БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2015, том 41, № 3, с. 188-195
УДК 591.3 594.1 ЗООЛОГИЯ
СТРОЕНИЕ СПЕРМАТОЗОИДОВ ЗАМКОВОЙ БРАХИОПОДЫ COPTOTHYRIS ADAMSI (DAVIDSON, 1871) (BRACHIOPODA: RHYNCHONELLIFORMEA) И АНАЛИЗ НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ГЕНОВ 18S И 28S рРНК1
© 2015 г. А. Л. Дроздов1,3, И. П. Владыченская2, А. А. Ломов2, С. А. Тюрин1, Н. Б. Петров2
'Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток 690041;
2Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ, Москва
'19991;
3Дальневосточный федеральный университет, Владивосток 690091 e-mail: anatoliyld@mail.ru
Статья принята к печати 05.02.2015 г.
Положение брахиопод в системе животного царства остается дискуссионным, при этом морфологические данные нередко противоречат результатам молекулярно-филогенетического анализа. В настоящей работе исследовано строение сперматозоидов, определены последовательности генов 18S и 28S рРНК замковой брахиоподы Coptothyris adamsi (Davidson, 1871) и проведен их филогенетический анализ совместно с аналогичными последовательностями других видов брахиопод. Сперматозоиды C. adamsi по строению близки к спермиям других замковых брахиопод. В пределах Brachiopoda выделены два типа строения сперматозоидов: первый характерен для замковых брахиопод Rhynchonelliformea, второй - для беззамковых брахиопод Linguliformea и Craniiformea. По строению сперматозоиды Rhynchonelliformea сходны с таковыми вторичноротых животных, в частности Echinodermata, тогда как сперматозоиды Linguliformea и Craniiformea - со сперматозоидами типичных Trochozoa, например, аннелид и моллюсков. Молекулярно-филогенетический анализ показал, что брахиоподы и форониды образуют две монофи-летические группы, объединенные в группировку Brachiozoa, в которой форониды представляют отдельную кладу, а брахиоподы разделяются на две клады.
Ключевые слова: Brachiopoda, Rhynchonelliformea, Linguliformea, Craniiformea, сперматозоиды, ультраструктура, 18S и 28S рРНК, филогения, Coptothyris adamsi.
Spermatozoon structure of Coptothyris adamsi (Davidson, 1871) (Brachiopoda: Rhynchonelliformea) and analysis of 18S and 28S rRNA sequences. A. L. Drozdov1-3, I. P. Vladychenskaya2, A. A. Lomov2, S. A. Tyurin1, N. B. Petrov2 ('A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041; 2Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991; 3Far Eastern Federal University, Vladivostok 690091)
The position of brachiopods in the animal system remains controversial, with morphological data being often inconsistent with the results of molecular phylogenetic analysis. In this study, we investigated the structure of the spermatozoa and determined the combined sequences of the genes 18S and 28S rRNA of the articulate brachiopod Coptothyris adamsi (Davidson, 1871). Spermatozoa of C. adamsi are similar to those of other articulate brachiopods. Two types of sperm structure can be distinguished within Brachiopoda: the first type is characteristic of the articulate brachiopods (Rhynchonellifor-mea), the second type - for the inarticulate brachiopods (Linguliformea and Craniaformea). Rhynchonelliformea spermatozoa are similar to those of the deuterostome animals, in particular to the sperm of the Echinodermata, whereas Linguliformea and Craniaformea spermatozoa are similar to the typical sperm of the Trochozoa animals, such as annelids and mollusks. Molecular phylogenetic analysis has shown that the brachiopods and phoronids form two monophyletic groups within the group Brachiozoa, in which phoronids are united in a separate clade, while brachiopods are divided into two clades. (Biologiya Morya, 2015, vol. 41, no. 3, pp. 188-195).
Keywords: Brachiopoda, Rhynchonelliformea, Linguliformea, Craniiformea, spermatozoon ultrastructure, 18S and 28S rRNA, phylogeny, Coptothyris adamsi.
Тип плеченогие (Brachiopoda) - известная с нижнего кембрия реликтовая группа морских беспозвоночных животных, в состав которой входит около 390 современных (Зезина, 1985, 1997) и 30 000 ископаемых видов (Нутап, 1959). Согласно классическим представлениям, плеченогих разделяли на два класса: беззамко-
вые (Ecardines = Inarticulata) и замковые (Testicardines = Articulata).
В конце прошлого века беззамковые брахиоподы были разделены на два систематически равноценных таксона высокого ранга (Горянский, Попов, 1985; Williams et al., 1996). В последнем издании шеститомной
1 Работа поддержана программой "Дальний Восток" (проекты № 15-1-6-014о и 15-1-6-007о) и в части молекулярно-филогенетического анализа -
Российским научным фондом (проект № 14-50-00029).
сводки (Treatise on invertebrate paleontology, 1997-2007) они рассматриваются уже в качестве самостоятельных классов Lingulata и Craniata наряду с замковыми брахио-подами, объединенными в класс Rhynchonellata.
Ныне живущие беззамковые брахиоподы откладывают яйца в воду, а замковые брахиоподы могут вынашивать их в завитках лофофора или в особых выводковых камерах, где происходят оплодотворение и развитие (Малахов, 1976). Сравнительное исследование брахио-под показало, что морфология гамет беззамковых и замковых плеченогих существенно различается (Afzelius, Ferraguti, 1978; Hodgson, Reunov, 1994). По строению спермии представителей беззамковых брахиопод близки к сперматозоидам двустворчатых моллюсков и полихет (Дроздов, Касьянов, 1985а; Дроздов, Иванков, 2000), а спермии замковых сходны с таковыми иглокожих (Chuang, 1983; Дроздов, Касьянов, 1985б; Дроздов и др., 2012). Морфология сперматозоидов форонид, которые традиционно рассматриваются как близкая к брахиопо-дам группа в пределах Lophophorata (Темерева, Малахов, 2009а, б), резко отличается от строения спермиев замковых и беззамковых брахиопод (Franzen, Ahlfors, 1980; Reunov, Klepal, 2004).
Положение брахиопод и форонид на молекулярных деревьях неустойчиво. На одних деревьях форониды могут быть сестринской группой замковых брахиопод (Halanych et al., 1995), на других - беззамковых (Cohen et al., 1998; Cohen, 2000, 2013; Cohen, Weydmann, 2005; Santagata, Cohen, 2009). Во втором случае форониды не являются самостоятельной группой, а входят в состав Brachiopoda, т.е. их можно трактовать как брахиопод без раковины (Cohen, 2013). На деревьях, построенных по большому числу генов с достаточно представительной таксономической выборкой видов, форониды образуют самостоятельную группу, сестринскую брахиоподам в составе группировки Brachiozoa (Helmkampf et al., 2008; Hausdorf et al., 2010; Edgecombe et al., 2011; Sperling et al., 2011; Темерева, 2014).
Задача настоящей работы - изучение строения сперматозоидов и нуклеотидных последовательностей генов 18S и 28S рРНК у замковой брахиоподы Coptothyris adamsi и проведение на этой основе анализа макрофилогении и классификации современных брахиопод.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Половозрелые экземпляры Coptothyris adamsi (Davidson, 1871) (Brachiopoda, Rhynchonellata, Terebratulida, Terebrataliidae) были собраны на глубине 2-10 м в б. Троицы зал. Петра Великого Японского моря на биостанции Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН в июле 2010 г. Для ультраструктурного исследования сперматозоидов кусочки семенников фиксировали в 2.5% глютараль-дегиде на 0.5 М какодилатном буфере с добавлением хлорида натрия до тоничности морской воды. Материал дофиксирова-ли в 1% OsO4 на какодилатном буфере, обезвоживали по стандартной методике в спиртах, затем заключали в смесь эпон-аралдит. Ультратонкие срезы получали на ультратоме Ultracut фирмы Reichert. Для изучения выбирали срезы серебристого и
золотистого цвета. Срезы последовательно окрашивали урани-лацетатом и цитратом свинца и просматривали в электронном микроскопе Zeiss Libra 120.
Из фиксированных в 95% этаноле тканей животных с использованием соответствующего набора NucleoSpin Tissue фирмы Macherey-Nagel согласно инструкции изготовителя выделяли ДНК. Гены 18S амплифицировали с помощью по-лимеразной цепной реакции (ПЦР), используя универсальные эукариотические праймеры (Medlin et al., 1988). Для амплификации гена 28S рРНК использовали набор праймеров, сконструированных на базе 13 консервативных доменов последовательности гена 28S рРНК (Van der Auwera et al., 1994). Пары праймеров подбирали так, чтобы амплифицировать с перекрыванием почти полную последовательность гена 28S от 5'-конца до 11-го консервативного домена.
Продукты ПЦР очищали электрофорезом в агарозном геле, элюировали из геля с помощью набора Цитокин (ООО "Цитокин", Санкт-Петербург), нуклеотидную последовательность очищенных продуктов амплификации определяли по обеим цепям на автоматическом секвенаторе ABI Prism 3100-Avant Genetic Analyzer в Центре коллективного пользования "Геном" (Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН).
Полученные нами почти полные последовательности генов 18S и 28S рРНК, депонированные в генном банке (GenBank) под номерами KF038315 и KF038313 соответственно, присоединяли к выравниванию, содержавшему взятые из GenBank полные последовательности генов 18S рРНК и частичные последовательности генов 28S рРНК 62 видов из основных групп Bilateria. В анализируемом наборе основную массу видов составляли представители главных групп первичноротых животных, вторичноротые были представлены тремя видами: Florometra serratissima (Echinodermata, Crinoidea), Ptychodera flava (Hemichordata, Enteropneusta) и Hydrolagus colliei (Vertebrata, Chondrichthyes, Chimaeriformes). В анализ были включены также последовательности двух видов губок (Porifera), двух видов гребневиков (Ctenophora), одного вида плакозой (Placozoa) и двух видов кишечнополостных (Coelenterata). Один вид воротничковых жгутиконосцев (Choanozoa) включен в анализ в качестве внешней группы по отношению к перечисленным животным. Перед филогенетическим анализом из выравнивания вырезали нуклеотидные позиции, не поддающиеся однозначному выравниванию, относящиеся в основном к вариабельным V4 и V7 участкам молекулы 18S рРНК, а также к вариабельным участкам гена 28S рРНК, расположенным между консервативными д
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.