ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 3, с. 213-218
= ГЕНЕТИКА =
УДК 595.773.4:577.2
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ГРУППАМИ ЗЛАКОВЫХ МУХ РОДА Meromyza НА ОСНОВЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО И МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
© 2014 г. Т. А. Триселёва, Н. А. Акентьева, А. Ф. Сафонкин
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071 Москва, Ленинский просп., 33 E-mail: triselyova@yandex.ru Поступила в редакцию 30.08.2013 г.
По локусу COI мтДНК и по морфологии репродуктивного аппарата самцов исследованы филогенетические отношения между группами видов злаковых мух рода Meromyza. Ветвление филогенетического дерева, построенного методом ближайшего связывания (Neighbor-Joining), объединяет последовательности образцов видов рода Meromyza в пять кластеров с высокой поддержкой. Показано, что объединение видов в определенный кластер соответствует однотипности морфологических признаков гонитов самцов.
DOI: 10.7868/S0002332914030126
Род Меготу1а широко распространен в Го-ларктике, особенно в его палеарктической части. Приуроченность мух рода Меготуга только к злаковым растениям выделяет их среди большого семейства СЫогор1ёае. Поскольку личинки мух развиваются в злаках, некоторые виды этого рода могут быть вредителями зерновых культур. Род насчитывает 97 видов (Нарчук, Федосеева, 2011).
По внешним признакам виды рода Меготуга трудно определять из-за большой изменчивости в окраске морфологических структур. Основным критерием для определения служат гониты самцов. Ранее Губицка (ИиЫека, 1970) в пределах рода Меготуга выделила несколько групп видов, основываясь на разных критериях внешней морфологии и строении половых придатков. Так, по строению гонитов ею были выделены четыре, по строению эдеагуса самцов — четыре, по строению эпандрия и сурстилей — семь групп видов. Еще четыре группы видов были выделены на основе обобщенных морфологических признаков: формы гонитов, сурстилей, фаллуса, а также рисунка на переднегруди. Нарчук и Федосеева (2011) выделяют три группы видов. Группа видов "рга-Шгиш", объединяет виды, близкие к виду Меготу-ргШогыт. Виды этой группы хорошо отличаются от других видов боковым расположением задних гонитов и соединением с передними П-образным швом. Другая группа видов отличается малосклеротизованными гонитами, причем задние имеют небольшие размеры и плотно примыкают к передним. В третью группу авторы включили все остальные виды, имеющие сильно-
склеротизованные передние и выраженные задние гониты.
Уже довольно давно в филогенетических и по-пуляционных исследованиях применяются современные методы молекулярной диагностики. Анализ нуклеотидных последовательностей мтДНК достаточно широко используется в систематике, в том числе у насекомых и особенно у чешуекрылых (Sperling, Hickey, 1994; Kruse, Sperling, 2002). Изменчивость митохондриальных генов дает возможность для филогенетических построений в таксонах, где морфологические различия очень незначительны. Комплексный подход, включающий в себя молекулярные, морфологические и экологические данные, позволяет точнее строить филогенетические деревья (Damgaard et al., 2000; Normark, 2000; Skevington, Yeates, 2000).
Несмотря на достаточно полную систематическую изученность рода Meromyza, нет данных по молекулярно-генетической изменчивости рода и сопоставления таких данных с морфологическими признаками.
Цель работы — анализ нуклеотидных последовательностей участка гена COI мтДНК у видов рода Meromyza и сопоставление этих данных с морфологией гонитов самцов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
У 14 видов рода Meromyza изучена изменчивость локуса COI мтДНК. ДНК была выделена из имаго самцов мух с использованием реагентов "Диатом ДНК 200" (Изоген, Москва). ПЦР проводили согласно протоколу, описанному Крузом
и Сперлингом (Kruse, Sperling, 2002), с набором реактивов для ПЦР 5xMasterMix (Диалат, Москва). Для определения изменчивости мтДНК использовали праймеры CI-J-2183 (5'-CAACATT-TATTTTGÄTTTTTTGG-3') и TL2-N-3014 (5'- TC-CAATGCACTAATCTGCCATATTA-3') (Kruse, Sperling, 2002).
Продукт амплификации очищали методом осаждения раствором этилового спирта с добавлением 5 М ацетата натрия. Электрофорез и чтение нуклеотидных последовательностей продукта амплификации выполняли на автоматическом секвенаторе ABI PRISM 3130 (Applied Biosystems, США) с использованием набора реактивов Big-Dye Terminatot kit 3.1 (Applied Biosystems) в кабинете методов молекулярной диагностики ИПЭЭ РАН. Амплифицируемый фрагмент составлял 770 п.н. Всего было проанализировано 35 образцов. Данные обрабатывали с помощью пакета программ MEGA-5 (Tamura et al., 2011), Network ver. 4.6.1 (Bandelt et al., 1999). Для построения филогенетического дерева гаплотипов использовали метод ближайшего связывания (Neighbor-Joining). Виды были представлены одним или двумя гаплотипами. Номера гаплотипов в GenBank KF688185—KF688203. В качестве внешней группы был выбран представитель близкого к сем. Chloropidae вид из сем. Agromyzidae — Liriomyza trifolii.
Для изучения морфологии гениталий брюшки самцов просветляли в 7%-ном КОН, помещали в глицерин и исследовали под бинокулярным микроскопом МБС 10 (Россия).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При анализе участка COI мтДНК видов рода Meromyza наблюдается следующая картина. Ветвление филогенетического дерева, построенного методом ближайшего связывания, объединяет последовательности образцов видов рода Meromyza в пять кластеров с высокой степенью поддержки (рис. 1).
Первый кластер представлен группой, называемой "pratorum". Кластер образован следующими видами: M. pratorum Mg., M. conifera Fed., M. bre-vifasciata Fed., M. jacutica Fed. Самцы всех видов имеют крупные передние гониты, слегка вытянутые вперед. Задние гониты имеют вид полупрозрачных лопастей, примыкают к передним гони-там сбоку и соединены с ними П-образным швом. Все виды, кроме M. pratorum, группируются и образуют единый подкластер.
Морфология гонитов всех трех видов очень похожа. Передние гониты слегка вытянуты вперед и закруглены на конце. Только у M. jacutica передние гониты на конце заострены. Вид M. pratorum распологается на филогенетическом дереве
отдельно от остальных видов. В строении гонитов он также имеет черты отличия: передние гониты вытянуты вперед, их нижний край выпуклый, отогнут в плоскости перпендикулярно плоскости гонитов; задние гониты более крупные.
По данным молекулярного анализа к группе "pratorum" примыкает второй кластер, представленный видом M. nigriventris Mcq. Передние гониты имеют вытянутую форму, зауженную на конце. Задние гониты располагаются позади передних, плотно прилегая к ним, и также слегка заострены на конце. Передние гониты хорошо обособлены от задних.
По классификации Губицка (Hubicka, 1970) виды M. nigriventris и M. pratorum объединяются в группу, хотя автор отмечает, что M. pratorum по морфологии гонитов обособляется от других видов, входящих в эту группу.
Третий кластер представлен видами M. laeta Mg., M. variegata Mg., M. femorata Mcq., M. mosquensis Fed. Объединение этих видов в кластер также коррелирует с морфологией гонитов. Самцы этих видов имеют массивные лодочковидные передние гониты с большим числом щетинок на поверхности и заостренные задние гониты. По классификации Губицка (Hubicka, 1970) все виды данного кластера, кроме M. mosquensis, объединяются в одну группу.
По результатам молекулярно-генетического анализа кластер подразделяется на три подкла-стера, каждый из которых имеет большую поддержку. Выделение видов в разные подкластеры соответствует особенностям в строении гонитов самцов.
Первый подкластер образован двумя видами: M. laeta, M. variegata. Морфология гонитов этих видов имеет сходные черты: закругленность переднего края передних гонитов с наличием щетинок на поверхности, небольшой размер и заостренность задних гонитов. В работе Федосеевой (1960) по аналогии с описаниями Мейгена (Meigen, 1830, 1838) и Шинера (Schiner, 1864) эти виды рассматриваются как самостоятельные. Однако Федосеева (1960) приводит и альтернативную гипотезу Беккера (Becker, 1910), который рассматривал эти виды как один. Как следует из результатов молекулярного анализа, эти виды очень близки и образуют отдельный подкластер с высокой поддержкой бутстрепа, что поддерживает мнение Беккера о единстве этих видов.
Второй подкластер образован видом M. femorata. В отличие от видов первого подкластера передние гониты самцов M. femorata более крупные, скошенные на конце. Задние гониты крупные, прикрепляются к передним сбоку под углом и отделены от передних глубоким швом.
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ГРУППАМИ ЗЛАКОВЫХ МУХ
215
63
53
64
84
100
'M. conifera
~M. brevifasciata
~M. jacutica (3) 67
M. jacutica
100
M. pratorum 'M. nigriventris *~M. nigriventris
100
' M. mosquensis (2)
55
' M. femorata (4)
89
100
95
100
73
63
73
M. variegata (4)
M. laeta M. inornata (2)
M. inornata (4)
~M. acuminata
~M. acuminata
'M. saltatrix
89
' M. saltatrix (2) _ M. pallida (2) M. nigrofasciata ~M. nigrofasciata - Liriomyza trifolii NC 014283.1
0.02
Рис. 1. Дендрограмма филогенетических отношений между группами видов злаковых мух рода Meromyza, построенная на основании фрагмента гена COI мтДНК методом ближайшего связывания (Neighbor-Joining) с использованием модели Тамура—Нея. В узлах — результаты бутстреп-анализа. Шкала — генетическая дистанция между гаплотипами. Число образцов каждого гаплотипа (если их >1) приведено в скобках рядом с обозначением вида. Напротив каждого вида изображены гониты самцов.
Рис. 2. Медианная сеть гаплотипов мтДНК злаковых мух рода Мвготу?,а. 1 — отдельные гаплотипы вида, 2 — гипотетические промежуточные предки.
Третий подкластер представлен также только одним видом — M. mosquensis, который по классификации Губицка (Hubicka, 1970) не объединяется с первыми тремя видами. Передние гониты самцов имеют крупные размеры, утолщены у основания и слегка заострены на конце. Задние гониты прикрепляются к передним аналогично задним гонитам M. laeta, M. variegata, но имеют меньшие размеры и более плотно примыкают к передним гонитам.
Четвертый кластер образован видо
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.