научная статья по теме ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СИБИРСКОГО ЧУКУЧАНА (CATOSTOMUS CATOSTOMUS ROSTRATUS) ПО ДАННЫМ ОБ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕНА ЦИТОХРОМА B МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК Биология

Текст научной статьи на тему «ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СИБИРСКОГО ЧУКУЧАНА (CATOSTOMUS CATOSTOMUS ROSTRATUS) ПО ДАННЫМ ОБ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕНА ЦИТОХРОМА B МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 4, с. 334-340

= ГЕНЕТИКА

УДК 597.551.2:591.81

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СИБИРСКОГО ЧУКУЧАНА (Catostomus catostomus rostratus) ПО ДАННЫМ ОБ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕНА ЦИТОХРОМА b МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК

© 2014 г. Л. Т. Бачевская, В. В. Переверзева, Г. Д. Иванова, Г. А. Агапова, А. А. Примак

Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, 685000 Магадан, ул. Портовая, 18 E-mail: gekki54@mail.ru Поступила в редакцию 09.10.2013 г.

Получены данные о строении и изменчивости нуклеотидной последовательности гена цитохрома b мтДНК сибирского чукучана из р. Колымы. Результат анализа медианной сети позволил выделить эволюционные линии, дивергировавшие от общего предка. Показано, что проникновение чукучана в Азию из Северной Америки произошло на границе раннего и среднего плейстоцена. Отмечено, что длительная репродуктивная изоляция сибирского чукучана — подвида обыкновенного чукучана из Северной Америки — привела к внутривидовой дивергенции, которая сопровождалась появлением аминокислотных замен, закрепившихся, вероятно, под воздействием положительного отбора. У сибирского чукучана обнаружено три модификации белка Cytb.

DOI: 10.7868/S0002332914040031

Большинство видов рода чукучаны (Catostomus) обитают в Северной Америке. Обыкновенный чукучан Catostomus catostomus, Forster, 1773 не является исключением. Он широко распространен в северных реках континента, в основном к северу от Великих озер (Scott, Crossman, 1973). На Северо-Востоке России обитает его подвид — сибирский чукучан С. catostomus rostratus, Tilesius, 1814. Морфологические исследования видов рода чукучаны проводились по всему их ареалу. Во многих работах изучалась их кариология. Отмечено, что все изученные виды этого рода тетрапло-идные и имеют большое число дуплицированных локусов. При этом более примитивные по своей морфологии виды имеют большую долю дуплицированных локусов, чем продвинутые (Beamish, Tsuyuki, 1971; Uyeno, Smith, 1972). На примере чу-кучановых было показано, что чем выше гетеро-зиготность, тем скорее дуплицированный ген утрачивает способность к экспрессии.

С развитием молекулярно-генетических исследований, распространенных на различные виды семейства чукучановых, появились публикации, в которых представлены результаты изучения строения мтДНК. Среди них немало работ о полиморфизме гена цитохрома b представителей чукучановых (Harris, Mayden, 2001; Cunha et al., 2002; Harris et al., 2002; Saitoh et al., 2006; Sun et al., 2007; Clements et al., 2012). На основании полученных данных об изменчивости мтДНК рас-

сматривались филогенетические взаимоотношения в семействе, а также между некоторыми видами рода чукучаны. Отмечая большой интерес к представителям данного рода, надо подчеркнуть, что молекулярно-генетические исследования сибирского чукучана до настоящего времени не проводились, несмотря на то что он имеет важное значение как биогеографический индикатор существовавших в прошлом фаунистических связей между Азией и Северной Америкой (Линдберг, 1955, 1972; Дарлингтон, 1966).

Сибирский чукучан — редкий эндемичный азиатский подвид, обитающий на значительном удалении от основного ареала вида в Северной Америке. В Азии он распространен только в реках Колымо-Индигирской низменности (Новиков 1966; Берг, 1949; Кириллов, 1972; Новиков и др., 1975; Черешнев, 1998, 2008; Решетников, 2002). Вследствие разрыва ареала произошло разделение вида на обособленные эволюционные линии.

Цель работы — исследование генетической структуры сибирского чукучана из р. Колымы (подвида обыкновенного чукучана из Северной Америки) по данным об изменчивости гена цитохрома Ь мтДНК и определение уровня их дивергенции.

34445577 6755787838 6229167283 11 7899900 8304989 6732936

Catostomus catostomus EU676808 GAGCAAATAT GTGATAG

Catostomus catostomus AF454871 ■.ATGG...С •■.G.G.

CH1Catostomus catostomus rostratus JX258854 *CiT■G■С■■ л я С■■

CH2Catostomus catostomus rostratus JX258855 ■С■Т■GGC■■ АС ■ ■ С . а

CH3Catostomus catostomus rostratus JX258856 CC.T.G.C.. АС■■С■■

CH4Catostomus catostomus rostratus JX258857 «СшТ■ G■ Ci ■ АС..С.А

CH5Catostomus catostomus rostratus JX258858 • С • Т • G • СС ■ АСА.С..

Рис. 1. Сайты замен в гаплотипах сибирского чукучана из р. Колымы относительно нуклеотидной последовательности гена еуЛ мтДНК обыкновенного чукучана Еиб76808 (Северная Америка).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В основу работы положены биологические материалы, собранные в 2011—2012 гг. Выборка особей (87 шт.) сибирского чукучана получена из различных участков русла р. Колымы. Выделение и очистку ДНК проводили модифицированным методом Флеминга и Кука (Fleming, Cook, 2002). Амплификация нуклеотидной последовательности гена цитохрома b мтДНК (cytb мтДНК) проводилась с использованием подобранных нами праймеров Lchuc 14344 CCG-AGA- CCA- GTG-ACT-TGA-AGA-ACC-ACC-GTT-G, Rchuc15561 CCT-CCG-ATC-TTC-GGA-TTA-CAA-GAC-CGA-CGC. Условия полимеразной цепной реакции подбирались эмпирически: денатурирующая стадия: 95°C — 5 мин; затем 32 цикла: 95°C — 45 с, 50°C — 30 с, 70°C — 2 мин 30 с; заключительная стадия: 72°C — 7 мин. Нуклеотидную последовательность амплифицированного участка мтДНК определяли по стандартной методике с использованием наборов для циклического секвенирования ДНК Big Dye Terminator (Applied Biosystems, v. 3.1) и генетического анализатора ABI Prism 3130 (Applied Biosystems, США). Выравнивание и анализ нуклеотидных последовательностей осуществляли с использованием пакета программ MEGA-5 (Tamura et al., 2011) и ARLEQUIN 3.0. (Excofffier et al., 2005). Генетическое разнообразие (нуклео-тидное — я) и (гаплотипическое — h) рассчитывали методом Неи (Nei, 1987) и Хедрик (Хедрик, 2003). Соответствия характера нуклеотидных замен гипотезе нейтральности (для использованного маркера) в выборке чукучана из р. Колымы устанавливали с помощью теста D Таджимы (Taji-ma, 1989). Адаптивные изменения гена cytb мтДНК исследовали с помощью пакета программы TreeSAAP 3.2. Была проведена оценка значимости аминокислотных замен в восьми категориях значимости (mc) (Woolley et al., 2003). Для построения медианных сетей применяли алгоритм

MJ (Median-Joining) программы Network 4.5.1.0 (Bandelt et al., 1999). Филогенетический анализ проводили с использованием метода "ближайшего соседа" (NJ-анализ) и 2-параметрической модели Кимуры MEGA-5 (Tamura et al., 2011). Для этого наряду с собственными данными были привлечены сведения о строении нуклеотидных последовательностей гена cytb обыкновенного чукучана из рек Северной Америки (GenBank, EU676808; AF454871). В качестве внешней группы была взята последовательность нуклеотидов гена cytb Myxocyprinus asiaticus, GenBank, AF036176 (Xiao et al., 2001). Степень дивергенции мтДНК оценивали с помощью дистанции р, которая соответствует среднему расстоянию между предковым гаплотипом и всеми обнаруженными в исследованной выборке производным вариантами, включая гипотетические (mv) (Bandelt et al., 1999).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изученный ген cytb мтДНК сибирского чукучана содержит 1140 пар нуклеотидов (п.н.) и соответствует положению с 14392-й по 15532-ю п.н. полного генома мтДНК C. commersonii, GenBank, NC008647 (Saitoh et al., 2006). Выявленные нук-леотидные последовательности сибирского чуку-чана из р. Колымы депонированы в GenBank (JX258854 - JX258858). Их анализ позволил обнаружить пять вариантов гена cytb. Они приведены на рис. 1 в сравнении с нуклеотидной последовательностью гаплотипа C. catostomus, представленной в базе данных GenBank под номером EU676808. Нуклеотидный состав исследованного гена мтДНК сибирского чукучана характеризуется некоторым смещением в сторону тимина и аденина (29.2 и 25.2% соответственно) относительно ци-тозина и гуанина (28.1 и 17.5% соответственно). GC-содержание в геномах позвоночных варьиру-

336

БАЧЕВСКАЯ и др.

53 56 91

■ C. catostomusrostratus CH2 JX258855 ~C. catostomus rostratus CH4 JX258857 'C. catostomus rostratus CH1 JX258854

■ C. catostomus rostratus CH3 JX258856

■ C. catostomus rostratus CH5 JX258858 _ C. catostomus AF454871

61L C. catostomus EU676808

_T C. commersonii JF799437

C. commersonii JF799435

0.01

Рис. 2. N1 — Филогенетическое дерево нуклеотидных последовательностей гена еуЛ мтДНК чукучанов из рек Северной Америки и Северо-Восточной Азии.

ет от 35 до 45%. Несмотря на это, отмеченное нами смещение соответствует свойственному для мито-хондриальных геномов животных (Avise, 1994).

В целом выявлено небольшое число вариабельных позиций (0.439%) общей длины исследованного гена cytb мтДНК сибирского чукучана. Тем не менее обращает на себя внимание соотношение транзиции/трансверсии 3 : 2. Как правило, транзиции происходят значительно чаще трансверсий (Nei, Kumar, 2000) и их соотношение может достигать высоких значений. В нашем случае это не так, причем обнаружена лишь одна транзи-ция по третьему нуклеотиду, в то время как у североамериканского чукучана наблюдаются одна транзиция по первому нуклеотиду и шесть по третьему (рис. 1).

Филогенетический анализ показал, что представленные в GenBank нуклеотидные последовательности гена cytb мтДНК обыкновенного чукучана из рек Северной Америки (EU676808, AF454871) и обнаруженные нами у сибирского чукучана из р. Колымы распределились в два кластера (рис. 2). Оба кластера характеризуются высоким уровнем бутстреп-поддержки (91%), структурированы и подразделяются на субкластеры с менее высокой поддержкой паттерна родственных отношений (61 и 56%). Такая топология филогенетического дерева наблюдалась не только при алгоритме NJ, но и в случае UPGMA-анали-за, что свидетельствует о высоком уровне достоверности полученного результата.

Для оценки времени разделения митохондри-ального генофонда чукучана была использована медианная сеть (рис. 3), построенная по принципу минимального числа нуклеотидных замен (Bandelt et al., 1999). Расчет эволюционного возраста выделенных у чукучана линий мтДНК проводили исходя из того, что скорость накопления мутаций в исследованном гене равна 1—2% ди-

вергенции (для транзиций и трансверсий) за 1 млн лет (Brown et al., 1979

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.

Показать целиком