ГЕНЕТИКА, 2006, том 42, № 2, с. 233-243
ГЕНЕТИКА ^^^^^^^^^^^^^^^^ ЖИВОТНЫХ
УДК 575.17:597.553
АНАЛИЗ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕНА ЦИТОХРОМА b У СИМПАТРИЧНЫХ ГОЛЬЦОВ КРОНОЦКОГО ОЗЕРА (КАМЧАТСКАЯ ОБЛАСТЬ)
© 2006 г. О. А. Радченко1, Е. А. Салменкова2, В. Т. Омельченко3
1 Институт биологических проблем Севера Дальневосточного отделения Российской академии наук, Магадан 685000; факс: (41322) 3-44-63; e-mail: mradchenko@mail.ru 2 Институт общей генетики им. НИ. Вавилова Российской академии наук, Москва 1199991;
факс: (495) 132-89-62; e-mail: salm@vigg.ru 3 Институт биологии моря Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток 690041;
факс: (4232) 31-09-00; e-mail: inmarbio@mail.primorye.ru
Поступила в редакцию 05.04.2005 г.
Определены нуклеотидные последовательности гена цитохрома b митохондриальной ДНК у выделенных ранее симпатричных форм (видов) гольцов бассейна озера Кроноцкого (п-ов Камчатка) и ряда других гольцов рода Salvelinus и проведен их филогенетический анализ. Уровень дивергенции гена цитохрома b в группе кроноцких гольцов (0.48%) совпадает с величиной межпопуляционных различий у северной мальмы. Это свидетельствует об относительно недавней дивергенции гольцов Кроноцкого озера. Гаплотипы каждой из форм озерных кроноцких гольцов подразделяются на две группы, которые входят в состав двух разных филогенетических линий мтДНК, выявляемых у северной мальмы Чукотки и Камчатки. Процессы формообразования кроноцких гольцов оказались не связанными с наблюдаемой изменчивостью гена цитохрома b мтДНК.
Гольцы Кроноцкого озера представляют большой интерес для исследования закономерностей микроэволюции и формообразования у гольцовых рыб. Озеро Кроноцкое - крупнейшее пресноводное озеро на восточном побережье Камчатки с ненарушенной экосистемой, поскольку входит в состав Кроноцкого государственного заповедника. В бассейне оз. Кроноцкого обитают пять форм (видов) гольцов рода Salvelinus [1]. Кунджа и мальма обнаружены в вытекающей из озера реке Кроноцкой. В самом озере, согласно P.M. Викторовскому [1], симпатрично обитают длинноголовый (ДГ), носатый (НГ) и белый (БГ) гольцы, которые, по его мнению, сформировались в условиях изоляции и последовательно вселились в озеро. Наиболее обособленный и узкоспециализированный длинноголовый голец описан P.M. Викторовским как самостоятельный вид S. kronocius, а два других - соответственно как эндемичный подвид и локальная популяция мальмы S. malma [1]. Однако позднее были высказаны и иные мнения о происхождении и таксономическом статусе дифференцированных форм озерных кроноцких гольцов - все были отнесены к самостоятельным видам [2, 3], и, напротив, все рассматривались как формы одного вида [4]. Такая ситуация стимулировала интерес к изучению генетической дифференциации кроноцких гольцов, позволяющей судить об уровне их репродуктив-
ной изоляции [5, 6]. В нашем предыдущем исследовании было показано, что по аллозимным и ми-кросателлитным локусам разные формы кроноцких озерных гольцов достоверно различаются на уровне, характерном для пространственной дифференциации популяций северной мальмы Б. та1та та1та. В то же время ни в одной паре сравниваемых форм гольцов не удалось найти фиксированных различий ни по аллозимным и микросателлитным локусам, ни по электрофоретическим спектрам ми-огенов, ни по рестрикционным типам мтДНК. Наличие фиксированных различий могло бы свидетельствовать о репродуктивной изоляции и таксономической самостоятельности форм в условиях симпатрии, оказалось же, что обнаруженные генетические различия между формами не выходят за рамки внутривидовой межпопуляционной изменчивости. Предполагается, что такая степень генетической дифференциации между разными формами озерных гольцов обусловлена их относительно недавней дивергенцией [5, 6].
Цель настоящей работы - продолжить изучение генетической дифференциации среди кро-ноцких озерных гольцов с помощью анализа нук-леотидных последовательностей гена цитохрома Ь митохондриального генома, и на этой основе попытаться выяснить их филогенетические связи с другими гольцами Северо-Востока России и других регионов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использован биологический материал (мышечная ткань) от 13 экземпляров гольцов (белый, носатый, длинноголовый гольцы, мальма речная), собранных в бассейне Кроноцкого озера в 2003 г. (детали см. в [6]). Для сравнительного анализа привлечены данные о других 25 представителях рода Salvelinus Чукотки, северного побережья Охотского моря, Камчатки, Сибири, Финляндии, Аляски, Канады (табл. 1; данные о № 23-39 получены нами ранее [7]).
Тотальная ДНК была выделена согласно [8]. Нуклеотидные последовательности участка гена цитохрома b мтДНК длиной 1050 пн определялись по методу Сенгера [9] с использованием ДНК-секвенатора ABI PRIZM 310 и набора реактивов BigDye Terminator KIT V. 3.0 ("РЕ Applied Biosystems", США) согласно рекомендациям фирмы-изготовителя.
Филогенетический анализ полученных нукле-отидных последовательностей гена цитохрома b мтДНК выполнен с помощью пакета программ MEGA 2.1 при использовании следующих методик: невзвешенного парногруппового метода кластеризации (UPGMA); реконструкции филогенетических деревьев по принципу объединения по соседству (NJ) и методу максимальной экономии (МР). Значения дивергенции между нуклеотид-ными последовательностями, выраженные в процентах нуклеотидных замен на сайт (p-дистан-ции), рассчитаны с помощью пакета программ MEGA 2.1. В качестве внешней группы при построении филогенетических схем был использован атлантический лосось Salmo salar. Устойчивость кластеризации полученных филогенетических деревьев проверялась в 1000 циклах бутстрэп-анализа, реализованного в компьютерном пакете MEGA 2.1.
Эволюционные взаимоотношения между последовательностями мтДНК анализировали с помощью метода медианных сетей (алгоритм median-joining) [10], реализованного в программе Network 4.1.0.8. Метод медианных сетей, как и другие методы максимальной экономии, основан на минимизации числа эволюционных событий, приводящих к изменениям ДНК [11]. Метод позволяет использовать медианные векторы - гипотетические типы ДНК, необходимые для соблюдения принципа минимизации числа эволюционных событий. В графическом виде результаты анализа представлены филогенетической сетью, в которой совмещены несколько возможных топологий дендрограмм. Совмещение топологий приводит к появлению n-мерных циклов, число которых может быть уменьшено понижением веса параллельных мутаций и изменением интервала поиска медианных векторов (было выбрано значение £ = 0) [12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Нуклеотидные последовательности участка мтДНК размером 1050 пн, включающего практически весь ген цитохрома b, были определены у 38 экземпляров гольцов. На рис. 1 представлены вариабельные нуклеотидные позиции исследованного участка.
Обнаруженные в анализе нуклеотидных последовательностей мтДНК гольцов (исключая кунджу и гольца Леванидова) различия определялись точечными мутациями в 53 сайтах, среди которых 35 мутаций - транзиции и 18 - трансверсии. В общей группе исследованных гольцов найдено 29 гаплотипов, 11 из них принадлежат кроноцким гольцам. Отсутствие нуклеотидных различий при попарных сравнениях последовательностей гена цитохрома b зарегистрировано между мтДНК следующих гольцов: 1) белый голец (номер 90 в табл. 1), белый голец (91), длинноголовый голец (103), голец Таранца (197); 2) носатый голец (15) и мальма (234chu); 3) мальма (630och) и нейва (465); 4) боганидская палия (592) и даватчан (736); 5) арктический голец (583, 586), пучеглазка (588), голец Дрягина (593) (табл. 2). Минимальное число нуклеотидных различий (по одному) обнаружено между последовательностями гена цитохрома b таких пар гольцов, как: НГ (15) / БГ (69); НГ (15) / мальма (110chu); БГ (69) / мальма (234 chu); БГ (90) / голец Таранца (195); БГ (91) / голец Таранца (195); ДГ (103) / голец Таранца (195); мальма (110 chu) / мальма (234 chu); голец Таранца (195) / голец Таранца (197). Максимальное число мутационных замен наблюдалось между кунджей и другими представителями рода Salvelinus - 4963 (степень дивергенции 5.0-5.5%), а также между гольцом Леванидова и остальными гольцами -53-63 (степень дивергенции 5.7-6.0%) (табл. 2, 3). Последняя оценка, как и данные по белковым маркерам генов [13], подтверждает валидность эндемичного для северного побережья Охотского моря гольца Леванидова.
Анализ нуклеотидных последовательностей гена цитохрома b мтДНК в группе гольцов оз. Кроноцкого показывает в среднем относительно низкий уровень их дивергенции - 0.48%, с вариацией от 0 до 1% (табл. 3). Наиболее дифференцирован от других гаплотип одного из длинноголовых гольцов (номер 102 в табл. 1), имеющий три трансверсии. Такой же уровень дивергенции - в среднем 0.49% (0.1-1.2%) - наблюдается среди гаплотипов северной мальмы из различных регионов: Чукотки, Камчатки, севера Охотоморья, Северной Америки (табл. 3). Как видим, степень дивергенции гена цитохрома b среди кроноцких гольцов практически совпадает с аналогичной оценкой внутривидовой дивергенции у северной мальмы.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
АНАЛИЗ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕНА ЦИТОХРОМА b 1. Данные об исследованных видах (формах)
Вид/форма (номер образца) Локальность Рестрикционный тип мтДНК
Носатый голец (15) Кроноцкое оз., Камчатка AAAA/ACDC
Белый голец (80) То же AAAA/ACDC
Белый голец (90) » AAAA/ACCC
Белый голец (91) » AAAA/ACCC
Носатый голец (2) » AAAA/ACCC
Длинноголовый голец (109) » AAAA/ACCC
Мальма (39кат) р. Кроноцкая, Камчатка AAAA/ACDC
Мальма (630оеЬ) р. Армань, северное Охотоморье AAAA/ACCC
Мальма (103еЬц) р. Гетлянген, Чукотка AAAA/ACCC
Длинноголовый голец (103) Кроноцкое оз. Камчатка AAAA/ACCC
Длинноголовый голец (102) То же AAAA/ACDC
Мальма (110еЬц) р. Гетлянген, Чукотка AAAA/ACDC
Мальма (216еЬц) р. Марич, Чукотка AAAA/ACEC
Мальма (490кат) руч. Вилючинский, Камчатка AAAA/ACCC
Белый голец (69) Кроноцкое оз., Камчатка AAAA/ACDC
Длинноголовый голец (
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.