УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2015, том 135, № 2, с. 139-147
УДК 575.17:598.241.2
ИНТЕГРАЦИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОДХОДОВ В ПРОГРАММУ СОЗДАНИЯ РЕЗЕРВНОГО ГЕНОФОНДА РЕДКОГО ВИДА ЖУРАВЛЕЙ СТЕРХА (GRUS LEUCOGERANUS PALLAS)
© 2015 г. Е. А. Мудрик1, Т. А. Кашенцева2, Д. В. Политов1
1Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Москва 2Окский государственный природный биосферный заповедник, Питомник редких видов журавлей, Рязанская обл.
E-mail: mudrik@vigg.ru
В обзоре представлены молекулярно-генетические подходы, применяемые для сохранения генофонда, популяционно-генетического мониторинга искусственного размножения и реинтродукции российского эндемика, редкого вида журавлей мировой авифауны - стерха (Grus leucogeranus Pallas). Обсуждаются: систематическое положение стерха в семействе Журавлиных (Gruidae, Aves); оценка генетического разнообразия, дифференциации и родства в искусственной популяции; индивидуальная генетическая паспортизация и идентификация по микросателлитным ло-кусам; ДНК-анализ отцовства птиц, полученных в результате искусственного осеменения; проблемы инбридинга и их решение при размножении в искусственных условиях; генетическая идентификация межвидовых гибридов; молекулярное определение пола с помощью специфических ДНК-маркеров. Обосновываются ключевые направления дальнейших исследований: расширение генетического мониторинга искусственной популяции и анализ генетической изменчивости стерха в природе.
Ключевые слова: стерх, Grus leucogeranus, генетическое разнообразие, генетическая паспортизация, анализ отцовства, инбридинг, гибридизация, определение пола.
ВВЕДЕНИЕ
Эндемик российской авифауны стерх, или белый (сибирский) журавль (Grus leucogeranus Pallas 1881) - один из самых редких среди 15 современных видов семейства Журавлиных (Gruidae) мировой авифауны. По малочисленности он занимает третье место после американского (G. americana L.) и японского (G. japonensis Muller) журавлей (Meine, Archibald, 1996). Две территориально разобщенные популяции стерха гнездятся в Западной и Восточной Сибири и имеют независимые места зимовок и миграционные пути. Численность восточносибирской популяции, зимующей в Китае, относительно стабильна - по последним учетам она составляет около 3.5 тыс. особей (Ли и др., 2013). Напротив, западносибирская популяция стерха находится в критическом состоянии. В 70-80-х гг. XX в. на месте зимовки в Индии отмечалось неуклонное уменьшение численности вида с 76 (1970 г.) до 36 (1983 г.) особей (Singh et al., 1987). За последние десять лет в Индии не было встречено
ни одного белого журавля. С 2008 по 2013 гг. на побережье Каспийского моря в Иране ежегодно (за исключением зимы 2009/2010 гг.) отмечают единственного прилетающего на зимовку стерха из западносибирской популяции (Вуосало, 2013). Браконьерство, а также сокращение и трансформация мест обитания приводят к дальнейшему уменьшению численности сибирского журавля.
Стерх - эндемик России, занесенный в Красную книгу Российской Федерации, Красный список Международного союза охраны природы и Приложение I Конвенции о международной торговле видами дикой фауны и флоры. В 1993 г. Россия подписала "Меморандум о взаимопонимании в области принимаемых мер по сохранению стер-ха" в рамках Конвенции по охране мигрирующих видов диких животных, согласно которому выполняет обязательства по сохранению и реинтродукции редкого вида О. leucogeranus.
Для создания и поддержания резервного генофонда вида, с особым вниманием к проблеме спасения практически исчезнувшей западноси-
бирской популяции стерха, был создан Питомник редких видов журавлей (далее - Питомник). Основным направлением работы Питомника, организованного на базе Окского государственного природного биосферного заповедника (ОГПБЗ), является размножение и реинтродукция стерха в места гнездования, пролета и зимовок западной популяции. Исходное маточное поголовье Питомника представлено 15 птицами, выращенными из яиц, взятых из гнезд стерхов в Якутии и Тюменской области (11 восточно- и 4 западносибирских особей, соответственно). С 1988 г. они регулярно размножаются самостоятельно и с применением методов повышенной продуктивности (Панчен-ко, Кашенцева, 1995; Кашенцева, Роздина, 2002; Кашенцева, 2005; 2006). С 1984 г. в Питомнике ведется Международная племенная книга (МПК) стерха. К настоящему времени численность вольерных сибирских журавлей в мире увеличилась с 32 особей, содержавшихся в четырех институтах трех стран, до 377 птиц - в 60 организациях 13 государств (Kashentseva, Belterman, 2014).
В связи с труднодоступностью биологического материала из мест гнездования стерхов, генофонд G. leucogeranus в природе пока остается неизученным. Все современные молекулярно-генетические исследования стерха выполнены на особях, содержащихся в искусственно созданных условиях. Оценка генетического разнообразия и дифференциации, анализ генетической структуры разных поколений стерхов в искусственной популяции, мониторинг репродуктивных процессов при разведении проводятся пока только в Питомнике ОГПБЗ и российских зоопарках, содержащих потомков от производителей Питомника. Необходимость таких работ подтверждает успешный опыт восстановления природной популяции практически исчезнувшего американского журавля из нескольких особей в неволе (Jones et al., 2002; 2010). Многие методики содержания, искусственного осеменения и выращивания птенцов, разработанные для этого вида, используются и в разведении стерхов в Питомнике ОГПБЗ. Аналогично проекту по реинтродукции американского журавля "Операция миграция" в России с 2002 г. действует проект "Полет надежды", в рамках которого птенцов стерха обучают путям миграции к новым потенциально более безопасным местам зимовок (Постельных и др., 2007).
Целью данного обзора стало рассмотрение молекулярно-генетических подходов к изучению стерха и интеграции их в программу сохранения генофонда этого редкого эндемичного вида журавлей, создания основ популяционно-генетиче-
ского мониторинга резервной искусственно поддерживаемой популяции и реинтродукции стерха в естественные местообитания, а также определение перспективных направлений дальнейших исследований.
ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СТАТУС И НОМЕНКЛАТУРА СТЕРХА
Традиционно в системе семейства Журавлиных отряда Журавлеобразных (Gruiformes) выделяют четыре рода, относящихся к двум подсемействам: Венценосные журавли (Baleariacinae), с единственным родом - венценосный журавль (Balearica) и Настоящие журавли (Griunae), в котором описано три рода - журавль-красавка (Anthropoides), сережчатый журавль (Bugeranus) и журавль (Grus). В род Grus включался и стерх (G. leucogeranus), однако его таксономический статус в последнее время подвергался ревизии, в том числе и по результатам молекулярно-генети-ческих исследований.
В конце 1970-х гг. Арчибальд (Archibald, 1976) предлагал отнести стерха к роду Bugeranus на основании морфологического и этологического сходства с сережчатым журавлем (B. carunculatus Gmelin). Однако первые филогенетические исследования семейства с применением ДНК-гибридизации опровергли близкое родство этих видов, а их сходство объяснили результатом конвергентной эволюции. Уже тогда было показано, что стерх образует отдельную генетическую ветвь в подсемействе Настоящих журавлей (Krajewski, 1989; 1990).
Морфологические особенности стерха и далее способствовали тому, что некоторые исследователи продолжали его считать отдельным родом, предлагая новое название - Sarcogeranus. Об этом писали Майне и Арчибальд (Meine, Archibald, 1996), хотя сами придерживались родового названия Grus. С развитием молекулярных методов генетическая обособленность стерха в подсемействе Griunae была подтверждена серией работ от анализа отдельных митохондриальных генов (Krajewski, Fetzner, 1994; Krajewski, King, 1996) до секвенирования полного митохондриально-го генома всех современных видов журавлей (Krajewski et al., 2010). В последней публикации Краевски с соавт. поддерживает точку зрения Лайвзи (Livezey, 1998), отнесшего стерха к самостоятельному монотипическому роду Leucogeranus в результате морфокладистическо-го анализа Журавлеобразных по остеологическим признакам, и называет сибирского журавля
L. leucogeranus (Krajewski et al., 2010). Однако филогения рода Grus на основе митохондриаль-ной ДНК (мтДНК) свидетельствует о его поли-филетичности. Учитывая возможность интро-грессии мтДНК вплоть до полного ее замещения (Miller et al., 2012), данные митохондриального генома требуют верификации с помощью ядерных маркеров. Традиционное родовое название стерха Grus leucogeranus пока не упразднено и по-прежнему используется как в специализированной, так и в популярной научной литературе.
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ, ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ И РОДСТВО СТЕРХОВ
В ИСКУССТВЕННОЙ ПОПУЛЯЦИИ ПИТОМНИКА РЕДКИХ ВИДОВ ЖУРАВЛЕЙ
Первые оценки генетической изменчивости птиц-основателей искусственной популяции стер-ха в Питомнике ОГПБЗ - проводились с помощью ДНК-фингерпринтинга. Этот метод основан на гибридизации рестрикционных фрагментов геномной ДНК с меченым зондом, в результате которой образуются специфичные для каждого индивидуума спектры. По данным ДНК-фингер-принтинга уровень генетической изменчивости основателей искусственной популяции стерха оказался достаточно высоким: значения показателя генного разнообразия (H) составили 0.72 и 0.85 для птиц из Западной и Восточной Сибири, соответственно (Tokarskaya et al., 1995). По микроса-теллитным локусам, имеющим кодоминантный характер наследования, также установлен высокий уровень наблюдаемой (HO = 0.739) и ожидаемой (HE = 0.699) гетерозиготности в выборке этих же стерхов (Мудрик и др., 2014a), сопоставимый с оценками для природных популяций японского (HO = 0.697, HE = 0.696) и райского Anthropoides paradisea Lichtenstein (HO = 0.762, HE = 0.807) журавлей. Средние значения рассчитаны нами на основе полокусных данных, приведенных в более ранних работах (Hasegawa et al., 2000; Meares et al., 2008). В настоящее время помимо стерхов-основателей в Питомнике размножаются производители из первого и второго поколения искусственной популя
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.