Лаборатория разработки методики метагеномного анализа для экспресс-воздействий на окружающую среду в условиях интенсивного недропользования

С 2022 года начата работа по баркодингу коллекции Фунгария ЮГУ с целью получить сиквенсы ДНК для большей части определенных до вида таксонов коллекции. Под баркодингом мы понимаем секвенирование определенного региона ДНК всех образов коллекции с публикацией сиквенсов в базе данных коллекции и/или на открытых порталах (GenBank, GBIF) [1, 2]. Задачей является получение сиквенсов и их депонирование в базе данных без сопутствующего молекулярно-генетического анализа, или в минимальном объеме. Таким образом, это в целом техническая работа, требующая компенетций в области протоколов секвенирования по Сэнгеру, выполняемая в рутинном режиме лаборантами. Конечным результатом работы являются полученные сиквенсы, обработанные и загруженные в базы данных, и их метаданные, отраженные в лабораторных журналах. Баркодинг в этом смысле – это своеобразное первичное сканирование коллекции, позволяющее выявить потенциального новые таксоны, подтвердить или опровергнуть классическую идентификацию, и присвоить образцу стабильный объективный признак (баркод). Актуальность баркодинга коллекций заключается в создании дополнительного признака (региона ДНК) для повышения точности определения, что значительно экономит время и повышает качество работы по идентификации во время будущей ревизии группы. Вторым важным аспектом является обнаружимость образцов коллекции машинным способом (поиском образцов в BLAST NCBI), в результате которого коллекции будут быстрее вовлечены в экспертную работу разными специалистами по всему миру. Баркодинг широко практикуется в крупных мировых коллекциях, особенно коллекциях типовых образцов. Для малых коллекций, где часто встречается недостаточная экспертиза образцов, тотальный баркодинг может иметь второстепенную роль. Однако, он остается актуальным и может применяться в определенных масштабах.

Была инициирована программа по метабаркодированию грибных сообществ в различных типах экосистем таежной зоны Западной Сибири. Первая часть проекта сосредоточена на метабаркодировании различных субстратов в экосистемах верховых болот. В настоящее время мы расширяем разнообразие местообитаний за счет отбора проб почвы и подстилки из различных типов лесов, изучения грибных сообществ на филлопланах, а также исследуем изменения в видовом составе под влиянием разливов нефти. Используются два разных подхода к секвенированию eДНК: технология Illumina MiSeq (на основе аутсорсинга образцов ДНК) и технология Nanopore MinION. Для дополнения долговременного мониторинга грибных сообществ верхового болота методом анализа экологической ДНК мы провели серию отборов проб с общих субстратов на той же территории в болоте Мухрино. Четыре основных субстрата были подвергнуты метабаркодированию: торф (от поверхностного слоя до глубины около 3 м), листовой опад шести болотных растений, древесина (представленная стандартизированными деревянными чопиками) и микоризные корни двух болотных деревьев. Метабаркодирование ITS2-региона (платформа Illumina MiSeq) выявило около 1200 операционных таксономических единиц (OTU) и 800 таксонов Линнея. Полученные последовательности были обработаны с помощью QIIME2 (Quantitative Insights Into Microbial Ecology 2, версия 2023.9). Анализ последовательностей выявил всего 1259 OTU, классифицированных на 471 вид, 423 рода, 223 семейства, 86 порядков, 30 классов, семь типов и одно царство с уровнем сходства 99%. Около 42% таксонов были идентифицированы на видовом уровне, 21% — на уровне рода, а остальные — на более высоких таксономических уровнях. Набор данных, представляющий собой ДНК-основанные наблюдения, был опубликован в GBIF как набор данных о нахождениях с расширенной таблицей данных на основе рекомендаций (Filippova et al. 2023b).

Серия постоянных пробных площадей и маршрутов была заложена в окрестностях Ханты-Мансийска (деревня Шапша) в 2014 году для описания видового состава, количественной структуры и динамики сообществ в разных типах лесов и болот. Так как вырубка является основным фактором нарушений в этом районе, мы выбрали несколько стадий сукцессии после вырубки для размещения 10 пробных площадей. Другая серия площадей была создана в сообществе верхового болота на исследовательском полигоне Мухрино. Методы отбора проб соответствуют рекомендациям (Mueller et al., 2004, Biodiversity of fungi ..). Площади и маршруты посещаются регулярно с 2014 года с интервалом в 1–2 недели на протяжении всего вегетационного сезона, что позволяет описывать фенологию плодоношения. Данные мониторинга опубликованы в GBIF как наборы данных событий отбора проб и доступны по следующим ссылкам: Filippova N (2022). Наблюдения за наземными макрогрибами на пробных площадях в различных типах лесов бореальной зоны Западной Сибири (2015-2021). Версия 1.18. Биологическая коллекция Югорского государственного университета (YSU BC). Набор данных событий отбора проб https://doi.org/10.15468/ge1hkl доступ через GBIF.org 28.02.2024. Filippova N, Rudykina E, Dobrynina A, Zvyagina E (2023). Наблюдения за макрогрибами на пробных площадях в верховых болотах Западной Сибири (2014-2023). Версия 1.40. Биологическая коллекция Югорского государственного университета (YSU BC). Набор данных событий отбора проб https://doi.org/10.15468/e9g5ri доступ через GBIF.org 28.02.2024. Filippova N (2022). Исследование наземных макрогрибов по маршрутам в окрестностях Ханты-Мансийска, Западная Сибирь. Версия 1.8. Биологическая коллекция Югорского государственного университета (YSU BC). Набор данных событий отбора проб https://doi.org/10.15468/7mzitk доступ через GBIF.org 28.02.2024.

Микологические исследования в Западной Сибири начались с отдельных работ в начале XX века, однако регулярные и систематические исследования относятся к 1970-80-м годам. В последующие десятилетия в регионе работали несколько десятков исследователей, и было опубликовано более тысячи научных работ. База данных грибных находок Западной Сибири (FunWS) была разработана для мобилизации литературных данных о находках грибов и грибоподобных организмов, опубликованных в предыдущих исследованиях. База данных FunWS включает около 30 полей, описывающих такие параметры, как название вида, источник публикации, номер гербария, дата сбора, информация о местности, растительность, субстрат и другие. Находки, включенные в базу данных, были извлечены из ранее опубликованных работ; гербарные коллекции и другие неопубликованные данные в базу не входили. База данных экспортирует информацию в два набора данных, опубликованных в GBIF для южной и северной частей региона. Каждый набор данных описан в соответствующей статье, опубликованной в Biodiversity Data Journal в 2019 и 2021 годах. Опубликованные источники: Filippova N, Ageev D, Bolshakov S, Davydov EA, Filippova A, Filippov I, Gashkov S, Gorbunova I, Kalinina L, Kudashova N, Palomozhnykh E, Shabanova N, Tomoshevich M, Vayshlya O, Vlasenko A, Vlasenko V, Vorobʼeva I, Yakovchenko L, Zvyagina E (2021) The fungal literature-based occurrence database for southern West Siberia (Russia). Biodiversity Data Journal 9: e76789. https://doi.org/10.3897/BDJ.9.e76789 Filippova N, Ageev D, Bolshakov S, Vayshlya O, Vlasenko A, Vlasenko V, Gashkov S, Gorbunova I, Davydov EA, Zvyagina E, Kudashova N, Tomoshevich M, Filippova A, Shabanova N, Yakovchenko L, Vorob’eva I, Kalinina L, Palomozhnykh E (2021) The Fungal Literature-based Occurrence Database in Southern West Siberia (Russia). Biodiversity Information Science and Standards 5: e74178. https://doi.org/10.3897/biss.5.74178 Filippova N, et al. (2021) The Fungal Literature-based Occurrence Database in Southern West Siberia (Russia) [Poster, presented at TDWG 2021] https://doi.org/10.13140/RG.2.2.30819.89125 Filippova N, Arefyev S, Zvyagina E, Kapitonov V, Makarova T, Mukhin V, Sedelnikova N, Stavishenko I, Shiryaev A, Tolpysheva T, Ryabitseva N, Paukov A (2020) Fungal literature records database of the Northern West Siberia (Russia). Biodiversity Data Journal 8: e52963. https://doi.org/10.3897/BDJ.8.e52963