ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.17:597.553.2
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ НЕРКИ Oncorhynchus nerka БАССЕЙНА р. КАМЧАТКА И ОЗЕРНО-РЕЧНЫХ СИСТЕМ ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ БЕРИНГОВА МОРЯ ПО ДАННЫМ АНАЛИЗА ЛОКУСОВ ОДНОНУКЛЕОТИДНОГО ПОЛИМОРФИЗМА
© 2015 г. А. М. Хрусталева1, Н. В. Кловач1, Е. В. Ведищева1, Дж. Е. Сиб2
1Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Москва 107140
e-mail: mailfed@mail.ru
2School of Aquatic & Fishery Sciences, University of Washington, 355020 Seattle United State of America
Поступила в редакцию 05.12.2014 г.
Изучена изменчивость 45 локусов однонуклеотидного полиморфизма ДНК (ОНП, или SNP) нерки бассейна р. Камчатка и четырех озерно-речных систем западно-беринговоморского побережья. На основании полученных оценок генетической дифференциации крупнейших популяций нерки Восточной Камчатки и Чукотки исследованные выборки объединены в две региональные группы — популяция бассейна р. Камчатка, включающая многочисленные локальные субпопуляции и сезонные расы, и северная группировка рек Олюторско-Наваринского района, в которой относительно обособлена нерка Мейныпильгынской озерно-речной системы. Значительная дивергенция обнаружена между островной (оз. Саранное, о. Беринга) и "континентальными" популяциями. В выборке нерки позднего хода из р. Камчатка выявлена генетическая неоднородность, выделены группы рано и поздносозревающих особей. Для р. Апука также отмечена подразделенность нерестового хода на две генетически различающиеся пространственно-временные группировки. Полученные результаты дают основания полагать, что дифференциация выборок нерки по частотам однонук-леотидных замен во многом обусловлена различиями в направлении и силе локального отбора по некоторым локусам в популяционных комплексах и внутрипопуляционных группировках из обследованных речных бассейнов Восточной Камчатки, Чукотки и Командорских островов.
DOI: 10.7868/S0016675815090052
Одним из наиболее значимых районов воспроизводства нерки в Азии является восточное побережье Камчатки, включая р. Камчатка, запас которой обеспечивает до 50% от суммарного вылова данного вида на территории России, а также реки, впадающие в Олюторский залив Берингова моря. Довольно многочисленные второстепенные стада нерки населяют водоемы Чукотки и Командорских островов.
Условия размножения, пресноводного нагула и ската молоди нерки на северо-востоке азиатской части ареала имеют определенное сходство с таковыми на североамериканском побережье. В частности, высокая численность нерки в данном районе обусловлена в первую очередь обилием в бассейнах рек ледниковых и лагунно-лиманных озер, пригодных для размножения и нагула молоди данного вида. Так, в бассейне р. Камчатка такими озерами являются Двухъюртучное, Курсин, Азабачье и др.; в системе притоков рек Олютор-ского района — это основные нерковые нересто-во-выростные озера Корякского нагорья: оз. По-тат-Гытхын (бассейн р. Пахача) и оз. Ватат-Гыт-хын (бассейн р. Апука); на севере Наваринского района наиболее значимым водоемом воспроиз-
водства нерки является Мейныпильгынская озерно-речная система с лиманными озерами Ва-амочка и фиордовым Пикульнейское; в северной части о. Беринга — оз. Саранное [1].
Неслучайно популяционные комплексы данного вида на восточно-камчатском побережье в течение последних сорока лет неизменно остаются объектами популяционно-генетических исследований. К примеру, локальная популяция р. Камчатка, характеризующаяся самой сложной структурой среди всех популяционных систем азиатско-тихоокеанского региона, считается наиболее хорошо изученной не только в Азии, но и в Северной Пацифике в целом [2]. Исследованиям внутрипопуляционного генетического разнообразия нерки данной озерно-речной системы посвящены десятки работ: в бассейне р. Камчатка выявлена пространственная дифференциация на уровне субизолятов по ряду полиморфных ферментных генов [3—8], мтДНК [9], микросателлит-ным локусам [10, 11].
Популяции западного побережья Берингова моря изучены гораздо менее детально. Данные о генетической структуре нерки Олюторско-Нава-ринского района до недавнего времени носили
Таблица 1. Исследованные выборки нерки бассейна р. Камчатка и рек западного побережья Берингова моря
№ (как на рис. 1) Место вылова Обозначение Даты вылова Объем выборки
1 Мейныпильгынская озерная система, оз. Ваамочка СЬ 28.07.2004 50
2 р. Апука КА 24.06.2008 и 25.06.2008 53
3 р. Пахача КРЬ 17.06.2005-27.06.2005 59
4 р. Камчатка (устье, основное русло) КК-04 29.06.2004 30.06.2004 01.07.2004 02.07.2004 05.07.2004 06.07.2004 07.07.2004 09.07.2004 10 10 14 14 15 16 2 19
КК-05 14.06.2005 20
5 оз. Азабачье, р. Бушуйка ККа 03.07.2004 и 13.07.2004 81
6 оз. Саранное ВЯ 01.08.2007 50
фрагментарный характер [8—10, 12, 13]. Лишь в последние годы в литературе появились более или менее подробные сведения о межпопуляционной генетической дифференциации стад северо-востока Камчатки по микросателлитным маркерам [11]. Однако анализ изменчивости микросател-литных локусов, в силу нейтральности последних, не всегда дает исчерпывающую информацию о структуре того или иного регионального комплекса исследуемого вида. Кроме того, нестабильность, сложное мутационное поведение этих локусов и неполное соответствие ему имеющегося математического аппарата, высокая скорость эволюции и, как следствие, насыщение мутациями, в отдельных случаях приводящее к гомопла-зии аллелей в популяциях с длительными сроками дивергенции, а также нуль- и интер-аллели, искажающие результаты анализа, нередко ставят под сомнение корректность интерпретации мик-росателлитных данных [14, 15]. По сравнению с микросателлитными маркерами однонуклеотид-ный полиморфизм обладает рядом преимуществ не только методического, но и концептуального характера [12, 16] и при условии репрезентативности панели локусов дает возможность анализировать как нейтральные процессы в популяциях, так и действие факторов, связанных с локальной адаптацией и отбором.
В этой связи целью данной работы было исследование популяционной структуры нерки берин-говоморского побережья Камчатки, Чукотки и Командорских островов с привлечением как нейтральных, так и селективно значимых маркеров
ОНП, дающих более высокие оценки дифференциации, а также сопоставление общей картины пространственной генетической неоднородности нерки данного региона по результатам анализа ОНП с полученной ранее по микросателлитным маркерам [11]. Там, где позволяет полнота выборок, более подробно рассмотрен вопрос внутри-популяционной генетической подразделенности нерки крупных озерно-речных систем СевероВосточной Камчатки.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материал собирали в период с 2004 по 2008 г. в реках восточного побережья Камчатки, Чукотки и Командорских островов (табл. 1, рис. 1). Биологический анализ выполняли по общепринятой методике: измеряли длину, массу и определяли пол, стадию зрелости и ГСИ (гонадосоматиче-ский индекс — отношение массы гонад к массе тела без внутренностей, %) особей. У производителей нерки из устья р. Камчатка, выловленных в 2004 г., определяли возраст, руководствуясь методическими указаниями В.Ф. Бугаева [17].
Пробы ткани нерки фиксировали 96%-ным этанолом. Тотальную ДНК выделяли из фрагментов печени и плавника стандартными методами [18]. Исследовали изменчивость 45 описанных ранее локусов ОНП, три из которых (0пе_С01, 0пе_СуЛ_17, 0пе_СуЛ_26) локализованы в мито-хондриальном геноме, остальные — преимущественно в ядерных генах, диспергированных повторах и ЕЯТ-последовательностях [19—21].
Рис. 1. Карта-схема района сбора материала. 1 — Чукотка, Наваринский район, Мейныпилыынская озерно-речная система, оз. Ваамочка; Северо-Восточная Камчатка, побережье Олюторского залива: 2 — р. Апука (устье), 3 — р. Пахача (устье); Восточная Камчатка, бассейн р. Камчатка: 4 — р. Камчатка (устье), 5 — оз. Азабачье; 6 — Командорские о-ва, о. Беринга, оз. Саранное.
ш
#
5 4
БЕРИНГОВО МОРЕ
ТИХИИ ОКЕАН
200 км 1-'
3
2
В работе представлены оригинальные данные по изменчивости 45 локусов ОНП нерки восточного побережья Камчатки, Чукотки и Командорских островов, полученные методом TaqMan-ПЦР [22]. Молекулярно-генетический анализ проводили в лаборатории экологической геномики факультета гидробиологии и рыболовства Университета штата Вашингтон. Методика генотипирова-ния детально изложена в работах [22, 23]. Обозначения локусов приведены в сокращенном варианте: префикс One_, принятый для обозначения SNP-локусов нерки, опущен для краткости изложения.
Статистическая обработка данных и используемые программы описаны в работе [24]. Обнаружение предполагаемой генетической подразде-ленности выборки из устья р. Камчатка осуществляли в программе STRUCTURE 2.3.4 [25], в которой методами численного моделирования (метод цепей Маркова — 1 млн итераций, burn-in период — 100 тыс. итераций) выявляли наличие устойчивых потенциальных компонент (класте-
ров) в анализируемой выборке ("admixture model", допускающая гибридное происхождение особей, при условии независимости аллельных частот среди кластеров), определяли наиболее вероятный вариант разделения выборки на заданное число групп K (K = 1—4), затем выполняли байесовскую классификацию особей [25].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изменчивость локусов ОНП
Из 45 проанализированных локусов ОНП четыре (p53-576, RAG1-103, RAG3-93 и U404-229) были охарактеризованы как мономорфные или низкополиморфные. В выборке из р. Пахача по трем последним локусам были обнаружены мутантные аллели с частотой, не превышающей порогового значения, принятого для ОНП. Частота минорного аллеля остальных 41 локуса ОНП составляла не менее 1%.
Проверка неравновесия по сцеплению выявила корреляцию между генотипами митохондри-
Таблица 2. Показатели генетического разнообразия в выборках нерки бассейна р. Камчатка и рек западного побережья Берингова моря. Обозначения выборок как в табл. 1
Выборка H0(s.d.) He(s.d.) «a(s.d.) n "a корр
Ch 0.299(0.171) 0.271(0.187) 1.87(0.41) 1.79
KA 0.258(0.144) 0.267(0.163) 1.92(0.27) 1.85
KPh 0.267(0.168) 0.285(0.176) 1.95(0.22) 1.85
KK-04 0.248(0.166) 0.256(0.18
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.