ГЕНЕТИКА, 2014, том 50, № 7, с. 840-852
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.17:597.553.2
ВНУТРИ- И МЕЖПОПУЛЯЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ НЕРКИ ОпсогНупсНыБ пегка ЮГО-ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАМЧАТКИ ПО ДАННЫМ ОДНОНУКЛЕОТИДНОГО ПОЛИМОРФИЗМА
© 2014 г. А. М. Хрусталева1, Н. В. Кловач1, |О. Ф. Гриценко!1, Дж. Е. Сиб2
1Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Москва 107140
e-mail: mailfed@mail.ru 2School of Aquatic & Fishery Sciences, University of Washington, Seattle, 355020 USA Поступила в редакцию 28.10.2013 г.
В девяти выборках нерки ОпсогНупсНш пегка из рек южной части западного побережья п-ова Камчатка исследована изменчивость 45 локусов однонуклеотидного полиморфизма ДНК (ОНП, или В выборках из устья р. Большая отмечены эффект Валунда, гаметическое неравновесие по некоторым локусам и снижение оценок межпопуляционного генетического разнообразия, что объясняется гетерогенностью выборок. Разделение смешанных выборок с использованием биологических характеристик особей привело к заметному снижению частоты подобных проявлений. Обнаружено, что на генное разнообразие между популяциями в пределах речных бассейнов приходится большая доля дисперсии, чем на межбассейновую дифференциацию; выявлены локусы $МР, главным образом ответственные за внутри- и межпопуляционную дифференциацию нерки рек Юго-Западной Камчатки. Сформулированы рекомендации к проведению полевых популяционо-генетиче-ских исследований азиатской нерки.
Б01: 10.7868/80016675814070091
Исследования внутривидового разнообразия и особенностей экологического формообразования у нерки Oncorhynchus nerka (Walbaum) проводятся на протяжении уже более пятидесяти лет [1—8]. Несмотря на то что популяционно-генети-ческая структура нерки ряда регионов Азии и Северной Америки достаточно полно изучена с использованием как биохимических, так и молеку-лярно-генетических маркеров, ряд проблем, связанных с выделением внутривидовых рангов и многообразием экологических форм нерки, до сих пор оживленно дискутируются [6—8]. Отметим, что данному виду свойственна сложная по-пуляционная организация, основной чертой которой является иерархическая подразделенность на локальные или географические популяции (изоляты), популяции более низкого ранга (суби-золяты, субпопуляции, локальные стада второго порядка), экотипы (по [9]), генеративные формы (по [10]) и сезонные расы.
Большинство ученых вслед за С.М. Коноваловым [3] в локальных стадах нерки выделяют микропопуляции, или элементарные популяции (субизоляты, демы) — самовоспроизводящиеся группировки отдельных нерестилищ, максимально приближенные к панмиксным [11—13]. Именно элементарная популяция считается единицей микроэволюционного процесса. Географические же популяции отдельных речных бассейнов принято считать суперпопуляциями, или же популя-
ционными комплексами. Такие крупные озерно-речные системы, как р. Камчатка, р. Озерная или р. Большая, могут насчитывать до нескольких десятков подобных элементарных популяций (нерестовых скоплений). С другой стороны, не отвергая представления о субизоляте как о популяции низшего ранга, ряд биологов не разделяют суждения о нем как об относительно жесткой системе, а также выводов о пространственной структуре локальной популяции в интерпретации С.М. Коновалова [3]. В частности, В.Ф. Бугаев [7] на основании экологических, чешуйных и пара-зитологических критериев выделяет в бассейне р. Камчатка семь крупных группировок локальных стад второго порядка. В свою очередь, М.К. Глубоковским обнаружено несоответствие пространственной и популяционной подразде-ленности нерки оз. Азабачьего [6]. Таким образом, очевидно, что вопрос о границах субизоля-тов нерки не решен окончательно, равно как и вопросы о популяционном статусе сезонных рас и выделении региональных комплексов на азиатской части ареала вида.
Более или менее крупномасштабные популя-ционные исследования нерки на азиатской части ареала подразумевают сбор материала из большинства в достаточной степени значимых мест ее обитания на Чукотке, Камчатке, Североохото-морском побережье, Курильских и Командорских островах. Однако охватить все крупные реч-
Таблица 1. Характеристики выборок нерки из рек Западной и Юго-Западной Камчатки
Река Место вылова (состав выборки) Даты вылова Обозначение выборок Объем выборок
Большая Воровская Устье (производители) 17.07.2007-27.07.2007 KV 51
Устье (производители) 23.07.2003-30.07.2003 KB-03 91
11.08.2004 и 20.08.2004 KB-04 90
Большая Устье (молодь) 20.06.2004-02.07.2004 KBy 68
р. Быстрая, нижнее течение, 10 км от пос. Карымай (молодь) 20.07.2004 и 12.08.2004 KBb 33
р. Плотникова, верхнее течение, 10 км от оз. Начикинское (молодь) 09.08.2004 и 12.08.2004 KBp 39
Опала Устье (производители) 14.07.2007 K0p-07 50
17.07.2008-30.07.2008 K0p-08 31
Озерная Устье (производители) 04.08.2003-07.08.2003 KO 95
ные бассейны сетью выборок из каждой элементарной популяции практически невозможно. Одним из вариантов решения данной проблемы является анализ популяционной структуры нерки модельного водоема, в частности крупной озер-но-речной системы с группировками, размножающимися в основном русле реки, в притоках второго и т.д. порядков и в озерах. Таким подходящим модельным водоемом, на наш взгляд, может быть бассейн р. Большая в силу его доступности и всесторонней изученности.
На данном этапе исследований генетической структуры популяций нерки в Азии одним из наиболее перспективных методов с точки зрения высокой воспроизводимости результатов, точности и производительности является анализ однонук-леотидных замен ДНК. За последние несколько лет однонуклеотидный полиморфизм (ОНП, или SNP от англ. Single Nucleotide Polymorphism) нашел широкое применение в популяционных исследованиях североамериканской нерки [14—20]. Отметим, что внедрение самых современных мо-лекулярно-генетических методов в изучение внутривидовой организации азиатской нерки позволит существенно расширить представления о ее генетической подразделенности, процессах эволюции и филогении вида, формирования его современного ареала и миграционных путей. В связи с этим целью представленной работы было исследование внутри- и межпопуляционной изменчивости нерки некоторых рек Западной и Юго-Западной Камчатки, а также анализ и оптимизация метода сбора материала для дальнейшего широкомасштабного изучения азиатской нерки на примере р. Большая.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материал собирали в период с 2003 по 2008 г. в реках Западной и Юго-Западной Камчатки (рис. 1). Отлов производителей нерки проводили речным закидным неводом на расстоянии 5—10 км от устья в период массового хода поздней (летней) нерки в реки юго-западного побережья полуострова. В р. Большая отлов молоди осуществляли мальковым неводом в течение ее массового ската на расстоянии 10 км от устья. Кроме того, лов молоди (сеголеток) производили во время ее нагула в верховье р. Плотникова, в 10 км от оз. Начикин-ское, а также в нижнем течении р. Быстрая при впадении ее в основное русло р. Большая, в 10 км от пос. Карымай. Характеристики выборок представлены в табл. 1. У производителей нерки р. Большая, выловленных в устье в 2003 г., был определен возраст, у молоди измеряли стандартную длину и массу тела.
Пробы ткани нерки фиксировали 96%-ным этанолом. Тотальную ДНК выделяли из фрагментов печени и плавника стандартными методами [21]. Исследовали полиморфизм 45 описанных ранее локусов ОНП, три из которых (0пе_С01, 0пе_СуЛ_17, 0пе_СуЛ_26) локализованы в мито-хондриальном геноме, остальные — преимущественно в интронах и экзонах ядерных генов, а также диспергированных повторах и Е8Т-после-довательностях [14, 22, 23].
В работе представлены оригинальные данные по изменчивости 45 локусов ОНП нерки юго-западного побережья Камчатки, полученные методом ТадМап-ПЦР. Молекулярно-генетический анализ проводили в лаборатории экологической геномики факультета гидробиологии и рыболовства Университета штата Вашингтон. Методика
Рис. 1. Карта-схема района сбора материала. 1 — устье р. Большая Воровская; 2 — устье р. Большая; 3 — нижнее течение р. Быстрая, 10 км от пос. Карымай; 4 — верхнее течение р. Плотникова, 10 км от оз. Начикинское; 5 — устье р. Опала; 6 — устье р. Озерная.
Таблица 2. Показатели генетического разнообразия в выборках нерки из рек Западной и Юго-Западной Камчатки
Выборка Ho He(s.d.) Ka(s.d.) na корр. Доля полиморфных локусов, %
KV 0.241 0.238(0.186) 1.88(0.34) 1.84 87.5
KB-03 0.23 0.254(0.18) 1.9(0.3) 1.85 90
KB-04 0.249 0.263(0.187) 1.98(0.28) 1.88 95
KBy 0.221 0.239(0.182) 1.88(0.34) 1.83 87.5
KBb 0.254 0.25(0.195) 1.85(0.36) 1.83 85
KBp 0.226 0.257(0.199) 1.83(0.39) 1.81 82.5
K0p-07 0.213 0.227(0.184) 1.88(0.34) 1.83 87.5
K0p-08 0.252 0.254(0.187) 1.88(0.34) 1.87 87.5
KO 0.254 0.252(0.184) 1.95(0.32) 1.87 92.5
Примечание. Но — наблюдаемая гетерозиготность; Не — ожидаемая гетерозиготность; s.d. — стандартное отклонение; na — среднее число аллелей на локус; na корр — среднее число аллелей на локус, скорректированное на минимальный объем выборки (28 экз.).
генотипирования детально изложена в работах [24, 25]. Обозначения локусов приведены в сокращенном варианте: префикс One_, принятый для обозначения SNP-локусов нерки, опущен для краткости изложения.
Расчет частот аллелей в выборках, оценок ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности, коэффициентов инбридинга (Fst, Fis), а также вероятностные тесты на соответствие равновесию по Харди—Вайнбергу (по методу полного перебора), генную дифференциацию и проверку неравновесия по сцеплению (с применением цепей Маркова) осуществляли в программе GENEPOP 3.4 [26]. Оценки аллельного разнообразия, скорректированные для единого минимального объема выборки, рассчитывали в программе FSTAT 2.9.3. Детекцию локусов под влиянием отбора, дисперсионный анализ по каждому из локусов (Locus-by-locus AMOVA), расчет парных оценок Fst выполняли в программе Arlequin 3.5 [27]. Для проверки гипотезы о сокращении эффективной численности популяций использовали программу Bottleneck 1.2.02 [28]. Вычисление хордовых генетических дистанций Кавалли-Сфорца и пост
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.