ГЕНЕТИКА, 2015, том 51, № 9, с. 1025-1034
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.17+575.13:597.442
К ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОМУ ПОРТРЕТУ КАЛУГИ,
Acipenser dauricus Georgi, 1775: АНАЛИЗ ИЗМЕНЧИВОСТИ КОНТРОЛИРУЮЩЕГО РЕГИОНА МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК © 2015 г. С. В. Шедько, И. Л. Мирошниченко, Г. А. Немкова, М. Б. Шедько
Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток 690022
e-mail: shedko@biosoil.ru Поступила в редакцию 07.11.2014 г.
Исследована изменчивость Д-петли мтДНК у калуги — эндемика р. Амур, находящегося в Красном списке МСОП (IUCN) в статусе вида с крайне высоким риском вымирания в природе (Critically Endangered). Секвенирование фрагмента (819 пн) Д-петли у 122 калуг из низовьев р. Амур выявило 27 уникальных гаплотипов. Выборка имела сравнительно низкий уровень гаплотипического (0.927) и нуклеотидного (0.0044) разнообразия. Существенных отклонений от модели нейтрального ДНК-полиморфизма не обнаружено. Форма распределения попарных нуклеотидных различий, результаты проверки простых демографических моделей (внезапной экспансии и экспоненциального роста) в совокупности указали на произошедший в прошлом рост численности калуги. На протяжении последних 2—3 тыс. лет ее популяция, согласно байесовскому скайлайну, удвоилась. Число половозрелых самок в современной популяции калуги и оценка их долговременной эффективной численности (Nef) находятся примерно на одном и том же уровне (~3 тыс. шт.), что подтверждает правомерность отнесения калуги к разряду видов, находящихся под угрозой исчезновения.
DOI: 10.7868/S0016675815080093
Калуга Acipenser dauricus Georgi, 1775 — один из самых крупных видов рыб не только среди осетровых (Acipenseridae), но и среди всех пресноводных рыб вообще. Калуга может достигать длины 5 м и более и веса свыше 1000 кг [1]. До недавнего времени рассматривалась в составе рода Huso [2]. Калуга, так же как и амурский осетр A. schrenckii Brandt, 1869, является эндемиком р.Амур. Ранее была широко распространена по всему бассейну Амура от верховьев до Амурского лимана, но сейчас более или менее обычна лишь в нижнем течении р. Амур [1]. Размножается исключительно в пресной воде — как правило, в русловой части Амура и его притоках. Калуга — ярко выраженный хищник и уже по достижении годовалого возраста переходит на питание преимущественно рыбой [3]. Основная масса калуг в теплое время года нагуливается в солоноватых водах Амурского лимана. Некоторая часть таких особей может выходить и за его пределы в воды с морской соленостью. Нагульные особи калуги обычны в северной части о-ва Сахалин, а по побережью Охотского моря доходят до Тауйской губы и рек западной Камчатки. Известны ее единичные находки на о-вах Хоккайдо и Хонсю (обзор: [4]).
Как и другие виды осетров, калуга издавна [5, 6] служила объектом легального и нелегального промысла. Интенсивность его была такова, что в 1986 г. калуга попала в Красный список Международного союза охраны природы (IUCN Red List of
Threatened Animals) как редкий (Rare) вид. В 1996 г. калуга получила новый статус — вид, находящийся в опасности (Endangered). С 2010 г. рассматривается уже как вид с крайне высоким риском вымирания (Critically Endangered) [7].
В задачу настоящей работы входил анализ изменчивости контролирующего региона (КР, или Д-петля) митохондриальной ДНК (мтДНК) у калуги из низовьев р. Амур. Был получен своеобразный популяционно-генетический "портрет" A. dauricus, составленный на основе анализа выборок, взятых во время сезонных миграций калуги в той части видового ареала, где она наиболее многочисленна. Как и в случае с амурским осетром [8], этот "портрет" может оказаться полезным не только как основа мониторинга генетического разнообразия калуги, а также других природоохранных мероприятий, но и для дальнейших популяционно-генетических и эволюционных исследований этого, во многом уникального, вида осетровых.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материал по калуге был собран в ходе научного контрольного лова, проведенного Хабаровским филиалом ТИНРО-центра в нижнем течении р. Амур (район г. Николаевск-на-Амуре — примерно 53°7' с.ш. 140°40' в.д.) в мае—июне 2009 г (n = 40), августе—сентябре 2009 г. (n = 29), сентяб-
Частота
0.010 г 0.008 -0.006 -0.004 -0.002 -
0 —
0 100 200 300
AC, см
Рис. 1. Частотное распределение длины тела (AC, в
см) у исследованных особей калуги.
ре 2010 г. (n = 26) и августе 2011 г. (n = 6). Кроме того, в анализ включен материал, полученный от одного экземпляра калуги, пойманного в Ульбан-ском заливе Охотского моря (53°32' с.ш. 137° 19' в.д.) в сентябре 2009 г., а также одного экземпляра калуги, отловленного в те же сроки в р. Тугур (53°45' с.ш. 136°46' в.д.). Образцы тканей во всех случаях отбирались неинвазивным способом (срезался небольшой кусочек кожи по задней кромке грудного плавника, который затем помещался в 96%-ный спирт). Дополнительно в анализ был включен материал от 19 экз. замороженных калуг, изъятых сотрудниками МО МВД России "Николаевский-на-Амуре" (г. Николаевск-на-Амуре) в ходе оперативных работ в апреле 2014 г.
У 96 из 122 перечисленных экземпляров была измерена длина тела (расстояние от конца рыла до окончания средних лучей хвостового плавника, АС). Она варьировала в пределах 16—283 см и имела двухвершинное распределение (рис. 1). У 39 особей длина тела была менее 130 см (84.8 ± 20.7, lim = 16—127), а у 57 особей была равна или более этого порога (193.8 ± 30.0, lim = 135— 283). Основываясь на закономерностях линейного роста калуги из Нижнего Амура [9], средний возраст особей в первой группе можно принять равным 6—8, а во второй — 27—28 годам.
Кроме калуг из природной популяции были проанализированы 14 сеголеток, взятых на Анюйском рыборазводном заводе (Нанайский район Хабаровского края) в августе 2008 г. Ранее у 11 калуг из этой выборки была исследована структура кариотипа [10, 11].
Выделение, амплификация, секвенирование и сборка последовательностей контролирующего региона мтДНК проводились, как описано ранее [8], за исключением того, что для секвенирования
использовались праймеры собственной разработки - AHR6M (TCCCCACATGCCGAGAATCT) и DauFM (GGGGTAAGGGCAAAACCAGG).
Основные показатели, характеризующие изменчивость полученных последовательностей D-петли, определены с помощью набора утилит FaBox v. 1.4 [12] или в программе Arlequin v. 3.5.1.3 [13].
Филогенетическую сеть, демонстрирующую связи мтДНК-гаплотипов, строили с помощью программы Network v. 4.6.1.2 (Fluxus Technology Ltd.: www.fluxus-engineering.com) по методу редуцированных медиан (reduced median, RM-network) [14].
Проверку полиморфизма D-петли на селективную нейтральность осуществляли с помощью набора тестов, рассматривающих различные аспекты этой изменчивости: теста Ювенса—Воттер-сена [15, 16], разработанного в рамках модели бесконечно большого числа аллелей, а также тестов, в основе которых лежит модель бесконечно большого числа сайтов — Таджимы [17], й-теста Фу [18] и Келли [19]. Тест Ювенса—Воттерсена выполнен в программе Arlequin, остальные - в программе DnaSAM [20].
Анализ распределения попарных нуклеотид-ных различий в выборке мтДНК-гаплотипов калуги, а также проверку модели внезапной одноступенчатой демографической экспансии [21] проводили с помощью программы Arlequin.
Параметры модели экспоненциального роста численности популяции (0 — популяционный параметр 2Nef^, где Nef — эффективная численность самок в популяции, а ц — скорость нуклеотидных замещений/сайт/поколение; g — показатель скорости роста популяции) определяли двумя способами — с использованием метода максимального правдоподобия [22] и байесовского подхода [23] с помощью соответственно программ Fluctuate v. 1.4 [22] и BEAST v. 1.7.5 [24] при тех же условиях, что и ранее [8].
Анализ демографической истории популяции калуги методом байесовского скайлайна [25] проводили с помощью программы BEAST в 40 млн циклов так, как описано ранее [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Выявленная у исследованных особей калуги структура контролирующего региона мтДНК соответствовала той, что была установлена для этого вида ранее [26, 27]. Часть D-петли, прилегающая к гену тРНК-Pro (3'-конец), состоит из блока тандемно организованных 78-пн повторов, каждый из которых содержит TASII (termination-associated sequence) элемент на его 5'-конце. За ним следует одна неполная (50 пн) копия, у которой отсутствует часть повтора, несущая TAS II элемент. Далее располагается основная часть D-петли.
DAU1
DAU2
DAU3
DAU4
DAU5
DAU6
DAU7
DAU8
DAU9
DAU10
DAU11
DAU12
DAU13
DAU14
DAU15
DAU16
DAU17
DAU18
DAU19
DAU20
DAU21
DAU22
DAU23
DAU24
DAU25
DAU26
DAU27
1 12 6 7
14 13 1
7 4 1 4 3 1 1 3 16 3
15 1 1 1 1
Рис. 2. Вариабельные позиции в фрагменте Л-петли мтДНК калуги (нумерация произведена относительно первой позиции последней полной копии 78-нуклеотидного повтора), гаплотипы и их встречаемость.
Проанализированный фрагмент Д-петли включал в себя последнюю полную, а также усеченную копию повторяющегося элемента (128 пн в сумме), а также оставшуюся часть Д-петли (691 пн), прилегающую к гену тРНК-Phe и содержащую TAS III и CSB I—III (conserved sequence block) элементы. Таким образом, общая длина задействованного в анализе фрагмента Д-петли составила 819 пн.
Всего у 122 образцов калуги, полученных из естественных условий, было выявлено 27 различных вариантов КР (рис. 2), различавшихся либо точечными нуклеотидными замещениями и деле-цией, либо (пара DAU6—7) только делецией.
У особей калуги, взятых на Анюйском рыбо-разводном заводе (n = 14) и подвергнутых ранее
[10, 11] кариотипированию, было выявлено два гаплотипа: DAU7 (п = 6) и DAU21 (п = 8). То есть эти особи были потомками как минимум двух различных самок. Укажем на то, что по основным характеристикам кариотипов эти особи были однородны [10, 11].
Вариабельные позиции в КР мтДНК калуги распределены более или менее равномерно (рис. 3), за исключением двух участков, где частота точечных нуклеотидных замещений выглядела повышенной (позиции 1—80 и 361—400). Согласно точному критерию Фишера, распределения вариабельных позиций в К
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.