ГЕНЕТИКА, 2010, том 46, № 3, с. 389-400
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.832:597.553.2
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИВЕРГЕНЦИЯ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК БЕЛОГО ГОЛЬЦА Salvelinus albus И СЕВЕРНОЙ МАЛЬМЫ Salvelinus malma malma © 2010 г. А. Г. Олейник1, Л. А. Скурихина1, Вл. А. Брыков1 2
Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук,
Владивосток 690041; e-mail: alla_oleinik@mail.ru Дальневосточный государственный университет, Академия экологии, морской биологии и биотехнологии,
кафедра генетики и селекции, Владивосток 690000 Поступила в редакцию 11.12.2008 г.
Проведен сравнительный анализ изменчивости митохондриальной ДНК белого гольца Salvelinus albus Glubokovsky и вероятного предкового вида — северной мальмы Salvelinus malma malma Walbaum. Обнаружена высокозначимая генетическая дифференциация S. albus и S. m. malma в местах симпатричного (бассейн р. Камчатки) и аллопатричного (оз. Кроноцкое, р. Кроноцкая) обитания. Величина дивергенции мтДНК S. albus и S. m. malma не превышает диапазона внутривидовой изменчивости в популяциях северной мальмы. В то же время характер кластеризации гольцов рода Salvelinus позволяет предположить общее происхождение двух аллопатричных популяций белого гольца. Анализ генеалогии гаплотипов свидетельствует, что в настоящий момент между S. albus и S. m. malma наблюдается неполное расхождение митохондриальных линий. Низкие оценки нуклеотидной дивергенции между S. albus и S. m. malma отражают небольшой временной период с момента начала расхождения предко-вых линий и обусловлены предковым полиморфизмом и обменом гаплотипами между дивергировав-шими филогенетическими группами в результате интрогрессивной гибридизации.
Справедливость основных положений синтетической теории эволюции подтверждается существованием в естественных условиях форм, находящихся на разных этапах генетической дивергенции [1]. Гольцы рода Salvelinus являются молодой таксономической группой, эволюция которой благодаря исключительной морфологической и экологической пластичности сопровождалась интенсивными процессами формо- и видообразования. Характерная особенность гольцов — симпатричное существование нескольких видов, форм или экотипов; уровень дивергенции их обсуждается рядом авторов [2—6]. Во многом это относится к белому гольцу Salvelinus albus Glubokovsky, который был описан как эндемичный вид, встречающийся в двух водоемах п-ова Камчатка (бассейн р. Камчатки, оз. Кроноцкое) [5, 7]. При этом в озере Кроноцком S. albus аллопатричен с S. m. malma, обитающей в р. Кроноцкой [2], в то время как в бассейне р. Камчатки S. albus и S. m. malma на протяжении большей части жизненного цикла симпатричны [7]. По мнению ряда исследователей, филогенетически близкие мальма и белый голец являются самостоятельными видами, которые различаются по остеологическим признакам, особенностям экологии, паразитофауны и нерестового поведения, репродуктивно изолированы и не дают гибридных форм с промежуточным фенотипом [5, 7, 8]. Другие исследователи, также отмечая диф-
ференциацию по морфологическим и экологическим признакам и не исключая, что мальма и белый голец могут быть репродуктивно изолированы, тем не менее считают, что уровень различий в данном случае не превышает внутривидовой изменчивости полнокомплексного вида S. alpinus complex [4], либо рассматривают белого гольца в составе S. malma complex [9].
Для определения уровня генетической дифференциации популяций мальмы и белого гольца использовались разные подходы. Однако фиксированных различий, которые бы свидетельствовали о репродуктивной изоляции, не удалось обнаружить как при анализе аллозимных локусов [10-13], RFLP-анализе целой мтДНК [14, 15], PCR-RFLP-анализе двух участков мтДНК [13], так и при анализе нуклеотидных последовательностей гена цитохрома b [16]. Было высказано предположение, что низкая степень генетической дифференциации обусловлена относительно недавней дивергенцией мальмы и белого гольца [13]. Следует отметить, что ни в одной из работ не исследовались популяции S. albus из нескольких локальностей и, следовательно, генетическая идентификация их, в отличие от морфологической [5], до сих пор не проведена. Данные о кари-отипах подтверждают филогенетическую близость белого гольца и северной мальмы, а также свидетельствуют об их возможной репродуктивной изоляции [17, 18].
390
ОЛЕЙHИK и др.
^стоящая работа посвящена анализу изменчивости и определению величины дивергенции мтДHK между симпатричными и аллопатричны-ми популяциями белого гольца S. albus и северной мальмы S. m. malma Walbaum и является продолжением исследования гольцовых рыб в азиатской части Северной Пацифики [19—21].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Особи белого гольца S. albus и северной мальмы S. m. malma выловлены в бассейнах р. Еамчат-ки (53°13'N 162°01'E) и ^онои^ого озера (54°42'N 160°22'E). Выборка проходных гольцов из р. Радуга (приток р. ^мчатки) была собрана вблизи места первоописания S. albus [7]. Выборка S. albus оз. ^о^цтого состоит исключительно из озерных гольцов. Выборка гольцов из бассейна оз. ^онои^ого, идентифицированных как северная мальма S. m. malma, представляет объединенный материал, собранный у истока (2003 г.) и в нижнем течении (2004 г.) р. ^оноцкой. Для сравнительного анализа были использованы собственные данные о степени дивергенции популяций северной мальмы S. m. malma с тихоокеанского побережья Азии (р. Паратунка, р. Kуxтуй, р. Анадырь, р. Апука) и Северной Америки (р. Е:ивалина, р. Kонгакут, р. ^некто^ р. Фро-сти-Kрик, р. Рассел^рик), а также южной азиатской мальмы S. m. krascheninnikovi Taranetz (р. Вал, р. Акур) [20]. Для определения филогенетического положения S. albus в анализ были включены выборки кунджи S. leucomaenis Pallas (зал. Измены, о. ^нашир), арктического гольца S. alpinus Linnaeus (оз. Ситасьяури, Швеция), бычьей форели S. confluentus Suckley (р. ^кина, Еа-нада) из коллекции авторов [21].
Индивидуальные препараты тотальной ДHK получали из фиксированных тканей печени и сердца по стандартной методике [22]. Изменчивость мтДHK S. albus и S. m. malma анализировали, используя полиморфизм длины рестрик-ционных фрагментов (RFLP) шести участков (ND1/ND2, ND3/ND4L/ND4, ND5/ND6, COI/COII/A8, A8/A6/COIII/ND3, Cytb/D-loop), амплифицированных в полимеразной цепной реакции (PCR). Праймерные последовательности для использованных нами фрагментов, положение их на карте мтДHK и условия амплификации приведены в работе [23]. ^ждый из амплифици-рованных участков анализировали набором из 20 рестрикционных ферментов ("MBI Fermentas", Lithuania; "СибЭнзим", Россия): Asui, Aval, Avail, BstNI, BstUI, Ddei, EcoRV, Hinfl, Hhai, Mboi, Mboii, Mspi, Rsai, Styi, BsuRI, Vspi, Bcli, Sspi, Bme1390I, TaqI. Основные показатели генетической изменчивости [24, 25] определяли, используя пакеты программ REAP [26] и Arlequin vers. 2.0 [27], по каждому из шести фрагментов и
суммарно по мтДНК. Гетерогенность частот гап-лотипов между каждой парой анализируемых выборок оценивали методом Монте-Карло (10000 псевдослучайных реплик [28]). Степень генетической дифференциации между всеми парами популяций также оценивалась методом одноуровневой AMOVA [29]. Количественная оценка географической подразделенности изменчивости мтДНК проводилась методом AMOVA [29], который предполагает разложение общей молекулярной дисперсии частот гаплотипов на иерархические уровни и последующую оценку степени генетической дифференциации в рамках выделенной иерархии. Для тестирования существенности компонентов дисперсии рассчитывались соответствующие критерии /'-статистики [30]. Для реконструкции филогеографических связей между гаплотипами мтДНК были построены MST-деревья минимальной протяженности (Minimum Spanning Tree) по методу медианных сетей (алгоритм MJ) [31] в пакете программ Network 4.5.02 (Fluxus Technology Ltd., www. fluxus-en-gineering.com).
Нуклеотидная дивергенция [32, 33] между анализируемыми выборками гольцов рода Salvelinus оценивалась по результатам PCR-RFLP-анализа трех участков (ND1/ND2, ND5/ND6, Cytb/D-loop) набором из 13 рестрикционных эндонукле-аз. Подробно методика анализа изложена ранее [19, 20]. Полученные оценки использовали для реконструкции филогении (методы UPGMA и NJ). Устойчивость кластеризации оценивали в 1000 итераций бутстреп-анализа [34]. Расчеты нуклеотидной дивергенции, кластеризацию популяций и оценку полученных топологий дендро-грамм выполняли с использованием пакетов программ REAP и PHYLIP 3.67 (http://evolu-tion.qs.washinqton. edu/phylip .html). Графическое изображение дендрограмм было получено в программе TreeView (http://taxonomy.zoolo-gy.gla.ac.uk/rod/treeview.html).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ внутри- и межпопуляционной дифференциации S. albus и S. m. malma
Суммарная длина амплифицированных фрагментов мтДНК (ND1/ND2, ND3/ND4L/ND4, ND5/ND6, COI/COII/A8, A8/A6/COIII/ND3, Cytb/D-loop) равна 14888 пар нуклеотидов. Общее число сайтов, определенных из анализа размеров и распределения рестрикционных фрагментов в гаплотипах, равно 648, что составляет около 2600 нуклеотидов (или 16% митохондри-ального генома). У 100 исследованных рыб выявлено 52 гаплотипа мтДНК. Распределение и относительные частоты гаплотипов в популяциях S. albus и S. m. malma приведены в табл. 1.
Таблица 1. Численность гаплотипов* мтДНК в популяциях S. albus и S. m. malma: анализ участков ND1/ND2, COI/COII/A8, A8/A6/COIII/ND3, ND3/ND4L/ND4, ND5/ND6, Cytb/D-loop
S. m. malma S. albus
Гаплотип
р. Камчатка (N = 25) р. Кроноцкая (N = 32) р. Радуга (N = 17) оз. Кроноцкое (N = 41)
NA 6 (0.24) 0 0 0
NB 1 (0.04) 0 0 0
NC 2 (0.08) 9 (0.2810) 0 2 (0.0488)
ND 3(0.12) 0 1 (0.0588) 0
NE 1 (0.4) 0 0 0
NF 1 (0.4) 0 0 0
NG 1 (0.4) 0 0 0
NH 1 (0.4) 0 0 0
NI 1 (0.4) 0 0 0
NJ 3(0Л2) 0 0 0
NK 1 (0.4) 0 0 0
NF 1 (0.4) 0 0 0
NM 2 (0.8) 0 0 0
NN 1 (0.4) 0 0 0
NO 0 3 (0.0938) 0 1 (0.0244)
NP 0 11 (0.3440) 1 (0.0588) 2 (0.0488)
NQ 0 1 (0.0312) 0 2 (0.0488)
NR 0 1 (0.0312) 0 0
NS 0 1 (0.0312) 0 0
NT 0 1 (0.0312) 0 0
NU 0 1 (0.0312) 0 4 (0.0976)
NV 0 1 (0.0312) 0 0
NW 0 1 (0.0312) 0 0
NX 0 1 (0.03
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.