МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2006, том 40, № 1, с. 61-73
== ГЕНОМИКА. ТРАНСКРИПТОМИКА. ПРОТЕОМИКА =
УДК 577.113;577.212;577.21
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАРКЕРЫ ЯДЕРНОЙ ДНК В ИССЛЕДОВАНИИ ВИДООБРАЗОВАНИЯ И СИСТЕМАТИКИ НА ПРИМЕРЕ ЯЩЕРИЦ "КОМПЛЕКСА Lacerta agilis" (SAURIA: LACERTIDAE)
© 2006 г. В. В. Гречко1*, Л. В. Федорова1, Д. М. Рябинин1, Н. Л. Рябинина1, Д. Г. Чобану2, С. А. Косушкин1, И. С. Даревский3
1Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской академии наук, Москва, 119991 2Институт генетики Молдавской академии наук, Кишинев, 111120, Молдова 3Зоологический институт Российской академии наук, Санкт-Петербург, 199034
Поступила в редакцию 18.07.2005 г.
С целью сравнительного изучения молекулярно-генетического сходства некоторых популяций, подвидов и видов комплекса ящериц, объединяемых в группу Lacerta s. str., и представителей некоторых других родов использовали четыре вида маркеров ядерной ДНК, выявляемых методами так-сонопринта, RAPD, IMP (Inter-MIR-PCR), а также при изучении нуклеотидной последовательности мономеров сателлитных ДНК. Представления о филогении и систематике этой группы рептилий, выработанные на основании морфологических и зоогеографических критериев, сопоставлены с выводами, основанными на молекулярно-генетических данных. Показано, что родовые и видовые подразделения популяций по ядерным молекулярным маркерам и по морфологическим признакам, в целом, согласуются, а степень генетических различий коррелирует с таксономией, предлагаемой зооморфологами. Различия между подвидами одного из изученных видов - Lacerta agilis - при сравнении разных молекулярных маркеров выражены неодинаково: по данным метода RAPD все подвиды существенно отличаются (при низкой внутрипопуляционной изменчивости этого признака), по другим маркерам эти различия выражены меньше и неравноценны. Подтверждается существование так называемых восточной и западной подгрупп этого вида, выделенных ранее другими авторами по результатам изучения мтДНК и по морфологии. Не обнаружено отчетливых градаций, выходящих за пределы индивидуальной изменчивости, в 14 популяциях подвида L. agilis exigua (восточная группа) по маркерам IMP несмотря на то, что эти популяции обитают на огромной территории от Урала до Кабардино-Балкарии. Эти данные можно рассматривать как свидетельство быстрого распространения подвида на север после плейстоценового оледенения (около 15000 лет назад).
Ключевые слова: молекулярная эволюция, молекулярная систематика, маркеры ядерной ДНК, геносистематика, геном рептилий, ящерицы, Lacertidae.
MOLECULAR MARKERS OF NUCLEAR DNA IN INVESTIGATION OF EVOLUTION AND SPECIA-TION PROCESS ON EXAMPLE OF "Lacerta agilis COMPLEX" (SAURIA: LACERTIDAE), by V. V. Grechko1*, L. V. Fedorova1, D. M. Ryabinin1, N. L. Ryabinina1, D. G. Ciobanu2, S. A. Kosushkin, I. S. Darevsky3 ^Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Science, Moskow, 119991 Russia; *e-mail: grechko@eimb.ru; 2Institute of Genetics, Moldova Academy of Sciences, Kishinev, 111120 Moldova; 3Zoological Institute, Russian Academy of Science, St.-Petersburg, 199034 Russia). In order to elucidate the molecular-genetic relations of some Lacerta s. str. lizard populations, subspecies and species in comparison with some other genera we used methods revealing four types of nuclear DNA markers. Among these were ta-xonprint, RAPD, Inter-MIR-PCR markers and also satellite DNA monomer sequences. The aim was to compare the phylogeny and systematics of this reptilian group based on morphological and molecular criteria. This problem has a general importance for understanding a speciation process. Our results show a good correlation between both approaches when genera and species levels were studied. Systematic status of five subspecies of L. agilis were supported but not in all cases, some subspecies have no meaningful genetic differences by three types of molecular markers, but all of them were differed by RAPD markers. The data confirm the subdivision of L. agilis
Принятые сокращения: RAPD (Randomly Amplified Polymorphic DNA) - метод амплификации фрагментов ДНК с использованием коротких случайных праймеров; IMP (Inter-MIR-PCR) - метод амплификации фрагментов, расположенных между копиями повторов SINE типа MIR с использованием специфических праймеров.
*Эл. почта: grechko@eimb.ru
populations into west and east clades proposed by other authors earlier on the basis of mitochondrial DNA and morphology. The population structure of one of the subspecies - L. agilis exigua, was studied on a number of popUlations distributed from Ural region up to Kabardino-Balkaria by IMP method. There were no significant differences among these 14 populations investigated. The data testify the rapid distribution of the species after the end of Pleistocene glaciation.
Key words: molecular evolution, molecular systematics, nuclear DNA markers, reptilian genome, lizard, Lacertidae.
"If gene tree conflict with an accepted tree, one should stop and ponder why".
C.-B. Stewart [1].
Проблема соотношения (или соответствия) между морфологическим сходством организмов и их молекулярно-генетическим родством является ключевой в обсуждении перспектив изучения эволюции и видообразования. Многочисленные примеры противоречий между установившейся систематикой, которая, в принципе, должна отражать эволюцию и базироваться на иерархической степени родства, и данными молекулярногенети-ческого анализа различных маркеров ДНК часто обескураживают биологов. Некоторые авторы высказывают мнение, что эти два подхода несовместимы и что систематика не "обязана" (или может не) использовать данные о степени молекулярного родства (результаты молекулярно-ге-нетического анализа (см. обзор [2]). С другой стороны, распространено мнение, что современная систематика должна опираться только на молекулярные данные и не должна учитывать данные морфологии (см. обзор [3]). Можно полагать, что крайние точки зрения не всегда оправданы. Как показано в упомянутой работе [3], необходим некий синтез или, по крайней мере, понимание того, насколько морфологические и молекулярные данные, рассматриваемые вместе, помогают формированию научной систематики, основанной на структуре ДНК.
На этом пути возникают бесчисленные трудности как теоретического (например, отсутствие согласованной концепции понятия "вид", сложности анализа массивов молекулярных данных и получения однозначно трактуемых филогенетических построений [4-7]), так и практического толка, поскольку наиболее популярная теория кладизма пока не может предложить доступный и проверяемый способ построения биологической систематики (см. обзор [8]).
Не отрицая вероятности дальнейшего успешного развития филогенетических подходов кладизма, которые сделают возможным построение системы живого мира на основе его молекулярной филогении, отметим, что генетическое сходство и генетические дистанции, по крайней мере, на уровне низших таксонов, представляются также достаточно информативными с точки зрения проверки и уточнения систематического положе-
ния таксонов. Это мнение основано на том, что, во-первых, во множестве случаев имеются совпадения, или конгруэнтность, морфологических и молекулярно-генетических признаков таксонов (см. обзоры [9, 10]), свидетельствующие об отсутствии в этих случаях гомоплазий и об ортологич-ности обоих типов признаков. Во-вторых, на очевидном факте, что степень генетических различий косвенно отражает филогенетическое родство сравниваемых таксонов и монофилию наиболее сходных из них.
Еще в начале бума работ по молекулярной эволюции один из крупных исследователей Д. Хиллис сформулировал принципиальную посылку: "Поскольку исследуемый организм имеет единственную историю, выводы систематических исследований любого набора генетических признаков должны быть конгруэнтны выводам, которые можно сделать при изучении других наборов признаков того же организма. Конгруэнтность между этими выводами можно рассматривать как мощное свидетельство тому, что приоткрыта действительная историческая картина; конфликт между выводами может указывать на то, что теоретические предпосылки или технические аспекты недостаточно основательно продуманы в обоих подходах или в одном из них. Или просто необходимы дополнительные данные, чтобы понять причину конфликта и понять филогенетические отношения, которые мы исследуем" [11].
Исходя из этого принципа, можно полагать, что противоречие между морфологической и молекулярной систематикой, обнаруженное при использовании одного типа (или ограниченного числа) внешних признаков или молекулярных маркеров, не должно рассматриваться как катастрофа до получения данных по другим маркерам. Таксономия должна проверяться несколькими методами, и систематика верна, если предполагаемое на основании морфологических и зоогеографических признаков биологическое родство коррелирует с молекулярно-генетическим родством даже на основании одного типа маркеров. Если такой корреляции нет, то этот факт должен быть проверен при помощи других молекулярных маркеров, и, если они дают согласующиеся результаты, остается признать, что морфологические критерии, в изучаемом случае, выбраны неправильно, система должна быть изменена с учетом прямых дан-
ных о родстве на уровне ДНК. Эта логика, к сожалению, не всегда выдерживается, и большинство авторов изучает лишь один какой-либо вид молекулярных маркеров (чаще всего - митохонд-риальные гены), что нередко приводит к неоднозначным или, по крайней мере, промежуточным выводам.
Причиной противоречия между морфологической систематикой и выводами, основанными на каком-либо одном молекулярном методе, может быть гомоплазия (конвергенция, в широком смысле слова), которая может наблюдаться как на морфологическом, так и на молекулярном уровнях [4]. Гомоплазия в последнем случае менее опасна, поскольку вероятность ее понижается с увеличением набора признаков (число нуклеоти-дов) и типов молекулярных маркеров, характеризующих различные регионы ДНК, поэтому необходимо в каждом случае основывать филогенетические и генетические выводы на молекулярных мар
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.