МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2014, том 48, № 3, с. 523-527
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 575.86:595.143.3
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЛОГЕНИЯ СИБИРСКИХ ПИЯВОК СЕМЕЙСТВА
Glossiphoniidae (Hirudinea)
© 2014 г. И. А. Кайгородова1*, Н. Б. Мандзяк2
1Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск, 664033 2Иркутский государственный университет, Иркутск, 664003 Поступила в редакцию 26.09.2013 г. Принята к печати 13.11.2013 г.
Молекулярно-филогенетический анализ на основе сравнения фрагментов гена первой субъединицы ми-тохондриальной цитохром-с-оксидазы (COI) сибирских глоссифоний и филогенетически близких им палеарктических видов показал, что сибирские глоссифонии не относятся к виду Glossiphonia complana-ta, как считалось ранее, а имеют независимый таксономический статус. Кроме того, выявленный уровень генетических отличий позволяет признать исследуемый фрагмент mtCOI пригодным маркером для молекулярной идентификации пиявок семейства Glossiphoniidae (Hirudinea).
Ключевые слова: молекулярная филогения, mtCOI, Glossiphoniidae, Прибайкалье.
MOLECULAR PHYLOGENY OF SIBERIAN Glossiphoniidae (Hirudinea), by I. A. Kaygorodova1*, N. B. Mandzyak2 (1Limnological Institute, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, Irkutsk, 664033 Russia,*e-mail: irina@lin.irk.ru; 2Irkutsk State University, Irkutsk, 664003 Russia). The molecular phylogenetic analysis based on mtCOI nucleotide sequences of Siberian glossiphoniids and phylogenetically relative Palearc-tic species clearly demonstrated that Siberian representatives do not belong to G. complanata as previously thought, but has an autonomous taxonomic status. In addition, the revealed genetic distances enable to accept the mtCOI fragment as a suitable marker for molecular identification of the species within the Glossiphoniidae (Hirudinea).
Keywords: molecular phylogeny, mtCOI, Glossiphoniidae, Baikal region. DOI: 10.7868/S0026898414030094
Пиявки (Hirudinea) — относительно небольшая группа кольчатых червей (Annelida). За последние полвека число видов пиявок увеличилось с 400 до 680 [1, 2]. Интерес к этой группе возрастает в связи с тем, что положение кольчецов в системе Metazoa до сих пор неясно. В частности, видовой состав пресноводных пиявок, обитающих в Восточной Сибири (от 3 до 18 видов), долгое время оставался противоречив [1, 3, 4]. В ходе недавней ревизии определено 35 видов пиявок [5—7], однако недостаточное число таксономически значимых морфологических признаков затрудняет видовую идентификацию и зачастую приводит к появлению политипических видов, состоящих из нескольких близкородственных форм. Например, широко распространенный в Палеарктике вид Glossiphonia complanata имеет весьма пространный морфологический диагноз, под определения которого подходят все разновидности восточносибирских глоссифоний. Для решения сложных во-
* Эл. почта: irina@lin.irk.ru
просов систематики этой группы необходимо применение методов молекулярно-филогенетического анализа, которые, хотя и не являются достаточным основанием для определения ранга таксонов, тем не менее, позволяют оценить степень генетического родства видов в сравнении с существующей на сегодняшний день классификацией. Полученные нами молекулярные данные могут быть использованы в качестве ДНК-штрихкодов.
ДНК-штрихкодирование [8] предложено в качестве метода видовой идентификации эукариот, при котором устанавливают родственные связи, сравнивая маркерный фрагмент ДНК исследуемого организма и других видов, в том числе — из имеющихся в генетической базе данных. В качестве стандартного участка генома при изучении животных используют фрагмент гена первой субъединицы митохондриальной цитохром-с-ок-сидазы (COI) [9]. В данной работе этот маркер
524
КАЙГОРОДОВА, МАНДЗЯК
82
95
80
58
81
40
76
Glossiphonia sp. 5 Glossiphonia sp. 6 Glossiphonia sp. 4
Glossiphonia sp. 3 Glossiphonia sp. 2 Glossiphonia sp. 1
- G. concolor Sweden AY962458
- G. verrucata Italy AY962459
99
56
100
96 55
- P. baicalensis 184 19
- G. baicalensis AY047329
G. concolor Kharkovl G. concolor Kharkov G. concolor Kharkov2
- G. elegans AF003258
G. complanata AF003277 " G. complanata AY047321 " G. complanata HM246608
|— T. rude AF003262
Theromyzon bifarium AY047330 T. pallens AF003279 Placobdella costata from Italy AY962461
100
74
99
T. tessulatum AY047318
70
Placobdella costata Ukr1 Placobdella costata Ukr2
A quadrata Namibia AY962455
87
— A lata Taiwan AY962454 A weberi USA AY962453
0.05
Филогенетические схемы эволюционных взаимоотношений, построенные на основе сравнения 27 нуклеотидных последовательностей фрагментов гена COI митохондриальной ДНК глоточных пиявок (Glossiphoniidae). а — Максимально правдоподобное древо (ML-древо, LogL = —2023.43). б — Древо, построенное методом объединения ближайших соседей (NJ-древо). Цифры в узлах — статистическая оценка достоверности ветвления (1000 бутстреп-реплик).
впервые используется для изучения молекуляр-но-генетического родства сибирских пиявок семейства Glossiphoniidae.
Биологический материал собран во время экспедиций 2011—2013 гг. в реках и водоемах бассейна оз. Байкал в диапазоне глубин 0—30 м. Для
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЛОГЕНИЯ СИБИРСКИХ ПИЯВОК
525
99
97
84
68
51
85
54
65
55
Glossiphonia sp. 5 Glossiphonia sp. 6 Glossiphonia sp. 4 Glossiphonia sp. 3 Glossiphonia sp. 2 Glossiphonia sp. 1
- G. concolor Sweden AY962458
G. verrucata Italy AY962459
100
100
100 58
G. elegans AF003258 P. baicalensis 184 19
G. baicalensis AY047329 G. concolor Kharkov1 G. concolor Kharkov G. concolor Kharkov2 G. complanata AF003277 G. complanata AY047321 - G. complanata HM246608 I— T. rude AF003262
Theromyzon bifarium AY047330 T. tessulatum AY047318 T. pallens AF003279
- Placobdella costata from Italy AY962461
-Placobdella costata Ukr1
100
59 75
100
81
Placobdella costata Ukr2
A quadrata Namibia AY962455
100
A lata Taiwan AY962454 A weberi USA AY962453
0.02
Рисунок. (Окончание).
фиксации использовали 80%-ный этанол. Видовую принадлежность пиявок устанавливали в рамках используемой в настоящее время классификации [1, 10]. Контрольные образцы хранятся в зоологической коллекции лаборатории геноси-стематики Лимнологического института.
ДНК выделяли цетавлоном по слегка модифицированному методу Дойля-Диксона [11]. Фрагмент гена COI амплифицировали с использованием олигонуклеотидных праймеров, универсальных для большинства беспозвоночных [12]. Секвенирова-ние ПЦР-продуктов проводили в ЦКП "Геномика"
526
КАЙГОРОДОВА, МАНДЗЯК
(ИХБФМ СО РАН, г. Новосибирск). Последовательности выравнивали с использованием программы ClustalW [13] и выверяли вручную. Филогенетический анализ методами максимального правдоподобия (ML) и объединения ближайших соседей (NJ) выполняли, используя программу MEGA V5.2 [14]. Сходство маркерных фрагментов ДНК анализировали при помощи программы BLAST [15].
Определены нуклеотидные последовательности фрагмента гена СО1 длиной 680 п.н. 12 особей из пяти видов палеарктических глоточных пиявок: Glossiphonia sp. (р. Ангара — четыре особи, оз. Тонкое — две), G. concolor (Украина — три), Paratorix baicalensis (оз. Байкал — одна) и Placob-della costata (Украина — две).
Восточносибирские особи Glossiphonia sp. морфологически отличаются от всех известных ныне видов. Видовая принадлежность Paratorix baicalensis не вызывает сомнения, поскольку эти пиявки, будучи байкальскими эндемиками, имеют характерные морфологические признаки. Видовой статус для G. concolor и P. costata (Украина) подтвердил С.Ю. Утевский (ХНУ, г. Харьков). Для филогенетического анализа составлена выборка из 27 выровненных относительно друг друга нуклеотидных последовательностей, включая 15 последовательностей из банка генетических данных (GenBank). При выборе модели молекулярной эволюции, в основном, учитывали наименьшие показатели BIC (Baye-sian Information Criterion) и AIC (Akaike Information Criterion). Модель TN93+G (Tamura-Nei + Gamma-distribution) выбрана как наиболее оптимальная для исследуемого набора данных.
Независимо от алгоритма поиска, схемы ветвления филогенетических деревьев не имеют принципиальных различий. ML-древо практически совпадает с NJ-древом (рисунок). Оба древа имеют стабильную топологию и значительную (основные обсуждаемые в тексте узлы имеют величины бутстрепа выше 75%) статистическую достоверность основных узлов ветвления. Виды родов Glossiphonia, Alboglossiphonia, Placobdella и Theromyzon образуют отдельные монофилетиче-ские клады. Единственным исключением является байкальский эндемичный род Paratorix: последовательности представителей P. baicalensis формируют хоть и отдельную ветвь, но в пределах кластера, образуемого представителями рода Glossiphonia. Это не соответствует современной классификации, согласно которой род Paratorix, имеющий существенные морфологические отличия, относится к другому подсемейству.
Особи сибирских пиявок Glossiphonia sp. кластеризуются вместе, независимо от места их обитания. Генетически более близкими сибирскому виду оказались G. concolor из Швеции и G. verruca-ta из Италии, а не G. complanata, как считалось ра-
нее на основании морфологических данных [1]. Первый вид, скорее всего, определен ошибочно, так как достоверно определенные особи G. concolor из Украины (G. concolor Kharkov на рисунке) располагаются на другой ветви филогенетического древа. Высокий уровень генетических отличий шведских и украинских пиявок, составляющий 11.7% замен в маркерном фрагменте, дает основание рассматривать их как два разных таксона. Более того, нуклеотидные последовательности особей сибирских Glossiphonia sp., характеризующиеся малой степенью внутривидовых различий (0.32%), значительно отличаются от всех трех предполагаемых "родственников''—''G. concolor" из Швеции, G. verrucata и G. complanata (8.87, 10.62 и 14.36% соответственно). Между собой последовательности COI у G. concolor из Швеции и G. verrucata из Италии также достоверно отличаются (12.9%). Это позволяет рассматривать фрагмент COI как пригодный инструмент для изучения меж- и внутриродовых отноше
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.