doi: 10.15389/agrobiology.2012.5.111rus

УДК 579.8.06

КОНЦЕПЦИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ТАКСОНОМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БАКТЕРИЙ: ЭВОЛЮЦИОННОЕ ПРОСТРАНСТВО ГЕНА 16S-рРНК v. 1.0

А.С. ДОЛЬНИК1, Г.С. ТАМАЗЯН1, Е.В. ПЕРШИНА2, К.В. ВЯТКИНА3, Ю.Б. ПОРОЗОВ4, А.Г. ПИНАЕВ2, Е.Е. АНДРОНОВ2

Проблема системности в таксономии, в основе своей связанная с вопросами эволюции, остается одной из сложнейших в современной биологии, и в частности в микробиологии. Эта проблема всегда привлекала внимание ученых, в том числе Н.И. Вавилова, закон гомологических рядов которого, несомненно, следует отнести к числу наиболее ярких попыток внесения упорядоченности в анализ биоразнообразия. В молекулярной экологии микроорганизмов востребованность универсальной таксономической системы особенно очевидна. Анализ таксономической структуры почвенных микробиомов с использованием секвенаторов нового поколения сталкивается с многочисленными трудностями, одна из которых — невозможность точной идентификации значительной части выявляемых в окружающей среде вариантов гена 16S-рРНК из-за отсутствия близкородственных последовательностей в базах данных. Для решения этой проблемы мы предлагаем концепцию «эволюционного пространства» гена 16S-рРНК, или своеобразной системы, в которой есть место для любой последовательности указанного гена вне зависимости от того, присутствует ли она в базах данных/биосфере и даже реализована ли она в ходе эволюции. В такой системе любой вариант гена 16S-рРНК получает фиксированные координаты. Эволюционное пространство открывает возможность для создания универсальной «таксономической карты» и привлечения ряда мощных алгоритмов для анализа микробного сообщества как единого целого. В настоящей публикации описана первая версия эволюционного пространства гена 16S-рРНК бактерий минимально возможной размерности (13D).

Ключевые слова: эволюционное пространство, метатаксономия, 16S-рРНК, микробное сообщество.

 

Полный текст

Рисунок

 

THE EVOLUTIONARY SPACE OF BACTERIAL 16S rRNA GENE v. 1.0.

A.S. Dolnik1, G.S. Tamazyan1, E.V. Pershina2, K.V. Vyatkina3, Yu.B. Porozov4, A.G. Pinaev2, E.E. Andronov2

A systematicity in taxonomy, basically related to evolution, remains one of the greatest problem of in modern biology, and in particular microbiological topology. This problem has always attracted the attention of scientists, including N.I. Vavilov. He proposed a law of homologous series which, of course, must be regarded as the most striking in the current attempts to make analysis of biodiversity. In the molecular ecology of microorganisms, the demand for universal taxonomic system is particularly evident. Introduction of the new generation sequencing techniques into molecular ecology studies requires introduction of the radically new statistical approaches. This problem can be solved by the creation of the «metataxonomy», an integral approach for the analysis of the microbial communities, allowing to study microbial communities as a whole. It is related to a number of questions in evolutionary biology, taxonomy, mathematics, geometry and demands large computing. One of the most important problems is thr detection in 16S rRNA libraries of large amount of taxonomically «not attributed» sequences. To resolve this problem we propose the «evolutionary space» of 16S rRN gene, where fixed coordinates exist for every possible variant of 16S rRNA gene regardless of whether this variant is present in biosphere/database or even implemented in the course of evolution. In the current article we present the results of the analysis of a 16S rRNA gene database, where for the first time we constructed «evolutionary space», the assumed operational environment for «metataxonomy». The evolutionary space makes it possible to use a number of powerful statistical approaches aimed to analyse complex microbial community as a whole. Here we present the first version of evolutionary space with minimal possible dimension (13D).

Keywords: evolutionary space, metataxonomy, 16S rRNA, microbial community.

1Санкт-Петербургский государственный университет,
199034 г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9,
e-mail: alexander.dolnik@gmail.com;
2ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
микробиологии Россельхозакадемии,

196608 г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3,
e-mail: eeandr@gmail.com;
3Санкт-Петербургский академический университет,
научно-образовательный центр нанотехнологий РАН,

195220 г. Санкт-Петербург, ул. Хлопина, 8, корп. 3,
e-mail: kira@math.spbu.ru;
4Санкт-Петербургский национальный
исследовательский университет информационных
технологий, механики и оптики,

197101 г.Санкт-Петербург, Кронверкский просп., 49,
e-mail: porozov@ifc.cnr.it         

Поступила в редакцию
25 мая 2012 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало