БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2004, том 30, № 1, с. 54-59
УДК 575.174.015.3:594.124 ГЕНЕТИКА
ОТБОР ПО АЛЛОЗИМНЫМ ЛОКУСАМ У ТИХООКЕАНСКОЙ МИДИИ MYTILUS TROSSULUS В УСЛОВИЯХ СТРЕССА1
© 2003 г. С. М. Никифоров, А. А. Будник
Институт биологии моря ДВО РАН, Владивосток 690041 e-mail: inmarbio @ mail.primorye. ru
Статья принята к печати 18.04.2003 г.
Методом гель-электрофореза исследована аллозимная изменчивость в 15 локусах в двух выборках тихоокеанской мидии Mytilus trossulus, собранных в пределах одной гигантской друзы. Одна выборка была подвергнута кратковременному анаэробному, а затем длительному аэробному стрессу, что вызвало гибель приблизительно 85% особей. Между выборками обнаружены существенные различия в частотах генотипов и аллелей некоторых локусов. Результаты свидетельствуют о дифференциальной выживаемости мидий, имеющих разные генотипы и аллели в части исследованных локусов, в условиях стресса. Полученные данные подтверждают гипотезу об адаптивной значимости аллозимного полиморфизма.
Ключевые слова: Mytilus trossulus, аллозимная изменчивость, стресс.
Selection at allozyme loci in the Pacific mussel Mytilus trossulus under stress. S. M. Nikiforov, A. A. Budnik (Institute of Marine Biology, Far East Branch, Russian Academy of »Sciences, Vladivostok 690041)
Allozyme variability at 15 loci in two samples of the Pacific mussel Mytilus trossulus collected from a giant druse was investigated using the method of gel electrophoresis. One sample was subjected to a short-term anaerobic stress and then to a longer aerobic stress, leading to the death of about 85% of individuals. At some of the loci, significant differences in genotypic and allele frequencies were found between the samples. The results are suggestive of the differential survival of mussels with different genotypes and alleles at some of the surveyed loci under stress. Our data are in agreement with the hypothesis of adaptive significance of allozyme polymorphism. (Biologiya Morya, Vladivostok, 2004, vol. 30, no. 1, pp. 54-59).
Key words: Mytilus trossulus, allozyme variability, stress.
В давнем споре сторонников гипотезы о селективной нейтральности аллозимного полиморфизма со сторонниками гипотезы о его адаптивной значимости аргументами последних являются свидетельства о преимуществе высокогетерозиготных по аллозимным ло-кусам особей в условиях средового стресса, а также данные об изменении генотипических и аллельных частот в популяциях при изменении интенсивности воздействия тех или иных факторов среды. Множество эколого-генетических экспериментов, проведенных на морских беспозвоночных, преимущественно на двустворчатых моллюсках, и исследований их конспеци-фических природных популяций, обитающих в контрастных условиях среды, достаточно убедительно продемонстрировали дифференцирующий отбор по аллозимным локусам (Koehn, Hilbish, 1987; Gentili, Beaumont, 1988; Gaffney et al., 1990; Scott, Koehn, 1990; Koehn, 1991; Mitton, 1993; Hawkins, 1995; Nevo, 1998; Myrand et al., 2002; Penney, Hart, 2002).
В нашем распоряжении оказалась выборка тихоокеанской мидии Mytilus trossulus (Gould, 1850), которая подверглась сначала кратковременному анаэробному, а затем более длительному аэробному стрессу. Результатом воздействия стресса была элиминация приблизительно 85% особей в выборке. Мы попытались
сравнить уровень и характер аллозимной изменчивости моллюсков, прошедших отбор на устойчивость к комбинированному воздействию вызывающих стресс факторов, с таковыми животных из природной популяции, из которой была взята экспериментальная выборка, и оценить результаты отбора на устойчивость.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Около 300 особей тихоокеанской мидии были собраны в середине мая 2002 г. с глубины 0.5 м из одной большой друзы, насчитывающей свыше 2.5 тыс. особей (плотность поселения 9 тыс. экз/м2), с экспериментальной установки для исследования обрастания в б. Сухопутная Уссурийского залива Японского моря. Возраст моллюсков приблизительно один год, средние размеры около 33 мм. Моллюски находились в преднерестовом состоянии. Температура поверхностного слоя воды во время сбора составляла 10-12°С. После сбора животных поместили в непроточный аквариум объемом 0.3 м3 с фильтрованной морской водой, аэрируемой двумя распылителями с общей производительностью 10 л/мин. Температура воды в аквариуме составляла 18-19°С. После пересадки моллюсков в аквариум аэрация прекратилась и была восстановлена через 50 ч. За это время вследствие повышения температуры, произошел массовый нсрсст мидий, а затем отмечены гибель и разложение половых продуктов. В небольшом объеме аквариума эти события вызвали дефицит кислорода и, как следствие, анаэробный стресс, в результате которого за 50 ч
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта ДВО РАН "Реакция морской биогы на изменения природной среды и климата".
погибло до 25% выборки. После возобновления аэрации воду в аквариуме заменили, а мертвых животных удалили. Однако, несмотря на восстановление нормального кислородного режима и ежедневную двукратную смену воды в аквариуме, гибель моллюсков продолжалась еще в течение месяца. Мертвых животных удаляли при смене воды. Все это время мидии находились в условиях аэробного стресса, вызываемого повышенной температурой и отсутствием пищи. Через месяц в аквариуме осталось только 40 живых особей. В дальнейшем эту группу животных обозначили как выборка С. В середине июня 2002 г. с той же экспериментальной установки взяли повторную выборку мидий, которую обозначили как выборка П, после чего проанализировали аллозимную изменчивость в обеих выборках.
Аллозимную изменчивость в выборках исследовали методом электрофоретического фракционирования белков (ферментов), которое осуществляли в горизонтальном блоке 15% крахмального геля с использованием трис-малеатной буферной системы с рН 7.5 (Brewer, Singh, 1970) в течение 14—16 ч при силе тока 50 мА и принудительном охлаждении блока до 4°С. Ферментативную активность в срезах с блока выявляли с помощью методов, приведенных в сводке Ман-ченко (Manchenko, 1994). Интерпретацию данных (определение генотипов особей по индивидуальным ферментным спектрам на зимограммах) проводили в соответствии с данными о четвертичной структуре исследованных аллоферментов. Условные обозначения локусов, контролирующих синтез исследованных ферментов, приведены в виде аббревиатуры названия ферментов (например, аспартатаминотрансфераза - Аат). Цифра после аббревиатуры указывает на последовательность зоны активности данного фермента на гелевом срезе, начиная от старта, и приводится только в том случае, если число локусов, контролирующих ферменты с одной и той же функцией, больше одного (например: Эст-1, Эст-2, Эст-3). Нумерация аллелей дана в зависимости от электрофоретической подвижности последних, начиная от старта, как в более ранних работах по исследованию аллозимной изменчивости тихоокеанской мидии (Никифоров, 1998, 2000; Никифоров, Лыкова, 2003). Для статистической обработки материала использован пакет программ BIOSYS-1 (Swofford, Selander, 1981). Статистическую значимость различий между выборками по частотам аллелей оценивали с помощью х~-теста на гетерогенность (Workman, Niswander, 1970). Поправку на множественность сравнений вычисляли, используя программу МУЛТТЕСТ (Зайкин, Пудовкин, 1991). Для оценки статистической значимости различий величин гетерозиготности в гомологичных
локусах сравниваемых выборок, различий в частотах гомологичных генотипов и аллелей использовали (р-критерий Фишера (Плохинский, 1966).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Исследовали 15 полиморфных белков (табл. 1). Сравнение частот аллелей в гомологичных локусах выборок П и С (табл. 2) с помощью %2-теста позволило выявить статистически значимые различия частот в локусах Лап, Ме-1, Одг, Эст-1 и Эст-2 (табл. 3). При сравнении этих локусов отмечены минимальные значения индексов генетического сходства (I), а также максимальные величины генетических расстояний (Д), оцененных по Нею (№1, 1972, 1978) минимальных генетических дистанций (От} и межвыборочной стандартизированной дисперсии аллельных частот (табл. 3). Следует отметить, что не все аллели и генотипы (или группы генотипов, включающие определенный аллель) в равной степени участвуют в создании указанных ал-лозимных различий (табл. 4, 5). Кроме того, частоты некоторых гомологичных генотипов или групп генотипов в локусах Гфи, Пф, Фгм, 6-фгд и Эст-3, а также частоты некоторых гомологичных аллелей в локусах Идг-1, Пф, Фгм и Эст-3 статистически значимо различаются в выборках П и С при оценке с помощью ф-теста, несмотря на отсутствие значимых различий при оценке с помощью %2-теста (табл. 4, 5).
Средняя наблюдаемая гетерозиготность и средняя ожидаемая гетерозиготность в обеих выборках отличаются статистически несущественно, как и величины наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности в каждом из гомологичных локусов сравниваемых выборок, за исключением локуса Эст-2, где наблюдаемая гетерозиготность существенно ниже в выборке С (табл. 6). В большинстве исследованных локусов обеих выборок, кроме локусов Аат-2 и Мдг-1 выборки П и локусов Мдг-1 и Эст-1 выборки С, обнаружен дефицит гетеро-зигот. Его средние значения для выборок отличаются статистически несущественно (табл. 6), однако его значения в выборке С заметно выше в локусах Аат-1, Аат-2, Ме-1, Одг, Пф, Эст-2 и ниже в локусах Лап, Ме-2, Эст-1, Эст-3, чем в выборке П.
Таблица 1. Полиморфные белки Муп1ш ггоэшШя, их номера в соответствии с международной классификацией (Е.С.Мо) и условные обозначения локусов, контролирующих их синтез
Белок E.C.No Локус
Аспартатаминотрансфераза 2.6.1.1 Аат-1, Аат-2
Глюкозофосфатизомераза 5.3.1.9 Гфи
Изоцитратдегидрогеназа 1.1.1.42 Идг-1
Лейцинаминопептидаза 3.4.11.1 Лап
Малатдегидрогеназа 1.1.1.37 Мдг-1
Маликензим 1.1.1.40 Ме-1, Ме-2
Октопиндегидрогеназа 1.5.1.11 Одг
Неорганическая пирофосфатаза 3.6.1.1 Пф
Фосфоглюкомутаза 5.4.2.2 Фгм
6-фосфоглюконатдегидрогеназа 1.1.1.44 6-фгд
Неспецифические эстеразы 3.1.1... Эст-1, Эст-2, Эст-3
Таблица 2. Частоты аллелей в полиморфных локусах у МуМш ШышЫа в выборке
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.