ВОПРОСЫ ИХТИОЛОГИИ, 2015, том 55, № 1, с. 74-81
УДК 597.553.2.575.17
ГОЛЬЦЫ РОДА SALVELINUS ИЗ ОЗЕРА НАЧИКИНСКОЕ (КАМЧАТКА) И ИХ ПОЛОЖЕНИЕ В ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ S. ALPINUS-S. MALMA
© 2015 г. А. Л. Сенчукова*, **, С. Д. Павлов*, Е. В. Есин***, Г. Н. Маркевич*, Н. С. Мюге***, ****
*Московский государственный университет
**Институт проблем экологии и эволюции РАН — ИПЭЭ РАН, Москва
***Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии — ВНИРО, Москва
****Институт биологии развития РАН — ИБР РАН, Москва
E-mail: asenchukova@gmail.com
Поступила в редакцию 03.12.2013 г.; после доработки — 05.06.2014 г.
Впервые определены нуклеотидные последовательности двух участков митохондриального генома (участка D-loop и гена Cyt b) у симпатрично обитающих гольцов рода Salvelinus из оз. Начикинское (Камчатка) и проведено сравнение с последовательностями митохондриальной ДНК, имеющимися в GenBank. Уровень различий по двум участкам митохондриальной ДНК у совместно обитающих мальмы и озёрного гольца оказался достаточно высоким (15—20 мутаций). Полученные результаты подтверждают существование в оз. Начикинское двух симпатрических форм гольца, принадлежащих к двум генетическим группам, — арктического гольца S. alpinus complex и мальмы S. malma complex.
Ключевые слова: гольцы Salvelinus alpinus complex, S. malma complex, митохондриальная ДНК, генетическое разнообразие, оз. Начикинское.
DOI: 10.7868/S0042875215010208
Гольцы рода Salvelinus из оз. Начикинское (юго-восточная Камчатка) вызывают несомненный научный интерес, поскольку совместное обитание в этом водоёме двух чётко различающихся морфологически форм ещё раз подтверждает возможность устойчивого существования близкородственных гольцов в условиях симпатрии.
Впервые озёрный голец из оз. Начикинское был описан и отнесён к высокополиморфному виду Salvelinus alpinus Савваитовой (1976). Было показано высокое сходство озёрных гольцов из озёр Начикинское и Дальнее по меристическим признакам, окраске, характеру питания, заражённости цестодой Diphyllobothrium sp., возрастному составу и темпу роста, особенностям размножения. После сравнения озёрного гольца и озёрно-речной формы мальмы Salvelinus malma из оз. На-чикинского по размерам, темпам роста, питанию, размножению, морфологическим особенностям, окраске и кариотипу был сделан вывод о репродуктивной изоляции и сильной дивергенции между ними (Савваитова, Васильев, 1976; Савваитова, 1989). По данным рестриктного анализа трёх участков митохондриальной ДНК (мтДНК) —
N№/N02, N05/N06, Су1 Ъ/Б-1оор (Олейник, Ску-рихина, 2007; Олейник, 2013), в оз. Начикинское обитают два вида гольцов — 8. та1та и 8а1уеНпт 8р. (озёрный голец), последний филогенетически близок к гольцу Таранца 8.1агапе^1 и гольцу Кро-гиус 8. krogiusae.
Для подтверждения этих данных и более точного филогенетического анализа мы впервые определили нуклеотидные последовательности двух участков митохондриального генома (участка Б-1оор и гена Су1 Ъ) у симпатрично обитающих начикинских гольцов и провели сравнение с последовательностями мтДНК, имеющимися в ОепБапк. Для сравнения с другими популяциями гольцов Камчатки также определены нуклеотид-ные последовательности мтДНК у ранее не исследованных выборок гольцов из оз. Копылье (центральная Камчатка) и из ручья Нижнекошелев-ский (южная Камчатка).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В исследование включены четыре выборки гольцов (по 12 экз. каждая), собранные в 2012 г. в
озёрах Начикинское, Копылье и в ручье Нижне-кошелевский (бассейн р. Речка 3-я). Две выборки из оз. Начикинское представлены озёрной жилой формой (в нашем исследовании рассматривается как S. alpinas ssp., далее — озёрный голец из оз. Начикинское, озёрный начикинский голец) и озёрно-ручьевой мальмой (аналог озёрно-речной формы S. malma (по: Савваитова, 1989), далее — мальма из оз. Начикинское). Гольцы из ручья Нижнекошелевский представлены жилой карликовой формой мальмы S. malma. По наблюдениям Есина и Маркевича (неопубл. данные), голец из оз. Копылье имеет морфотип, отличный от типичной озёрно-речной формы мальмы и более близкий к морфотипу многотычинковых форм озёрных гольцов из северного Охотоморья (Уегинские и Элекчанские озёра), поэтому до проведения более подробных генетических исследований именуем его Salvelinas sp. От всех 48 экз. гольцов была выделена геномная ДНК стандартным солевым методом (Aljanabi, Martinez, 1997).
Реакцию амплификации проводили в объёме 15 мкл: 1.5 мкл 10х ПЦР-буфер (Sileks, Россия), 2.5 мМ MgCl2, 0.6 мМ dNTP, 2 пМ каждого прай-мера, 100 нг ДНК и 1 единица HotTaq Buffer (Sileks, Москва) ДНК-полимеразы (Sileks). Для амплификации участка D-loop мтДНК использовали праймеры HN20 GTGTTATGCTTTAGTTAAGC и Tpro2 ACCCTTAACTCCCAAAGC (Brunner et al., 2001), для амплификации гена Cyt b — праймеры L14 795 TAATGGCCAACCTCCGAAAA и H15844 AGCTACTAGGGCAGGCTCATT (Радченко, 2003). Секвенирование проводили на автоматическом секвенаторе ABI 3100 с использованием набора для секвенирования BigDye v.1.1. Для секвениро-вания участка D-loop использовали праймер Tpro2, секвенирование гена Cyt b проводили с обоих концов (праймеры L14795 и H15 844).
Обработку продуктов секвенирования и множественное выравнивание осуществляли в пакете программы DNAStar (Lasergene Inc.). Для представления филогенетических отношений между гаплотипами использовали метод максимальной экономии (Templeton et al., 1992), реализованный в программе TCS (Clement et al., 2000). Статистический и филогенетический анализы проводили в программах Mega 5.05 (Tamura et al., 2011) и Arlequin 3.5 (Excoffier, Lischer, 2010).
Для сравнительного анализа использовали данные из GenBank по гену Cyt b и участку D-loop (табл. 1).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Последовательности контрольного региона (D-loop) мтДНК длиной 558 п.н. и гена Cyt b длиной 1015 п.н. определили в образцах всех 48 экз. гольцов. На участке D-loop мтДНК выявлены
12 вариабельных сайтов (2.15% всех сайтов) и 5 разных гаплотипов, на участке гена Cyt Ь — 15 вариабельных сайтов (1.48%) и 10 разных гаплотипов. По объединённой последовательности длиной 1573 п.н. (1—558 п.н. D-loop и 559—1573 п.н. Cyt Ъ) выявлены 27 вариабельных сайтов и 11 разных гаплотипов (табл. 2, 3).
Сеть гаплотипов объединённых участков D-loop и гена Cyt Ъ мтДНК исследуемых гольцов рода 8а1уеипт представлена на рис. 1. Видно, что исследуемые гольцы имеют две сильно отличающиеся (на 15 мутаций) группы гаплотипов. К первой группе (Н1—Н9) относятся: мальма из оз. Начикинское и ручья Нижнекошелевский, а также гольцы из оз. Копылье. Все они принадлежат к филогенетической группе северной мальмы. Ко второй группе (Н10—Н11) относится озёрный голец из оз. Начикинское. В первую группу также входит один озёрный начикинский голец (Н5), что, возможно, является результатом митохон-дриальной интрогрессии и говорит о неполной генетической изоляции, а также появлении гибридов между озёрным гольцом и мальмой в оз. Начикинское.
Гольцы из оз. Копылье оказались генетически однородны по участку D-loop и гену Cyt Ъ, все исследованные 12 экз. имеют один гаплотип — Н1 (широко представленный в линии северной мальмы). Таким образом, гольцы из оз. Копылье, внешне имеющие морфотип арктического гольца, по результатам секвенирования двух участков митохондриального генома принадлежат к филогенетической линии северной мальмы. Для определения статуса этой популяции требуется более полное исследование, включающее анализ ядерного генома. Граница распространения мальмы северной и южной линий точно не определена, однако выборка жилых гольцов из ручья Нижне-кошелевский, обитающих на южной оконечности Камчатки, могла бы содержать элементы генома южной мальмы или даже относиться к южной филогенетической линии. Тем не менее, выявленные четыре гаплотипа у всех 12 исследованных экземпляров относят мальму из руч. Нижнекошелевский к северной линии.
Для выяснения отношений гольцов из оз. На-чикинское с другими представителями рода 8а1уеНпы8 мы сравнили полученные нуклеотид-ные последовательности гена Cyt Ъ и участка D-loop с данными по гольцам, имеющимися в ОепБапк (Радченко, 2004; Радченко и др., 2006; Бгаппег е! а1., 2001; Yamamoto е! а1., 2006; Осинов, Мюге, 2008). Поскольку отсутствуют работы, в которых филогенетический анализ мтДНК гольцов проводился бы по обеим исследованным нами последовательностям, сравнение осуществлялось отдельно для каждого изученного участка мтДНК.
Таблица 1. Данные из GenBank, использованные в работе
Вид/форма (номер/гаплотип) № GenBank Локальность Источник информации
Ген Су1 Ь
Salvelinus malma (103chu) DQ298796 р. Гетлянген, Чукотка Радченко и др., 2006
S. malma (110chu) DQ298799 Там же Тот же
S. malma (216chu) DQ298800 р. Марич, Чукотка »
S. malma (630och) DQ298795 р. Армань, северное Охотоморье »
S. sp. (279och)* AY286029 Элекчанские озёра, Охотоморье Радченко, 2004
S. sp. (729och)* AY286034 оз. Хадды, Охотоморье Тот же
S. neiva (465) AY286033 оз. Уегинское, Охотоморье »
S. taranetzi (195) AY286027 р. Утаатап, Чукотка »
S. taranetzi (197) AY286028 Там же »
S. dryagini (593) AY286025 оз. Лама, Таймыр »
Pucheglazka (588)** AY286023 Там же »
S. boganidae (592) AY286024 » »
Davatchan (736)** AY286026 оз. Фролиха, Забайкалье »
S. alpinus (586) AY286021 оз. Канес Ладу, Финляндия »
S. alpinus (583) AY286022 Там же »
S. taranetzi (66) AY286035 озеро в бассейне р. Выквынайваам, Чукотка »
S. boganidae (737) AY286037 оз. Эльгыгытгын, Чукотка »
S. boganidae (738) AY286038 Там же »
S. elgyticus (734) AY286036 » »
S. elgyticus (775) AY286039 » »
S. sp. (602)** AY286040 оз. Макси, бассейн р. Колыма »
S. sp. (603)** AY286041 Там же »
S. sp. (604)** AY286042 » »
S. sp. (650)** AY286043 оз. Джульетта, басс р. Колыма »
S. sp. (660)** AY286044 Там же »
Участок Б-1оор
S. boganidae (ARC1) AF298027 оз. Эльгыгытгын, Чукотка Brunner et al., 2001
S. elgyticus (ARC2) AF298028 Там же Тот же
S. a. taranetzi (ARC3) AF298029 р. Сеутакан, Чукотка »
S. a. erythrinus (ARC4) AF298030 оз. Свэн, о-в Кинг-Вильям, Канада »
S. a. erythrinus (ARC4) AF29803
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.