Изучение видового полиморфизма ДНК мяты перечной

Актуальность

Сохранение биологического разнообразия занимает особое место среди глобальных проблем современности. Основой биологического разнообразия является его генетическая компонента. Сокращение видового и генетического разнообразия представляет реальную угрозу для биосферы, поскольку устойчивость воспроизводства природных экосистем и агроэкосистем непосредственно связана с их генетически обусловленным потенциалом адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Изучение генетического разнообразия селекционного материала, образцов коллекций генбанков и диких видов растений проводится с помощью молекулярно-генетических маркеров и позволяет получить так называемые генетические фингерпринты – набор маркеров определённого размера, уникальный для изучаемого образца. Проведение аналогичных исследований генофонда редких и исчезающих видов не менее важно, поскольку позволит как оценить внутривидовой полиморфизм, так и создать типичные «генетические паспорта» для охраняемых видов растений с целью поддержания и сохранения биоразнообразия.

В работе автор проводит поиск видовых полиморфизмов мяты, проект расширяет возможность создания наиболее точных ДНК-маркеров для генотипирования видов этого растения.

Цель

Сравнить полиморфизм ДНК мяты перечной с другими видами мяты.

Задачи

1. Получить нуклеотидную последовательность фрагмента ITS-области из мяты перечной.
2. В генетической базе данных найти гомологичные последовательности исследуемого фрагмента ДНК у разных видов мяты.Сравнить полученную и найденные последовательности ДНК при помощи методов биоинформатики.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Набор реагентов для выделения геномной ДНК из растений от Синтол (EX-513-100)
• Центрифуга для микропробирок
• Термостат
• Микропипетки переменного объёма на 1000, 200 и 20 мкл и наконечники к ним
• Штатив для пробирок
• Микропробирки объёмом 1,5–2 мл
• Ступка и пестик
• Камера для электрофореза
• Источник напряжения
• Плашка для заливки геля
• Гребёнка
• Микроволновка
• Вода
• Реакционный буфер, Тaq-полимераза, ДНК-матрица, праймеры, дНТФ
• Персональный компьютер с установленным на нём ПО
• База данных NCBI (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)
• Программы Crustal Omega (https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/)

Описание

Для получения новых сортов мяты с желаемыми ценными признаками в селекции используют разнообразные виды мяты. Работа состояла из нескольких этапов исследования.

На первом этапе была выделена геномная ДНК из сухих листьев мяты перечной. Выделение геномной ДНК из растительной ткани проводили с использованием набора готовых реагентов «ДНК-Экстран-3». Процесс выделения ДНК заключался в получении чистого, свободного от примесей препарата ДНК, извлечённого из многокомпонентного субстрата, и состоял, в свою очередь, из нескольких этапов: измельчение растительной ткани, разрушение клеточных стенок и очистка ДНК, осаждение ДНК, промывка и растворение ДНК.

Затем с полученной ДНК поставили ПЦР с использованием ITS-праймеров. Полученный ПЦР-продукт выделили из ПЦР-смеси с целью прочтения нуклеотидной последовательности участка ДНК. Полученный фрагмент ДНК сравнили с похожими последовательностями из генетической базы данных NCBI. В результате сравнительного анализа выявили нуклеотиды, специфичные для вида мяты перечной.

Автор предполагает, что результаты данного анализа смогут пополнить генетическую базу данных, на основе которой создаются новые лекарства, а также исследование полиморфизма участка ДНК с использованием ITS-праймеров можно применять для установления видов мяты.

Результаты работы/выводы

В своей работе с помощью молекулярно-биологических методов автор получил нуклеотидную последовательность фрагмента области ITS мяты перечной. Применив методы биоинформатики, автор нашёл видоспецифичные полиморфизмы ДНК, отличающие виды мяты. В результате сравнительного анализа исследуемых последовательностей выявлено, что полученная последовательность похожа на 100% с мятой душистой, на 97% – с мятой колосистой и мятой канадской. Применение ITS-маркера подходит для идентификации видов лекарственных растений мяты перечной.

1. Полученная автором последовательность схожа на 100% с гомологичной последовательностью мяты душистой и наименее схожа с той же последовательностью мяты колосистой и канадской.
2. В результате сравнительных анализов исследуемых последовательностей были выявлены видоспецифичные полиморфизмы у мяты колосистой и у мяты канадской.
3. Изучение полиморфизма участка ДНК, что получена с помощью ITS-праймеров, можно использовать для установления видов мяты.

Перспективы использования результатов работы

Найденные полиморфизмы ДНК, отличающие виды мяты, могут быть использованы при создании ДНК-маркеров для различения видов.

Так как медицина продолжает эволюционировать, то методы секвенирования являются огромным помощником в этом. Уверены, что люди найдут ещё не один полезный признак в новых видах растений (которые сами и могут вывести), чтобы повысить действенность лекарств для лечения тех же неизлечимых болезней на данный этап времени.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ФГБНУ ВНИИСБ

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» – призёр

Мнение автора

«Проведение открытых городских научно-практических конференций крайне полезно. Учащиеся, работая над своими проектами, приобретают новый опыт и компетенции, закрепляют уже полученные знания, получают за участие и выполненную проектную работу дополнительные баллы, помогающие им поступить в вуз мечты»