèñ. 1. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàí-
íîå ïî ãåíó rbcl ìåòîäîì ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè.
Ë.Ë. Ôðîëîâà, Ì.Ñ. Ñàáèðîâ, Ñ.Ñ. ÔèðñîâàÊàçàíñêèé (Ïðèâîëæñêèé) ôåäåðàëüíûé óíèâåðñèòåò, Êàçàíü, [email protected]
ÔÈËÎÃÅÍÅÒÈ×ÅÑÊÈÉ ÀÍÀËÈÇ ÃÅÍΠrbcL,cpcA and cpcB, psaA, atpB ÈÍÄÈÊÀÒÎÐÍÛÕ
ÔÈÒÎÏËÀÍÊÒÎÍÍÛÕ ÎÐÃÀÍÈÇÌÎÂ
 ñòàòüå îáñóæäàåòñÿ âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ìîëåêóëÿðíî-ãåíåòè÷åñêèõ ìåòîäîâ â áèîèíäèêàöèè âî-
äîåìîâ. Ïðèâîäèòñÿ ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB èíäèêàòîðíûõ âèäîâ
ôèòîïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ ñ öåëüþ âûÿâëåíèÿ íåñïåöèôè÷åñêîé ðåàêöèè îðãàíèçìîâ â ôèëîãåíåçå íà îðãà-
íè÷åñêîå çàãðÿçíåíèå âîäîåìà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ôèòîïëàíêòîí, áèîèíäèêàöèÿ, ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç, ãåíû rbcL, cpcA and cpcB, psaA,
atpB, áèîèíôîðìàòèêà.
ÂâåäåíèåÁèîëîãè÷åñêèå ìåòîäû îöåíêè çàãðÿçíåíèÿ îêðóæàþ-
ùåé ñðåäû âñåãäà èãðàëè âàæíóþ ðîëü â êîìïëåêñå ïðè-
ðîäîîõðàííûõ ìåð. Âñåñòîðîííåå èçó÷åíèå áèîòû ïîçâî-
ëÿåò ñäåëàòü ïðàâèëüíûé âûâîä î ñîñòîÿíèè ýêîñèñòåìû,
ïðèíÿòü âåðíûå è ñâîåâðåìåííûå ìåðû â ñëó÷àå óõóäøå-
íèÿ ýêîëîãè÷åñêîé ñèòóàöèè. Îäíàêî êëàññè÷åñêèå ìåòî-
äû áèîèíäèêàöèè ÿâëÿþòñÿ âðåìÿçàòðàòíûìè. Êðîìå òîãî,
çíà÷èìîñòü èíäèêàòîðíûõ âèäîâ îöåíèâàåòñÿ ñïåöèàëèñ-
òàìè íå âñåãäà îäèíàêîâî. Íåñâîåâðåìåííàÿ èëè íåîäíîç-
íà÷íàÿ îöåíêà ýêîëîãè÷åñêîé ñèòóàöèè çà÷àñòóþ ïðèâî-
äèò ê íåïîïðàâèìûì ïîñëåäñòâèÿì äëÿ ïðèðîäíîé ñðåäû.
Ýòè è äðóãèå ïðîòèâîðå÷èÿ â ñóùåñòâóþùåé ñèñòåìå áèî-
èíäèêàöèè ïðåñíîâîäíûõ âîäîåìîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì
èíäèêàòîðíûõ âèäîâ äèêòóþò íåîáõîäèìîñòü øèðå âçãëÿ-
íóòü íà ïðîáëåìó âçàèìîäåéñòâèÿ æèâîãî îáúåêòà è ñðå-
äû. Ðåøåíèå ïðîòèâîðå÷èé íàõîäèò îòðàæåíèå â ñðàâíè-
òåëüíî ìîëîäîé áèîëîãè÷åñêîé íàóêå – ýêîëîãè÷åñêîé ãå-
íåòèêå, èññëåäóþùåé âçàèìîâëèÿíèå ãåíåòè÷åñêèõ ïðî-
öåññîâ è ýêîëîãè÷åñêèõ îòíîøåíèé.
Èçó÷åíèå ýêîëîãè÷åñêèõ ñèñòåì íà ãåíåòè÷åñêîì óðîâ-
íå ïîçâîëÿåò ïðîãíîçèðîâàòü è îöåíèâàòü ðåçóëüòàò òîãî
èëè èíîãî âîçäåéñòâèÿ íà îðãàíèçì, ïîïóëÿöèþ è ýêîñèñ-
òåìó â öåëîì. Ìîëåêóëÿðíûé ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç âè-
äîâ-èíäèêàòîðîâ ñïîñîáåí ïðîëèòü ñâåò íà ýâîëþöèîííûå
çàêîíîìåðíîñòè ïðèñïîñîáëåííîñòè îðãàíèçìîâ ê æèçíè
â óñëîâèÿõ åñòå-
ñòâåííîé äëÿ íèõ
äîçû çàãðÿçíèòå-
ëåé. Êðîìå òîãî,
êîì ï ë å êñ í î å
ï ð è ì å í å í è å
ïîäõîäîâ ìîëå-
êóëÿðíîé áèîëî-
ãèè, ãåíåòèêè è
áèîèíôîðìàòèêè ìî-
æåò çíà÷èòåëüíî îá-
ëåã÷èòü ðóòèííóþ ðà-
áîòó ïî îïðåäåëåíèþ
âèäîâ-èíäèêàòîðîâ
ñðåäñòâàìè ìîðôîëî-
ãè÷åñêîãî àíàëèçà,
ïðèìåíèâ êîíâåéåð-
íûé àíàëèç ãåíåòè÷åñ-
êîé ñòðóêòóðû âèäîâ.
 äàííîé ñòàòüå àíàëèçèðóþòñÿ ãåíû rbcL, cpcA and
cpcB, psaA, atpB èíäèêàòîðíûõ ôèòîïëàíêòîííûõ îðãàíèç-
ìîâ ñ öåëüþ âûÿâëåíèÿ êîýâîëþöèîííîé ïðèñïîñîáëåí-
íîñòè ïëàíêòîííûõ èíäèêàòîðíûõ îðãàíèçìîâ ê óñëîâèÿì
îáèòàíèÿ.
Òàêèì îáðàçîì, ìîëåêóëÿðíûé àíàëèç ýâîëþöèîííî-
ãî ðîäñòâà îðãàíèçìîâ-èíäèêàòîðîâ ìîæåò ñòàòü èíñòðó-
ìåíòîì äëÿ ïîèñêà íîâûõ è ïîäòâåðæäåíèÿ èíäèêàòîðíî-
ãî ñòàòóñà ñóùåñòâóþùèõ èíäèêàòîðíûõ âèäîâ.
Ìàòåðèàëû è ìåòîäû èññëåäîâàíèÿÂ ðàáîòå èñïîëüçîâàíû ñïèñêè èíäèêàòîðíûõ âèäîâ
ôèòîïëàíêòîíà èç ðàáîòû À.Â.Ìàêðóøèíà «Áèîëîãè÷åñ-
êèé àíàëèç êà÷åñòâà âîä» (Ìàêðóøèí, 1974). Ïîèñê íóê-
ëåîòèäíûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé èíäèêàòîðíûõ âèäîâ ôè-
òîïëàíêòîíà âûïîëíåí â ìåæäóíàðîäíîé áàçå äàííûõ
íóêëåîòèäíûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé GenBank íà ñàéòå
NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov).
Ìíîæåñòâåííîå âûðàâíèâàíèå íóêëåîòèäíûõ ïîñëåäî-
âàòåëüíîñòåé rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB èíäèêàòîð-
íûõ âèäîâ ôèòîïëàíêòîíà ïðîâåäåíî ñ èñïîëüçîâàíèåì
ïðîãðàììû on-line – ClustalW2 (http://www.ebi.ac.uk/Tools/
clustalw2/index.html) (Ëóêàøîâ, 2009).
Ôèëîãåíåòè÷åñêèå äåðåâüÿ ïî ãåíàì rbcL, cpcA and
cpcB, psaA, atpB èíäèêàòîðíûõ âèäîâ ôèòîïëàíêòîíà ðå-
êîíñòðóèðîâàíû ñ èñïîëüçîâàíèåì ïàêåòà ïðîãðàìì
ÓÄÊ: 574.5
6 (48) 2012 45
Ë.Ë. Ôðîëîâà, Ì.Ñ. Ñàáèðîâ, Ñ.Ñ. Ôèðñîâà Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB ...
Phylip ìåòîäàìè ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè è áëèæàéøèõ
ñîñåäåé (Ëåñê, 2009).
Âèçóàëèçàöèÿ ôèëîãåíåòè÷åñêèõ äåðåâüåâ âûïîëíåíà
â ïðîãðàììå TreeView.
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ è èõ
îáñóæäåíèåÐàçðàáîòàííàÿ àâòîðàìè ëîêàëüíàÿ áàçà äàííûõ íóê-
ëåîòèäíûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé rbcL, cpcA and cpcB,
psaA, atpB èíäèêàòîðíûõ ôèòîïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ
ñîäåðæèò 62 âèäà, ïðèíàäëå-
æàùèõ ê ïÿòè îòäåëàì èç 232
âèäîâ-èíäèêàòîðîâ èç ñïèñ-
êà À.Ìàêðóøèíà. Äëÿ êîíñò-
ðóèðîâàíèÿ ôèëîãåíåòè÷åñ-
êèõ äåðåâüåâ èñïîëüçîâàíû
íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûå
÷àñòî âñòðå÷àåìûå ó ðàçíûõ
îðãàíèçìîâ ïîñëåäîâàòåëü-
íîñòè (ãåí èëè êîäèðóþùàÿ
îáëàñòü).
Ôèëîãåíåòè÷åñêèé
àíàëèç ãåíà rbcL
Ãåí rbcL êëàññèôèöèðó-
Òàáë. 2. Óíèêàëüíûå íîìåðà ãåíà
atpB ôèòîïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ.
Òàáë. 1. Óíèêàëüíûå íîìåðà ãåíà rbcL ôèòîïëàíê-
òîííûõ îðãàíèçìîâ.
Òàáë. 3. Óíèêàëüíûå íîìåðà ãåíà psaA
ôèòîïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ.
Òàáë. 4. Óíèêàëüíûå íîìåðà ãåíîâ cpcA and cpcB
ôèòîïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ.
åòñÿ êàê êîíñåðâà-
òèâíûé è êîäèðóåò
áîëüøóþ ñóáúåäè-
íèöó ôåðìåíòà ðè-
áóëîçîáèñôîñôàò-
êàðáîêñèëàçà/îêñè-
ãåíàçà (ÐóáèñÊÎ) –
êëþ÷åâîãî ôåðìåí-
òà âîññòàíîâèòåëü-
íîãî ïåíòîçîôîñ-
ôàòíîãî öèêëà àññè-
ìèëÿöèè óãëåðîäà
ïðè àâòîòðîôèè (Áà-
áàäæàíîâà, 1992).
 òàáëèöå 1 ïðè-
âåäåíû óíèêàëüíûå
íîìåðà íóêëåîòèäíûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé ãåíà rbcL ôè-
òîïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ â áàçå äàííûõ GenBank.
Ìåòîäàìè ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè è áëèæàéøèõ ñî-
ñåäåé ïî äàííîìó ãåíó ñêîíñòðóèðîâàíû äâà äåðåâà, ñî-
äåðæàùèå 31 è 29 îðãàíèçìîâ-èíäèêàòîðîâ ñîîòâåòñòâåí-
íî (Ðèñ. 1, 2).
Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ñêîíñòðóèðîâàííûõ äâóìÿ ìå-
òîäàìè äåðåâüåâ ïîêàçàë íàëè÷èå òðåõ èäåíòè÷íûõ äëÿ
îáîèõ äåðåâüåâ êëàñòåðîâ:
– êëàñòåð ¹1 âêëþ÷àåò îðãàíèçìû èç îòäåëà çåëåíûõ
âîäîðîñëåé: Coleochaete soluta, Euastrum oblongum,
Cosmarium botrytis, Staurastrum punctulatum, Closterium
ehrenbergii, Closterium acerosum, Closterium lunula, îáè-
òàþùèå â ïðåñíîâîäíûõ âîäîåìàõ ñ ðàçíûìè çíà÷åíèÿìè
ñàïðîáíîñòè;
– êëàñòåð ¹2 ñîñòàâëÿþò ïðåäñòàâèòåëè îòäåëà æåëòûõ
âîäîðîñëåé: Nitzschia palea, Nitzschia sigmoidea, Cyclotella
meneghiniana, Stephanodiscus hantzchii, èìåþùèå ïðåèìó-
ùåñòâåííî a-ìåçîñàïðîáíóþ çîíó îáèòàíèÿ;
– êëàñòåð ¹3 ïðåäñòàâëåí a-b, b-ìåçîñàïðîáíûìè èí-
äèêàòîðíûìè âèäàìè èç îòäåëà çåëåíûõ âîäîðîñëåé:
Pandorina morum, Volvox globator, Volvox aureus,
Eudorina elegans.
 êëàñòåðû A è B âîøëè ïðåäñòàâèòåëè îäíîé b-ìåçî-
ñàïðîáíîé çîíû ñàïðîáíîñòè (Pediastrum boryanum,
Hydrodiction reticulatum, Pediastrum duplex, Cymbella
lanceolata, Gomphonema cf. Angustatum, Gomphonema
acuminatum, Gomphonema capitatum), îäíàêî îíè ïîëó-
÷åíû ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîãî ìåòîäà ôèëîãåíåòè÷åñêîé
ðåêîíñòðóêöèè.
6 (48) 201246
Ë.Ë. Ôðîëîâà, Ì.Ñ. Ñàáèðîâ, Ñ.Ñ. Ôèðñîâà Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB ...
Ðèñ. 4. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàííîå ïî ãåíó
atpB ìåòîäîì áëèæàéøèõ ñîñåäåé.
Ðèñ. 3. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàííîå ïî ãåíó
atpB ìåòîäîì ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè.
Ðèñ. 2. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàííîå ïî ãåíó
rbcl ìåòîäîì áëèæàéøèõ ñîñåäåé.
ðû îáèòàþò â î-b-ìåçîñàïðîáíûõ âîäîåìàõ.
Àíàëèç õëîðîïëàñòíîãî ãåíà psaA ïî äâóì ñêîíñòðó-
èðîâàííûì äåðåâüÿì ïîêàçàë âîçìîæíóþ ïîëåçíîñòü åãî
èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ îöåíêè î-b-ìåçîñàïðîáíûõ âîäîåìîâ.
Îäíàêî, ïðîòèâîðå÷èâûå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå ïðè
àíàëèçå ïåðâîãî êëàñòåðà, ñîñòàâëÿþùåãî, êàê âèäíî, îñ-
íîâíîå êîëè÷åñòâî àíàëèçèðóåìûõ îðãàíèçìîâ, íå ïî-
çâîëÿþò ñ óâåðåííîñòüþ ðåêîìåíäîâàòü äàííûé ãåí â êà-
÷åñòâå ìàðêåðà.
Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ cpcB and cpcA
Ëîêóñ cpcB and cpcA – ýòî äâà ãåíà, êîäèðóþùèå äâå
ñóáúåäèíèöû ðåäêîãî â ïðèðîäå áåëêà ôèêîöèàíèíà. Îí
ïðèñóù, ãëàâíûì îáðàçîì, öèàíîáàêòåðèÿì (ñèíå-çåëå-
íûì âîäîðîñëÿì) è íå âñòðå÷àåòñÿ ó íàçåìíûõ ðàñòåíèé è
æèâîòíûõ. Ôèêîöèàíèí îòíîñèòñÿ ê ãðóïïå ôîòîñèíòåòè-
 öåëîì,
êëàñòåðíûé àíà-
ëèç äâóõ ñêîíñò-
ðóèðîâàííûõ äå-
ðåâüåâ ïîêàçàë
âîçìîæíîñòü óñïåø-
íîãî èñïîëüçîâàíèÿ
ãåíà rbcl â êà÷åñòâå ïî-
òåíöèàëüíîãî ìàðêåðà
ïðè îöåíêå èíäèêàòîð-
íîé çíà÷èìîñòè îðãà-
íèçìîâ a-ìåçîñàïðîá-
íîé è b-ìåçîñàïðîáíîé
çîí âîäîåìîâ.
Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíà atpB
Ãåí atpB êîäèðóåò β-ñóáúåäèíèöó òèëàêîèäíîé ÀÒÔ-
ñèíòàçû. β-ñóáúåäèíèöà â êîëè÷åñòâå òðåõ ïîëèïåïòèäíûõ
óëîæåííûõ öåïåé ÿâëÿåòñÿ ñîñòàâíîé ÷àñòüþ ôàêòîðà ñî-
ïðÿæåíèÿ F1 – îäíîãî èç òðåõ ôðàãìåíòîâ, èç êîòîðûõ ñî-
ñòîèò ôåðìåíò ÀÒÔ-ñèíåòàçà ìåìáðàíû òèëàêîèäîâ. Íà
ñóáúåäèíèöå β ëîêàëèçîâàíà íåïîñðåäñòâåííàÿ ôóíêöèÿ
ñèíòåçà ÀÒÔ – ñâÿçûâàíèå ÀÄÔ è ôîñôàòà ñ àêòèâíûì
öåíòðîì ñâîáîäíîé β-ñóáúåäèíèöû (Ðîìàíîâñêèé, 2010).
Ñ ïîìîùüþ ìåòîäîâ ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè è áëè-
æàéøèõ ñîñåäåé ïî ãåíó atpB ñêîíñòðóèðîâàíû äâà äå-
ðåâà, ñîäåðæàùèå ïî 10 îðãàíèçìîâ-èíäèêàòîðîâ (Òàáë.2,
Ðèñ. 3, 4). Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ïîñòðîåííûõ äåðåâüåâ
ïîêàçàë íàëè÷èå îäíîãî èäåíòè÷íîãî äëÿ îáîèõ äåðåâüåâ
êëàñòåðà, êîòîðûé ñîäåðæèò äâà âèäà çåëåíûõ âîäîðîñëåé:
Volvox aureus, Eudoria elegans. Äàííûå âèäû-èíäèêàòî-
ðû îáèòàþò â î-b-ìåçîñàïðîáíûõ âîäîåìàõ.
Àíàëèç õëîðîïëàñòíîãî ãåíà atpB ïî äâóì ñêîíñòðóè-
ðîâàííûì äåðåâüÿì ïîêàçàë åãî âîçìîæíîå èñïîëüçîâà-
íèå â îöåíêå î-b-ìåçîñàïðîáíûõ âîäîåìîâ. Îäíàêî ñòî-
èò îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçóåìûå â ôèëîãåíåòè÷åñêîì àíà-
ëèçå îðãàíèçìû ïðèíàäëåæàò ê èíäèêàòîðàì ñõîäíûõ ýêî-
ëîãè÷åñêèõ óñëîâèé. Ýòî íå ïîçâîëÿåò ñäåëàòü îäíîçíà÷-
íûé âûâîä î öåëåñîîáðàçíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ãåíà atpB
â êà÷åñòâå ìàðêåðà.
Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíà psaA
Ãåí psaA ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ïÿòè ãåíîâ, êîäèðóþùèõ
áåëêîâûå êîìïîíåíòû ôîòîñèñòåìû I. Äàííàÿ íóêëåîòèä-
íàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êîäèðóåò ñóáúåäèíèöó À1 Ð700
àïîïðîòåèíà õëîðîôèëëà (Nozaki, 2000).
Ñ ïîìîùüþ ìåòîäîâ ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè è áëè-
æàéøèõ ñîñåäåé ïî äàííîìó ãåíó ñêîíñòðóèðîâàíû äâà
äåðåâà, ñîäåðæàùèå ïî 10 îðãàíèçìîâ-èíäèêàòîðîâ
(Òàáë.3, Ðèñ. 5, 6).
Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ïîñòðîåííûõ ìîëåêóëÿðíûõ äå-
ðåâüåâ ïîêàçàë íàëè÷èå äâóõ èäåíòè÷íûõ äëÿ îáîèõ äåðå-
âüåâ êëàñòåðîâ:
– êëàñòåð ¹1 ñîäåðæèò 6 îðãàíèçìîâ èç ÷åòûðåõ îòäå-
ëîâ âîäîðîñëåé: æåëòûå (Vaucheria sessilis), çåëåíûå
(Cosmarium botrytis, Closterium acerosum, Closterium
ehrenbergii), äèàòîìîâûå (Cyclotella meneghiniana) è êðàñ-
íûå (Bangia atropurpurea). Îðãàíèçìû, ïðåäñòàâëåííûå
â îáðàçîâàííîì êëàñòåðå, ÿâëÿþòñÿ îáèòàòåëÿìè âîäî-
¸ìîâ, îòíîñÿùèõñÿ ê ðàçíûì çîíàì ñàïðîáíîñòè;
– êëàñòåð ¹2 ñîäåðæèò äâà âèäà çåëåíûõ âîäîðîñëåé:
Volvox aureus, Eudoria elegans. Äàííûå âèäû-èíäèêàòî-
6 (48) 2012 47
Ë.Ë. Ôðîëîâà, Ì.Ñ. Ñàáèðîâ, Ñ.Ñ. Ôèðñîâà Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB ...
Ðèñ. 7. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàííîå ïî ãå-
íàì cpcB and cpcA ìåòîäîì ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè.
Ðèñ. 8. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàííîå ïî ãå-
íàì cpcB and cpcA ìåòîäîì áëèæàéøèõ ñîñåäåé.
Ðèñ. 5. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàííîå ïî
ãåíó psaA ìåòîäîì ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè.
Ðèñ. 6. Ôèëîãåíåòè÷åñêîå äåðåâî, ñêîíñòðóèðîâàííîå ïî ãåíó
psaA ìåòîäîì áëèæàéøèõ ñîñåäåé.
÷åñêèõ ïèãìåíòîâ – ôèêîáèëëèïðîòåèíîâ (Áðèòòîí, 1986).
Ñ ïîìîùüþ ìåòîäîâ ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè è áëè-
æàéøèõ ñîñåäåé ïî äàííîé êîäèðóþùåé îáëàñòè ñêîíñò-
ðóèðîâàíî äâà äåðåâà, ñîäåðæàùèå ïî 11 îðãàíèçìîâ-èí-
äèêàòîðîâ (Òàáë. 4, Ðèñ. 7, 8).
Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ðåêîíñòðóèðîâàííûõ äåðåâü-
åâ ïîêàçàë íàëè÷èå òðåõ èäåíòè÷íûõ êëàñòåðîâ äëÿ îáîèõ
äåðåâüåâ:
– êëàñòåð ¹1 ñîäåðæèò òðè îðãàíèçìà-èíäèêàòîðà b-
ìåçîñàïðîáíûõ âîäîåìîâ: Microcystis flos-aqua,
Microcystis aeruginosa, Phormidium autumnale;
– êëàñòåð ¹2 âêëþ÷àåò äâà îðãàíèçìà a-ìåçîñàïðîá-
íîé çîíû: Oscillatoria brevis, Gloeotrichia echinulata;
– êëàñòåð ¹3 ñîäåðæèò äâà îðãàíèçìà ïðåèìóùåñòâåí-
íî a-ìåçîñàïðîáíîé çîíû: Oscillatoria limosa, Oscillatoria
tenuis.
Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ïîñòðîåííûõ íà îñíîâå ãå-
íîâ cpcB and cpcA äåðåâüåâ âûÿâèë íàëè÷èå òðåõ óñòîé÷è-
âûõ êëàñòåðîâ ñ îðãàíèçìàìè îäíîé çîíû ñàïðîáíîñòè.
Òàêèì îáðàçîì, ãåíû cpcB and cpcA ìîãóò áûòü èñ-
ïîëüçîâàíû äëÿ óñïåøíîé îöåíêè îðãàíèçìîâ-èíäèêàòî-
ðîâ a-, è b-ìåçîñàïðîáíûõ çîí îáèòàíèÿ ôèòîïëàíêòîíà.
Çàêëþ÷åíèåÔèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ rbcL, cpcA and cpcB,
psaA, atpB âûÿâèë êîððåëÿöèþ ìåæäó çíà÷åíèåì ñàïðîá-
íîñòè è ýâîëþöèîííîé áëèçîñòüþ ôèòîïëàíêòîííûõ èí-
äèêàòîðíûõ âèäîâ.
Êëàñòåðíûé àíàëèç ìîëåêóëÿðíûõ ôèëîãåíåòè÷åñ-
êèõ äåðåâüåâ, ðåêîíñòðóèðîâàííûõ àëüòåðíàòèâíûìè
ìåòîäàìè ïî ãåíàì rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB,
ïîêàçàë:
– ãåí rbcl âîçìîæíî óñïåøíî èñïîëüçîâàòü â êà÷å-
ñòâå ïîòåíöèàëüíîãî ìàðêåðà â îöåíêå èíäèêàòîðíîé
çíà÷èìîñòè îðãàíèçìîâ a-ìåçîñàïðîáíîé è b-ìåçîñàï-
ðîáíîé çîíû âîäîåìîâ;
– ãåí atpB ïðèãîäåí äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â îöåíêå î-
b-ìåçîñàïðîáíûõ âîäîåìîâ â êà÷åñòâå ïîòåíöèàëü-
íîãî ìàðêåðà. Îäíàêî ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçî-
âàâøèåñÿ â ôèëîãåíåòè÷åñêîì àíàëèçå îðãàíèçìû
èçíà÷àëüíî ïðèíàäëåæàò ê èíäèêàòîðàì ñõîäíûõ ýêî-
ëîãè÷åñêèõ óñëîâèé; ýòî íå ïîçâîëÿåò ñäåëàòü îäíî-
çíà÷íûé âûâîä î öåëåñîîáðàçíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ
ãåíà atpB â êà÷åñòâå ìàðêåðà;
– ãåíû cpcB and cpcA ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â
êà÷åñòâå ïîòåíöèàëüíîãî ìàðêåðà äëÿ îöåíêè îðãà-
íèçìîâ-èíäèêàòîðîâ a-, è b-ìåçîñàïðîáíûõ çîí îáèòàíèÿ
ôèòîïëàíêòîíà.
Òàêèì îáðàçîì, âûäâèíóòàÿ íàìè ãèïîòåçà î íàëè÷èè
ñâÿçè ìåæäó ôèëîãåíåòèêîé è èíäèêàòîðíîé çíà÷èìîñ-
òüþ ïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ ïîäòâåðæäåíà â õîäå ôèëî-
ãåíåòè÷åñêîãî àíàëèçà. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü èñïîëüçî-
âàíèÿ ìîëåêóëÿðíîãî àíàëèçà ýâîëþöèîííîãî ðîäñòâà
îðãàíèçìîâ-èíäèêàòîðîâ ïî ðÿäó ãåíîâ â êà÷åñòâå èíñò-
ðóìåíòà äëÿ ïîèñêà íîâûõ è ïîäòâåðæäåíèÿ èíäèêàòîðíî-
ãî ñòàòóñà ñóùåñòâóþùèõ èíäèêàòîðíûõ âèäîâ.
Ïðèìåíåíèå ðåçóëüòàòîâ ýòèõ èññëåäîâàíèé ïîçâîëèò
ñóùåñòâåííî ñîêðàòèòü è îáëåã÷èòü òðóäîåìêèé ïðîöåññ
îïðåäåëåíèÿ âèäîâ-èíäèêàòîðîâ çàãðÿçíåíèÿ ïðåñíîâîä-
íûõ âîäîåìîâ, ïîâûñèòü ðåçóëüòàòèâíîñòü ïðèðîäîîõðàí-
íîé äåÿòåëüíîñòè.
ËèòåðàòóðàÁàáàäæàíîâà Ì.À., Íàñûðîâ Þ.Ñ. Ìóëüòèôåðìåíòíûé êîìï-
ëåêñ êëþ÷åâûõ ôåðìåíòîâ ôîòîñèíòåçà. Ôèçèîëîãèÿ ðàñòåíèé.
Ò.39. Âûï. 4. 1992. 753-759.
Áðèòòîí Ã. Áèîõèìèÿ ïðèðîäíûõ ïèãìåíòîâ. Ì: Ìèð. 1986.
353-358.
Ëåñê À.Ì. Ââåäåíèå â áèîèíôîðìàòèêó. Ì.: ÁÈÍÎÌ. Ëàáîðà-
òîðèÿ çíàíèé. 2009. 226-228.
Ëóêàøîâ Â.Â. Ìîëåêóëÿðíàÿ ýâîëþöèÿ è ôèëîãåíåòè÷åñêèé
àíàëèç. Ì.: ÁÈÍÎÌ. Ëàáîðàòîðèÿ çíàíèé. 2009. 41-59.
Ìàêðóøèí À.Â. Áèîëîãè÷åñêèé àíàëèç êà÷åñòâà âîä. Ë.: Çîîë.
èí-ò ÀÍ ÑÑÑÐ. 1974. 59.
Ðîìàíîâñêèé Þ.Ì., Òèõîíîâ À.Í. Ìîëåêóëÿðíûå ïðåîáðàçî-
âàòåëè ýíåðãèè æèâîé êëåòêè. Ïðîòîííàÿ ÀÒÔ-ñèíòàçà – âðàùàþ-
ùèéñÿ ìîëåêóëÿðíûé ìîòîð. ÓÔÍ. 2010. Ò. 180. 931-956.
Nozaki H., Misawa K., et al. Origin and evolution of the colonial
volvocales (Chlorophyceae) as inferred from multiple, chloroplast
gene sequences. M.M Mol. Phylogenet. Evol. 17 (2). 2000. 256-268.
6 (48) 201248
Â.Í. Ìàêàðåâè÷, À.À. Ñóõàíîâ, È.Ð. Ìàêàðîâà Ïåðñïåêòèâû ïîèñêîâ óãëåâîäîðîäíûõ ñêîïëåíèé íåòðàäèöèîííîãî òèïà...
ÓÄÊ: 552.578.061.4:551.734.5 (470.111+470.13)
Â.Í. Ìàêàðåâè÷, À.À. Ñóõàíîâ, È.Ð. ÌàêàðîâàÂñåðîññèéñêèé íåôòÿíîé íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé ãåîëîãîðàçâåäî÷íûé èíñòèòóò, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
[email protected], [email protected]
ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÛ ÏÎÈÑÊÎÂ ÓÃËÅÂÎÄÎÐÎÄÍÛÕÑÊÎÏËÅÍÈÉ ÍÅÒÐÀÄÈÖÈÎÍÍÎÃÎ ÒÈÏÀ Â
ÎÑÂÎÅÍÍÛÕ ÐÅÃÈÎÍÀÕ ÑÅÂÅÐÎ-ÇÀÏÀÄÀ ÐÎÑÑÈÈ
Ñòàòüÿ ïîñâÿùåíà êðèòåðèÿì âûäåëåíèÿ íîâûõ îáúåêòîâ íåòðàäèöèîííûõ ðåñóðñîâ ñëàíöåâûõ óãëåâîäîðî-
äîâ íà òåððèòîðèè Ñåâåðî-Çàïàäà Ðîññèè. Ïðîâåäåíî ñîïîñòàâëåíèå çàðóáåæíûõ è îòå÷åñòâåííûõ òåðìèíîâ,
èñïîëüçóåìûõ ïðè èçó÷åíèè îáîãàùåííûõ îðãàíè÷åñêèì âåùåñòâîì îòëîæåíèé. Íà ïðèìåðå Òèìàíî-Ïå÷îðñêîé
íåôòåãàçîíîñíîé ïðîâèíöèè ðàññìîòðåíû âîçìîæíûå îáúåêòû ïîëó÷åíèÿ ñëàíöåâûõ íåôòè è ãàçà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: íåòðàäèöèîííûå óãëåâîäîðîäû, ñëàíöåâûå íåôòü è ãàç, äîìàíèêîèäíûå îòëîæåíèÿ.
Ñîâðåìåííûé ýòàï ðàçâèòèÿ ýíåðãåòè÷åñêîãî êîìïëåê-
ñà õàðàêòåðèçóåòñÿ ñóùåñòâåííûì âêëàäîì â îáùèé áà-
ëàíñ óãëåâîäîðîäíîãî ñûðüÿ ðåñóðñîâ, îòíîñèìûõ (â Ðîñ-
ñèè è çà ðóáåæîì) ê òàê íàçûâàåìûì íåòðàäèöèîííûì
(ãàçîãèäðàòû, ìåòàí óãîëüíûõ ïëàñòîâ, óãëåâîäîðîäû ïëîò-
íûõ ðåçåðâóàðîâ, òÿæåëûå âûñîêîâÿçêèå íåôòè, ñëàíöå-
âûå ãàç è íåôòü è äð.). Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðåñóðñû óãëåâî-
äîðîäîâ (èõ ãàçîâûé êîìïîíåíò), îòíîñèìûå ê íåòðàäèöè-
îííûì, â ñóììå ïðåâûøàþò ðåñóðñû èõ òðàäèöèîííûõ
àíàëîãîâ (ßêóøåâ, 2012). Íà ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíà äèàã-
ðàììà, îòîáðàæàþùàÿ ñòðóêòóðó ìèðîâûõ è ðîññèéñêèõ
ðåñóðñîâ ÓÂ-ãàçîâ ñ ó÷¸òîì îòíåñåíèÿ èõ ê êàòåãîðèè òðà-
äèöèîííûõ èëè íåòðàäèöèîííûõ èñòî÷íèêîâ ñûðüÿ. Ðå-
ñóðñû òðàäèöèîííîãî ÓÂ-ãàçà ðàñïîëîæåíû íà âåðøèíå
«ïèðàìèäû». Íèæå îòîáðàæåíû ðåñóðñû ðàçëè÷íûõ íå-
òðàäèöèîííûõ âèäîâ ýòîãî ñûðüÿ. Èç äàííûõ, ïðåäñòàâ-
ëåííûõ íà äèàãðàììå âèäíî, ÷òî ðåñóðñû òîëüêî ñëàíöå-
âîãî ãàçà, ñîñòàâëÿþùèå îêîëî 460 òðëí. ì3 (Äìèòðèåâñ-
êèé, Âûñîöêèé, 2010), îêàçàëèñü ñîèçìåðèìûìè ñ ìèðî-
âûìè ðåñóðñàìè ïðèðîäíîãî ãàçà – 560-650 òðëí. ì3 (Ñêî-
ðîáîãàòîâ è äð., 2012). Ïðè ýòîì òåõíîëîãè÷åñêè èçâëåêà-
åìûå ðåñóðñû cëàíöåâîãî ãàçà (CÃ) ñîñòàâëÿþò 163 òðëí.
ì3 (Ïðîâåäåíà îöåíêà ìèðîâûõ..., 2011), è îíè òàêæå âïîë-
íå ñîïîñòàâèìû ñ äîêàçàííûìè çàïàñàìè ïðèðîäíîãî ãàçà
– 187,1 òðëí. ì3 (Ñîêîëîâ, 2011).
Áëàãîäàðÿ îñâîåíèþ ðÿäà êðóïíûõ ìåñòîðîæäåíèé
ãàçà â ñëàíöàõ íà îñíîâå òåõíîëîãèé, ñî÷åòàþùèõ ãîðè-
çîíòàëüíîå áóðåíèå è ãèäðîðàçðûâ ïëàñòà, â ÑØÀ, íà÷è-
íàÿ ñ 2009 ã., ñòàëè ïîëó÷àòü äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî ïðè-
ðîäíîãî ãàçà, ÷òîáû îáåñïå÷èòü íåçàâèñèìîñòü ñòðàíû îò
èìïîðòà ýòîãî âèäà ãîðþ÷åãî. Ïîìèìî ñëàíöåâîãî ãàçà â
ÑØÀ àêòèâíî ðàñòóò ìàñøòàáû ðàçðàáîòêè ìåñòîðîæäå-
íèé ñëàíöåâîé íåôòè è îáú¸ìû å¸ äîáû÷è (ìåñòîðîæäå-
íèå Èãë Ôîðä â øòàòå Òåõàñ, ìåñòîðîæäåíèÿ ôîðìàöèè
Áàêåí, â Ñåâåðíîé Äàêîòå è ò.ä.) (Arthur et al., 2008).
 òàáëèöàõ 1 è 2 ïðèâåäåíû äàííûå, õàðàêòåðèçóþùèå
ìàñøòàáû îñâîåíèÿ ñëàíöåâîãî ãàçà è íåôòè â ÑØÀ ïî
ðÿäó íàèáîëåå êðóïíûõ ðàçðàáàòûâàåìûõ ñëàíöåíîñíûõ
ôîðìàöèé (Arthur et al., 2008; Faraj et al., 2004; Frantz &
Jochen, 2005; Bakken, 2011; Eagle Ford Shale.., 2012).
 ïîñëåäíèå äâà ãîäà ïðîâîäèòñÿ îöåíêà ðåñóðñîâ ìåãà-
ôîðìàöèè Ãðèí Ðèâåð. Âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ ñëàíöå-
âîé íåôòè èç ìåñòîðîæäåíèé ìåãà-ôîðìàöèè ñ áîëüøîé
ìîùíîñòüþ ïðîäóêòèâíûõ ïëàñòîâ (300-400 ì è áîëåå), à
òàêæå äðóãèõ ìåñòîðîæäåíèé ñëàíöåâîé íåôòè ïî ïðåä-
ñòàâëåííîìó ñîîáùåíèþ Energy Information Administration
çà èþëü 2011 ãîäà, ïî ìíåíèþ àíàëèòèêîâ, îòêðûâàåò ïåð-
ñïåêòèâû ñàìîîáåñïå÷åíèÿ ÑØÀ ñëàíöåâîé íåôòüþ âû-
ñîêîãî êà÷åñòâà íà íåñêîëüêî äåñÿòèëåòèé âïåðåä, íåçàâè-
ñèìîñòè îò ââîçà èíîñòðàííîé íåôòè. Ïîýòîìó â íàñòîÿ-
ùåå âðåìÿ çà ðóáåæîì, íå òîëüêî â ÑØÀ, íî è â äðóãèõ
ñòðàíàõ, îñîáåííî â Êàíàäå, ïðîâîäÿòñÿ ìàñøòàáíûå ðà-
áîòû, íàïðàâëåííûå íà ñîçäàíèå ýôôåêòèâíûõ ìåòîäîâ
âûäåëåíèÿ è îöåíêè ãàçî- è íåôòåíîñíûõ ãëèíèñòûõ ñëàí-
öåâ è ñîâåðøåíñòâîâàíèå òåõíîëîãèè äîáû÷è ñëàíöåâûõ
ÓÂ (Äìèòðèåâñêèé, Âûñîöêèé, 2010).
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî â Ðîññèè ïðåäâàðèòåëüíî îöåíè-
âàåìûå ðåñóðñû ÑÃ â 20,1 òðëí. ì3 (Äìèòðèåâñêèé, Âû-
123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234
Ëþäìèëà Ëåîíèäîâíà ÔðîëîâàÊàíä.òåõ.íàóê, äîöåíò êàôåäðû ãåíåòèêè
Ìàðàò Ñàäåêîâè÷ ÑàáèðîâÂûïóñêíèê êàôåäðû ãåíåòèêè (2012 ã.)
Ñâåòëàíà Ñòàíèñëàâîâíà ÔèðñîâàÀñïèðàíò êàôåäðû ãåíåòèêè
Êàçàíñêèé (Ïðèâîëæñêèé) ôåäåðàëüíûé óíèâåðñèòåò
420008, Êàçàíü, óë. Êðåìëåâñêàÿ, ä.18. Òåë.: (843)233-78-83.
L.L. Frolova, M.S. Sabirov, S.S. Firsova. Phylogenetic analysis
of rbcl, cpca and cpcb, psaa, atpb genes of indicating
phytoplankton organisms.
In the article we discuss the possibility of using molecular genetic
tools for the bioindication of ponds. Phylogenetic analysis of genes
rbcl, cpca and cpcb, psaa, atpb of indicating species of
phytoplankton organisms with an aim to detect non-specific reaction
of organisms on pond organic pollution in the phylogenesis is
indicated.
Keywords: phytoplankton, bioindication, phylogenetic analysis,
genes rbcl, cpca and cpcb, psaa, atpb, bioinformatics.
Îêîí÷àíèå ñòàòüè Ë.Ë. Ôðîëîâîé, Ì.Ñ. Ñàáèðîâà, Ñ.Ñ. Ôèðñîâîé «Ôèëîãåíåòè÷åñêèé àíàëèç ãåíîâ rbcL, cpcA and cpcB, psaA, atpB èíäèêàòîðíûõ ôèòîïëàíêòîííûõ îðãàíèçìîâ»