ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № б, с. 597-604
=ЗООЛОГИЯ =
УДК 575.22:599.735.3
РОЛЬ УРАЛА В ФОРМИРОВАНИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ЕВРОПЕЙСКОГО ПОДВИДА ЛОСЯ (Alces alces alces)
© 2014 г. М. В. Холодова*, ***, Н. С. Корытин**, В. Н. Большаков**
*Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071 Москва, Ленинский просп., 33 **Институт экологии растений и животных УрО РАН, 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 ***Томский государственный университет, 634050 Томск, просп. Ленина, 36
E-mail: mvkholod@mail.ru Поступила в редакцию 11.03.2014 г.
На основании анализа полиморфизма контрольного региона митохондриальной ДНК дана оценка генетического разнообразия уральских лосей и определена роль Урала в формировании филогео-графической структуры европейского лося. Для лосей Урала отмечено низкое нуклеотидное и достаточно высокое гаплотипическое разнообразие. Установлено, что в гаплотипическом составе одновременно проявляется как своеобразие митохондриальных линий лосей Урала, так и их связь с представителями Alces alces alces, обитающими в европейской части ареала и в Западной Сибири. Структура медианных сетей, территориальное распределение гаплотипов подтверждают предположение о существовании на Урале позднеплейстоценового рефугиума, в котором были сформированы митохондриальные линии, характерные для этой части ареала европейского подвида лося.
DOI: 10.7868/S0002332914060058
Современный уровень генетического разнообразия и особенности филогеографической структуры одновременно являются результатом и отражением эволюционной истории видов, включая динамику популяций, фрагментацию и расширение ареала, процессы расселения и вымирания части видового населения и т.п. (Avise et al., 1987; Avise, 2000; Burbrink, 2010). Анализ данных по полиморфизму молекулярных маркеров (ДНК) в определенной степени может пролить свет на важнейшие события прошлого, выявить наиболее значимые для демографической истории популяций и видов экологические факторы (Hewitt, 1996, 2000, 2004; Avise et al, 1998; Taberlet et al, 1998). Кроме того, результаты подобных исследований дают дополнительную информацию для развития знаний в области исторической экологии.
Лось (Alces alces) — широкоареальный представитель крупных копытных Голарктики, обитающий в лесных и сопредельных с ними экосистемах Евразии и Северной Америки. Систематика лося, несмотря на большое число публикаций, до сих пор остается предметом для обсуждения. Различия в морфологии, числе хромосом дают основание выделять внутри вида (рода) две формы — европейскую (2n = 68) и американскую или американо-сибирскую (2n = 70), придавая этим формам различный таксономический статус — видов (Боескоров, 2001), рас, полувидов, подвидовых
групп и т.п. (Флеров, 1952; Соколов, 1959; Гептнер и др., 1961; Филонов, 1983; Данилкин, 1999; Рожков и др., 2009). Большинство систематиков придерживаются мнения о монотипичности рода Alces. Генетические исследования также поддерживают эту точку зрения (Hundertmark et al., 2002a, b; Hundertmark, Bowyer, 2004). В отличие от лосей, обитающих на территории Дальнего Востока, Восточной Сибири и Северной Америки, у которых выделяют по нескольку подвидов, лоси, населяющие Европу, Урал и Западную Сибирь до Енисея, всеми авторами всегда рассматривались в качестве единого таксона независимо от того, какой статус ему придавали. Обычно лосей, обитающих в данной части ареала, относят к европейскому подвиду A. a. alces (Данилкин, 1999).
Генетическая изменчивость и филогеография лося достаточно давно привлекали внимание исследователей, однако степень изученности популяций из разных частей ареала различна. В большинстве работ исследовалось генетическое разнообразие лосей, населяющих разные части Северной Америки (Hundertmark et al., 2003; Wilson et al., 2003; Schmidt et al., 2009). Данные, основанные на сравнительно небольших выборках, характеризуют лося восточной части Евразии (Удина и др., 2002; Hundertmark et al., 2002a, b). К настоящему времени исследованиями генетического разнообразия охвачены лоси из разных ча-
Таблица 1. Распределение гаплотипов контрольного региона мтДНК среди лосей Урала
Число образцов
Гаплотип Свердловская обл. (n = 49) Пермская обл. (n = 45) Челябинская обл. (n = 2) № в GenBank
12-SV 16 16 0 KJ960200
3-SV 12 15 0 KJ960199
14-SV 11 5 0 KJ960201
28- SV 3 0 0 KJ960202
150-SV 3 0 1 KJ960203
326-Р 0 4 0 KJ960204
11-SV 1 0 0 KJ960205
VP3-P 0 1 0 KJ960207
80-SV 1 0 0 KJ960206
64-SV 1 0 0 KJ960208
ZL1 0 0 1 KJ960209
560-P 0 1 0 KJ960210
408-P 0 1 0 KJ960211
527-P 0 1 0 KJ960212
LAC-SV 1 0 0 KJ960213
LP4-P 0 1 0 KJ960214
стей ареала A. a. alces: Скандинавии, Польши, европейской части России и Западной Сибири (Mikko, Andersson, 1995; Удина и др., 2002; Hundertmark etal, 2002a, b; Холодова и др., 2005, 2008;
Charlier et al., 2008; S'wislocka et al., 2008, 2013; Москвитина и др., 2011; Haanes et al., 2011; Kangas et al., 2013). В то же время практически не изученной остается центральная часть подвидового ареала — Урал. Получение данных о структуре и уровне генетического разнообразия популяции лосей этого региона имеет ключевое значение для понимания закономерностей формирования фило-географической структуры европейского лося. Большая часть исследований генетического разнообразия и филогеографии лося основана на анализе полиморфизма наиболее изменчивого фрагмента митохондриального генома парнокопытных — контрольного региона (D-петли мтДНК).
Цель работы — на основании анализа полиморфизма контрольного региона мтДНК оценить генетическое разнообразие уральских лосей и определить роль Урала в формировании филогео-графической структуры европейского лося.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Проанализировано 96 образцов уральских лосей. Материал представлен выборкой зубов (n = = 71) и заспиртованных кусочков мышц (n = 25)
лосей, добытых в Свердловской (n = 49), Пермской (n = 45) и Челябинской (n = 2) областях с 1996 г. по 2012 г. (табл. 1).
ДНК выделяли из крошки зубной ткани, высверленной из срединной части резца, с использованием набора MiniElute PCR Purification Kit (Qiagen, США) по методике Янга с соавт. (Yang et al., 1998) с некоторыми изменениями, а также из мышц с помощью набора DNA DiatomPrep 100 (Изоген, Россия) по прописи производителя.
Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) проводили в 20 мкл смеси с использованием набора реагентов Master Mix Х5 и полимеразы SmarTaq (Диалат, Россия) и праймеров LmPro (L15766, 5' - GCCATCAACTCCCAAAGCT- 3') и TDKD (H00074, 5' - CTGAAGTAGGAACCAGATG- 3'), разработанных для амплификации фрагмента контрольного региона мтДНК (левый домен) лося, в режиме, описанном ранее (Mikko, Andersson, 1995; Удина и др., 2002).
Выделение ДНК и приготовление смеси для ПЦР проводили в боксах, предварительно обрабатываемых реагентом DNA-EraseTM (MP Bio-medicals, США) при ультрафиолетовом излучении. При выделении и амплификации ДНК постоянно проводился контроль за возможностью загрязнения с использованием пробирок бланк-контроля (ДНК заменяли ddH2O). Все контрольные пробы были отрицательными.
Определение нуклеотидных последовательностей (секвенирование) очищенного ПЦР-про-дукта проводили на автоматическом генном анализаторе AB 3130 (Applied Biosystems, США) с набором реагентов BigDye Terminator kit v.3.1. (Applied Biosystems) с прямым и обратным прай-мерами, использованными при проведении ПЦР.
Полученные последовательности ДНК выравнивали вручную с помощью программы Bioedit (Hall, 1999). Статистическую обработку результатов, построение дендрограмм и сети гаплотипов проводили с помощью программ MEGA 5 (Tamu-ra et al., 2011), Network 4.6.1. (Bandelt et al., 1999) и Arlequin 3.5 (Excoffier, Lischer, 2010). Для сравнительного анализа использовали последовательности контрольного региона мтДНК лося из разных районов европейской части России, включая полученные нами ранее (Холодова и др., 2005; Рожков и др., 2009) и новые, описанные в ходе выполнения данной работы (всего 108 последовательностей), а также данные других авторов из международной компьютерной базы GenBank (ncbi).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для 96 образцов уральских лосей получены нуклеотидные последовательности контрольного региона (D-петли) мтДНК длиной 464 п. н. В составе исследованного фрагмента мтДНК доля ци-
LP4-PC
80-SVO
VP3-P<
ZL1,
12-SV
11-SVEC
J4-SV
150-SVC
408-PO
28-SV>
64-SVC
326-P
3-SV
LAC-SV(
1 мутация
560-P(
Рис. 1. Медианная сеть гаплотипов контрольного региона мтДНК (464 п. н.) лосей Урала. Диаметры кружков пропорциональны числу образцов с данным гаплотипом, длины ветвей — числу мутаций между ними; для рис. 1 и 3.
тозина в среднем составляет 19.37, тимина — 33, аденина — 36.68, гуанина — 10.96%. При выравнивании последовательностей обнаружено 18 замен (16 транзиций и 2 трансверсии). Описано 16 гаплотипов, номера нуклеотидных последовательностей которых зарегистрированы в базе данных GenBank (KJ960199-KJ960214). Различия между га-плотипами уральских лосей составили от 1 до 11 п. н. Шесть гаплотипов описаны для нескольких образцов (от 2 до 32), остальные уникальны (табл. 1). Три наиболее широко распространенных среди лосей Урала гаплотипа (12-SV, 3-SV и 14-SV) выявлены в 78.1% всех исследованных образцов (табл. 1).
Филогенетические отношения между гаплоти-пами уральских лосей приводятся на медианной сети гаплотипов (рис. 1). Медианная сеть гапло-типов уральских лосей характеризуется наличием нескольких тесно связанных между собой звездообразных структур. Звездообразные структуры в филогеографических паттернах обычно отражают факты длительной исторической изоляции относительно небольших групп животных (Avise, 2000). В результате дрейфа генов в малочисленной популяции один из гаплотипов становится доминирующим, а при достаточно длительной изоляции в результате накопления мутаций формируются новые гаплотипы, производные от основного. Среди лосей Урала выделяются две пары звездообразных структур, центральные позиции в
которых занимают в основном наиболее распространенные в исследованной выборке гаплотипы (12-SV—14-SV и 28-SV—3-
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.