<<<  Назад

2019 год, № 80

УДК: 632.7:575.116.4
ГРНТИ: 68.37.29, 34.15.23

СОЗДАНИЕ И ТЕСТИРОВАНИЕ IN SILICO МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВ С ЦЕЛЬЮ ИДЕНТИФИКАЦИИ 16 ВИДОВ НАСЕКОМЫХ - ВРЕДИТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА В КРАСНОДАРСКОМ КРАЕ

Освещен подготовительный этап проведения ПЦР ДНК вредителей сельскохозяйственных растений, содержащихся в кишечнике напочвенных хищных энтомофагов в условиях Краснодарского края. Проводится разработка и анализ in silico праймерных пар с использованием международных баз данных, Ensembl Genomes и NCBI Nucleotide, доступных в сети Интернет. Для исследования было отобрано 16 видов насекомых-вредителей, широко распространенных в Краснодарском крае и в целом на юге Российской Федерации. В качестве целевых генов для идентификации их генотипов были выбраны cytochrome b (Cytb) и cytochrome oxidase subunit 1 (COI). Выбор этих генов обусловлен тем, что они являются приоритетными в разработке праймерных пар не только для видовой идентификации, но и для секвенирования. Данные праймерных пар были проверены на наличие проблем, таких как «конформационные шпильки» и самокомплиментарность. По результатам анализа в программе Oligo Calc, неудачные варианты олигонуклеотидов были отвергнуты. В итоге, удачные праймерные пары были идентифицированы и проверены ещё раз с использованием алгоритмов NCBI Primer-BLAST с целью поиска возможной комплиментарности с другими видами. Не смотря на то, что такая комплиментарность была выявлена, созданные праймерные пары являются актуальными в виду того, что совпадение с другими видами включало в себя некомплиментарные нуклеотиды и рекомендуемая температура отжига праймеров достаточно высока для обеспечения требуемой специфичности. Таким образом, разработанные праймерные пары рекомендуется использовать как для видовой идентификации вредителей, так и для секвенирования с целью филогенетического анализа беспозвоночных.
Ключевые слова: In silico, ДНК, ПЦР, праймеры, вредители сельского хозяйства, энтомофаги, содержимое кишечника, Краснодарский край
DOI: 10.21515/1999-1703-80-200-208

Литература:

1. Воронова, Н. В. Видовая идентификация тлей - вредителей плодовых и ягодных культур методом молекулярной диагностики: учебное пособие / Н. В. Воронова, С. В. Буга, В. П. Курченко. - Минск: БГУ, 2011. -30 с.
2. Девяткин, А. М. Сельскохозяйственная энтомология: краткий курс лекций / А. М. Девяткин, А. И. Белый, А. С. Замотайлов, Л. А. Оберюхтина. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - 308 с.
3. Замотайлов, А. С. Вредители сельскохозяйственных культур и лесопарковых насаждений Юга России: учеб. пособие / А. С. Замотайлов, А. М. Девяткин, Э. А. Пикушова, А. И. Белый. - Краснодар: КубГАУ, 2018. - 382 с.
4. Китаев, К. А. Молекулярно-генетические методы анализа хищничества среди насекомых в агроценозах / К. А. Китаев, М. Б. Удалов, Г. В. Беньковская // Экологическая генетика. - 2011 - T. 9 (4). - C. 15-24.
5. Agarwala, R. Database resources of the national center for biotechnology information / R. Agarwala, T. Barrett, J. Beck, D. A. Benson, C. Bollin, E. Bolton, D. Bourexis, J. R. Brister, S. H. Bryant, K. Canese, M. Cavanaugh, C. Charowhas, K. Clark, I. Dondoshansky, M. Feolo, L. Fitzpatrick, K. Funk, L.Y. Geer, V. Gorelenkov, A. Graeff, W. Hlavina, B. Holmes, M. Johnson, B. Kattman, V. Khotomlianski, A. Kimchi, M. Kimelman, M. Kimura, P. Kitts, W. Klimke, A. Kotliarov, S. Krasnov, A. Kuznetsov, M. J. Landrum, D. Landsman, S. Lathrop, J. M. Lee, C. Leubsdorf, Z. Lu, T. L. Madden, A. Marchler-Bauer, A. Malheiro, P. Meric, I. Karsch-Mizrachi, A. Mnev, T. Murphy, R. Orris, J. Ostell, C. O’Sullivan, V. Palanigobu, A. R. Panchenko, L. Phan, B. Pierov, K. D. Pruitt, K. Rodarmer, E. W. Sayers, V. Schneider, C. L. Schoch, G. D. Schuler, S. T. Sherry, K. Siyan, A. Soboleva, V. Soussov, G. Starchenko, T. A. Tatusova, F. T. Nissen, K. Todorov, B. W. Trawick, D. Vakatov, M. Ward, E. Yaschenko, A. Zasypkin, K. Zbicz // Nucleic acids research. - 2017. - Vol. 45. - Database issue. - P. D8 - D13. - DOI: 10.1093/nar/gkx1095.
6. Brown, N. P. MView: a web-compatible database search or multiple alignment viewer / N. P. Brown, C. Leroy, C. Sander // Bioinformatics. - 1998. - Vol. 14. - No. 4. - P. 380-381. - DOI: 10.1093/bioinformatics/14.4.380.
7. Cho, S. Molecular phylogenetics of heliothine moths (Lepidoptera: Noctuidae: Heliothinae), with comments on the evolution of host range and pest status / S. Cho, A. Mitchell, C. Mitter, J. Regier, M. Matthews, R. Robertson // Systematic Entomology. - 2008. - Vol. 33. - No 4. - P. 581-594. - DOI: 10.1111/j.1365-3113.2008.00427.
8. Crossley, M. S. Leptinotarsa decemlineata haplotype 82 cytochrome oxidase subunit I (COI) gene, partial cds; tRNA-Leu gene, complete sequence; and cytochrome oxidase subunit II (COII) gene, partial cds; mitochondrial / M. S. Crossley, Y. H. Chen, R. L. Groves, S. D. Schoville. - Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore /KY607513.
9. Gariepy, T. D. Occurrence, genetic diversity, and potential pathways of entry of Halyomorpha halys in newly invaded areas of Canada and Switzerland / T. D. Gariepy, T. Haye, H. Fraser, J. Zhang // Journal of pest science. - 2014. - Vol. 87. - No. 1. - P. 17-28. - DOI: 10.3390%2Finsects10060174.
10. Gonçalves, R. M. Invasion origin, rapid population expansion, and the lack of genetic structure of cotton bollworm (Helicoverpa armigera) in the Americas / R. M. Gonçalves, T. Mastrangelo, J. C. V. Rodrigues, D. F. Paulo, C. Omoto, A. S. Corrêa, A. M. L. de Azeredo-Espin // Ecology and Evolution. - 2019. - P. 7378-7401. - DOI: 10.1002/ece3.5123.
11. Hebert, P. D. N. Counting animal species with DNA barcodes: Canadian insects / P. D. N. Hebert, S. Ratnasingham, E. V. Zakharov, A. C. Telfer, V. Levesque-Beaudin, M. A. Milton, S. Pedersen, P. Jannetta, J. R. deWaard // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. - 2016. - Vol. 371. - No 1702. - P. 20150333. - DOI: 10.1098%2Frstb.2015.0333.
12. International Barcode of Life (iBOL) Gryllotalpa gryllotalpa voucher BC ZSM ORT 00042 cytochrome oxidase subunit 1 (COI) gene, partial cds; mitochondrial / Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/GU706082.
13. Jelaska, L.Š Prey detection in carabid beetles (Coleoptera: Carabidae) in woodland ecosystems by PCR analysis of gut contents / L.Š. Jelaska, D. Franjević , S. D. Jelaska, W. O. C. Symondson // Eur. J. Entomol. - 2014. - Vol. 111 (5). - P. 631-638. - DOI: 10.14411/eje.2014.079.
14. Johnson, M. NCBI BLAST: a better web interface / M. Johnson, I. Zaretskaya, Y. Raytselis, Y. Merezhuk, S. McGinnis, T.L. Madden // Nucleic acids research. - 2008. - Vol. 36. - Suppl 2. - P. W5 - W9. - DOI: 10.1093/nar/gkn201.
15. Kersey, P. J. Ensembl Genomes 2016: more genomes, more complexity / S. P. J. Kersey, J. E. Allen, I. Armean, S. Boddu, B. J. Bolt, D. Carvalho-Silva, M. Christensen, P. Davis, L. J. Falin, C. Grabmueller, J. Humphrey, A. Kerhornou, J. Khobova, N. K. Aranganathan, N. Langridge, E. Lowy, M. D. McDowall, U. Maheswari, M. Nuhn, C. K. Ong, B. Overduin, M. Paulini, H. Pedro, E. Perry, G. Spudich, E. Tapanari, B. Walts, G. Williams, M. Tello-Ruiz, J. Stein, S. Wei, D. Ware, D. M. Bolser, K. L. Howe, E. Kulesha, D. Lawson, G. Maslen, D. M. Staines //Nucleic acids research. - 2015. - Vol. 44. - No D1. - P. D574 - D580. - DOI: 10.1093/nar/gkv1209.
16. Kibbe, W. A. OligoCalc: an online oligonucleotide properties calculator / W. A. Kibbe, // Nucleic acids research. - 2007. - Vol. 35. - Suppl. 2. - P. W43 - W46. - DOI: 10.1093/nar/gkm234.
17. Macharia, I. Diversity of thrips species and vectors of Tomato spotted wilt virus in tomato production systems in Kenya / I. Macharia, D. Backhouse, R. Skilton, E. Ateka, Shu-Biao WU, M. Njahira, S. Maina, J. Harvey // Journal of economic entomology. - 2015. - Vol. 108. - No. 1. - P. 20-28. - DOI: 10.1093/jee/tou010.
18. Raupach, M. J. Building-up of a DNA barcode library for true bugs (Insecta: Hemiptera: Heteroptera) of Germany reveals taxonomic uncertainties and surprises / M. J. Raupach, L. Hendrich, S. M. Küchler, F. Deister, J. Morinière, M. M. Gossner // PLoS One. - 2014. - Vol. 9. - No. 9. - P. e106940. - DOI: 10.1371/journal.pone.0106940.
19. Rulik, B. Sitona lineatus voucher ZFMK-TIS-2508853 cytochrome oxidase subunit 1 (COI) gene, partial cds; mitochondrial / B. Rulik, D. Ahrens. - Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ nuccore/1169324055.
20. Rulik, B. Oulema melanopus voucher ZFMK-TIS-2503712 cytochrome oxidase subunit 1 (COI) gene, partial cds; mitochondrial / B. Rulik, D. Ahrens. - Режим доступа: https://www.ncbi. nlm. nih. gov/nuccore/KU917843.
21. Shblawy, M. L. Eurygaster integriceps voucher sh.jo 11 cytochrome oxidase subunit 1 (COI) gene, partial cds; mitochondrial [Electronic resource] / M. L. Shblawy, S. R. Al-Jorany. - Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MH547364.
22. Sievers, F. Clustal omega / F. Sievers, D. G. Higgins //Current protocols in bioinformatics. - 2014. - Vol. 48. - No 1. - P. 3.13. 1-3.13. 16.
23. Tay, W. T. Lobesia botrana haplotype Hap22 cytochrome b (Cytb) gene, partial cds; mitochondrial / W. T. Tay // Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/KX621052.
24. Untergasser, A. Primer3 - new capabilities and interfaces / A. Untergasser, I. Cutcutache, T. Koressaar, J. Ye, B. C. Faircloth, M. Remm, S. G. Rozen // Nucleic acids research. - 2012. - Vol. 40. - No 15. - P. e115. - DOI: 10.1093/nar/gks596.
25. Wallace, S. K. Molecular gut analysis of carabids (Coleoptera: Carabidae) using aphid primers: a thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Entomology / S. K. Wallace. - Montana State University, Bozeman, 2004. - 57. p.
26. Winter, S. Timing and host plant associations in the evolution of the weevil tribe Apionini (Apioninae, Brentidae, Curculionoidea, Coleoptera) indicate an ancient co-diversification pattern of beetles and flowering plants / S. Winter, A. L. L. Friedman, J. J. Astrin, B. Gottsberger, H. Letsch // Molecular phylogenetics and evolution. - 2017. - Vol. 107. - P. 179-190. - DOI: 10.1016/j.ympev.2016.10.015.
27. Ye, J. Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction / J. Ye, G. Coulouris, I. Zaretskaya, I. Cutcutache, S. Rozen, T. L. Madden // BMC bioinformatics. - 2012. - Vol. 13. - No 1. - P. 134. - DOI: 10.1186/1471-2105-13-134.
28. Zhang, L. Phylogeographic structure of cotton pest Adelphocoris suturalis (Hemiptera: Miridae): strong subdivision in China inferred from mtDNA and rDNA ITS markers / L. Zhang, H. Li, S. Li, A. Zhang, F. Kou, H. Xun, P. Wang, Y. Wang, F. Song, J. Cui, J. Cui, D. H. Gouge, W. Cai //Scientific reports. - 2015. - Vol. 5. - P. 1-14. - DOI: /10.1038/srep14009.
29. Zhao, W. DNA barcoding of Chinese species of the genus Eurydema Laporte, 1833 (Hemiptera: Pentatomidae) / W. Zhao, Q. Zhao, M. Li, J. Wei, X. Zhang, H. Zhang // Zootaxa. - 2017. - Т. 4286. - №. 2. - P. 151-175. - DOI: 10.11646/zootaxa.4286.2.1.
30. Żurovcová, M. "DNA barcoding" is of limited value for identifying adelgids (Hemiptera: Adelgidae) but supports traditional morphological taxonomy / M. Žurovcová, J. Havelka, P. Starý, P. Vechtová, D. Chundelová, A. Jarošová, L. Kucerová // European Journal of Entomology. - 2010. - Vol. 107. - No 2. - P. 147-156. - DOI: 10.14411/eje.2010.020.

Авторы:

1. Хомицкий Евгений Евгеньевич, аспирант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина».
2. Замотайлов Александр Сергеевич, д-р биол. наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина».
3. Савенкова Дарья Сергеевна, студент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина».
4. Милованов Александр Валерьевич, канд. биол. наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина».
5. Белый Александр Иванович, канд. с.-х. наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина».