УДК 574.3:575(075.8)
БИОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ И ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОПУЛЯЦИЙ ПЧЕЛ-ПЛОТНИКОВ XYLOCOPA VALGA GERSTAECKER, 1872 И XYLOCOPA IRIS CHRIST, 1791 (HYMENOPTERA, ANTHOPHORIDAE) В СРЕДНЕМ ПОВОЛЖЬЕ (УЛЬЯНОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)
В течение полевого сезона 2014 г. были проведены биомониторинговые и молекулярно-генетические исследования популяций редких и исчезающих видов насекомых — Xylocopa valga, занесенного в Красные книги РФ и Ульяновской области и X. iris, рекомендованного в Красную книгу Ульяновской области в рамках подготовки нового издания Красной книги исследуемого региона. Проведенное исследование показало, что изученный вид X. valga имеет наименьшую генетическую дистанцию (1,71) с распространенным в Европе видом X. violacea. Наибольшую генетическую дистанцию X. valga имеет с американским видом X. virginica (22,02). Полученные последовательности цитохром оксидазы I от исследованных популяций X. valga сгруппировались в два кластера (генетическая дистанция 25,75), что вероятно указывает на их принадлежность к двум различным группам популяций, обитающими в Ульяновской области и связанными с нагорными широколиственно-сосновыми лесами (Сенгилеевский район) — генетическая дистанция 43,50 и с каменистыми меловыми степями (Радищевский район) — генетическая дистанция 18,50. Популяции X. valga Сенгилеевского района более гетерогенны, чем таковые Радищевского района, что можно объяснить, вероятно, их принадлежностью к двум различным группам популяций.
During the field season of 2008—2014 bio-monitoring and molecular genetic studies of populations of rare and endangered species of insects, i.e. Xylocopa valga, the Red Data Book of the Russian Federation and the Ulyanovsk Region, and Xylocopa iris, recommended for the Red Data Book of the Ulyanovsk Region in the course of preparation of its new edition for the region under study, were held.
The studies have showed that the investigated species of Xylocopa valga has the shortest genetic distance (1,71) from a wide-spread European species of Xylocopa violacea. The greatest genetic distance Xylocopa valga has from the American species of Xylocopa virginica (22,02). The sequences of cytochrome oxidase I from the studied populations of Xylocopa valga grouped into two clusters (genetic distance is 25,75), what can indicate that they belong to two different groups of populations that live in the Ulyanovsk Region and are associated with upland deciduous and pine forests (the Sengileyevsky District), the genetic distance is 43,50, and with rocky Cretaceous steppes (the Radishchevsky District), the genetic distance is 18,50. The populations of Xylocopa valga from the Sengileyevsky District are more heterogeneous than those of the Radischevsky District, what can be explained by their belonging to two different groups of populations.
Ключевые слова: биомониторинг, энтомофауна, перепончатокрылые, Красная книга, Среднее Поволжье.
Keywords: biomonitoring, entomofauna, Hymenoptera, the Red Data Book, the Central Volga Region.
Е. А. Артемьева, профессор,
доктор биологических наук,
hart5590@gmail.com,
А. В. Мищенко, доцент,
кандидат биологических наук,
a.misch@mail.ru,
Д. К. Макаров, аспирант,
dk.makarov@mail.ru,
Ульяновский государственный педагогический университет им. И. Н. Ульянова
Введение. В течение полевого сезона 2014 г. были проведены молекулярно-генетические исследования редких и исчезающих видов насекомых, занесенных в Красные книги РФ и Ульяновской области в рамках подготовки нового издания Красной книги исследуемого региона.
Целью работы являлись биомониторинговые исследования популяций редких и исчезающих видов насекомых — пчел-плотников Xylocopa valga и Xylocopa iris в Среднем Поволжье (Ульяновская область).
Материал и методика. Для эколого-генети-ческого мониторинга были исследованы популяции X. valga в Сенгилеевском (02.05.2014, окр. родника Орлов ключ) и Радищевском (18.05.2014, окр. р. п. Радищево) районах Ульяновской области.
Молекулярно-генетические исследования X. valga включали следующие этапы: экстракция ДНК из тканей насекомых; подбор оптимальных условий полимеразной цепной реакции (ПЦР) (концентрация растворов буфера, праймеров, dNTP, полимеразы, а также температурных условий проведения ПЦР); проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) с целью амплификации участка гена цитохром оксидазы I; аналитический гель-электрофорез амплифицированных фрагментов ДНК с целью определения качества проведенной ПЦР; препаративный гель-электрофорез для разделения продуктов ПЦР-реакции и выбора интересующего фрагмента при сравнении с маркером длин; выделение из геля и очистка участка гена цитохром оксидазы I; проведение сиквенсовой реакции с флюоресцентно-меченными дезоксирибонуклеотидами (ddNTP) с последующей очисткой набора терминирован-
ных фрагментов; секвенирование полученного фрагмента гена цитохром оксидазы I и получение последовательности нуклеотидов; биоинформационная обработка полученных сик-венсов с построением филогении для уточнения систематического положения видов.
Результаты и обсуждение. Xylocopa valga Gerstaecker, 1872 (Hymenoptera, Anthophori-dae) — неогеновый реликт тропикогенной фауны, занесен в Красные книги РФ и Ульяновской области (категория 2а) [1, 2].
В Ульяновской области этот вид встречается повсеместно. Ареал вида занимает Европейскую часть России кроме севера. Представитель реликтовой тропикогенной группы пчелиных. Места обитания — лесные опушки и поляны, степи, остепненные склоны балок. Зимуют взрослые личинки в гнездах в мертвой древесине. Многоядный вид (политроф). Гнездо представляет довольно широкий, длинный канал, прогрызенный самкой в сухой древесине. Вертикальный ход пчела делит перегородками на ячейки, где помещает из пыльцы и нектара «хлебцы», на которые откладывает по одному яйцу.
Численность популяций в Ульяновской области стабильная [1, 2]. Лимитирующие факторы: вырубка сухостойных деревьев в лесу и замена подходящих для заселения деревянных конструкций железобетонными (рис. 1).
Пчела-плотник ирис Xylocopa iris Christ, 1791 (Hymenoptera, Anthophoridae) — редкий локальный вид, реликт неогенового периода на северной границе ареала, рекомендован в Красную книгу Ульяновской области (категория 2а) [1].
В Ульяновской области известен из Радищевского района. Юг, центр, восток России, Украины, Крым, очень локально. Относится
Рис. 1. Точки обитания популяций Xylocopa valga на территории Ульяновской области
Рис. 2. Точки обитания популяций Xylocopa iris на территории Ульяновской области
к тропикогенной фауне пчелиных. Вид приурочен к степям, лесостепям, лесам байрачно-го типа. Пчелы встречаются на ярко освещенных, хорошо прогреваемых участках степей, на цветущих травянистых растениях, на стволах деревьев. Длина тела 14—18 мм. Брюшко с сине-металлическим блеском. У самок нижний зубец на внутренней поверхности задних голеней длиннее и острее, чем на верхней. У самок на переднем крае среднеспинки и 1-м тер-гите брюшка перевязи из сероватых отстоящих волосков. От близких видов X. valga, X. violacea отличается гораздо меньшими размерами.
Из Ульяновской области вид известен по двум находкам. Численность популяций низкая. На территории Ульяновской области редок в силу нахождения близ крайней северной границы ареала (рис. 2).
В Ульяновской области впервые собран и подтвержден в начале мая 2008 г. в окрестностях с. Вязовка Радищевского района на территории ландшафтного памятника природы «Наяновский солончак», в середине мая 2014 г. обнаружен в каменистой меловой степи на склонах массива Малые Атмалы, на копеечнике крупноцветковом Hedysarum grandi-florum (Fabacea).
Проведено секвенирование полученных ам-плифицированных фрагментов ДНК X. valga и получены последовательности интересующего участка для объектов исследования, которые были сравнены по интересующему фрагменту гена цитохром оксидазы I, определена их принадлежность к одному виду.
Для определения места вида X. valga в филогенетическом дереве рода проведено сравнение и выравнивание определенного участка гена субъединицы I цитохром с-оксидазы с име-
22
Биоэкология
№ 1, 2015
ющимися в базе BOLD Systems и GenBank видами рода Xylocopa: X. virginica, X. violacea, X. aeratus, X. lugubris, X. albifron, X. provida, X. collaris, X. watmoughi, X. smithii. Последовательности были выравнены с помощью программы ClustalW2, дерево построено по методу ближайших соседей в программе JalView (рис. 3). Проведенное исследование показало, что изученный вид X. valga имеет наименьшую генетическую дистанцию (1,71) с распространенным в Европе видом X. violacea. Наибольшую генетическую дистанцию X. valga имеет с американским видом X. virginica (22,02).
Все 4 объекта были сравнены по интересующему фрагменту гена цитохром оксидазы I и принадлежат к одному виду (рис. 4).
18,50
3,19
- Xilocopa aeratus 1,71
1,56 Г
L
Xilocopa violaecea
0,18 0,05
3,19
■Xilocopa valga 4,29
1,59
Xilocopa lugubris
3,50
5,00
4,63
5,35
—Xilocopa albifrons — Xilocopa watmoughi -Xilocopa provida Xilocopa smithii
5,30
ÍXilocopa collsris 22,02
Xilocopa virginica
Рис. 3. Филогенетическое дерево некоторых видов рода Ху1осора, построенное после выравнивания последовательностей гена цитохром оксидазыс I (в программе JalView)
25,75
18,50
43,50
, 0,75 43,50
Xilocopa valga Радищево
- Xilocopa valga Радищево
Xilocopa valga Орлов ключ
Xilocopa valga Орлов ключ
Рис. 4. Дерево генетической структуры популяций Xylocopa valga, построенное после выравнивания последовательностей гена цитохром оксидазы I (в программе JalView)
Полученные последовательности цитохром оксидазы I от исследованных популяций X. valga сгруппировались в два кластера (генетическая дистанция 25,75), что вероятно указывает на их принадлежность к двум различным группам популяций, обитающими в Ульяновской области и связанными с нагорными широколиственно-сосновыми лесами (Сен-гилеевский район) — генетическая дистанция 43,50 и с каменистыми меловыми степями (Радищевский район) — генетическая дистанция 18,50. Популяции X. valga Сенгиле
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.