ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 1, с. 5-16
= ГЕНЕТИКА =
УДК [575.17+576.311.347]:599.323.4
РАЗНООБРАЗИЕ СТРОЕНИЯ ГЕНА ЦИТОХРОМА b МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК ПОЛЕВОЙ МЫШИ Apodemus agrarius Pallas, 1771 ИЗ ПОПУЛЯЦИЙ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ
© 2014 г. В. В. Переверзева*, М. В. Павленко**
*Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, 685000 Магадан, ул. Портовая, 18 **Биолого-почвенный институт ДВО РАН, 690022 Владивосток, просп. 100 лет Владивостоку, 159 E-mail: vvpereverzeva@mail.ru Поступила в редакцию 10.12.2012 г.
Исследована изменчивость фрагмента гена цитохрома b и соответствующей ему аминокислотной последовательности полевой мыши Apodemus agrarius Pallas, 1771 юга Приморского края (Дальний Восток России). Обнаружен значительный полиморфизм этих признаков. Получены высокие значения индексов молекулярного разнообразия. Топологии филогенетического дерева и медианной сети позволяют предположить, что популяция полевой мыши юга Приморского края происходит от трех материнских линий. Отмечено, что кластеризация гаплотипов по территориальному признаку отсутствует, популяция полевой мыши юга Приморского края может рассматриваться как одна из ключевых в поддержании высокого генетического разнообразия этого вида.
DOI: 10.7868/S0002332913060118
Юг Дальнего Востока России является уникальным регионом, который можно рассматривать как "hotspot" — горячую точку в исследовании биологического разнообразия на восточной окраине Азиатского континента. В регионе обнаружены высокий уровень генетического полиморфизма среди позвоночных животных и обширный спектр форм, представляющих интерес для исследования генетической изменчивости и дифференциации, филогеографии, систематики и эволюции (Kryukov, 2010). Хотя к настоящему времени накоплен значительный массив данных по этой проблематике, как регион в целом, так и отдельные населяющие его виды исследованы крайне неравномерно. К видам, которые могут рассматриваться как модельные для анализа генетической изменчивости структуры популяций и филогеографии, относится и полевая мышь Apodemus agrarius Pallas, 1771, один из наиболее массовых и широко распространенных грызунов Па-леарктики. Формирование ареала полевой мыши в регионе происходило в голоцене и связано с возникновением оптимальной среды обитания этого вида в эпоху становления и развития земледелия. Эти процессы активно протекали на восточной окраине Азии. Так, на Маньчжурской равнине начало земледелия датируется периодом 5 тыс. лет назад (Makohonienko etal., 2004). К этому же периоду относится и начало процесса формирования так называемой антропогенной са-
ванны на Приханкайской равнине (Назаренко, 1999).
Современный ареал вида представлен двумя обширными изолированными массивами (евро-пейско-сибирско-казахстанским и дальневосточ-но-китайским) с классической евроазиатской дизъюнкцией, приуроченной к аридным и горным районам Внутренней Азии. В Северо-Восточной Палеарктике в последние десятилетия отмечено расширение границ ареала вида: они динамичны и формируются в значительной мере под влиянием хозяйственной деятельности человека (Волков и др., 1979; Карасева и др., 1992; Тихонова и др., 1992; Костенко, 2000; Тупикова и др., 2000). Полевую мышь рассматривают как инвазивный саморасселяющийся вид группы грызунов-агрофилов (Тупикова и др., 2000; Хляп и др., 2011). Имеются данные о формировании в конце прошлого столетия устойчивых интроду-цированных популяций на материковой части Северо-Востока России (Магаданская обл.), за тысячи километров от основного ареала вида, поддерживающих относительно высокое генетическое разнообразие (Примак и др., 2004; Засып-кин и др., 2007; Докучаев и др., 2008).
Полевая мышь является фоновым видом грызунов в освоенных районах юга Дальнего Востока России (Костенко, 2000), где в пределах сплошного ареала представлена область наибольшего обилия вида в границах территории бывшего
СССР (Карасева и др., 1992). На юге Дальнего Востока России для полевой мыши характерен высокий репродуктивный потенциал — до 3—4 пометов в год (в среднем по 6 детенышей в каждом); молодые особи в трехмесячном возрасте уже принимают участие в размножении. Дальневосточным популяциям этого вида присущи нециклические колебания числа особей без ярко выраженных перепадов; глубоких депрессий численности не наблюдается (Костенко, 2000). Полевая мышь участвует в поддержании различных природно-очаговых инфекций (Карасева, 1979), являясь основным естественным резервуаром возбудителя геморрагической лихорадки с почечным синдромом (ГЛПС) в сельских эндемичных очагах Азии (Lee, 2003).
Внутривидовая систематика A. agrarius находится в неудовлетворительном состоянии. На основе размерных и колористических признаков различными авторами было выделено и признавалось в разное время различное число подвидов (всего описано более 20, из них на территории бывшего СССР — 9), на юге Дальнего Востока России обитает A. agrarius mantchuricus Thomas, 1898 (Павлинов, Россолимо, 1987; Громов, Ербае-ва, 1995).
Данный вид грызунов — очень удобная природная модель для анализа генетической структуры популяций и исследования микроэволюционных процессов. Как объект генетического исследования полевая мышь вовлечена в филогеографический и филогенетический анализ. Получены интересные, неоднозначно интерпретируемые данные (Suzuki et al., 2008; Sakka et al., 2010), свидетельствующие об экспансии вида из Восточной Азии и вероятном существовании нескольких плейстоценовых рефугиумов. На основе анализа изменчивости митохондриального генома исследованы популяции полевой мыши юга Корейского п-ова и островов прилежащего шельфа. Оценен уровень генетического разнообразия и показана дифференциация, существенная для островных изолятов (Koh, Yoo, 1992; Han et al, 1996; Koh et al., 2000; Yoon et al., 2004) и относительно слабо выраженная между континентальными подвидами Корейского п-ова и Северо-Восточного Китая (Koh et al., 2011). Исследование как ядерного (ал-лозимы, анализ полиморфизма амплифициро-ванных фрагментов ДНК (РАПД ПЦР)), так и митохондриального геномов позволило выявить высокий уровень генетической изменчивости у этого вида на юге Дальнего Востока России, в том числе в Приморском крае (Павленко, 1997; Атоп-кин и др., 2007; Засыпкин и др., 2007; Докучаев и др., 2008; Sakka et al., 2010). На основе картины филогеографии, полученной при анализе изменчивости гена цитохрома b, обсуждается гипотеза, согласно которой материковые популяции юга Дальнего Востока России могут рассматриваться
как один из центров диверсификации для этого вида (Sakka et al, 2010).
Следует отметить, что генетическая изменчивость молекулярных маркеров у полевой мыши в макрогеографическом аспекте (на фоне гигантского ареала) оценена по небольшому числу ограниченных по размеру локальных выборок, включающих в себя иногда единичные экземпляры (Suzuki et al., 2008; Sakka et al., 2010). Неоднократно отмечалось, что использование недостаточных для популяционных исследований выборок приводит к искажениям оценок внутривидовой генетической структуры и филогенетических взаимоотношений грызунов (Абрамсон, 2003, 2007). Поэтому для более строгого обоснования филогеографиче-ских гипотез необходима оценка уровня и характера изменчивости по возможно большему числу исследованных экземпляров. Особый интерес могут представлять популяции из оптимума видового ареала как предположительно поддерживающие высокое генетическое разнообразие.
Данные об изменчивости митохондриальной ДНК (мтДНК) широко используются при анализе популяционной структуры и исторической фи-логеографии различных видов. Относительная эволюционная стабильность строения гена цитохрома b (cytb) мтДНК позволяет использовать га-плотипы cytb в качестве генетических маркеров при геногеографических исследованиях, так как возникновение и закрепление в различных популяциях одинаковых мутаций в консервативном регионе мтДНК менее вероятно, чем в гипервариабельном. Распределение вариабельных участков в этом гене неслучайно. В ферменте цитохром b (Cytb) полиморфны трансмембранные домены, а участки белка, формирующие активные центры, более консервативны. Изменчивость гена cytb позвоночных связана в основном с синонимичными нуклеотидными заменами, причем виды даже в пределах одного семейства характеризуются различными уровнями внутривидовой изменчивости мтДНК (Kocher et al., 1989; Irwin et al., 1991).
Цель работы — на основании разнообразия строения фрагмента гена cytb мтДНК и аминокислотной последовательности кодируемого им участка белка определить генетическую структуру популяции полевой мыши юга Приморского края.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Проведено секвенирование фрагмента гена cytb, состоящего из 742 пар нуклеотидов (п.н.), с 14148-й по 14889-ю п.н. мтДНК (14148-й сайт мтДНК соответствует первому нуклеотиду восьмого кодона гена cytb). Картирование участка гена cytb проводилось с использованием нуклео-
44° с.ш.
Рис. 1. Карта-схема района сбора материала.
тидной последовательности полного митохон-дриального генома полевой мыши (GenBank № HM034866). Исследовано нуклеотидное строение участка гена cytb мтДНК у 89 мышей, добытых на юге Приморского края: 12 особей отловлены в окрестностях с. Прилуки (Хорольский р-н), 36 — в долине р. Кроуновки (окрестности с. Кро-уновка, Уссурийский р-н), 9 — вблизи с. Кипари-сово (Надеждинский р-н) и 32 — в Ханкайском заповеднике (кордон Восточный, окрестности с. Спасского, Спасский р-н). Район сбора проб представлен на рис. 1.
Образцы мышечной ткани полевых мышей лизировались протеиназой К и очищались от белков насыщенным раствором NaCl. ДНК осаждалась этанолом модифицированным методом (Fleming, Cook, 2002). Условия амплификации и праймеры для ПЦР участка гена cytb митохондри-ального генома соответствуют представленным Балакиревым с соавт. (Балакирев и др., 2007). Се-квенирование амплифицированных фрагментов мтДНК проведено по стандартной методике с использованием праймера L-14724 (CGA AGC TTG ATA TGA AAA ACC ATC GTT G), набора для цик-
лического секвенирования ДНК Big Dye Terminator (Applied Biosystems, v. 3.1) и
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.