ГЕНЕТИКА, 2015, том 51, № 9, с. 1047-1056
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.17:598.243.5
ПРОСТРАНСТВЕННО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА КОЛОНИИ БОЛЬШОЙ КОНЮГИ (Aethia cristatella Pallas, 1769) ПО ДАННЫМ КОНТРОЛЬНОГО РЕГИОНА МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК И МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ ЛОКУСОВ
© 2015 г. О. С. Пшеничникова1, П. А. Сорокин1, А. В. Клёнова2, В. А. Зубакин1
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, Москва 119071
e-mail: pshenichnikovaolesya@gmail.com 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, кафедра зоологии позвоночных, Москва 119991
Поступила в редакцию 01.12.2014 г.
Исследовано влияние филопатрии на формирование внутрипопуляционной структуры в колонии большой конюги (Aethia cristatella Pallas, 1769) с о. Талан Тауйской губы Охотского моря. Проанализированы нуклеотидные последовательности фрагмента контрольного региона митохондриальной ДНК (408 пн) и пять микросателлитных локусов (Apy03, Apy04, Apy06, Apy07, Apy10) для особей с двух различных участков колонии. Обнаружено высокое генетическое разнообразие (h = 0.999 ± ± 0.003) и отсутствие внутрипопуляционной генетической дифференциации по обоим классам маркеров. Таким образом, несмотря на высокую степень гнездового консерватизма взрослых особей, генетическая изоляция большой конюги с различных участков колонии о. Талан не была выявлена.
DOI: 10.7868/S001667581508007X
Одним из важных факторов, которые оказывают существенное влияние на формирование внутрипопуляционной и внутривидовой генетической структуры, является филопатрия [1—4]. Филопатрия у колониальных морских птиц включает в себя натальную филопатрию — стремление молодых особей вернуться на место своего рождения, и гнездовую филопатрию, или гнездовой консерватизм, — стремление взрослых особей возвращаться на одно и то же место гнездования. Морские птицы представляют собой прекрасную модель для изучения влияния филопатрии на по-пуляционную генетическую структуру, так как многие виды демонстрируют высокий уровень натальной или гнездовой филопатрии [5]. Поскольку морские птицы часто гнездятся колониально, сталкиваются с дефицитом мест гнездования и характеризуются высоким уровнем гнездового консерватизма (т.е. из года в год имеют одних и тех же соседей по колонии), то для них может оказаться полезным формирование гнездящихся рядом групп родственников (kin groups). Такие группировки могут позволять птицам тратить меньше времени и энергии на установление иерархических взаимоотношений с соседями, более эффективно отслеживать потенциальных хищников, снижать риск инфантицида и многое другое. Все это в свою очередь является стимулом к усилению филопатрии [6]. Влияние филопат-рии на дифференциацию популяций и видообразование уже изучалось ранее на примере морских
птиц [7—10], однако на внутрипопуляционном уровне исследований было проведено мало [3, 4, 11—15]. Было показано, что толстоклювые кайры (Uria lomvia Linnaeus, 1758), по крайней мере на двух колониях, предпочитают гнездиться рядом с близкородственными особями, демонстрируя значительную внутрипопуляционную структуру при отсутствии генетической дифференциации на внутривидовом уровне [11]. Наличие групп родственников было подтверждено также для сизой чайки (Larus canus Linnaeus, 1758) [13] и для обыкновенной гаги (Somateria mollissima Linnaeus, 1758) [4]. Для некоторых других морских птиц, таких как большой фрегат (Fregata minor Gmelin, 1789) [12] и средиземноморский буревестник (Ca-lonectris diomedea Scopoli, 1769) [14], было показано, что птицы, формирующие пару, значительно более схожи генетически по сравнению с другими особями, причем степень генетической схожести между птицами, не являющимися партнерами, не зависит от расстояния между гнездами этих птиц. Таким образом, в ряде случаев птицы могут выбирать близкородственных особей в качестве партнера для спаривания, хотя причина подобного ас-сортативного скрещивания, усиливающего степень инбридинга в популяции, до сих пор не ясна. Такое поведение также может вносить вклад в формирование пространственно-генетической структуры в пределах даже одной колонии. Это позволяет предположить, что пространственно-генетическая структура может быть встречена и у
других еще не изученных в этом аспекте видов морских птиц. С другой стороны, на примере обыкновенной моевки (Rissa tridactyla Linnaeus, 1758) было показано, что спаривание с близкородственными партнерами может быть неадаптивным [15].
Большая конюга (Aethia cristatella Pallas, 1769) — планктоноядная морская птица небольших размеров из семейства чистиковых (Alcidae, Charadriiformes) [5, 16]. Ее ареал ограничен побережьями и островами Северной Пацифики. Зиму большие конюги проводят в открытом море вдали от гнездовых колоний, формирующихся в сезон размножения. Средняя продолжительность жизни у особей данного вида составляет около 8 лет [16]. Максимальная продолжительность жизни, вероятно, может быть намного больше, в 2008 г. на о. Талан была отловлена птица, окольцованная взрослой в 1991 г., то есть ее возраст в 2008 г. составлял, по меньшей мере, 20 лет (В.А. Зубакин, личное сообщение). Большие конюги моногамны, и оба родителя принимают участие в заботе о единственном птенце [5, 16]. Информации о степени натальной филопатрии у данного вида на данный момент нет и работ по изучению этого вопроса у всей трибы конюг не проводилось. Однако взрослым конюгам свойствен высокий уровень гнездового консерватизма — из года в год пары стремятся заселять одни и те же норы [17—19]. По результатам многолетнего мечения птиц было установлено, что лишь очень небольшая доля особей, окольцованных во взрослом возрасте, встречается вне участка мечения, что подчеркивает их высокую привязанность к месту и низкий уровень постоянной эмиграции среди взрослых птиц [17]. Если, как и толстоклювые кайры, большие конюги получают определенные преимущества от гнездования вблизи родителей (например, испытывая, таким образом, меньшую конкуренцию за потенциально пригодные для гнездования расщелины), можно было бы ожидать, что в колониях данного вида также присутствуют группы родственников и пространственно-генетическая дифференциация. Чтобы проверить это предположение, в данной работе мы проанализировали генетическое разнообразие и степень структуризации одной колонии большой конюги на основании полиморфизма фрагмента контрольного региона ми-тохондриальной ДНК и пяти микросателлитных локусов ядерной ДНК.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материал был собран на острове Талан Тауй-ской губы Охотского моря Магаданской области (59°18' с.ш., 149°05' в.д.) в гнездовой период на двух экспериментальных участках. Первый участок (в дальнейшем северный участок) площадью 120 м2 был расположен на склоне острова север-
ной экспозиции на высоте около 25 м над уровнем моря и представлял собой почти обнаженную каменистую осыпь. Второй участок (в дальнейшем западный участок) площадью 82 м2 располагался на склоне острова западной экспозиции на высоте 15 м над уровнем моря и представлял собой частично задернованную каменную осыпь. В годы проведения исследования большие конюги заселяли данные участки с плотностью 7.5 и 2.5 особи на 1 м2 соответственно. Данные участки располагались на расстоянии около 400 м друг от друга и были разделены скалистым мысом, отделяющим северный склон острова от западного. Поскольку ранее было показано, что даже при смене гнездовой норы на следующий сезон размножения особи большой конюги выбирают новую нору не далее чем в трех метрах от старой [18], расстояние в 400 м можно считать достаточной преградой и не ожидать переселения одних и тех же особей с участка на участок после выбора привычного места для размножения. В 2008 г. образцы тканей для генетического анализа были собраны на западном (N = 46), а в 2010 — на северном участке острова (N = 52). Общая численность колонии большой конюги на о. Талан в 2008 г. составляла 260—300 тыс. особей [20]. Материалом для выделения ДНК послужили кроющие перья (по 5—6 от каждой особи) от живых птиц, отловленных петлями на камнях на поверхности колонии или сетями, закрывающими отверстия гнездовых камер. Образцы для анализа отбирали только от размножающихся особей, имеющих характерные признаки (васкуляризированное на-седное пятно или корм в подъязычном мешке). После отлова конюг метили индивидуальными наборами из трех цветных пластиковых колец и стальным кольцом серии "М" с номером. Таким образом, данные от одной и той же особи не могли попасть в анализ более одного раза. Комбинацию цветных колец мы использовали затем в качестве маркировки отдельных особей.
ДНК выделяли с использованием набора Diatom DNA Prep 100 (Изоген, Россия) согласно протоколу изготовителя. Для многих видов морских птиц ранее было отмечено наличие ядерных копий митохондриальных генов, поэтому амплификацию фрагмента контрольного региона мито-хондриальной ДНК длиной в 408 пн проводили с праймерами CGL-001 и CGH-549, разработанными непосредственно для фрагмента митохон-дриальной ДНК чистиков (Cepphus spp.) [21], в амплификаторе Bio-Rad Tetrad 2 (Bio-Rad, США) в 10 мкл. ПЦР-смесь включала в себя 2 мкл 5х MadsDDTaqMIX-2025 (Диалат, Россия), 2 мкл прямого и обратного праймеров с концентрацией 5 пМ, 1 единицу Hot Start Taq ДНК-полимеразы (СибЭнзим, Россия), 1.5 мкл выделенной ДНК и H2O. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) состояла из следующих этапов: начальная денатура-
ция при 94oC в течение 180 с; 40 циклов, включающих денатурацию при 94oC в течение 15 с, отжиг праймеров при 58oC в течение 20 с, элонгацию при 72oC в течение 45 с; конечная элонгация при 72oC в течение 10 мин. Контроль качества продуктов ПЦР проводили электрофорезом в 1.5%-ном агарозном геле. ПЦР-продукты очищали переосаждением в спирте. Секвенирование производили на автоматическом секвенаторе ABI 3130 (Applied Biosystems, США) с набором BigDye Terminator kit v. 3.1 (Applied Biosystems, США).
Амплификацию пяти микросателлитных ло-кусов ядерной ДНК проводили с праймерами Apy03, Apy04, Apy06, Apy07, Apy10, разработанными для малой конюги (Aethia pygmaea Gmelin, 1789), согласно протоколу [2
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.