научная статья по теме РОДСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ДИВЕРГЕНЦИЯ НЕКОТОРЫХ ТАКСОНОВ ПОДСЕМЕЙСТВА LYCODINAE (ZOARCIDAE, PISCES) ПО МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИМ И МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ Биология

Текст научной статьи на тему «РОДСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ДИВЕРГЕНЦИЯ НЕКОТОРЫХ ТАКСОНОВ ПОДСЕМЕЙСТВА LYCODINAE (ZOARCIDAE, PISCES) ПО МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИМ И МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ»

УДК 597.586.2.575.832

РОДСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ДИВЕРГЕНЦИЯ НЕКОТОРЫХ ТАКСОНОВ ПОДСЕМЕЙСТВА LYCODINAE (ZOARCIDAE, PISCES) ПО МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИМ И МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ

© 2009 г. О. А. Радченко*, И. А. Черешнев, А. В. Петровская

Институт биологических проблем Севера Дальневосточного отделения РАН — ИБПС ДВО РАН, Магадан

* E-mail: radchenko@ibpn.ru Поступила в редакцию 10.11.2008 г.

Проведено комплексное молекулярно-генетическое и морфологическое изучение 14 видов 6 родов бельдюговых рыб (Zoarcidae) подсемейства Lycodinae. Обнаружено высокое совпадение результатов исследований, полученных обоими методами. Обоснована родовая самостоятельность рода Petroschmidtia, включающего виды P. albonotata и P. toyamensis. Показана принадлежность к роду Lycogrammoides видов L. schmidti и L. nigrocaudatus; восстановлен родовой статус рода Bothrocarichthys с видом B. microcephalus и рода Allolepis с видом A. hollandi. Исследованные таксоны распадаются на 3 крупные монофилетические группы, включающие: виды рода Petroschmidtia; виды рода Lycodes и виды родов Bothrocara, Allolepis, Bothrocarichthys и Lycogrammoides. Таксоны последней группы характеризуются большим комплексом морфологических отличий от двух первых групп, включая отсутствие брюшных плавников. Составлена определительная таблица видов и родов Lycogrammoides и Bothrocarichthys. Обсуждается проблема определения времени дивергенции исследованных бельдю-гоподобных рыб с использованием концепции "молекулярных часов" и их калибровки по палеонтологическим и палеогеографическим данным.

Ключевые слова: изменчивость митохондриальной ДНК, Licodinae, систематика, морфология, определительная таблица, время дивергенции, молекулярные часы.

В обстоятельной ревизии семейства бельдюговых рыб (Zoarcidae) Андерсона (Anderson, 1994) впервые морфологически обоснованы состав таксонов разного ранга (подсемейств, родов, видов), намечены родственные связи между ними (на уровне родов и подсемейств), приведен видовой состав фауны этой группы в Мировом океане. С небольшими изменениями, связанными с описанием новых видов, полный состав фауны Zoar-cidae был опубликован в недавней работе Андерсона и Федорова (Anderson, Fedorov, 2004). Большинство исследователей приняли упомянутую систему бельдюговых рыб, но систематическое положение и таксономический ранг отдельных родов и видов служат предметом разногласий. В частности, отечественные ихтиологи вид Both-rocarina nigrocaudata Suvorov, 1935 относят к роду Lycogrammoides; B. microcephala (Schmidt, 1938) — к роду Bothrocarichthys; Bothrocara hollandi (Jordan, Hubbs, 1925) — к роду Allolepis (Федоров, Парин, 1998; Шейко, Федоров, 2000; Федоров и др., 2003; Fedorov, 2004). Эти же авторы считают, что виды Lycodes albonotatus (Taranetz, Andriashev, 1934) и L. toyamensis (Katayama, 1941) принадлежат к роду Petroschmidtia; данной точки зрения придерживаются и японские исследователи (Masuda et al.,

1984; Тоуо8Ыта, 1985; Атаока ^ а1., 1995; ШкаЪо, 2002).

В 2006 г. в Институте биологических проблем Севера ДВО РАН впервые начаты широкие исследования молекулярной филогении семейства Zoarcidae дальневосточных морей России (Радченко и др., 2006, 2007, 2008а, 20086, 2008в, 2008г). Проведенный молекулярно-генетический анализ видов Petroschmidtia а1Ьопо1Ша и Р. 1оуатвп-

и близкородственных родов Lycodes и БоЛгоса-гта показал, что генетическая дистанция между родами Petroschmidtia и Lycodes превышает таковую между признаваемыми в качестве самостоятельных (Андерсоном и другими исследователями) родами Lycodes и Бothrocarina и сопоставимо с различием между Petroschmidtia и Бothrocarina (Радченко и др., 2008а). Поэтому более убедительной следует считать точку зрения о родовом статусе Petroschmidtia (Федоров, Парин, 1998; Шейко, Федоров, 2000; №каЪо, 2002; Федоров и др., 2003; Fedorov, 2004). В этих же исследованиях (Радченко и др., 2008а) было обнаружено, что генетические различия между Бothrocarina nigrocau-data и Б. microcephalus существенно превосходят таковые между видами рода Lycodes, что заставля-

ет усомниться в принадлежности первых двух видов к одному роду Bothrocarina (Anderson, 1994).

В настоящей работе представлены результаты молекулярно-генетических и морфологических исследований видов родов Lycodes, Bothrocarina, Allolepis, Bothrocara, Lycogrammoides и Petroschmid-tia с целью выяснения их родственных связей.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Материалом для генетических исследований послужили экземпляры рыб следующих видов подсемейства Lycodinae: Lycodes raridens Taranetz et Andriashev, 1937, L. brevicauda Taranetz et Andri-ashev, 1935, L. knipowitschi Popov, 1931, L. fulvus Toyoshima, 1985, L. multifasciatus Shmidt, 1950, L. soldatovi Taranetz et Andriashev, 1935, L. brunneo-fasciatus Suvorov, 1935; Petroschmidtia albonotata, P. toyamensis; Bothrocarina nigrocaudata, B. micro-cephala; Lycogrammoides schmidti; Bothrocara soldatovi (Schmidt, 1950); Allolepis hollandi. Для сравнительного анализа привлечены данные из GenBank по нуклеотидной последовательности мтДНК Lycodes (Petroschmidtia) toyamensis (Katayama, 1941) (№ AP004448; Miya et al., 2003). В качестве внешней группы использованы: Hadropareia middendor-ffii Schmidt, 1904 (подсемейство Gymnelinae, сем. Zoarcidae), филогенетически близкий к подсемейству Lycodinae, и Pholidapus dybowskii Stein-dachner, 1880 (сем. Stichaeidae, подотряд Zoarcoi-dei), систематически отдаленный вид, необходимый для тестирования монофилии видов Lycodinae.

Морфологические исследования проведены на полных экземплярах и ализариновых препаратах следующих видов: Lycodes raridens (1 экз.), L. knipowitschi (1 экз.), L. soldatovi (1 экз.), Petroschmidtia albonotata (5 экз.), Bothrocarina nigrocaudata (5 экз.), B. microcephala (6 экз.), Allolepis hollandi (1 экз.). Сбор материала для генетических и морфологических исследований проведен в 2004—2006 гг. в прибрежной зоне Тауйской губы и Притауйском районе северной части Охотского моря М.В. Назаркиным; им же сделаны видовые определения рыб. При описании отдельных элементов морфологии рыб использована терминология, принятая для изучения Lycodinae (Шмидт, 1950; Андрияшев, 1954; Toyoshima, 1985; Anderson, 1994; M0ller, Gravlund, 2003).

Тотальная ДНК выделена по стандартной методике (Maniatis et al., 1982). Для ПЦР 3 участков мтДНК (гены субъединицы 1 цитохромоксидазы, цитохрома b, субъединицы 16S рРНК) использованы прямые (COI, B5, 16S rRNA1) и обратные (CO2, B6, 16S rRNA2) олигонуклеотидные прай-меры: CO1 CCAATCACAAAGACATTGG, CO2 AGGAGGTGTTGGGGGAAGAA, B5 (L14795) CAATGGCAAGCCTACGAAAA, B6 (H15844) AGCTACTAGTGCATGACCATC, 16S rRNA1

(L2510) CGCCTGTTTATCAAAAACAT 16S rRNA2 (H3080) CCGGTCTGAACTCAGATCACGT.

Секвенирование амплифицированных фрагментов ДНК проведено с использованием прямых (CO1, B5, 16S rRNAl) и обратных (CO2, B6, 16S rRNA2) праймеров, набора для циклического секвенирования ДНК Big Dye Terminator (Applied Biosystems, version 3.1) и генетического анализатора ABI Prism 3130 (Applied Biosystems, США).

Филогенетический анализ нуклеотидных последовательностей мтДНК выполнен с помощью пакета программ MEGA 3.1 (Kumar et al., 2004). Для расчета генетических расстояний между нук-леотидными последовательностями мтДНК выбраны две модели: p-дистанции и двухпараметри-ческий метод Кимуры (K2P). Филогенетические деревья получены при использовании: невзве-шенного парногруппового метода кластеризации (UPGMA), метода ближайшего соседства (NJ), метода максимальной экономии (MP). Устойчивость кластеризации филогенетических деревьев проверялась в 1000 циклах бутстрэп-анализа. Для оценки времени дивергенции линий мтДНК использована скорость накопления мутаций от 12% за 1 млн. лет, принятая разными авторами для определения эволюционного возраста мтДНК рыб (Avise, 1994; Stepien et al., 1997; Brunner et al., 2001; Near, Benard, 2004).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Нуклеотидные последовательности участков мтДНК определены у 14 видов подсемейства Lycodinae (37 экз.) и двух видов (2 экз.), представляющих внешнюю группу. Полученные нуклеотид-ные последовательности генов COI, цитохрома b, 16S rRNA мтДНК рыб подсемейства Lycodinae депонированы в базе данных Genbank/NCBI под номерами EU741699-741792, EU380260, EU380264, EU380266-380267, EU380269-380274, EU404168-404169, EU404171-404176, EU404178, EU404180, EU404183, EF208065, EF680741-EF680743.

Использованные в анализе участки генов COI, цитохрома b и 16S rRNA размером 869, 585 и 589— 590 пар нуклеотидов (п.н.) расположены в пределах 5766-6634, 14732-15316 и 2193-2781 п.н. (согласно нумерации нуклеотидов полного мито-хондриального генома Lycodes (Petroschmidtia) toyamensis (Miya et al., 2003). Общая длина объединенных фрагментов ДНК составляет 2043-2044 п.н. (примерно 12.5% целого митохондриального генома), среди которых стабильных нуклеотидных позиций 1578, полиморфных 465, филогенетически информативных 360. Между последовательностями мтДНК обнаружено 550 нуклеотидных замен, из которых 139 - трансверсии. Большая часть мутационных замен (450) локализована в третьих позициях кодонов, замены в первых и

вторых позициях немногочисленны — соответственно 70 и 30. Отношение транзиций к трансверсиям для объединенного участка мтДНК исследованных видов рыб составляет 2.96 : 1. В 79 нуклеотидных позициях выявлена 91 мутация замещения, вызывающая замены аминокислот. Кроме замен оснований, обнаружена мутация иного типа — однокодонная инсерция. Известно, что мутации длины (инсерции и делеции) довольно часто встречаются в митохондриальных генах, кодирующих рРНК (Kartavtsev et al., 2007).

Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей мтДНК показал наличие у 39 представителей бельдюгоподобных рыб 25 гап-лотипов: по 3 гаплотипа — у Lycogrammoides schmidti и Allolepis hollandi, по 2 — у Petroschmidtia toyamensis, Bothrocara soldatovi и Bothrocarina mi-crocephala, по 1 — у остальных видов. На межродовом уровне наибольшее число различий в подсемействе Lycodinae наблюдалось при сравнении гаплотипов представителей родов Petroschmidtia и Bothrocarina (от 139 до 168 нуклеотид

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