научная статья по теме ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИВЕРГЕНЦИЯ СИМПАТРИЧНЫХ ГОЛЬЦОВ РОДА SALVELINUS ИЗ ОЗЕРА НАЧИКИНСКОЕ (КАМЧАТКА) Биология

Текст научной статьи на тему «ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИВЕРГЕНЦИЯ СИМПАТРИЧНЫХ ГОЛЬЦОВ РОДА SALVELINUS ИЗ ОЗЕРА НАЧИКИНСКОЕ (КАМЧАТКА)»

ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 8, с. 1097-1106

ГЕНЕТИКА ^^^^^^^^^^^^^^^^ ЖИВОТНЫХ

УДК 575.832:597.553.2

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИВЕРГЕНЦИЯ СИМПАТРИЧНЫХ ГОЛЬЦОВ РОДА Salvelinus ИЗ ОЗЕРА НАЧИКИНСКОЕ (КАМЧАТКА)

© 2007 г. А. Г. Олейник, Л. А. Скурихина

Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток 690041; факс: (4232) 31-09-00; e-mail: alla_oleinik@mail.ru Поступила в редакцию 08.08.2006 г.

Исследована генетическая дифференциация двух видов гольцов - мальмы Salvelinus malma malma Walbaum и жилого озерного гольца Salvelinus sp., симпатрично обитающих в оз. Начикинском (бассейн р. Большая) юго-западной части Камчатки. С использованием рестрикционного анализа (RFLP) сравнивались три фрагмента митохондриальной ДНК (ND1/ND2, ND5/ND6, Cytb/D-loop), ам-плифицированные в полимеразной цепной реакции (PCR). Величина дивергенции нуклеотидных последовательностей мтДНК между Salvelinus sp. и S. malma malma составила 2.8%, Salvelinus sp. и S. taranetzi - 0.36%, Salvelinus sp. и S. krogiusae - 0.21%, Salvelinus sp. и S. alpinus - 3.0%. Полученные результаты свидетельствуют о репродуктивной изоляции гольцов в оз. Начикинском и подтверждают высказанное ранее предположение о близости озерного гольца Salvelinus sp. к гольцу Таранца S. taranetzi и гольцу Крогиус S. krogiusae.

Сравнительное изучение гольцов рода Salvelinus показало, что основными факторами возникновения биоразнообразия были пространственная изоляция и различия конкретных биоценозов, в которых проходила самостоятельная эволюция дивергировавших популяций [1-3]. В связи с этим исследование изолированных озерных популяций гольцов на северо-востоке России представляет несомненный интерес для изучения механизмов дифференциации, процессов формо- и видообразования. Многие озера этого региона являются водоемами симпатрического обитания нескольких видов или экотипов гольцов, достоверно отличающихся по морфологическим признакам, таксономический статус которых остается неясным [4, 5].

Первое описание гольцов из оз. Начикинско-го, расположенного на юго-западе п-ова Камчатка, выполнено Савваитовой [6, 7]. В результате были подробно исследованы изменчивость мор-фометрических и некоторых остеологических признаков, особенности окраски, питания, возрастного состава, роста и размножения совместно обитающих озерных и озерно-речных гольцов. Сравнительный анализ показал, что по морфологическим признакам и особенностям экологии озерные гольцы оз. Начикинского существенно отличаются от озерно-речных, но одновременно очень близки к озерным гольцам оз. Дальнего. Несмотря на высокий уровень дивергенции, сим-патричные экологические формы гольцов оз. Начикинского были отнесены к одному высокополиморфному виду Salvelinus alpinus complex [4-7]. Сведения о некоторых остеологических признаках единичных экземпляров озерного гольца

оз. Начикинского ^а^еНпш sp.) приведены Вик-торовским [1]. Сопоставление особенностей строения черепа у симпатричных и аллопатричных популяций гольцов из разных водоемов Палеарктики показало, что в оз. Начикинском совместно обитают мальма S. та1та и озерный эндемичный голец Salvelinus sp., которые статистически достоверно различаются, репродуктивно изолированы и не дают гибридов с промежуточным фенотипом [2]. По данным Глубоковского, Salvelinus sp. филогенетически наиболее близок к нейве S. пе^а и гольцу Черского S. czerskii и является подвидом последнего [2, 3]. Однако существует мнение, что такое таксономическое решение является преждевременным и необходимо провести более полные исследования с привлечением дополнительных методов анализа [5].

Следует отметить, что результаты анализа ка-риотипов гольцов из бассейна р. Большой и оз. Начикинского [7, 8], к сожалению, оказались во многом неоднозначными [9]. Биохимические и молекулярно-генетические исследования гольцов оз. Начикинского не проводились. Необходимо, на наш взгляд, реконструировать и геологическую историю озера, так как получены убедительные доказательства того, что многие особенности распределения современных видов и их популяцион-но-генетическая структура, скорее всего, обусловлены глобальными процессами, связанными со сменой периодов оледенений и межледниковья в плейстоцене [1, 10-13].

В настоящей работе проведен анализ изменчивости и определен уровень дивергенции нуклеотидных последовательностей митохондриальной ДНК (мтДНК) в симпатричных популяциях Salvelinus sp.

Таблица 1. Данные об исследованных пoпyляцияx гольцов рода Salvelinus

Вид Популяция Широта Долгота Объем выборки

Salvelinus sp. оз. Начикинское, п-ов Камчатка 53°Q1'N 157°5Q'E 17

S. malma malma руч. Гришкин (оз. Начикинское), п-ов Камчатка 53°Q1'N 157°5Q'E 2Q

S. malma malma р. Паратунка, п-ов Камчатка 52°58'N 158°18'E 25

S. malma malma оз. Аччен, п-ов Чукотка 64°5Q'N 174°36'W S

S. malma malma оз. Пекульнейское, п-ов Чукотка 62°37'N 177°19'E 6

S. krogiusae оз. Дальнее, п-ов Камчатка 52°55'N 15S°2Q'E 5

S. taranetzi оз. Аччен, п-ов Чукотка 64°5Q'N 174°36'W 15

S. taranetzi оз. Пекульнейское, п-ов Чукотка 62°37'N 177°19'E 12

S. alpinus оз. Ситасьяуре, Швеция 67°53'N 17°37'E 25

S. leucomaenis зал. Измены, о-в Кунашир 43°43'N 145°28'E 1Q

Salmo salar р. Тессема, п-ов Таймыр 77°19'N 1Q2°31'E 2

и S. malma malma оз. Начикинского. Учитывая, что сведения о гольцах, обитающих в этом озере, ограничены данными об особенностях биологии, экологии и традиционных морфологических признаках, анализ быстро эволюционирующей мтДНк представляет несомненный интерес и способствует более полному пониманию процесса видообразования в группе гольцов рода Salvelinus. Эффективность метода рестриктазного анализа фрагментов мтДНК (RFLP), амплифицированных в полимеразной цепной реакции (PCR), показана нами ранее при исследовании дифференциации видов гольцов в местах их симпатрического обитания [14, 15].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Озеро Начикинское находится в бассейне р. Большой (юго-западное побережье Камчатки). Это одно из крупнейших высокогорных озер полуострова, расположенное на высоте 348 м над ур. моря. Котловина озера окружена двумя сходящимися горными хребтами: с запада - хребтом Халзан, с востока - Быстринским. Озеро вытянуто в длину на 7 км, шириной 2 км и с максимальными глубинами до 60 м. Выборка озерно-речно-го гольца, идентифицированного нами как северная мальма S. malma malma Walbaum, была взята в ручье Тришкин, впадающем в оз. Начикинское. Жилых гольцов выловили непосредственно в озере. Сбор и определение гольцов по характерным морфологическим и экстерьерным признакам выполнены С.В. Фроловым. В работе также использованы выборки гольца Таранца S. taranetzi Kaganowsky, гольца Крогус S. krogiusae Glubo-

kovsky et Chereshnev из мест их первоописания, а также арктического гольца S. alpinus Linnaeus. Для сравнительной оценки уровня межвидовых и межродовых отличий использовали мтДНК кун-джи S. leucomaenis Pallas и атлантического лосося Salmo salar. Представление об объеме проанализированного материала дает табл. 1.

Индивидуальные препараты тотальной ДНК получали из фиксированных тканей печени и сердца по стандартной методике [16]. Изменчивость мтДНК анализировали, используя полиморфизм длины рестрикционных фрагментов (RFLP) трех участков (ND1/ND2, ND5/ND6, Cytb/D-loop), амплифицированных в полимеразной цепной реакции (PCR). Праймерные последовательности для использованных нами фрагментов, положение их на карте мтДНК и условия амплификации приведены в работе [17].

Анализируемые участки мтДНК с общей длиной 7672 пн составляют около 47% митохондри-ального генома. Каждый из амплифицированных участков анализировали набором из 13 рестрикционных ферментов в условиях, рекомендованных изготовителем ("MBI Fermentas", Литва; "СибЭнзим", Россия): AsuI, Aval, Avail, BstNI, BstUI, Ше1, EcoRV, Hinfl, Hhai, Mboi, Mspi, Rsai, Styi. Данные о размерах фрагментов рестрикции и составе комбинированных гаплотипов не приводятся в статье из-за ограниченности объема, но могут быть получены по запросу от авторов. Статистический анализ полученных результатов выполнен в пакетах филогенетических программ REAP [18] и NTSYS [19]. Подробно методика анализа изложена ранее [20].

Таблица 2. Численность гаплотипов мтДНК в популяциях гольцов рода Salvelinus

Популяция Гаплотип

Salvelinus sp. (оз. Начикинское) CAB CAC CAD CAE CAF

1 13 1 1 1

S. malma malma (оз. Начикинское) NAJ NCA NCB NCC NCD NCE NCF NCG

6 7 1 1 2 1 1 1

S. malma malma (р. Паратунка) NAJ NAQ NAR

23 1 1

S. malma malma (оз. Аччен) NAL NAM NAN NAI NAP

1 1 1 4 1

S. malma malma (оз. Пекульнейское) NAT NAV NAW NAX NAA NAY

1 1 1 1 1 1

S. krogiusae (оз. Дальнее) CAA 5

S. taranetzi (оз. Аччен) 5 TAA TAB TAC TAE TAL

3 6 3 1 2

S. taranetzi (оз. Пекульнейское) TAB TAF TAG TAI TAJ TAK

3 2 2 2 1 2

S. alpinus (оз. Ситасьяуре) AAE AAF AAG AAH AAI AAJ AAK AAL

14 3 3 1 1 1 1 1

S. leucomaenis (зал. Измены) KAA KAB KAC KAD

7 1 1 1

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

У 144 исследованных рыб выявлено 50 гаплотипов мтДНК: Salvelinus sp. - 5, S. krogiusae - 1, S. alpinus - 8, S. taranetzi - 10, S. malma malma - 21, S. leucomaenis - 4, S. salar - 1 (табл. 2).

В выборке гольцов из оз. Начикинского обнаружены две значительно различающиеся группы гаплотипов мтДНК. Одна из них относится к филогенетической группе северной мальмы S. malma malma, а другая - специфична для озерного гольца Salvelinus sp. Проведенные нами ранее исследования позволили оценить уровень гаплоти-пического разнообразия в популяциях S. malma malma из разных мест обитания [20, 21]. В выборке мальмы из оз. Начикинского встречается гап-лотип NAJ, который является основным в популяциях р. Паратунка (92%), он также обнаружен с высокой частотой в популяциях рек Яма и Анадырь, а также в популяциях северной американской мальмы [21]. У 20 экз. мальмы из оз. Начикинского выявлено семь гаплотипов мтДНК. Два из них встречаются с приблизительно одинаковой частотой: NAJ (30%), NCA (35%). Гаплотип NCA отделен от NAJ двумя нуклеотидными заменами.

Из уникальных гаплотипов только

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»