ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
УДК 575.832:597.553.2
РОДСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ БЕЛЬДЮГ РОДА Zoarces (Zoarcidae, Pisces)
ПО МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИМ И МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ
© 2010 г. О. А. Радченко1, А. В. Петровская1, М. В. Назаркин2, И. А. Черешнев1, Е. А. Чегодаева1
1 Учреждение Дальневосточного отделения Российской академии наук Институт биологических проблем Севера, Магадан 685000; e-mail: radchenko@ibpn.ru 2 Учреждение Российской академии наук Зоологический институт, Санкт-Петербург 190034
Поступила в редакцию 15.09.2009 г.
Проведен молекулярно-генетический и морфологический анализ бельдюг рода Zoarces. По данным об изменчивости нуклеотидных последовательностей митохондриальной ДНК гаплотипы восточной бельдюги Z. elongatus, более близких бельдюги Федорова Z. fedorovi и европейской бельдюги Z. viviparus, а также бельдюги Андрияшева Z. andriashevi объединяются в один макрокластер. Гаплотипы американской бельдюги Z. americanus и бельдюги Гилла Z. gillii занимают обособленное положение по отношению к остальным видам. Уровень генетических отличий Z. gillii от остальных видов бельдюг очень высокий для сравнений в пределах одного рода — 7.62%. Дивергенция видов по морфологическим признакам в целом согласуется с молекулярно-генетическими данными и также подтверждает резкое обособление американской бельдюги и особенно бельдюги Гилла.
По современным представлениям, род Zoarces включает шесть видов и обладает мозаичным ареалом в морях и океанах Северного полушария. Четыре вида известны в морях северо-западной части Тихого океана, два вида — в северо-восточной и северо-западной Атлантике. Только в Охотском море встречаются бельдюга Федорова Z. fedorovi (у северного и северо-восточного побережья) и бельдюга Андрияшева Z. andriashevi (у западного и юго-западного побережий Камчатки) [1—3]. С ареалом бельдюги Федорова здесь перекрывается северная часть ареала восточной бельдюги Z. elongatus, которая распространена также еще южнее — в южной части Охотского моря, по-видимому, во всем Японском море и в северной части Желтого моря. Самый южный ареал в дальневосточных морях имеет бельдюга Гилла Z. gillii, обитающая в центральной и южной частях Японского моря и в Желтом море [2—12].
В северо-восточной Атлантике (от пролива Ла-Манш до Кольского полуострова и Белого моря) распространена европейская бельдюга Z. vivi-parus, а в северо-западной Атлантике у побережья Северной Америки (от залива Св. Лаврентия к югу до Северной Каролины) — американская бельдюга Z. americanus [5, 13].
Ранее, в связи с описанием нового вида — бельдюги Федорова Z. fedorovi [2], нами был проведен сравнительный молекулярно-генетический анализ митохондриальной ДНК этого вида, европейской и восточной бельдюг, показавший видо-
вую обособленность всех трех видов [14]. В 2008 г. был получен материал для генетического изучения остальных трех видов рода — бельдюги Андрияшева, бельдюги Гилла и американской бельдюги, что впервые позволило оценить уровни генетической дивергенции и выявить родственные отношения между всеми известными видами рода Zoarces.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для определения генетической дифференциации бельдюг использован анализ нуклеотидных последовательностей участков генов COI, цито-хрома b, 16S рРНК мтДНК. Всего проанализировано 28 экз. бельдюг, представляющих шесть видов рода Zoarces: Z. elongatus, Z. fedorovi, Z. viviparus, Z. andriashevi, Z. americanus, Z. gillii (табл. 1). В качестве внешних групп использованы ликод-бельдюга Ригэна Lycozoarces regani (подсем. Lyco-zoarcinae, сем. Zoarcidae) и батимастер Дерюгина Bathymaster derjugini (сем. Bathymasteridae); первый вид считают самым примитивным в сем. Zoarcidae, второй — в подотряде Zoarcoidei [15].
Тотальная ДНК выделена по стандартной методике [16]. Последовательности праймеров для ПЦР и секвенирования фрагментов мтДНК приведены в ранее опубликованной работе [17].
Байесовский анализ филогении (MrBayes v.3.1.2) [18] проведен на основе двух моделей нуклеотидных замещений GTR + I + G и HKY + I +
1525
Таблица 1. Данные об исследованных видах рода Zoarces
№ п.п. Вид (коллекционный номер образца) Район сбора образцов Номер в GenBank/NCBI (гены ТО1/цит.Ь/Ш рРНК)
1 Z. elongatus (309) Бухта Нагаева, Тауйская губа EF208039/ FJ744397/ FJ798750
2 Z. elongatus (310) То же EF208040/FJ744393/FJ798747
3 Z. elongatus (311) » EF208041/FJ744398/FJ798751
4 Z. elongatus (312) » EF208042/FJ744395/GQ844859
5 Z. elongatus (12) » EF208045/FJ744402/FJ798755
6 Z. elongatus (360) О. Шеликан, устье р. Тауй GQ844843/FJ744394/FJ798748
7 Z. elongatus (361) » EF208046/FJ744396/FJ798749
8 Z. elongatus (1131) О. Сахалин, оз. Тунайча FJ744385/FJ744399/FJ798752
9 Z. elongatus (1133) » FJ744386/FJ744400/FJ798753
10 Z. elongatus (1190) О. Кунашир FJ744387/FJ744401/FJ798754
11 Z. fedorovi (348) Залив Одян, устье р. Кулькуты EF208047/FJ744408/FJ798761
12 Z. fedorovi (349) То же EF208048/FJ744406/FJ798759
13 Z. fedorovi (350) » EF208049/FJ744407/FJ798760
14 Z. fedorovi (504) Бухта Кекурная EF208058/FJ744410/FJ798763
15 Z. fedorovi (508) То же EF208059/FJ744411/FJ798764
16 Z. fedorovi (510) » EF208060/FJ744409/FJ798762
17 Z. fedorovi (1235) Бухта Имповеем, п-в Тайгонос FJ744388/FJ744405/FJ798758
18 Z. andriashevi (1171) Шельф Западной Камчатки FJ744389/FJ744412/FJ798765
19 Z. andriashevi (1172) То же FJ744390/FJ744415/FJ798768
20 Z. andriashevi (1204) » FJ744392/FJ744414/FJ798767
21 Z. andriashevi (1205) » FJ744391/FJ744413/FJ798766
22 Z. viviparus (493) Финский залив, Балтийское море EF208062/FJ744403/FJ798756
23 Z. viviparus (496) То же EF208063/FJ744404/FJ798757
24 Z. americanus (1340) Восточное побережье Сев. Америки GQ844846/GQ844851/GQ844856
25 Z. americanus (1341) То же GQ844847/GQ844850/GQ844857
26 Z. americanus (1342) » GQ844848/GQ844849/GQ844858
27 Z gillii (1192) Южная часть Японского моря GQ844844/GQ844853/GQ844854
28 Z gillii (1195) То же GQ844845/GQ844852/GQ844855
29 Lycozoarces regani Северная часть Японского моря FJ932601/FJ932613/FJ887743
30 Bathymaster derjugini Японское море, бухта Троица EU741725/EU741751/EU741792
+ G для разных участков мтДНК с помощью запуска трех "горячих" и одной "холодной" цепей в течение 106 циклов с отбором каждого сотого генерированного дерева. Модели нуклеотидных замен ДНК выбраны как оптимальные с использованием критерия Akaike (AIC), реализованного в программе Modeltest v3.7 [19]. Из 10001 полученного дерева первые 1001 были отброшены. На основе остальных деревьев, имеющих стабильные оценки параметров моделей нуклеотидных замещений и правдоподобия (LnL), получены консенсусное дерево и оценки апостериорной вероятности его ветвления.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Определенные у 30 особей бельдюговидных рыб последовательности генов мтДНК депонированы в базе данных GenBank/NCBI под номерами, указанными в табл. 1. Использованные в анализе участки генов COI, цитохрома b и 16S рРНК размером 869, 585 и 588—590 пн расположены в пределах 5766-6634, 14732-15316 и 2193-2781 пн (согласно нумерации нуклеотидов полного мито-хондриального генома Lycodes (Petroschmidtia) toyamensis [20]). Общая длина объединенных фрагментов ДНК составляет 2042-2044 пн (примерно 12.5% целого митохондриального генома), среди которых стабильных нуклеотидных пози-
РОДСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ БЕЛЬДЮГ
1527
ций 1619, полиморфных — 425, филогенетически информативных — 257. Между последовательностями изученного участка мтДНК выявлено 484 нуклеотидных замены, 120 из которых трансверсии. Соотношение транзиций к трансверсиям составляет в среднем 4 : 1. В генах, кодирующих белки (COI и цитохром b), 35 замен локализовано в первой позиции кодонов, 11 — во второй и 402 — в третьей. В нуклеотидных последовательностях генов COI и цитохрома b обнаружены мутации замещения, вызывающие замены аминокислотных остатков. Из 484 аминокислотных сайтов 29 оказались вариабельными. В гене 16S рРНК, самом консервативном из трех исследованных, выявлено всего 34 полиморфных сайта, несущих 36 нук-леотидных замен и 3 однонуклеотидные делеции.
У всех видов рода Zoarces, за исключением Z. elongatus, обнаружены видоспецифические мутации: у Z. fedorovi — 2, Z. viviparus — 5, Z. andria-shevi — 3, Z. americanus — 24, Z. gillii — 52. Последовательности мтДНК бельдюги Федорова и европейской бельдюги характеризуются общей делецией, отсутствующей у других видов. У американской бельдюги также зарегистрированы две видоспе-цифические делеции.
У бельдюг выявлено 19 типов нуклеотидных последовательностей исследованного участка мтДНК: 5 гаплотипов у Z. elongatus, по 4 — Z. fedorovi и Z. andriashevi, 3 — Z. americanus, 2 — Z. gillii, 1 — Z. viviparus. На межвидовом уровне максимальные нуклеотидные различия наблюдаются между гаплотипами американской бельдюги и бельдюги Гилла — 155—157 (из них 26—27 трансверсий); минимальное количество мутационных различий обнаружено между гаплотипами бельдюги Федорова и европейской бельдюги — 18—21 (1—2 трансверсии).
Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей мтДНК показал наименьший уровень межвидовой дивергенции между бельдюгой Федорова и европейской бельдюгой — от 0.90 до 1%, в среднем 0.94% (табл. 2). К этой паре видов ближе всего восточная бельдюга: средние генетические дистанции между восточной бельдюгой и бельдюгой Федорова — 1.71%, между восточной и европейской бельдюгами — 1.99%. Степень генетических отличий бельдюги Андри-яшева от трех перечисленных видов в среднем несколько выше: бельдюга Андрияшева/восточная бельдюга — 1.97%, бельдюга Андрияшева/бель-дюга Федорова — 2.07%, бельдюга Андрияше-ва/европейская бельдюга — 2.17%. Уровень отличий американской бельдюги намного значительнее: от 3.84% при сравнении с бельдюгой Андрияшева до 4.74% — с европейской бельдюгой. Наиболее дифференцирована бельдюга Гилла: Z. andriashevi/Z gillii — 7.08%, Z elongatus/Z gillii — 7.13%, Z. fedorovi/Z. gillii — 7.80%, Z viviparus/Z gillii —
7.91%, Z. americanus/Z. — 8.19%. Примечательно, что с последними оценками дивергенции сопоставим уровень генетических отличий Ьусо-%оагсв$ ^ат (подсем. Ьусо2оагстае) от бель
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.