БИОЛОГИЯМОРЯ, 2013, том 39, № 5, с. 371-379
УДК 575.174;575.174.015.3;597.553.2 ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА
ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ НЕРКИ ONCORHYNCHUSNERKA (WALBAUM, 1792) ВОСТОЧНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАМЧАТКИ
2013 г. О. А. Пильганчук, Н. Ю. Шпигальская
Камчатский НИИрыбного хозяйства и океанографии, Петропавловск-Камчатский 683000
e-mail:pilganchuk.o.a@kamniro.ru
Статья принята к печати 20.09.2012 г.
На основе аллельной изменчивости восьми микросателлитных локусов (OtslOl, Ob'la, OkiVo, ОпеЮ4, ОиеЮ9, OtsG6%, OtsG%5, Oki6) исследована межпопуляционная дифференциация нерки Oncorhynchus nerka (Walbaum) Олюторского и Карагинского районов, а также бассейна р. Камчатка. Генетическое разнообразие выборок из северных рек оказалось ниже, чем из бассейна р. Камчатка. Нерка исследованных локальностей характеризуется статистически значимой неоднородностью распределения частот аллелей микросателлитных локусов. Показано соответствие степени генетического сходства популяций их географической близости. Уровень различий между группами популяций значительно превышает уровень межпопуляционной дифференциации. Включенные в анализ выборки образовали четыре относительно дифференцированные группы: "оз. Азабачье", "бассейн р. Камчатка", "Карагинский район" (включающий р. Навыринваям, расположенную на юге Олюторского района) и "север Олюторского района". Оценки вероятности идентификации восточнокамчатской нерки в смешанных скоплениях на уровне популяционных групп достаточно высоки (67.2-81.8%) и значительно превышают точность идентификации отдельных популяций.
Ключевые слова: нерка, микросателлитная ядерная ДНК, межпопуляционная дифференциация.
Genetic differentiation of sockeye salmon Oncorhynchus nerka (Walbaum, 1792) populations of eastern Kamchatka. O. A. Pilganchuk, N. Yu. Shpigalskaya (Kamchatka Research Institute of Fisheries and Oceanography, Petropavlovsk-Kamchatski 683000)
The interpopulation differentiation of the sockeye salmon Oncorhynchus nerka (Walbaum) from the Olyutorskiy and Karaginskiy districts and from the Kamchatka River basin was examined based on the allelic variability of eight microsatellite loci (Otsl07, Ob'la, Ob'lb, ОпеЮ4, 0nel09, OtsG6%, OtsG%5, and Oki6). The genetic diversity of samples from the northern rivers was lower, compared to samples from the Kamchatka River basin. Significant heterogeneity was found in the allele frequency distribution of microsatellite loci of sockeye salmon from the investigated localities. The degree of genetic similarity ofpopulations corresponded to their geographical closeness. The differences between population groups greatly exceeded the level of interpopulation differentiation. The analyzed samples formed four relatively separate clusters: Lake Azabachye, Kamchatka River basin, Karaginskiy area (including the Navyrinvayam River in the south of the Olyutorskiy district), and northern Olyutorskiy area. The estimates of the identification likelihood of eastern Kamchatkan sockeye salmon in mixed aggregations on the level ofpopulation groups were fairly high (67.2-81.8%), greatly exceeding the accuracy ofidentification ofindividual populations. (Biologiya Morya, 2013, vol. 39, no. 5, pp. 371-379).
Keywords: sockeye salmon, microsatellite DNA, interpopulation differentiation.
Нерка ОпсогИупсИш пегка (Ша1Ьаит) - моноцикличный, анадромный вид тихоокеанских лососей, для которого характерна сложная популяционная организация, обусловленная наличием не только репродукгивно изолированных локальных популяций, но и темпоральных и экологических форм. Более 95% нерки Азии воспроизводится на Камчатке, при этом 80-90% численности составляют стада рек Озерная и Камчатка (Бугаев и др., 2007). На восточном побережье Камчатки кроме наиболее значимого бассейна р. Камчатка, который обеспечивает 20-50% вылова нерки в Азии, расположен ряд довольно значительных нагульно-нерестовых водоемов (Бугаев и др., 2007; Бугаев, 2011).
В результате популяционных исследований нерки на основе анализа аллозимной изменчивости были определены уровни иерархии внутривидовой подраз-
деленности - континенты (азиатская и североамериканская части ареала), регионы и нерестовые локальности, включающие временные расы и экологические формы (Алтухов и др., 1997). Для нерки Азии основными регионами воспроизводства, в соответствии с вышеупомянутой схемой иерархии, являются западное побережье Камчатки, бассейн р. Камчатка и восточное побережье Камчатки (Алтухов и др., 1997). Было показано, что степень межпопуляционного генетического разнообразия как по генам, выявляемым методами биохимической генетики, так и по гаплотипам митохондриальной ДНК не связана с географической удаленностью исследованных локальностей - гетерогенность в пределах крупной речной системы может превышать гетерогенность между регионами, а относительные величины генного разнообразия на разных уровнях внутривидового подразде-
ления сходны (Withler, 1985; Varnavskaya et al., 1994a, b; Алтухов и др., 1997; Брыков и др., 2005). Несколько иная картина внутривидовой подразделенности нерки в азиатской части ареала была получена при анализе аллельной изменчивости микросателлитных локусов. Исследования популяционной структуры с использованием полиморфных микросателлитов позволили сделать вывод о высокой разрешающей способности данной группы популяционно-генетических маркеров и выявить достаточно четкую подразделенность нерки Азии, соответствующую географической приуроченности исследованных локальностей (Beacham et al., 2006a,b; Хрусталева, 2007; Хрусталева и др., 2010).
Целью настоящей работы является расширение информации о генетической структуре и межпопуляци-онной дифференциации нерки восточного побережья Камчатки на основе аллельной изменчивости микросателлитных локусов. Полученные результаты могут быть использованы при анализе смешанных преднерестовых и нагульных скоплений, а также смешанных промысловых группировок с целью идентификации их региональной или популяционной принадлежности.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Материалом послужили выборки производителей нерки из локальных популяций восточного побережья Камчатки, расположенных на территории Олюторского района - лагуны Северная и Анана, реки Апука и Навыринваям, на территории Карагинского района - реки Ивашка и Хайлюля, а также в бассейне р. Камчатка - реки Пономарка и Бушуйка, впадающие в оз. Азабачье, реки среднего течения - Еловка и Киревна, оз. Двухъюрточное и р. Камчатка (верховья). Общий объем материала составил 582 экз.
Тканевые пробы - фрагменты грудных плавников или сердечной мышцы - отбирали у свежевыловленных рыб и фиксировали в 96% этаноле. Тотальную ДНК выделяли по стандартной методике (Маниатис и др., 1984; Sambrook et al., 1989).
Амплификацию проводили с использованием наборов, содержащих готовую лиофилизированную смесь для поли-меразной цепной реакции (ПЦР) - GenePak PCR Core (ООО "ИзоГен", Россия). В реакционную смесь добавляли 10 мкл буфера, 5 мкл геномной ДНК и 5 мкл смеси специфичных прай-меров. ПЦР проводили по схеме, описанной для тихоокеанской кеты (Афанасьев и др., 2006) и успешно применявшейся при исследовании нерки (Пильганчук и др., 2013).
В качестве маркеров популяционной дифференциации использовали восемь полиморфных микросателлитных локусов: Ofola, Ofolb, Oki6 (Smith et al., 1998), OtsG6%, OtsG&5 (Williamson et al., 2002), ОиеЮ4, OneV)9 (Olsen et al., 2000) и OtslOl (Nelson, Beacham, 1999), для каждого из которых был подобран режим полимеразной цепной реакции (Пильганчук и др., 2013).
Информационный индекс разнообразия Шеннона (Shannon, 1948) рассчитывали в программе GENALEX 6 (Peakall, Smouse, 2006). Для оценки гетерогенности исследованных выборок на основе изменчивости частот аллелей вышеуказанных микросателлитных локусов применяли модифицированный критерий х2 (Nass, 1959, цит. по: Животовский, 1991). Показатели генетической дифференциации 6 были получены с помощью пакетов программ GDA (Lewis, Zaykin,
2001) и Arlequin2000 (Schneider et al., 2000). Для оценки внутри- и межпопуляционной изменчивости, а также различий между группами популяций использовали программу AMOVA (Analysis of Molecular Variance, пакет программ Arlequin2000). Еенетические дистанции рассчитывали по методам Нея (Nei, 1972) и Кавалли-Сфорца (Cavalli-Sforza, Edwards, 1967) в программах GENALEX 6 и PHYLIP (Felsenstein, 2004). Полученные матрицы использовали для построения ден-дрограмм методом "присоединения к ближайшему соседу" (Neighbors Joining - NJ) в пакетах программ GDA и PHYLIP. Ерафическое изображение дендрограмм было получено в программе TreeView (http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/rod/rteeview. html). Другим подходом к оценке генетического сходства популяций был метод многомерного шкалирования, выполненный в программе NTSYS 2.02i (Rohlf, 1998).
Для оценки вероятности идентификации популяционной и региональной принадлежности смешанных выборок использовали метод анализа симулированных выборок по нулевому сценарию в программе SPAM (Masuda etal., 1991).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Уровень генетического разнообразия выборок (индекс Шеннона) варьировал от 1.33 ± 0.312 (р. Апука) до 1.54 ± 0.329 (р. Киревна) (рис. 1) при среднем значении 1.48 ± 0.316. В целом можно отметить относительно низкие значения данного показателя в выборках из северных рек (Карагинский и Олюторский районы) по сравнению с бассейном р. Камчатка.
На основе изменчивости частот аллелей восьми микросателлитных локусов получена статистически значимая величина оценки гетерогенности (с2) исследованных выборок (р < 0.001). Сравнение выборок с использованием показателя генетической дифференциации F выявило достоверные различия в большинстве случаев попарных сравнений (табл. 1). Исключением являются четыре пары географически близких популяций, различия между которыми не достигли статистически значимого уровня (р > 0.05): р. Киревна - р. Камчатка, р. Камчатка - оз. Двухъюрточное, р. Хайлюля - р. Ивашка, лагуна Анана - лагуна Северная. Кроме того, для указанных пар величины дистанций Нея оказались наименьшими (табл. 1). В соответст
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.