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.