ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2008, том 69, № 6, с. 434-440
УДК 575.22:595.789(477.75)
ПАРАМЕТРЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ И ПОДРАЗДЕЛЕННОСТИ COLIAS CROCEA FOURC. И C. ERATE ESP. (LEPIDOPTERA, PIERIDAE) В ЗОНЕ СИНТОПНОГО ОБИТАНИЯ В КРЫМУ ПО ДАННЫМ АЛЛОЗИМНОГО И RAPD-PCR-АНАЛИЗА
© 2008 г. А. Э. Милованов, А. П. Симчук
Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского 95007 г. Симферополь, проспект Вернадского, 4, Украина, АРК e-mail: avi@tnu.crimea.ua Поступила в редакцию 21.06.2007 г.
Параметры генетического разнообразия и популяционной подразделенности двух видов желтушек Colias crocea Fourc. и C. erate Esp. (Lepidoptera, Pieridae) изучены в серийных выборках из синтопных популяций в Крыму методами аллозимного и RAPD-PCR-анализа. Генетическое разнообразие обоих видов оказалось приблизительно одинаковым: доля полиморфных локусов £95(99) составила 67% для C. crocea и 61% для C. erate. Средняя ожидаемая (несмещенная) гетерозиготность (H'е) по данным RAPD-PCR-анализа равнялась соответственно 24.7 ± 4.4% для номинативного C. crocea, 21.7 ± 4.2% для C. erate и 20.4 ± 4.1% для паратипических форм обоих видов. Значения средней наблюдаемой гетеро-зиготности по данным аллозимного анализа в другой выборке были значительно ниже теоретически ожидаемых (Ho = 15.6 ± 3.3%, He = 50.5 ± 4.5% для C. crocea; Ho = 17.95 ± 6.15%, He = 50.8 ± 8% для C. erate; Ho = 24.2 ± 7.5%, He = 50.9 ± 8.7% для паратипических форм соответственно). Средняя наблюдаемая гетерозиготность паратипических форм C. erate (f. androconiata, f. chrysodona, f. edusoides) почти в два раза превышает этот показатель у f. chlorodona и f. eratoides. Паратипические формы обоих видов отличаются от номинативных форм (особенно от C. crocea) уровнем внутрипопуляционного инбридинга и частотой генных обменов (F = 0.691 для C. crocea, 0.646 для C. erate и 0.524 для паратипических форм). Предполагается наличие заметного генного потока между контактирующими популяциями C. crocea и C. erate. Райтовский FST, рассчитанный по 6 аллозимным локусам и 18 RAPD-марке-рам, между фенонами с плавно округленным и угловатым краем вальвы составил 0.155, Nm = 1.363. Значения коэффициента генетического сходства Нея (S) изменялись в пределах от 0.7554 между номинативными C. crocea и C. erate (DN = 0.28) до 0.8092 между C. crocea и паратипическими формами (Dn = 0.21) и 0.8936 между C. erate и паратипическими формами обоих видов (DN = 0.11). Паратипические формы, условно отнесенные к C. crocea (с плавно округленным краем вальвы), и паратипические формы C. erate (с угловатой вальвой) обнаруживают очень высокую степень сходства между собой (S = 0.9047, Dn = 0.10). C. crocea и C. erate альтернативно различаются по локусу NdH (NADH+-дегид-рогеназа). Однако связь определенных генотипов по локусу NdH с окраской крыльев оказалась более тесной, чем с признаками строения гениталий самцов: с окраской крыльев r = +0.495, sr = 0.164, t = 3.01, p > 0.99; с признаками строения вальвы r = +0.377, sr = 0.175, t = 2.15, p > 0.95.
Семисимпатрические виды бабочек - желтушка шафранная (Colias crocea Fourc.) и желтушка степная (C. erate Esp.) - характеризуются выраженной гомологией генотипической изменчивости по фенам крылового рисунка и трансгрессируют по признакам строения гениталий самцов. В природных популяциях постоянно встречаются как номинативные (типичные) формы, так и широкий спектр паратипических форм обоих видов (последние включают в себя как дискретные формы внутривидовой изменчивости, так и предполагаемые гибриды). Тестирование методом электрофореза в полиакриламидном геле полиморфизма 12 генети-ко-биохимических систем в серийных выборках из природных популяций обоих видов в Крыму показало статистически достоверные различия по локусам NdH (NadH-дегидрогеназа) и AldH (альде-
гиддегидрогеназа) (Милованов и др., 2004). Методом RApD-PCR-aнaлизa тотальной клеточной ДНК (с использованием праймеров OPA-O3, OPA-04, OPA-08) были найдены таксон-специфичные RAPD-мaркеры (OPA-O8250 и OPA-O8380 для шафранной желтушки и OPA-04400 для степной) (Мшованов и др., 2006).
Цель настоящей работы - выявление особенностей генетического разнообразия и связей шафранной и степной желтушек, определение статуса паратипических форм обоих видов, рассмотрение возможного адаптивного значения генетических различий между ними. В задачи работы входило: 1)дать видовые характеристики генетического разнообразия обоих видов; 2) оценить уровни внут-рипопуляционной дифференциации обоих видов и степень генетической изоляции между видами;
3) оценить распределение генетического разнообразия между формами, а также степень генетического сходства между ними.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалом для исследования послужили 34 вв шафранной желтушки номинативной формы (край вальвы округлый, цвет крыльев шафранный, андрокониальное поле имеется, фенотип +++), 1 в f. pseudochrysodona (++-), 3 вв f. chlorodo-na (+—+), 1 > f. eratoides (+----), 12 вв степной желтушки номинативной формы (вальва угловатая, цвет желто-зеленый, андрокониальное поле отсутствует, ---), 2 вв f. androconiata (---+), 2 вв f. chrysodona (-+-), 1 в f. edusoides (-++), использованные для аллозимного анализа, и 4 вв шафранной желтушки номинативной формы, 1 в f. pseudo-chrysodona, 1 в f. chlorodona, 1 в f. eratoides, 3 вв степной желтушки номинативной формы, 3 вв f. androconiata, 1 в f. chrysodona и 1 в f. hyaleoides, которые были использованы для RAPD-PCR-ана-лиза. Сбор материала осуществляли на степных стациях в поселках Аграрное и Гвардейское к северу от Симферополя, находящихся на расстоянии 11 км друг от друга, осенью 2000, 2002 и 2004 гг. Срок хранения материала составлял от 6 мес до 1 года.
PCR проводили в реакционной смеси (25 мкл) на термоциклере "Терцик" (ДНК-Технология, Россия) с использованием набора реактивов GenePak™ PCR Universal (ИзоГен, Москва). Методика выделения ДНК и режим амплификации подробно описаны в ранее опубликованной работе (Мшованов и др., 2006). Применяли следующие декамерные олигонуклеотидные праймеры: 0РА-03 (последовательность оснований (5'—3') AGTCAGCCAC); 0PA-04 (AATCGGGCTG); 0PA-08 (GTGACGTAGG) ("Operon Technologies" USA). Продукты амплификации разделяли методом электрофореза в 1.8%-ном агарозном геле (метчик молекулярной массы (DNA-markers M-100 (ИзоГен, Москва)) и после окрашивания бромистым этидием фотографировали в ультрафиолетовом свете. Всего было получено 119 ампликонов: 64 ампликона для шафранной и 55 ампликонов для степной желтушки (для шафранной желтушки номинативной формы -2.5 ампликона/праймер/образец, для паратипиче-ских форм, условно отнесенных к этому виду, т.е. предполагаемых межвидовых гибридов - 3.7 ампликона/праймер/образец, для номинативной формы степной желтушки - 2.25 ампликона/праймер/образец и для паратипических форм этого вида 2.3 ампликона/праймер/образец). Электрофорез изоферментов проводили в пластинах полиакрил-амидного геля по стандартной методике (Короч-кин и др., 1977) с использованием буферной системы Дэвиса-Орнстейна с бромфеноловым синим (0.01%) в качестве метчика. Выявление ферментативной активности в геле проводили также по стандартным методикам.
Для оценки генного разнообразия и генетической дифференциации популяций были выбраны 6 полиморфных аллозимных локусов (Б81>2 (эсте-раза); АрИ-1, А1рИ-2 (щелочная фосфатаза); в-6-рйН (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа); ШН (№Ш-де-гидрогеназа) и АМН (альдегиддегидрогеназа)) и 18 ¿АРБ-маркеров (5 маркеров, инициированных праймером ОРА-О3; 5 маркеров, инициированных праймером ОРА-04; 8 маркеров, инициированных праймером ОРА-08), каждый из которых рассматривали как отдельный локус. Для выборочной оценки генетической изменчивости данные аллозимного и КАРБ-РСК-анализа были сведены в суммарную первичную матрицу, составленную по бинарному принципу ("+" или "-" состояние признака).
Были вычислены следующие показатели генетической изменчивости внутри выборок: доля полиморфных локусов (Р95(99)); эффективное число аллелей (пе); средняя ожидаемая (Не) и несмещенная (Н'е, с поправкой на величину выборки) гете-розиготность; средняя наблюдаемая гетерозигот-ность (Н0, для данных аллозимного анализа); коэффициент внутрипопуляционного инбридинга (Р) и индекс разнообразия Шеннона. Генетическую изменчивость между выборками (популяции "Аграрное" и "Гвардейское") оценивали по индексу популя-ционной подразделенности Р-Т и числу мигрантов на поколение между локальными популяциями (ЛШ). Использовался также индекс Р-Т в интерпретации Нея (№1, СИе88ег, 1983), который представляет собой отношение ожидаемых гетерозиготностей в предположении равновесия Харди-Вейнберга:
р _ 1__-
г -Т(8еп8ы Иег) 1 н '
где Н5 — средняя ожидаемая гетерозиготность в пределах субпопуляций,
а Нт — ожидаемая гетерозиготность в популяции в целом.
Для определения степени дивергенции шафранной и степной желтушек и таксономического статуса паратипических форм рассчитаны генетическое сходство (-) и несмещенное генетическое расстояние (Оы) (№1, Ы, 1979). Все расчеты были выполнены вручную, т.е. без использования каких-либо компьютерных программ, что обусловлено немногочисленностью данных и сравнительной простотой их обработки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализируемые выборки шафранной и степной желтушек характеризуются в целом достаточно высоким уровнем генетического полиморфизма. При использовании разных уровней критерия полиморфности (Р95, Р99) их значения не различались, так как частота ни одного предоминантного признака не превышала 95% (максимальная частота — 85.7%). Доля полиморфных локусов (Р95(99)) оказалась несколько выше у шафранной желтушки (66.7%), чем у степной (61.1%). Среднее число
Таблица 1. Средняя гетерозиготность шафранной и степной желтушек по данным аллозимного анализа (6 полиморфных локусов: Ев1;-2, А1рЬ-1, А1рЬ-2, в-6-рШ, ШИ, АИИ)
Вид, форма Показатели
na He, % Ho, % X2; d.f.; p F
Формы с округлой вальвой Формы с угловатой вальвой С. стоееа (номинативный) С. етаге (номинативный) Паратипические формы обоих видов 3.0 2.67 2.33 52.52 ± 4.27 (73 генотипа) 51.04 ± 7.22 (24.5 генотипа) 50.47 ± 4.53
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.