ГЕНЕТИКА, 2014, том 50, № 6, с. 700-708
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.174.015.3:595.78
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ И МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ У ЧЕШУЕКРЫЛЫХ НА ПРИМЕРЕ МОНОМОРФНОЙ СОСНОВОЙ СОВКИ Panolis flammea L. И ПОЛИМОРФНОЙ ВСЕЯДНОЙ ЛИСТОВЕРТКИ Archips podana Scop.
© 2014 г. Т. А. Триселёва, А. Ф. Сафонкин
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, Москва 119071
e-mail: triselyova@yandex.ru Поступила в редакцию 28.08.2013 г.
Изучен уровень полиморфизма локуса COI мтДНК в сравнении с морфологией репродуктивного аппарата самцов у мономорфного вида — сосновой совки и полиморфного — всеядной листовертки. Степень гетерогенности популяции связана с репродуктивным поведением и широтой питания. Механизм копуляции сосновой совки, в отличие от всеядной листовертки, не предполагает наличия системы направляющих зубцов на эдеагусе. Уровень непрерывной изменчивости в количестве фиксирующих зубцов и их размере у сосновой совки свидетельствует о мономорфности вида по данному критерию. Мономорфность сосновой совки и полиморфизм всеядной листовертки проявляются как на морфологическом уровне, так и на молекулярном: отмечена небольшая изменчивость участка COI мтДНК у сосновой совки по сравнению со всеядной листоверткой.
DOI: 10.7868/S0016675814060125
Явление полиморфизма широко распространено среди животного мира. Считается, что поддержание состояния полиморфизма является адаптивной популяционной стратегией, обеспечивающей регуляцию постоянных взаимодействий в системе популяция—среда [1]. Известно, например, что полиморфные популяции полнее используют среду, чем мономорфные [2]. К понятию полиморфизма можно отнести разнообразие представителей одного вида, в том числе и существование морфологически различимых форм внутри одной популяции. Накоплены многочисленные данные о существовании взаимосвязи между изменчивостью различных морфологических структур и количеством занимаемых ниш особями одной популяции среди практически всех групп беспозвоночных животных [3—7].
Для многих видов чешуекрылых полиморфизм отмечен как на уровне морфологии, так и биохимии [8, 9]. С другой стороны, среди тех же чешуекрылых достаточное число видов, адаптивная стратегия которых при взаимодействии со средой определяется морфологической мономорфно-стью.
Сравнение полиморфных и мономорфных видов интересно с точки зрения различия в механизмах, поддерживающих широту внутривидовой изменчивости на уровне популяций.
Одним из критериев полиморфизма у чешуекрылых на уровне вида служат внутривидовые особенности репродуктивного поведения насеко-
мых, тесно связанные со строением генитального аппарата самцов и самок [10]. В этом плане модельными видами могут служить полиморфный полифаг — всеядная листовертка (Archips podana Scop.) и мономорфный олигофаг — сосновая совка (Panolis flammea L.), ареал которых включает территорию Восточно-Европейской равнины. Отмечено, что половой аппарат у многих видов совок и листоверток имеет сложное строение как по общей морфологии, так и по кутикулярным элементам отдельных частей гениталий [11, 12]. Так, в репродуктивной системе по морфологическим признакам у всеядной листовертки по количеству и расположению зубцов на эдеагусе было выделено четыре фенотипа самцов, а по выростам антрума — четыре фенотипа самок. С помощью этих маркеров описана сложная структура популяции всеядной листовертки, гусеницы которой развиваются на большинстве садовых и лесных видов растений [13, 14]. У сосновой совки в половом аппарате самцов не было обнаружено морфологических структур, соответствующих критерию фена [10]. Сосновая совка в исследуемом ареале обитает в стабильных условиях соснового леса на одном кормовом растении (Pinus sylvestris L.). Помимо изучения гетерогенности популяции вида по степени внутривидовой изменчивости морфологических признаков, дополнительным современным методом для выявления полиморфизма может также служить анализ участка COI мтДНК [15].
Цель работы — изучение внутривидового разнообразия в популяции мономорфной сосновой совки и полиморфной всеядной листовертки на основе анализа участка COI мтДНК в сравнении с морфологическими особенностями кутикуляр-ных структур на эдеагусе.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Куколки сосновой совки были собраны в сосновом лесу в Нотецкой Пуще, г. Познань, и около гг. Гданьск и Торунь (Северо-Западная Польша), в Хоперском заповеднике Воронежской области, на Джанибекском стационаре Волгоградской области (Россия). Сбор материала проведен из популяций, находящихся на разных фазах массового размножения: в Нотецкой Пуще — в период пика вспышки, в остальных районах Польши — в начале массового размножения, на территории России — в период многолетней депрессии. Имаго всеядной листовертки взяты из лабораторной культуры, поддерживаемой в течение 15 лет, разведенной от гусениц, собранных в яблоневых садах на территории Московской области. Особи из Центральной Польши около г. Скерневице (Ski-erniewice) были пойманы в клеевые феромонные ловушки в промышленном яблоневом саду.
У этих видов была изучена изменчивость локу-са COI мтДНК. Общая ДНК была выделена из живых куколок и имаго с использованием реагентов "Диатом ДНК 200" ("Изоген", Москва). ПЦР проводили согласно протоколу, описанному Кру-зом и Сперлингом [16], с набором реактивов 5хМаз1егМ1х ("Диалат", Москва). Для определения изменчивости мтДНК использовали праймеры CI-J-2183: 5'-CAACATTTATTTTGATTTTTTGG-3' и CI-N-2659: 5'-GCTAATCCAGTGAATAATGG-3' [16]. Очистку продукта амплификации проводили 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") с использованием набора реактивов BigDye Terminatot kit 3.1 ("Applied Biosystems") в кабинете молекулярной диагностики ИПЭЭ. Амплифицируемые фрагменты составляли порядка 500 пн. Для сравнения уровня вариабельности выбирали один и тот же участок COI мтДНК. При сопоставлении участков COI мтДНК происходило смещение последовательностей образцов двух видов чешуекрылых относительно друг друга. Поэтому анализируемый фрагмент составлял 417 пн у всеядной листовертки и 420 пн — у сосновой совки. В этом случае сохранялся сопоставимый уровень различий в степени вариабельности конкретного фрагмента. Обработка данных проводилась с помощью паке-
та программ MEGA 5 [17], ARLEQUIN ver. 3.5 [18], Network ver. 4.6.1.1 [19].
Для изучения морфологического полиморфизма препараты гениталий самцов просветляли в 7%-ной КОН и помещали в глицерин. Фотографии сделаны с помощью светового микроскопа Leica DMR (Германия), снабженного камерой JVC KY F55B (Япония), и обработаны с помощью программы Adobe Photoshop CS3.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Молекулярные исследования
При выравнивании полученных нами последовательностей (n = 35) участка COI мтДНК образцов сосновой совки обнаружено 10 вариабельных сайтов, из которых шесть парсимониально-информативные. Общее число замен — девять транзиций, одна трансверсия. Нуклеотидный состав данного фрагмента включает 12.6% цитози-на, 40.2% тимина, 30.4% аденина и 16.7% гуанина. Нуклеотидная изменчивость всей выборки равна 0.3% (S.E. = 0.002). Всего по данному участку было описано 12 гаплотипов, из них семь гаплоти-пов уникальных, каждый из оставшихся пяти га-плотипов встречается в нескольких образцах с частотой от 2 до 15 (гаплотип 7Р — в двух образцах, гаплотип 27П — в двух образцах, 6Р — в четырех, 19П — в пяти, 13П — в 15 образцах).
Филогенетические отношения между гаплоти-пами иллюстрирует медианная сеть, представленная на рис. 1. Из рисунка видно, что гаплоти-пы в целом образуют единую гаплогруппу. Гаплотип 13П дает начало остальным гаплотипам. При этом отдельной линией от него отходит линия га-плотипов с территории России. Один из гаплоти-пов (7Р) встречается в образце из Польши и образце из России. Ветвление филогенетического дерева, построенного методом ближайшего связывания (Neighbor-Joining), показывает, что гап-лотипы совок с территории России, собранные в период многолетней депрессии, стоят отдельно от гаплотипов из Польши и занимают базальное положение (рис. 2).
Генетическая дистанция между особями, собранными на территории Польши, и особями из южных областей России невелика и составляет 0.03% (S.E. = 0.002). Выявленные различия между популяциями представлены в табл. 1.
При выравнивании полученных нами последовательностей (n = 30) участка COI мтДНК образцов всеядной листовертки обнаружено 78 вариабельных сайтов, из которых 34 парсимониально-информативные. Общее число замен — 41 транзи-ция, 61 трансверсия. Нуклеотидный состав данного фрагмента включает 13.4% цитозина, 39.4% тимина, 29.8% аденина и 17.4% гуанина. Нуклео-тидная изменчивость всей выборки равна 3%
294-
13П
23П
-014П
6Р
-О-
2Р
-О 27П
3Р
Рис. 1. Медианная сеть гаплотипов мтДНК сосновой совки с территории Польши, Хоперского заповедника и Джани-бекского стационара (Россия). Цифры на ветвях — положение нуклеотидной замены. Круги — отдельные гаплотипы, диаметр круга соответствует числу образцов с данным гаплотипом; длина ветвей соответствует числу мутаций между гаплотипами; черным цветом отмечены гаплотипы с территории Хоперского заповедника, белым — Джанибекского стационара, серым — Польши. Цифры рядом с буквами — номер гаплотипа. П — Польша, Р — Россия (для рис. 1, 2).
17П
23П
13П
_ 19П 2П
— 14П
- 32П
7Р
27П
72 6Р
3Р
2Р
Heliothis virescens
0.01
Рис. 2. Дендрограмма филогенетических отношений между гаплотипами сосновой совки, построенная на основании фрагмента гена COI мтДНК методом ближайшего связывания (Neighbor-Joining) с использованием модели Тамура-Нея. В узлах — результаты бутстреп-анализа. Цифры — номер гаплотипа. Шкала — генетическая дистанция между гаплотипами. H. virescens — внешняя группа.
(8.Е. = 0.001). Всего по данному участку было описано 28 гаплотипов, из них только один гап-лотип (10АБ) встречается в двух образцах, остальные — уникальные.
При анализе гаплотипов мтДНК, как и в случае с сосновой совкой,
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.