МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, том 44, № 4, с. 746-750
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 576.316.353.7:599.32
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ КАВКАЗСКОЙ ЗЕМЛЕРОЙКИ-БУРОЗУБКИ Sorex satununi (MAMMALIA, LIPOTYPHLA, SORICIDAE) ПО МАРКЕРАМ мтДНК КАК ВЕРОЯТНОЕ ПОСЛЕДСТВИЕ
ДРЕВНЕЙ ГИБРИДИЗАЦИИ © 2010 г. А. А. Банникова1*, В. С. Лебедев2
биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва, 119991 2Зоологический музей Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва, 125009 Поступила в редакцию 15.03.2010 г. Принята к печати 26.03.2010 г.
Ключевые слова: филогения, гибридизация, Sorex, митохондриальная ДНК, cytb, COT, DBY1, BRCA1.
GENETIC HETEROGENEITY OF THE CAUCASIAN SHREW Sorex satununi (MAMMALIA, LIPOTYPHLA, SORICIDAE) INFERRED FROM THE mtDNA MARKERS AS A POTENTIAL CONSEQUENCE OF ANCIENT HYBRIDIZATION, by A. A.Bannikova1*, V. S. Lebedev2 ^Department of Biology, Moscow State University, Moscow, 119991 Russia, *e-mail: hylomys@mail.ru; 2Zoological Museum of Moscow State University, Moscow, 125009 Russia).
Key words: phylogeny, hybridization, mtDNA, cytb, COT, DBY1, BRCA1.
Исследование внутривидового генетического разнообразия — одно из основных направлений современной молекулярной экологии и популя-ционной генетики, поскольку позволяет выявить критические таксоны, проследить разделение филогрупп в пределах одного вида (т.е. там, где палеонтология бессильна), изучить историю их становления, расселения, а также ретикулярную эволюцию. Наше исследование посвящено моле-кулярно-генетической изменчивости одного из узкоареальных видов млекопитающих — кавказской землеройки-бурозубки Sorex satunini Ognev, 1922, принадлежащей к видовому комплексу "araneus-arcticus". К нему относятся, помимо па-лерктической обыкновенной бурозубки (S. ara-neus) и неарктической S. arcticus, также западноевропейские виды S. coronatus, S. granarius и S. an-tinorii, голарктический вид S. tundrensis, узкоаре-альная тянь-шаньская бурозубка S. asper и S. daphaenodon. Эти виды объединяются по наличию полового хромосомного тривалента XY1Y2 у самцов [1, 2]. Монофилия группы поддерживается анализом аллозимов [3] и мтДНК [4]. Кавказская бурозубка идентифицируется по комплексу морфологических признаков [5] и при тотальной окраске хромосом [6], однако по сравнению с другими видами наименее изучена. Для изучения
* Эл. почта: hylomys@mail.ru
генетической структуры этого вида мы попытались сравнить эволюционные истории отцовской и материнской линий, а также распределение независимого аутосомного маркера. Для этого проанализировали последовательности двух митохондри-альных генов — цитохрома b (cytb) и 1-й субъединицы цитохромоксидазы (COI), а также интрона гена DBY1 (Dead Box Y) на Y1 хромосоме и 11-го экзона гена рака молочной железы (BRCA1 — Breast Cancer) у землероек из нескольких популяций Северного Кавказа и Закавказья.
Материалом для исследования послужили ДНК из 40 экземпляров землероек-бурозубок видового комплекса "araneus-arcticus", а также 53 последовательности ДНК разных видов рода Sorex из базы GenBank. Номера оригинальных последовательностей в GenBank: HM036121-HM036173. Для амплификации и чтения генов cytb (1140 п.н.), DBY1 (1175 п.н.) и 11-го экзона гена BRCA1 (721 п.н.) использовали праймеры, специально разработанные нами для видов рода Sorex (таблица). Амплификацию участка гена COI (657 п.н.) проводили согласно протоколу Канадского Центра ДНК-баркодинга [7]. Секвени-рование COI некоторых образцов выполнено в Канадском центре Консорциума "Штрихкод Жизни" (Consortium for the Barcode ofLife, CBOL); номера этих последовательностей из базы BOLD: SKMZM341-SKMZM342, SKMZM344-SKMZM346, SKMZM069,
Праймеры, разработанные для амплификации и секвенирования генов cytb, COI, DBY1, BRCA1 у землероек рода Sorex
Праймер
Последовательность (5'-3')
Т С°
* пл>
L_Sorsat_glu
H_Sorsat_thr
L395
L373st
H589st
DBY1-sor_F DBY1-sor_R DBY1 -sor_F445 DBY1-sor_R660
F12_sor R815 Sa
Cytb
CCATCGTTGTTATTCAACTACAGAAAC CCATCTCTGGTTTACAAGACCAGTATA CCTTCCATGAGGACAAATATCATT GCCACTGCCTTTATAGGGTACG GCCGGTTTCATGCAGGAATAGGAG DBY1
GATCGTGGAATGGATCAGAGGAAGGTA GTCTCCACGACTGCCAATACCATCATAG GCAGACACTGAGTACCAGGAGTATGTATC CACCGAGTTTTTCTTTTAATCATTTTAGTG BRCA1
GCCTAGCTTAGCAAAGAGCCAACAG CTTTTTCTGATGACTCTGTTGGGTTAGTAT
60
54-62
64
Тпл — температура отжига (С°) комбинаций внешних праймеров в ПЦР; двойное значение указывает на последовательное ис-
пользование разных температур в циклах.
SKMZM074. Филогенетические деревья строили с помощью методов ближайшего связывания (Neighbor-Joining, NJ) и максимальной экономии (Maximum Parsimony, MP) в программах пакета PAUP* version 4.0b10 [8] раздельно для всех наборов данных по четырем генам.
Анализ 11 последовательностей митохондри-ального гена aytb кавказской бурозубки выявил две гаплогруппы, далеко отстоящие друг от друга (р-дистанция 6.8%). Одна из них ("южная") включает образцы из Азербайджана (Талыш) и Турции, другая ("северная") — выборку с Северного Кавказа (Дагестан, Кабардино-Балкария, Адыгея) и Абхазии, причем эти митохондриаль-ные линии не составляют монофилетической группы (рис. 1). "Северная" гаплогруппа оказывается крайне близка к S. araneus, р-дистанция между ними составляет 2.2%. "Южные" гаплоти-пы формируют самостоятельную ветвь, более отдаленную от обыкновенной бурозубки (р-дистан-ция 6.2%), чем западно-европейские виды S. cor-onatus, S. antinorii и S. granarius. Найденные гаплотипы COI образовали те же две митохондри-альные линии. Таким образом, разнообразие мтДНК кавказской бурозубки выходит далеко за пределы обычной и даже высокой внутривидовой генетической изменчивости.
Исходя из одной мтДНК, можно было бы предположить существование в составе S. satunini двух криптических видов. Однако анализ ядерных последовательностей не согласуется с этим заключением (рис. 2а,б). Несогласованность ми-тохондриальной и ядерной филогений может
иметь несколько объяснений. Например, она может объясняться неполной сортировкой линий мтДНК, попаданием в анализ ядерно-митохон-дриальных псевдогенов или генетической интро-грессией (перенос генов между популяциями или видами). Первое предположение, однако, маловероятно из-за очень высокого уровня генетической дифференцировки митохондриальных линий Б. заШпШ. Артефактное определение мито-хондриальных псевдогенов вместо ортологичных последовательностей также исключается благо -даря амплификации одной и той же последовательности суЛ с разных праймеров и контролю со стороны второго митохондриального гена СО1.
Гипотеза интрогрессии мтДНК представляется нам наиболее обоснованной. В этом случае вопрос заключается в том, какая из двух митохон-дриальных линий кавказской бурозубки является заимствованной, "северная" или "южная". Две гаплогруппы с высокой поддержкой занимают разное положение относительно вида Б. согопаШз: "северная" достоверно ближе к Б. агапвш, чем Б. согопаШз, а "южная" достоверно дальше. Если по генам ядерной ДНК кавказская бурозубка ближе к обыкновенной бурозубке, чем Б. согопаШз, то аутентична "северная" линия мтДНК, а если же нет, то аутентичная линия — "южная". Однако из-за низкого уровня изменчивости БВУ1 и ВЯСЛ1 (рис. 2а, б), недостаточного для определения того, положению какой именно митохондриальной линии соответствует клада Б. заШтт, решение вопроса о направлении интрогрессии оказывается непростой задачей. Последнее осложняется еще
748
БАННИКОВА, ЛЕБЕДЕВ
_ S. alpinus
S. minutus S. samniticus
S.g. lie •
S.g. 2 S. granarius I— 8.а.сЮгославия
обритания
S. tundrensis
S. coronatus
емерово Байкал
sat. 2 Абхазия ;at. 3 Адыгея .sat. 4 Адыгея .sat. 5 К-Б .sat. 9 Дагестан
.sat. ^Дагестан
—an. Италия 1
Йталия 2
]
S. araneus
S. satunini
S. antinorii
an. Италия 4
S.sat.l Лерик S.sat. 13 Турци
l3 1урци3 S.sat. 12 Турция
S. satunini
0.1
Рис. 1. Филогенетические отношения видов группы "агапеш-агеНеш" по результатам анализа митохондриального гена еуЛ. Топология и длины ветвей соответствуют Ю-дереву, на ветвях которого приведены бутстрэп-поддержки (>50% из 1000 псевдореплик) в анализе по методам ближайшего связывания (ЮЛ) и парсимонии (МР) в последовательности ЮЛ/МР. В качестве внешней группы использовали виды Б. а1ртш, Б. гаййе1, Б. isodon, Б. ттШш, Б. затпШеш.
и тем, что нельзя игнорировать возможность интро-грессии и самих генов У-хромосомы, событие, вероятность которого уже предполагали в эволюционной истории Б. еогопаШз и Б. ^апапт [9].
Тем не менее, наиболее простое объяснение высокого сходства мтДНК Б. агапеиз и северокавказских популяций Б. заШпМ — это существование между ними в прошлом генного потока. Поскольку в исследованных популяциях не выявлено современных гаплотипов обыкновенной бурозубки, логично предположить, что в настоящее время гибридизация между этими видами отсутствует. В пользу гипотезы заимствования мтДНК от Б. агапеш говорит и тот факт, что в одной из северных популяций кавказской бурозубки обнаружены как "северные" так и "южные" гаплотипы [В.Н. Орлов, личное сообщение].
В ископаемых находках Б. е/. заШпМ известна на Кавказе со среднего плейстоцена [10, 11], т.е. уже более 360 тыс. лет. По мтДНК время последнего возможного проникновения Б. агапеиз на Северный Кавказ приблизительно соответствует
времени изоляции S. granarius на Пиренейском полуострове и времени обособления S. antinorii и относится к концу плейстоцена [12, 13]. Это заключение логично коррелирует с тем фактом, что именно в этот максимально теплый и влажный период Микулинского межледниковья (95—130 тыс. лет назад) лесная растительность распространялась также и на северное Предкавказье [14], где обширная зона сухих степей в наше время служит непреодолимым изолирующим барьером для любых лесных видов мелких млекопитающих. В этот период и могло произойти проникновение митохондриальных гаплоти-пов широкоареального вида S. araneus в геном уже сложившегося более узкоареального вида S. satunini.
В пользу гипотезы заимствования именно "северных" гаплотипов свидетельствуют полученные ранее результаты мультилокусного
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.