БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2011, том 37, № 6, с. 472-476
УДК 597.541:577.2'3(265.5) ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА
ВНУТРИВИДОВАЯ СТРУКТУРА ТИХООКЕАНСКОЙ СЕЛЬДИ CLUPEA PALLASII VALENCIENNES, 1847 (CLUPEIDAE: CLUPEIFORMES) ЯПОНСКОГО И ЮЖНОЙ ЧАСТИ ОХОТСКОГО МОРЕЙ ПО ДАННЫМ ОБ ИЗМЕНЧИВОСТИ КОНТРОЛЬНОГО РЕГИОНА МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК
© 2011 г. В. В. Горбачев1, Л. Л. Соловенчук1, Л. А. Черноиванова2
'Учреждение Российской академии наук Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, Магадан 685000;
2Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, Владивосток 69009'
е-mail: genetic2@yandex.ru
Статья принята к печати 24.03.2011 г.
На основании изменчивости контрольного региона мтДНК впервые проанализирована дифференциация локальных стад тихоокеанской сельди Японского и южной части Охотского морей. Изучены три выборки морской и одна выборка озерной сельди. Генетический анализ выявил достоверное отличие озерной выборки сельди от морских выборок (P < 0.01) при отсутствии дифференциации между последними (P > 0.05). Применение алгоритма AMOVA показало, что на межвыборочную компоненту пришло сь 4.11% изменчиво сти, тогда как на внутри-популяционную - 95.89%. Высказано предположение, что причиной слабой дифференциации локальных морских популяций может быть интенсивный поток генов.
Ключевые слова: тихоокеанская сельдь, внутривидовая структура, митохондриальная ДНК, поток генов.
Intraspecies structure of the Pacific herring Clupea paUasii Valenciennes, 1847 (Clupeidae: Clupeiformes) in the Sea of Japan and the southern Sea of Okhotsk, inferred from the variability of mitochondrial DNA control region. V. V. Gorbachev1, L. L. Solovenchuk1, L. A. Chernoivanova2 (institute of Biological Problems of the North, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Magadan 685000; 2Pacific Fisheries Research Center, Vladivostok 690091)
The differentiation of local herring populations from the Sea of Japan and the southern Sea of Okhotsk was assessed on the basis of mtDNA (mitochondrial DNA) control region variability. Three samplings of sea herring and one sampling of lake herring were studied. The genetic analysis showed a significant (P < 0.01) difference between lake and sea herring samplings and no differentiation among sea samplings (P > 0.05). The AMOVA revealed that only 4.11% of the variability was attributed to the interpopulation component, while variability within populations was 95.89%. It is suggested that the reason for the weak differentiation of local sea herring populations may be an intensive gene flow. (Biologiya Morya, 2011, vol. 37, no. 6, pp. 472-476).
Key words: Pacific herring, intraspecies structure, mitochondrial DNA, gene flow.
Тихоокеанская сельдь Clupea pallasii Valenciennes, 1847 (Clupeidae: Clupeiformes) - массовый промысловый вид, внутривидовая структура которого до настоящего времени недостаточно изучена. Первые отечественные работы по анализу морфовозрастных особенностей сельди выявили отличия между стадами, обитающими в северных и южных районах Японского моря (Амброз, 1931; Кагановский, 1938; Варварин, 1949). Дальнейшее изучение локальных стад, обитающих в тех же районах, позволило проанализировать внутривидовую структуру сельди у берегов о-ва Сахалин (Фролов, 1964). Анализ морфометрических признаков для выделения отдельных локальных стад сельди применяется некоторыми авторами и в настоящее время (Картавцев и др., 2008). Однако не все авторы единодушны в вопросе о существовании у этого вида выраженной внутривидовой дифференциации. Применение метода мечения рыб продемонстрировало возможность смешивания рекрутов отдаленных локальностей (Дружинин, 1964). Кроме того, показано,
что молодь сельди может переноситься морскими течениями на значительные расстояния (Никитинская, 1965).
Более поздние исследования по определению по-пуляционно-генетической структуры C. pallasii проводились с применением методов биохимической генетики. Разными авторами (Богданов и др., 1979; Grant, Utter, 1984; Рыбникова и др., 1998; Рыбникова, 1999) были получены противоречащие результаты, поэтому требовались дополнительные исследования.
В настоящее время для изучения популяционной структуры (в том числе рыб) наиболее перспективными признаются методы молекулярной генетики (Avise, 2000), поскольку молекулярные маркеры обладают высокой чувствительностью к микроэволюционным процессам, протекающим в популяциях. Чаще всего в популя-ционных исследованиях применяется митохондриальная ДНК (далее мтДНК), самым вариабельным участком которой является контрольный регион. Подобный маркер считается некодирующим, и для него применима модель
нейтральной эволюции. На этом основании контрольный регион мтДНК был выбран нами в качестве молекулярного маркера при проведении настоящего исследования.
Цель данной работы - определение внутривидовой структуры тихоокеанской сельди Японского и южной части Охотского морей по данным о молекулярной изменчивости контрольного региона мтДНК.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Материал собирали в 2007-2008 гг. в период нереста сельди (места взятия проб указаны на рис. 1, их координаты приведены в табл. 1). Для анализа использовали образцы мышечной ткани, которые хранили в консерванте, состоящем из 20% диметилсульфоксида и 0.5 М ЭДТА в перенасыщенном растворе хлорида натрия. Лизис ткани проводили по модифицированному протоколу (Aljanabi, Martiner, 1997). Тотальную ДНК выделяли по общепринятым методикам (Маниатис и др., 1984). Полимеразную цепную реакцию проводили, используя наборы для амплификации (PCR Core) с добавлением 1 опт. ед. Taq-полимеразы на образец. Для амплификации использовали следующие праймеры, разработанные самостоятельно:
F-CACCCCTCGCAGGGCTGGTGGAAAA, R-TGAGGGCATTCTCACGGGGCTGCGG.
В дальнейшем ампликоны очищали ионообменными смолами (наборы для элюции ДНК clean-up). Секвенирование осуществляли на автоматическом анализаторе ABI prism 3010 Perkin Elmer в соответствии с рекомендациями производителя. Последовательности выравнивали по алгоритму ClustalW, реализованному в программе Mega 4.0 (Tamura et al., 2007). Оценку молекулярной изменчивости, гаплотипиче-ского состава выборок, попарных генетических дистанций 0 по Вееру и Хиллу (Weir, Hill, 2002) и дистанций dA по Нею (Nei, 1987), а также проверку на применимость модели пространственной экспансии проводили с применением программы Arlequin 3.0 (Excoffier et al., 2005). Всего было проанализировано 292 образца полных последовательностей контрольного региона (длина которого составляет 1051 п.о.). Все полученные последовательности были депонированы в банке генетических данных GenBank (www.ncbi.nlm.nih.gov).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для определения дифференциации группировок были применены 0 параметр, который является аналогом ^-статистики (Wright, 1951), и усредненная генетическая дистанция dA по Нею (Nei, 1987). Применение 0 параметра позволяет более точно оценить генетические расстояния даже в случае небольшого размера выбор-
Рис. 1. Карта-схема мест сбора материала (обозначены звездочкой).
474 ГОРБАЧЕВ И ДР.
Таблица 1. Количество образцов, координаты мест сбора материала и номера депонированных последовательностей
Номер Количество образцов Географические координаты, год сбора Акватория Номер в GenBank
1 50 50°54' N, 142°08' E (2008) Татарский пролив, северная часть GQ384081-GQ384129, GU066938
(о-в Сахалин)
2 49 47°50' N, 142°31' E (2008) Зал. Терпения (о-в Сахалин) GQ384130-GQ384178
3 49 48°30' N, 142°02' E (2008) Оз. Айнское (о-в Сахалин) GQ384179-GQ384227
4 144 43°15' N, 132°19' E (2007) Зал. Петра Великого GQ384228-GQ384307, GU067401-
(г. Владивосток) GU067464
ки (Weir, 1996). Некоторые из представленных данных имеют отрицательное значение (табл. 2), что указывает на наличие между выборками отрицательной корреляции. В биологическом смысле подобный эффект возникает в случае более высокого уровня генетического родства между выборками, чем внутри сравниваемых выборок. Возможной причиной может быть и незначительное математическое смещение, приводящее к отрицательным результатам (Weir, 1996). Наряду с отсутствием значимых различий между морскими выборками сельди установлено достоверное отличие популяции озерной сельди от трех морских выборок, что указывает на ее генетическую обособленность. Вероятной причиной генетической дифференциации озерной сельди от морской является репродуктивная изоляция. Такая возможность была показана ранее для другой озерной популяции этого вида, также обитающей у берегов о-ва Сахалин (Гриценко, Шилин, 1979).
Отсутствие различий между выборками морской сельди по изученным последовательностям определяется достаточно большим процентом общих гаплотипиче-ских вариантов мтДНК (рис. 2). Резонно предположить, что подобное распределение является следствием постоянного потока генов между ними. Общие варианты - это гаплотипы, представленные одновременно в двух или более выборках. Варианты, которые встречались только в одной из выборок, мы рассматривали как уникальные. При сравнении процентного соотношения преобладание общих гаплотипических вариантов можно рассматривать как признак постоянного перемешивания рекрутов из разных локальностей (поток генов). Преобладание же уникальных вариантов предполагает или полное отсутствие миграций между локальностями, или незначитель-
Таблица 2. Попарные генетические дистанции между выборками
Выборка Оз. Айнское Зал. Петра Великого Зал. Терпения Татарский пролив
Оз. Айнское - 0.141* 0.241** 0.243**
Зал. Петра Великого 0.025** - -0.152 -0.144
Зал. Терпения 0.036** -0.025 - -0.058
Татарский пролив 0.037** -0.024 -0.009 -
Примечание. Дистанция dA по Нею - над диагональю; 0 параметр по Вееру и Хиллу - под диагональю. Уровень значимости: * < 0.05; ** < 0.01.
ное их количество, не приводящее к выравниванию га-плотипических частот между выборками.
Только для озерной выборки отмечено преобладание уникальных вариантов (рис. 2). Во всех трех выборках морской сельди процент общих вариантов превышал процент уникальных, что можно считать еще одним доказательством отсутствия четкой дифференциации
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.