ГЕНЕТИКА, 2010, том 46, № 1, с. 73-78
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.174:599.742.4
ВНУТРИВИДОВАЯ СТРУКТУРА СОБОЛЯ (Martes zibellina L.) ПО ДАННЫМ ИЗМЕНЧИВОСТИ НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ГЕНА ЦИТОХРОМА b МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК © 2010 г. Б. А. Малярчук, А. В. Петровская, М. В. Деренко
Институт биологических проблем Севера Дальневосточного отделения Российской академии наук, Магадан 685000;
e-mail: malyarchuk@ibpn.ru Поступила в редакцию 16.12.2008 г.
Определены нуклеотидные последовательности участка гена цитохрома b митохондриальной ДНК (мтДНК) соболя, обитающего в Магаданской области, Хабаровском крае и на Камчатке. С помощью филогенетического анализа показано существование двух кластеров — A и BC, дивергенция между которыми достигает 1.4%. Результаты анализа медианных сетей гена цитохрома b свидетельствуют о том, что разделение предковой популяции соболя произошло в раннем плейстоцене (примерно 1 млн. лет назад), а экспансия его более молодой филогенетической группы A произошла в позднем плейстоцене примерно 120 тыс. лет назад.
Молекулярно-генетические исследования различных видов семейства куньих Mustelidae, проведенные с помощью филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей 22 участков генома (примерно 12 тысяч пар нуклеотидов), позволили выявить четыре основные клады и три монотипические группы [1]. Обитающие в Евразии куницы подсемейства Martinae (соболь Martes zibellina L., лесная куница M. martes L., каменная куница M. foina и харза M. flavigula) образуют мо-нофилетическую группу, и среди них наиболее высокое межвидовое генетическое сходство обнаружено между соболем и лесной куницей [1]. Между тем исследования генетического полиморфизма популяций соболя показали существование внутривидовой гетерогенности [2, 3]. Согласно результатам анализа рестрикционного полиморфизма генов митохондриальной ДНК (мтДНК), в популяциях соболя, обитающего в Сибири и на Дальнем Востоке, распространены три гаплотипа — A, B и C, каждый из которых представляет, по-видимому, группу монофилети-ческих линий [2—4], однако для анализа этого вопроса необходимы более тонкие исследования изменчивости мтДНК на уровне нуклеотидных последовательностей. Ранее проводились исследования изменчивости нуклеотидных последовательностей гена цитохрома b мтДНК, однако они ограничивались главным образом островными популяциями Японии [5]. Отмечен также случай появления митохондриального гаплотипа соболя в генофонде лесной куницы (в Швеции), что объяснялось межвидовой гибридизацией в контактной зоне, хотя и не исключалась парафилия группы M. martes и zibellina [6].
Для соболя характерна высокая изменчивость морфологических признаков, что препятствует разработке единой внутривидовой систематики [7, 8]. Лишь камчатская популяция соболя выделяется, по мнению многих ученых, в камчатский подвид M. z. kamtschadalica [8, 9]. Территорию Хабаровского края населяют популяции соболя, относящегося к подвиду M. z. jakutensis, а на большей части Магаданской области сформировались местные гибридные популяции соболей указанных выше подвидов [10, 11]. Очевидно, что для дальнейшего исследования проблемы межвидовых взаимоотношений у куньих необходимы новые данные об изменчивости мтДНК. Целью настоящей работы является, таким образом, анализ филогенетических взаимоотношений нуклеотид-ных последовательностей гена цитохрома b мтДНК соболя из популяций Магаданской области, Камчатки и Хабаровского края.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использовали образцы мышечной ткани соболя (M. zibellina L.) из трех мест его ареала — Хабаровского края (5 экземпляров), Центральной Камчатки (2 экземпляра) и Магаданской области (10 экземпляров). Проанализированные образцы хранятся в коллекции биологических тканей животных в лаборатории генетики ИБПС ДВО РАН. Геномную ДНК выделяли с использованием стандартных методов, включающих лизис клеток протеиназой K (Sigma, USA) в присутствии 1%-ного додецилсульфата натрия, очистку ДНК смесью фенола и хлороформа и осаждение ДНК этиловым спиртом.
Таблица 1. Список образцов соболя, исследованных в настоящей работе
Номер образца, кластер мтДНК Популяция Номер в базе данных GenBank
6373, B Хабаровский край, Лазовский район FJ430695
6382, B То же FJ430696
5970, C Хабаровский край, Верхнебуреинский район FJ430693
Miau 2, C Магаданская область, Мяунджа FJ430707
M 6, A Камчатка, Мильковский район FJ430705
5980, A Хабаровский край, Верхнебуреинский район FJ430694
M 15, A Камчатка, Мильковский район FJ430706
5916, A Хабаровский край, Лазовский район FJ430692
B 20, A Магаданская область, Балыгычан FJ430697
El 11, A Магаданская область, Эльген FJ430704
Ber 16, A Магаданская область, Берелех FJ430703
B 82, A Магаданская область, Балыгычан FJ430702
Miau 13, A Магаданская область, Мяунджа FJ430691
B 27, A Магаданская область, Балыгычан FJ430698
B 28, A То же FJ430699
B 47, A » FJ430701
B 35, A » FJ430700
Для анализа изменчивости мтДНК исследовали фрагмент гена цитохрома b (длиной 720 пар нук-леотидов), амплифицированный с использованием праймеров и условий полимеразной цепной реакции, описанных ранее [2]. Секвенирование ам-плифицированных фрагментов мтДНК проведено по стандартной методике с использованием набора для циклического секвенирования ДНК Big Dye Terminator (Applied Biosystems, v. 3.1) и генетического анализатора ABI Prism 3130 (Applied Biosystems, США). Выравнивание и анализ нуклеотид-ных последовательностей проводили с помощью программ пакета MEGA 3.1 [12].
Для проведения филогенетического анализа использовали метод "ближайшего соседа" (NJ-анализ) и 2-параметрную модель Кимуры (пакет программ MEGA 3.1). Филогенетический анализ проводили также с помощью байесовского метода (BI, Bayesian Inference), использующего алгоритм Монте-Карло и марковские цепи (пакет программ Beast v1.4.7) [13]. Для анализа использовали модель HKY+I+G, т.е. модель Hasegawa— Kishino—Yano (HKY), включающую предположение о том, что различные нуклеотидные позиции могут эволюционировать с различной скоростью и могут быть инвариантными (I), а вариабельность скорости нуклеотидных замен следует гамма-распределению (G). Для BI-анализа создавали 10 миллионов марковских цепей, отбирая деревья через каждые 500 генераций. Из анализа исключали первые 3000 деревьев, считая их неустойчивыми; информацию об оставшихся 10000 деревьях суммировали в виде единственного филоге-
нетического дерева ("target" tree) с помощью программы TreeAnnotator v1.4.7 [13].
Для построения медианных сетей применяли алгоритм MJ (Median-Joining) (программа Network 4.5) [14]. Степень дивергенции мтДНК оценивали с помощью дистанции р, которая соответствует среднему расстоянию от предкового гаплотипа ко всем производным гаплотипам, включая гипотетические (так называемые медианные векторы, mv) [14]. Для расчета времени дивергенции использовали значение скорости накопления мутаций в гене цитохрома b, равное 0.95% дивергенции за 1 млн. лет; это значение скорости рассчитывали, исходя из времени дивергенции между соболем и лесной куницей, составляющем 1.1 млн. лет (0.5— 1.7 млн. лет в 95%-ном доверительном интервале) по результатам байесовского анализа модели молекулярных часов, калиброванных палеонтологическими данными для семейства Mustelidae, как показано в работе [1].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящей работе определены нуклеотид-ные последовательности длиной 720 пар нуклео-тидов гена цитохрома b мтДНК у 17 соболей из популяций Магаданской области, Камчатки и Хабаровского края (табл. 1). Для проведения филогенетического анализа нами использованы также дополнительные данные о нуклеотидных последовательностях этого гена, представленные в базе данных GenBank. Нами проанализированы нуклеотидные последовательности лесной куни-
цы M. martes L., каменной куницы M. foina и хар-зы M. flavigula, а также добавлены некоторые данные по изменчивости мтДНК соболя Martes zibel-lina L., обитающего в Японии. Все это в совокупности позволило провести филогенетический анализ молекулярных данных в пределах подсемейства Martinae (рис. 1). Межвидовые различия в этом подсемействе (в виде ^-дистанций, показывающих пропорцию нуклеотидных позиций, по которым различаются сравниваемые последовательности ДНК) варьируют в диапазоне от 3.1% между соболем и лесной куницей до 13.3% между соболем и харзой (табл. 2). Внутривидовая дивергенция нуклеотидных последовательностей соболя в среднем составляет 0.55%, однако интервал различий достаточно широк — от 0 до 1.5%. Это обусловлено существованием двух филогенетических групп мтДНК соболя (рис. 1). Они обозначены как A и BC. Эти обозначения соответствуют предложенным ранее группировкам соболя, выделенным на основании данных о полиморфизме длины рестрикционных фрагментов для нескольких генов мтДНК соболя [2—4]. Дивергенция нуклеотидных последовательностей гена цитохрома b в пределах кластера A составляет всего 0.14% (в значениях ^-дистанций), а в пределах BC — 0.42%. Кластер BC дифференцируется на два субкластера — B и C. Различия между кластерами A и B составляют 1.3%, а между A и C — 1.5%. В пределах кластера A также выделяются два субкластера, однако статистическая поддержка их существования невысока (значения бутстреп-индексов менее 50%). Тем не менее в филогеогра-фическом отношении субкластеры A1 и A2 различаются, поскольку субкластер A2 представлен в основном соболями из Хоккайдо; исключение составляют только два образца из Среднеканско-го района Магаданской области — B35 из окрестностей п. Балыгычан и EF987753 из окрестностей п. Сеймчан. Между тем субкластер A1 представлен соболями из различных районов Северо-Восточной Азии — как Камчатки, так и Хабаровского края и Магаданской области.
Кластеры B и C сформированы в филогенетическом дереве (рис. 1) гаплотипами соболей из Магаданской области и Хабаровского края. Интересно, что особь лесной куницы из Швеции, имеющей гаплотип соболя AF448241 [6], относится к субкластеру B, причем ее гаплотип идентичен таковому у хабаровского соболя 6373. На филогенетическом дереве хорошо видно, насколько удален субкластер B соболя от
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.