ГЕНЕТИКА, 2015, том 51, № 2, с. 217-226
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ ^
УДК 575.21+591.9:597.58
ФИЛОГЕОГРАФИЯ И ФЕНОТИПИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ СОЛНЕЧНОГО ОКУНЯ Lepomis gibbosus (Linnaeus, 1758) СЕВЕРНОГО ПРИЧЕРНОМОРЬЯ
© 2015 г. Е. Е. Слынько1, Р. А. Новицкий2, M. P. Бэнгс3, M. Р. Дуглас3, M. Э. Дуглас3, Д. С. Христенко4, А. Н. Касьянов1, Ю. В. Слынько1
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук, Ярославская область, пос. Борок 152 742, Россия e-mail: syv@biw.yaroslavl.ru 2Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара, Днепропетровск 49010, Украина 3Отдел биологических наук Университета Арканзаса, Файттевиль, Арканзас 72701, США 4 Институт рыбного хозяйства Национальной аграрной академии наук, Киев 03164, Украина
Поступила в редакцию 10.03.2014 г.
Исследовали происхождение, генетическое и морфологическое разнообразие активно расширяющего свой ареал в водоемах Северного Причерноморья североамериканского вселенца — солнечного окуня. На основании анализа изменчивости нуклеотидной последовательности локуса cytb мтДНК установлено, что все популяции Северного Причерноморья (бассейны рек Днепр, Днестр и Дунай) представлены одним гаплотипом. Внутривидовая изменчивость отсутствует. Филогеогра-фический анализ позволил установить, что наиболее родственный гаплотип имеется в популяции солнечного окуня Новогерманского озера бассейна р. Потомак (штат Мэриленд, США), что позволяет рассматривать ее в качестве материнской для исследуемых популяций. Морфологическая изменчивость по совокупности счетных признаков была высоко однородна. По пластическим же признакам, как тела, так и черепа, обнаружена достоверная дифференциация выборки из популяции Днепровского водохранилища от популяций Дуная и Днестра. Анализ траекторий развития показал, что в Днепре обитает "пелагическая" морфо-экологическая форма солнечного окуня, а в Днестре и Дунае — "литоральная". Выдвинуто предположение, что успех расселения данного североамериканского вида в Северном Причерноморье не зависит от происхождения и уровня генетического разнообразия, а вероятнее всего обеспечен реализацией имеющейся у него дискретной морфо-экологической изменчивости.
DOI: 10.7868/S0016675814120121
Определение роли генома в формировании адаптивных ответов при освоении новых территорий и при смене места обитания — одна из наиболее существенных задач в понимании трендов эволюции и проблемы приспособленности [1—3]. К настоящему времени большинство гипотез этого плана могут быть сведены к тезису об опосредованном, но значимом влиянии филогео-графии на фенотипическую дивергенцию, приводящую к внутривидовой нередко симпатриче-ской диверсификации [4, 5]. Наиболее яркой естественной моделью для оценки этой роли служат активно расселяющиеся и натурализующиеся в новых местообитаниях виды. К череде наиболее показательных относятся виды трансконтинентального переноса, в частности между Северной Америкой и Европой. Собственно говоря, современные представления о процессах и механизмах биоинвазий основаны преимущественно на анализе в первую очередь трансконтинентальных вселенцев [6]. Среди пресноводных североамери-
канских рыб по масштабу экспансии в Европе наиболее показателен представитель эндемичной группы центрарховых — синежаберный, или солнечный, окунь (Lepomis gibbosus Linnaeus, 1758). Нативный ареал вида включал в себя бассейны Гудзонова залива, Великих Озер, верховьев Миссисипи и Миссури и водоемы штатов Южная Каролина и северо-западной части Джорджии [7]. C 1940-х годов стала отмечаться экспансия солнечного окуня в водоемах Северной Америки. Пик расселения пришелся на 1980-1990-е годы. К настоящему времени его ареал охватывает большую часть Канады, среднее течение Миссисипи, весь бассейн Миссури, почти все восточные и западные штаты США [8]. В Европу солнечный окунь был завезен в целях декоративного прудового и аквариумного рыбоводства. Первые регистрации солнечного окуня в водоемах Европы относятся еще к концу XIX в. (водоемы Франции, 1877-й год) [9, 10], вспышка его численности и современной экспансии практически по всем европей-
ским речным бассейнам пришлась на конец XX— начало XXI в. [11, 12]. В Северном Причерноморье первые находки солнечного окуня относятся к низовьям Дуная в 1946 г. [13], а за период 1980— 2000 гг. отмечено расширение его ареала практически по всем пресноводным бассейнам Причерноморья, за исключением бассейна р. Северский Донец [14—18]. При изучении морфологических особенностей солнечного окуня в водоемах североамериканского континента было установлено, что данный вид образует симпатрические морфо-экологические формы — "пелагическую" и "литоральную", обусловленные дифференциацией прежде всего пластических признаков тела, отражающих приспособления к различным плавательным способностям [19] и трофическим предпочтениям [20]. Взаимосвязи филогеографических маркеров (а это преимущественно нейтральные по своему характеру локусы, как правило, митохон-дриального генома), отражающих историю происхождения популяций солнечного окуня, с наблюдаемой морфо-экологической диверсификацией обнаружено не было. Однако, хотя и не во всех исследованных водоемах, прослеживалась положительная связь морфо-экологических форм с генетической изменчивостью по частотам микроса-теллитных локусов [21].
Задачей нашего исследования было определение происхождения популяций солнечного окуня в Северном Причерноморье на основании анализа изменчивости локуса суЛ мтДНК и наличия морфо-экологической дифференциации солнечного окуня в новообразованных популяциях.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Выборки солнечного окуня собраны в нагульный период 2012—2013 гг. в озерах Ялпуг-Кугур-луй (дельта р. Дунай), в Днестровском лимане (дельта р. Днестр) и в р. Самара (приток Днепровского водохранилища на р. Днепр). Для филогео-графического исследования использовали фрагмент локуса суЛ мтДНК, проанализированного у 5 экз. половозрелых особей солнечного окуня из каждой выборки. Образцы мышечной ткани отбирали у прижизненно фиксированных в 96%-ном этаноле особей и затем использовали их для выделения ДНК. Тотальную клеточную ДНК выделяли с помощью набора реагентов DiatomTMDNAPrep100 (ООО "Лаборатория Изоген", Москва). Для мо-лекулярно-генетического анализа амплифициро-вали участок гена цитохрома Ь (суЩ мтДНК длиной 1140 пн. Синтез фрагмента проводили с использованием разработанных ранее внешних праймеров [22]:
forward primer 5'-GTGACTTGAAAAACCACCGTTG-3'; reverse primer 5 ' - CTCCATCTCCGGTTTACAAGAC-3 '.
Смесь для полимеразной цепной реации (ПЦР) содержала десятикратный буфер для амплификации (Fermentas, Литва) (10 ммоль трис-HCl (pH 8.8), 50 ммоль KCl, 2.5 ммоль MgCl2, 0.8% Nonidet P40), по 200 нмоль каждого из четырех dNTP, по 3.2 пмоль каждого из двух праймеров, 0.9 ед. Та#-полимеразы (Бионем, Москва) и 100 нг тотальной клеточной ДНК. Амплификацию проводили в объеме 25 мкл, для предотвращения испарения в ходе ПЦР на реакционную смесь на-
слаивали минеральное масло. Программа амплификации включала в себя этап первоначальной денатурации ДНК (94°С — 2 мин), 30 циклов синтеза фрагмента (94°С - 45 с, 50°С - 1 мин, 74°С -1 мин) и этап окончательной элонгации цепи (72°С — 5 мин). Полученные ПЦР-продукты се-квенировали на базе ЗАО "Евроген Ру" (Москва) в прямом и обратном направлениях с использованием двух внешних праймеров и дополнительно двух внутренних [23]:
basscytbf1 5'-CACCCCTACTTCTCCTACAAAGA-3'; basscytbr1 5'-AAGGCRAAGAAGCGGGTGAGGG-3'.
Выравнивание и анализ полиморфизма нук-леотидных последовательностей, расчет генетических дистанций и индексов проводили в программных пакетах BioEdit 5.0.9.1 [24], MEGA 5.2 [25]. Филогенетическое древо с расчетом бут-стреп-поддержек узлов ветвления (1000 репликаций) строили в программе MEGA 5.2 с применением метода "ближайшего соседа" (Neighbor Joining, NJ). При проведении кластерного анализа в качестве материала для сравнения использо-
ваны варианты нуклеотидных последовательностей гена цитохрома Ь мтДНК на участке 1140 пн у солнечного окуня из трех локальностей на территории США (АУ828962.1 GI: 60684578; AY828961.1 GI: 60684576; AY828960.1 GI: 60684574). Для межвидового сравнения использованы варианты нуклеотидных последовательностей двух видов рода Ьерот1з из водоемов Северной Америки: Ь. аыгЫм и Ь. тасгосЫтз, а в качестве внеш-
Изменчивость морфологических признаков солнечного окуня водоемов Северного Причерноморья
Показатели Дельта Дуная, оз. Ялпуг—Кугурлуй (п = 52) Днепровское водохранилище (п = 11) Днестровский лиман (п = 10)
Пластические признаки
1 90.00-120.00 (101.94 ± 0.82); 34.92 61.00-84.00 (69.27 ± 1.83); 36.82 85.00-121.00 (102.50 ± 3.53); 24.94
с 30.00-41.00 (34.64 ± 0.35); 6.50 21.00-29.00 (23.41 ± 0.75); 6.24 28.00-41.00 (34.65 ± 1.26); 15.89
с/1 0.31-0.37 (0.34 ± 0.002); 0.0002 0.31-0.36 (0.34 ± 0.004); 0.0002 0.32-0.35 (0.34 ± 0.003); 0.0001
Н 42.50-60.00 (49.51 ± 0.46); 11.00 24.50-40.00 (30.59 ± 1.29); 18.39 39.00-58.00 (49.65 ± 1.93); 37.28
Н/1 0.43-0.55 (0.49 ± 0.004); 0.001 0.38-0.49 (0.44 ± 0.01); 0.001 0.46-0.51 (0.49 ± 0.01); 0.0003
к 14.00-23.00 (17.91 ± 0.28); 3.96 0.14-0.18 (0.16 ± 0.005); 0.0002 14.50-23.50 (18.45 ± 0.84); 7.03
к/1 0.15-0.21 (0.18 ± 0.002); 0.0002 10.00-13.00 (11.18 ± 0.33); 1.16 0.16-0.21 (0.18 ± 0.01); 0.0003
Счетные признаки
т 9.00-12.00 (10.19 ± 0.10); 0.47 8.00-11.00 (9.91 ± 0.21); 0.49 8.00-11.00 (9.90 ± 0.23); 0.54
В2 8.00-12.00 (10.67 ± 0.11); 0.62 10.00-12.00 (10.82 ± 0.23); 0.56 11.00-12.00 (11.10 ± 0.10); 0.10
А1 2.00-3.00 (2.69 ± 0.06); 0.22 2.00-3.00 (2.82 ± 0.12); 0.16 2.00-4.00 (3.00 ± 0.15); 0.22
А2 8.00-11.00 (9.44 ± 0.09); 0.41 9.00-11.00 (9.45 ± 0.21); 0.47 9.00-11.00 (9.40 ± 0.22); 0.49
Р 7.00-12.00 (9.54 ± 0.13); 0.88 6.00-9.00 (7.91 ± 0.28); 0.89 10.00-12.00 (10.70 ± 0.21); 0.46
V 3.00-8.00 (5.26 ± 0.14); 0.89 5.00-7.00 (5.27 ± 0.19); 0.42 5.00-6.00 (5.10 ± 0.10); 0.10
1.1. 35.00-44.00 (39.81 ± 0.30); 4.71 36.00-42.00 (38.09 ± 0.68); 5.09 38.00-43.00 (40.30 ± 0.50); 2.46
VII 12.00-14.00 (12.48 ± 0.09); 0.45 11.00-13.00 (12.09 ± 0.16); 0.29 12.00-13.00 (12
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.