ЗООЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2009, том 88, № 4, с. 473-487
УДК 599.323.4
К РАСПРОСТРАНЕНИЮ И ИЗМЕНЧИВОСТИ ВИДОВ-ДВОЙНИКОВ MICROTUS ARVALIS S. L. (RODENTIA, ARVICOLINAE) В ЦЕНТРАЛЬНОМ ЧЕРНОЗЕМЬЕ ПО ХРОМОСОМНЫМ И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИМ ДАННЫМ
© 2009 г. М. И. Баскевич1, С. Г. Потапов1, Н. М. Окулова1, С. Ф. Сапельников2, А. А. Власов3,
М. Л. Опарин1, Т. А. Миронова1, Е. А. Авилова1
1Институт проблем экологии и эволюции РАН, Москва 119071, Россия e-mail: mbaskevich@mail.ru 2Воронежский государственный природный биосферный заповедник, Ст. Графская 394080, Россия 3Централъно-Черноземный природный биосферный заповедник, Курск 307028, Россия
Поступила в редакцию 12.05.2007 г.
Представлены данные по хромосомной (рутинная, С-, AgNOR-окраски) и молекулярно-генетиче-ской (RAPD PCR анализ) маркировке новых находок видов-двойников обыкновенных полевок из Центрального Черноземья. Всего с использованием генетических маркеров определено 46 экз. обыкновенных полевок, добытых на территории Курской, Липецкой и Тамбовской областей, уточнен их видовой состав, внутривидовая структура, распространение и изменчивость. В исследованной выборке обнаружены виды-двойники: M. rossiaemeridionalis, M. arvalis формы arvalis и M. arvalis формы obscurus. Исследование дополняет кадастр находок восточноевропейской полевки и уточняет границы распространения 46-хромосомных M. arvalis формы arvalis и M. arvalis формы obscurus, сократив разрыв между этими формами в междуречье Волги и Дона до 10 км. Географическое распространение двух кариоморф обыкновенной полевки обсуждается в связи с историей ландшафта и климата в регионе. В выборке M. arvalis формы obscurus выявлена гетерозиготная по 5-й паре аутосом особь. Подтвержден механизм хромосомной перестройки в 5-й паре аутосом у M. arvalis формы obscurus. Анализируются географическое распространение этой мутации. Получены предварительные данные по молекулярно-генетической изменчивости M. arvalis s. l. в Восточной Европе.
Конец 60-х - начало 70-х гг. ознаменовались чередой открытий в систематике Microtus arvalis s. I, в первую очередь, связанных с применением методов хромосомного анализа. В частности, были обнаружены кариологически дискретные виды-двойники - восточноевропейская (Ж rossiae-meridionalis, 2п = 54) и обыкновенная (M. arvalis, 2п = 46) полевки (Мейер и др., 1969), а также выявлены две кариоморфы 46-хромосомной обыкновенной полевки (M. arvalis формы obscurus, ^ = 72 и M. arvalis формы arvalis, ^ = 84) (Орлов, Малыгин, 1969), различающиеся морфологией мелких пар аутосом и Y-xромосомы. И хотя позднее было установлено, что для видов-двойников обыкновенной полевки характерна внутривидовая хромосомная изменчивость, обобщенная в сводках (Загороднюк, 1991; Зима и др., 1991; Малыгин, 1983; Мейер и др., 1996), и дополненная последующими работами (Баскевич, 1996; Ахвер-дян и др., 1999 и др.), кариотип остается основным диагностическим критерием, позволяющим различать виды-двойники и кариоморфы M. arvalis s. I, несмотря на успешный поиск других маркеров.
Хромосомная идентификация большого числа находок обыкновенных полевок из разных пунк-
тов их обширного ареала позволила установить, что области распространения восточноевропейской и обыкновенной полевок в значительной степени перекрываются, а кариоморфы M. arvalis географически замещают друг друга: форма obscurus населяет восточную, а форма arvalis - западную часть объединенного ареала M. arvalis s. l. (см. Малыгин, 1983; Мейер и др., 1996). Отметим, что ввиду обширности ареалов границы и особенности распространения видов-двойников и кариоморф обыкновенных полевок во многих районах изучены слабо. Одним из таких регионов является междуречье Волги и Дона, в котором первоначально на протяжении 700 км распространение двух кариоморф обыкновенной полевки не было уточнено (Kral et al., 1980). В эту область входят Центральное Черноземье, включающее Курскую, Воронежскую, Липецкую, Белгородскую и Тамбовскую области.
Первоначально имелись лишь фрагментарные сведения по кариотипированию сборов M. arvalis s. l. из Центрального Черноземья, подавляющее большинство которых было представлено восточноевропейской полевкой (Kral et al., 1980; Малыгин, 1983; Малыгин, Яценко, 1986; Баске-
вич, Сапельников, 2002). И лишь в последние годы были получены уточняющие сведения, позволившие сократить разрыв в ареалах двух карио-морф обыкновенной полевки в этом регионе до, примерно, 250 км (Быстракова, 2003) или даже до 80 км (Баскевич и др., 2005; Ковальская и др., 2007). Однако остается открытым вопрос, как далеко к востоку проникает форма arvalis, а к западу форма obscurus, каковы очертания границ их распространения в междуречье Волги и Дона, и не может ли быть и здесь обнаружена зона контакта (гибридная зона), подобно таковой, выявленной по результатам хромосомного типирования во Владимирской обл. (Golenischev et al., 200l).
В настоящее время, наряду с хромосомными, в диагностике видов-двойников обыкновенных полевок используются и другие маркеры: электро-форетические (Доброхотов, Малыгин, 1982), мо-лекулярно-генетические (Потапов и др., 1999; Fink et al., 2004), краниометрические (Загород-нюк, 1991a; Окулова, Баскевич, 2007). Как правило, новые подходы дополняют результаты, полученные с помощью хромосомных маркеров, открывая дополнительные возможности для расширения представлений о распространении, а также внутривидовой структуре и изменчивости видов-двойников обыкновенной полевки. Однако следует отметить, что метод экспресс-электрофореза, обычно используемый в диагностике видов-двойников, не позволяет различать кариоморфы обыкновенной полевки, а другие вышеупомянутые подходы, в частности, молекулярно-генети-ческие, до сих пор имеют ограниченное применение в идентификации M. arvalis s. l.
В задачи исследования входило: 1) хромосомная маркировка популяций обыкновенной полевки из новых пунктов обследования на территории Центрального Черноземья; 2) сопоставление результатов хромосомного типирования видов-двойников M. arvalis s. l. с данными их молекуляр-но-генетической диагностики (RAPD PCR анализ); 3) использование полученных сведений для уточнения характера распространения видов-двойников и внутривидовых форм M. arvalis s. l. в Центральном Черноземье, а также анализа их изменчивости.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В исследовании были использованы 46 экз. обыкновенных полевок из 10 пунктов обследования в Центральном Черноземье (Курская, Липецкая, Тамбовская области). Материал из Курской обл. включал анонимные выборки обыкновенных полевок из следующих участков Центрально-Черноземного заповедника (ЦЧЗ): Баркаловка (n = 9), Букреевы Бармы (n = 7), Стрелецкий: Стрелецкая степь (n = 5) и подвал на Центральной усадьбе (n = 7), Зорино (n = 1, зверек
добыт в окрестностях с. Зорино), а также сборы из окрестностей сел Обжи (n = 1) - на западе и Воробьевка (n = 1) - на севере области. В Липецкой обл. зверьков добывали в окрестностях сел Подгорное (n = 6) и Савицкое (n = 5) на юге области, а в Тамбовской - вблизи г. Тамбова (n = 4).
Хромосомные характеристики были изучены у всех использованных в работе обыкновенных полевок. Препараты метафазных хромосом получали из клеток костного мозга по общепринятой методике воздушно-высушенных препаратов с предварительным колхицинированием живых зверьков (Ford, Hamerton, 1956). Дифференциальное окрашивание хромосом проводили с использованием методик С- (Sumner, 1972) и AgNOR-(Howell, Black, 1980) окрасок.
Для молекулярно-генетических исследований были взяты образцы ДНК, выделенные из фиксированной этанолом печени следующих представителей рода Microtus: анонимная выборка, состоящая из 12 экз. Microtus arvalis s. l., отловленных на участках ЦЧЗ Баркаловка (n = 1) и Букреевы Бармы (n = 1), в окрестностях сел Савицкое (n = 5) и Подгорное (n = 5) Липецкой обл., а также выборка известных представителей данного рода, включающая в себя: M. rossiaemeridi-onalis (1 экз., добытый в Воронежской обл. на Ка-веринском кордоне Воронежского заповедника), M. arvalis формы obscurus (1 экз., отловленный в Воронежской обл., вблизи с. Малая Приваловка и по 1 экз. из окрестностей ст. Гиагинская и пос. Ка-менномостский в Адыгее), M. arvalis формы arvalis (1 экз. из окрестностей Приокско-Террасного заповедника в Московской обл.). Для сравнения были исследованы образцы ДНК у трех экземпляров кустарниковой полевки, Microtus majori, добытых в окрестностях ст. Отрадная (n = 1) и пос. Красная Поляна (n = 2) в Краснодарском крае. В качестве внешней группы была выбрана подземная полевка, M. subterraneus (1 экз., отловленный на территории Воронежского заповедника) (табл. 1).
ДНК выделяли стандартным фенол-хлороформным методом (Williams et al., 1990). Качество ДНК проверяли на электрофорезе в 0.8%-ном агарозном геле (Sigma), содержащем бромистый этидий.
Был проведен поиск праймеров, пригодных для RAPD анализа ДНК. Для этого на 3 образцах ДНК видов-двойников и внутривидовых форм (M. rossiaemeridionalis, M. arvalis формы obscurus и arvalis) были апробированы 60 случайных праймеров длиной 10 нуклеотидов, различающихся по нуклеотидному составу. В результате было отобрано 12 праймеров (табл. 2), дающих наиболее информативный спектр маркеров (амплифициро-ванных анонимных последовательностей ДНК). Реакцию амплификации с единичным праймером
Таблица 1. Материал, используемый в RAPD PCR анализе
№ Область, край, республика Пункт отлова Полевой номер полевки Видовая принадлежность
1 Московская обл. ПТЗ 94 M. arvalis формы arvalis
2 Липецкая обл. с. Подгорное 107 »
3 » с. Савицкое 115 M. arvalis формы obscurus
4 » » 110 »
5 Воронежская обл. с. Малая Приваловка 102 »
6 Липецкая обл. с. Савицкое 111 »
7 » » 109 »
8 » » 114 »
9 » с. Подгорное 99 M. rossiaemeridionalis
10 » » 98 »
11 Воронежская обл. Каверинский кордон ВГЗ 105 »
12 Липецкая обл. с. Подгорное 113 »
13 » » 116 »
14 Курская обл. Участок ЦЧЗ Букреевы Бармы 120 »
15 » Участок ЦЧЗ Баркаловка 119 M. arvalis формы obscurus
16 Воронежская обл. ВГЗ, долина р. Усманка 78 M. subterraneus
17 Краснодарский край пос. Красная Поляна 9
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.