Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Аллозимная генетика брюхоногих моллюсков рода LITTORINA

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Аллозимная генетика брюхоногих моллюсков рода LITTORINA"

СЛНКТ-ПВТЕРВУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Н* правые рукописи Тлтлганков АкдгаП НиХоллввич

АЛЛШИМНАЯ ГЕНЕТИКА БРЮХОНОГИХ МОЛЛЮСКОВ РОДА иТТСЖША

Специальность: 03.00.15 - Генетики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидат» биологических наук

Работа вшолнеш в Лаборатории генетики Институте биология мора ДВО РА11 (Владивосток).

Научный руководитель: кандидат биологических наук

A.V1. Пудовкин Официалымс онпшкнш: доктор биологических наук

Л.З. Кайданов

кандидат биологических наух Б.А. Kajtafiyiuiniii

Ведущее учреждение; Институт цитологии и генетики СО РАН

Защита состоится " 9 * февраля 1995 г. в 1 t чао, на заседании специализированного совета Д.063.57.21 по защите диссертаций ш соискание ученой отслои доктора биологических наук по специальное™ 03.00.15 "Генетика" при Сыогт- Петербургском государственном ушверекгете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Униесрейтегская наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек« Санкт-Петербургского государственного университета,

Автореферат разослан

I н 1¥>11

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

! i' , Jul яаишя

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АкнМЬМвПЗк-ЛЕОЙЛШН» Основными задачами лопуляционной relit тики на современном этапе сс развития являются выяснение генетичесхой структуры популяций на основе оценю генетической гетерогенности и вскрытие механизмов формирования, поддержания и изменения этой структуры (Яблоко», 1987; Kaldanov, 1989). Для решения таких задач часто используют модельные объекты, в по-тучетше при их исследовании результаты затем используют м в прикладных целях. Среди морских беспозвоночных таким удобным модельным объектом являются брюхоногие моллюски рода Littorina. Обитание этих животных в весьма специфических условиях - на литоральной зоне, различия в степени генного потока, обусловленного особенностями личиночного развития этих животных, делают возможным исследование соопютсютя стохастических процессов я естественного отбора в формировании яопуляционно-генетической структуры литорин. Хотя особенности гежтмческой структуры популяций литорин исследовались довольно интенсивно (Сергиевский, 1992), в том числе и с использованием алттозимов (см. обзор Warf, 1990), некоторые аспекты остаются крайне слабо изученными. В их числе - исследование микрогеографической структуры популяций литорин, связь аллозимной изменчивости с факторами окружающей среды.

Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование генетической структуры популяций литорин и выяснение механизмов формирования этой структуры.

Основные задачи работы заключаются в следующем.

1. Исследовать характер и степень генетических отличий между поселениями у трех видов литорин, Littorina brcWcula, L. maria« и L. taxatili», имеющих разную биологию личиночного развития.

-ч-

2. Сравнить уровень генстичсскш различий между поселениями, находящимися на разном расстоянии друг от друга, а также а различной степени изолированными (например, находящимися в пределах одного острова и на разных островах). Особое внимание предполагалось обратить на исследование микролрострыиггвенной изменчивости,

3. Сравнить генетачесхий состав поселений Ь. тапае и Ь. аахаШи из экологически различающихся местообитаний: в зависимости от степени прибойносги у I.. тайае, и степени прибойности и положения на литорали у Ь. вахаШц.

Научная новизна. Популядионно-генсшчесхая структура и Ъгеиси1а и Ь. тате впервые исследуется с использованием аллозимных маркеров. При проведении работы по этим двум видам а качестве генетических маркеров применены некоторые аллозимы, которые прежде не использовались в исследованиях генетической структуры популяций других литорин: неорганическая пирофосфатаза, формальдегиддегидрогеназа, аланшшнцегидрогенала у Ь. Ьтеу4си1а и аргининюшаза у Ь. талае. При исследовании 1_. тоЛН» в качестве маркеров генов Были использованы несколько аллолимов, которые не использовались прежде в полуляцианно-генвтичесюи работах по этому виду - аргшошкмназа, лептидаза.

Проведено сравнение выборок Ц ЬтеутыЛа, находящихся га расстоянии нескольких десятков метров, й обнаружена их микрогсографическая дифференциация. Исследование выборок литорин, имеющих пелагическую личинку, не проводилось на таких небольших расстояниях.

Обтружена связь частот аллелей локуса аргинимкнтзы оо степенью прибойности у 1* тали, и связь частот аллелей локуса фоофаглюкомутвлы а этим же фактором среды у Ь. шхаШЦ.

-.■г-

Установлено, что наибольший вклад в создание генетической гетерогенности популяций вносят тс локусы, характер измс1гтгюсти которых коррелирует с условиями среды.

Результаты работы

позволили описать гогетичсскую структуру популяций у трех видов литорин, сравнить степень генетической дифференциации поселений а связи с особе 10гостями личиночного развития я, предположительно, оценить относительнуи роль стохастических процессов и естественного отбора 1 формировании полуляцйонио-генетической структуры этих видов.

Литорины яктаются типичной и важной составной частью бноты литоральной зоны. В настоящее время остро стоят проблем» загрязнения прибрежной зоны морей и необходимость слежения и ее состоянием. Обнаружено« свидетельства действия естествсююго отбора на аллозимные локусы показывают возможность использования литорин в целях мониторинга.

Апробация работы. По материалам диссертация сделаны доклады на 3-ей школе-семинаре по генетике и селекция хивошьп (Бийск, 1989), га отчетных конференциях Институт» биологии моря (Владивосток, 1991, 1993), на заседаниях Дальневосточного отделения ВОП1С (Владивосток, 1991, 1994), на международных симпозиумах по биологии литоринид (Англия, 1990, Франция, 1993), на семинаре Лаборатории генетики жилетных Санкт-Петтрбургского государственного университета (Санкт-Петербург, 1994).

ПуЙ,ТИКАЛИН, По материалам диссертации опубликованы 8 работ и 3 работы приняты в печать.

страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, захлючекмя и выводов. Работа содержит 17 таблиц в основном тексте и

5 таблиц в приложении, иллюотрирована 25 рисунками. Список литературы включает 175 работ, из »а» 32 га русским языке.

Глава I. Полуляционная гс»гетиха литорин (обзор литературы).

Б главе описываются особенности генетической структуры популяций у моллюсков семейства ЦиолпхЛае. 5>ш особенности во многом определяются типом личиночного развития: у одши видов развитие целиком пелагическое, у другах пелагическая стадия отсутствует. Поскольку во взрослом состоянии литорины являются малоподвижными бе>ггосныии животными, степень генного потока между поселениями литорин будет, в основном, определяться наличием или отсутствием шшоп'онной личинки.

Анализ литературных данных показывает слабую изучеююсть микрогеогр^фичс ской структуры группировок литорин, в такжв необходимость учета параметров окружающей среды при анализе их аллслыюго состава.

Глава X Материал и методика.

2.1. Дается биологическая характеристика каждого из трех исследованных видов: сведения по распространению, экологии обитания, лродолхителыюсти жизни. Приводятся данные по характеру оплодотворения, пшу личиночного развития моллюсков. Развито« личи1юк Ь. Ьгспсик целиком лелагмчесхсм, у Ь таИас личинки развиваются в кладках, прикрепленных к субстрату (прямое развитие), Ь. нхаШЦ является живородящим видом,

2.2. Приводится схема сбора материала.

имоЛпя Ьпуки1а. Был» вобраны восемь выборах (330 иообей) Ь. ЪтеУйлЛа в грех лоюишюстш в заюше Петра Великого (Японское мор«). Максимально« расстояние между локалыюслиш ооставчяет

более 100 км. D предела» локалы »остей моллюски расселены непрерывно, и выборки брались т расстоянии от двух до ста метро* друг от друга.

Littorina mariae. Были собраны 40 выборок (1016 оообей) из 21 локальности о восьми островов, находящихся и предела» 15 км, в северной части западного побережья Швеции. В каядой локальности делалась стгенка степени при бой посте. Многие локальности, контрастные в отношении степени волнового воздействия, находились близко друг err друга (7 • 100 метров), и являлись частями н-прерывных поселений,

Littorina saxatilis, Были исследованы 20 выборок (959 особей) с трех островов, находящихся в пределах 10 км, в северной части западного побережья Швеции. На двух островах выборки были собрали с участков побережья, представляющих градиеггт в отношении прнбойности. Расстояние между смежными выборками составляло 1020 Метров. На третъм острове выборки были собраны из двух контрастных частей - защищенной от волн и прибойной - находящихся на расстоянии нескольких сот метров друг от друга. В прибойной части этого острова, с широкой зоной зал леска, выборки брались из двух горизонтов.

2.3. Приводится общая характеристика метода электрофореза (обзор литературы). Показано, что в тстоящес время этот метод является наиболее распространенным для получения информации о генетической структуре популяций, поскольку аллозимный полиморфизм имеет ясную тенетичискуге природу и позволяет исследовать большое число особей по большому числу локусоа.

Z4. Описываются детали проведения электрофореза у литорин. При исследовании L brtvicula использовалась изменчивость 5 полиморфных локусов; Ipp, Pgi, Fdh, Alpclh, Pep. У L. manee было

мсследовано 22 фсрмсншых системы, кодируемых 30 локусами. По каждой ферментной системе исследовало не менее 50 особей hj более, чем 5, выборок. Четыре наиболее полиморфных локуса; Ail, Pgi, Pgm-1 и Pg.rn-2, исследованы во всех выборках, и ислольэуштся при описании популядиоююй структуры L- niariao. Для исследования I., aaxutilia использовались 8 полиморфных локусов: Ait, Pgi, Pgm-1, Pgm-2, Pep, Pup, Aat, Mpl.

2.S. Приводится описание биометрических методов. Для оценки соответствия распределения частот генотипов соотношению Харди-Вайнбсрга использовались стицдарттшЛ х^-критерий, псевдоьеронт-ноопшЙ тест (Hernandez & Weir, 1989), и коэффициент Силаццера D. Расчеты велись при помощи программы C11I1IW (Zaylin & Pudovkin, 1993).

Для oueioai статистической значимости раали'шй аллели шх частот между выборками, проводили х^-тест на гетерогенность ()1Сивото»ский, 1991; Sokal & Rolilf, 1981) и псевдовероятноотный тест, для чего использовали программу CHIRXC (Zaykin & Pudovkin, 1993). Объединение вероятностей, полученных при проведении этого теста, осуществлялось в использованием подхода Фишера, известного под названием комбинированного теста (Soial & Rohlf, 1981).

При. проведении нескольких независимых тестов применялась поправка Шидака (Ш & Rohlf, 1981), чтобы избежать ошибки Первого рода. При расчетах использовалась программа MULTTBST (Зайпш и Пудовкин, 1991).

Доверительные интервалы рассчитывали о применением метода <р, или архошус-нреобраэовишя (Лакин, 1973).

Расчет коэффициентов генетической дифференциации проводился по методу Нея-Чакраборти, который известен также под нымнием "ажлиэ генного разнообразия" (Nei, 1973; CM raborty, 1980),

-Si-

Для х»ра*ттристики генетических различий таЛорох истючьзовалосъ cmwapnioe генетическое расстояние Нея <Nci, 1972). Кластерный анализ проводили о использование« невзвешанмого ларно-грутшового метода (Sneath & SotaJ, 1973). Для графического представления сходства кыборок исполкмв&ли пш метод ггаяои компонент (Sneath ft Sokal, 1973). Для ряссчетов коэффициетггов сходства, построения дендрограмм и определения главных компонент использовались статистические пакеты BIOSYS (Swoflord & Selander, 1981) и NTSY8 (Rohlf, 1988).

Глава 3. Результаты и обсуждение.

3.1. Популяционно-генетическвя структура IJttorina brevicula.

Между восемью сыборками L. btrvicula стати сти-гссхи существенные различия по частотам аллелей обнаружены в локусах Alpdh, Pgi и Fdh (Табл. 1). Суммарный тест на геттрогенность выягляет иыспкозначимме различия между выборками (Р<0.001),

При сравнении reifiopox, собранных в пределах непрерывны* поселешм на близком расстоянии друг от друга, обнаружена их статистически существенная гетерогенность по аллельным чястттам локусов Alpdh (Р<0.005), Pgi (Р<0.05) и I-'dh (Р<0.05), а также ло сумме наблюдений (Р<0.001) (Табл. 1). У видов, характеризующихся высоким уровнем генного потока между поселениями, микрогеографячесхая гетерогенность вллелышх частот является веским свидетельством естественного отбора (Пудовкин и Балакирев, 1985). У L. brevicula существенная гетерогенность аллелью (х частот между выборками в пределах нескольких десятков метров является неожиданностью. Личинки U birvicula находится в планктоне не менее 10 дней, поэтому можно ожидать значительный обмен генами между поселениями одной бухты, во всяком случае. Обнаруженная гетерогенность аллельных

Таблиц» I.

Анализ генного разнообразия восьми выборок моляюсхов ЬШоппа Ьлу1сиЦ по пяти полиморфный локусам.

Локуо Число особей Нт н» о&ь Ост о&т

1рр 330 0.2903 0.2871 0.0055 0 0055 0.0110

А1рЛ1 127 0.2740 0.2426 0.0142** 0.0036 0.0178*

Ре! 296 0.0813 0.0783 0.0221* 0.0148 0.0369**

319 0.2811 0.2774 0.0085* 0.0046 0.0132*

Рер-2 291 0.5664 0.5571 0.0157 0.0007 0.0164

Среднее 0.2932 0.2885 0.0123*" 0.0038 0.0161***

И р -общее гсшюе разнообразив (гетерознготность).

На = усрсднснша выборочная гетерозиготность.

ОЗЬ ~ относительная генная дифференциация между выборками в

пределах поселений.

01,х = относительная генная дифференциация между иооелениямм. О^х - относительная генная дифференциация между всеми выборками.

Уровень существенности: * - Р<0.05; ** - Р<0.01; *" - Р<0.001.

нясюг между выборками в пределах поселений является, скорее всего, следствием естественного отбора.

Несмстра ш существенную гетерогенность по аялелы шм частотам нескольких локусов, в целом Ь. ЬгеИси1а характеризуется довольно низким показателем пространственной внутривидовой Изменчивости: средняя по всем локусам оценка относительного гомого разнообразия Озт" 1.6Ж (Табл. I). Очевидно, вследствие наличия пелагической личинки у Ь. Ьпг1си1а, сушествешимА генный поток не позволяет накапливаться генетическим различиям.

-а-

Рис. 1. Распределение шести аллелей (80, 90, 100, 110, 120 и 130) локуса Ark в прибойных (Е) и защищенных от волн (S) выборках Littorina mariae.

Рис. 2. Распределение аллелей локуса Ark в выборках Littorina mariae с острова Урсхолмен. Обозначения секторов аллелей см на Рис. 1. Контур показывает скалы, окружности - валуны. Указаны расстояния между выборками.

-iz-

3.2. Популяционно-генетачоская структура Littorina nuuiae. По ложу су Alk в 11 кз 40 выборок наблюдался еушественний дефицит гетерозмгот. По другим трем локусам случаев отклонения от равновесия Харди-Вайнберга не обнаружено.

Различия между выборками статистически существенны ло всем четырем локусам (Р<0.0001). Из четыре* высокополиморфных локусов изменчивость между локалыюстями по Alk коррелировала со степенью прибойности. Распределение частот аллелей сильно отличалось между "заднщетшии" и "прибойными" местами (Рис. 1), хотя примыкающие, пли смежные, прибойные и неприбойние выборки находились близко друг к Другу, и представляли части единой непрерывной популяции. На о. Урсхалмен близкие локальности находились ■ градиенте прибойности. Оказалось, чго аллелыоае частоты в этих Шборхах кллналыю изменялись в соответствии с типом локальности (Рис. 2). Сходная ситуация обнаружена и на других островах,

Па другим локусам гетерогеююсть между соседними, контрастными в отношении Прибой постами, локалыюстями не обнаружат, за исключением нескольких случаев существенной гетерогенности по Pgi.

Чтобы выделить компоненты дифференциации, был проведен анализ генного разнообразия (Табл. 2). Разложение разнообразия проводилось по двум направлышям - исследована дифференциация вследствие различий в условиях обитания м вследствие географического разделения мехду островами. В локусе Ali более 40% общею генного разнообразия приходится на межвыборочную компоненту (0<ц'). Соответствующие величины в других локусах составляют 4-5% (Табл. 2). Основную часть различий между выборками по локусу Ade (90%) составляют различия между контрастными ыеегообетидоми, тогда ш дифференциация между остротам*

Таблиц» 2.

Аваляз генного разнообразна четырех полиморфных докусоа s 40 выборках Littoiina птаг«»

ЛСЕУС Число Число Коэффгдаеат пжксго разнообразна

выборок особей Нт HS G<rr GST Gtr G*n Опт

АЛ 40 1044 0.572 0.332 0.420 0311 0.108 0.040 0J79

Рер-1 40 1044 0.317 0.305 0.038 Q.OIO 0.028 0.035 0.003

Рр 40 1046 <¡367 0.3SO 0.046 0.035 0.011 0.033 0.014

Pem-2 34 863 0.511 0.485 0.051 0.018 0.033 0.049 0.002

Hf =общее генное разнообразя« (гетгрозагогзосп). H5 = гегерозагогность в выборках.

G$T - относительное генное разнообразие и схду вссин шбсрсами.

Gsl = относительное генное разнообразие меаду выборсиш с отдельного острова.

GfX = относительное геяное разнообразие мезду острогами.

Gsh = сггносатсльпое ггпнос разнообразно меасду выборками одного тши мссгообягавЕЯ (приборное кга загашенное).

G HT = опюситежьяое генное разнообразие игзду тапамя мсстообетаггй.

-ff-

сгшсютшп низка. По другим локуоам различим между кантравтымм местообитаниями относительно невелики.

Таким образом, популяции L. maiiae с различных островов, находящихся на расстоянии до 1S км, отличаются по частотам аллелей всех четырех полиморфных локусоа, использованных в работе, Высокая дифференциация популяций L. питие предполагалась, поскольку этш вид не имеет эффективного способа для обмена генами между островами. Дифференциация вследствие генетического дрейфа шйдеш у многих морских моллюсков, не имеющих пелагической личинки.

Дифференциация по локусу Alk выше на порядок, чем дифференциация по трем другим локусам, и ее просто невозможно объяснить дрейфом. Связь аллелышх частот этого лохуса о типом местообитания указывает, что на лохус Ali или на какой-то сцепленный о ним локус, действует дифференцирующий естественный отбор.

Другим объяснением может быть присутствие вида-двойннка, который, по сравнению с L. niaiiao, обитает в отличающихся по лрибойноста местах, н отличается от L. maiiae ло частотам аллелей АЛ. Однако, при исследовании 30 лохусов, в разных по степени лрмОойноот» выборках в 22 мономорфных локусах имелся один и тот жо аллель, а в полиморфных локусах, кроме Axt, имелись сходные частоты аллелей. Эго свидетельствует против гипотезы о присутствии критического вид»: представляется невероятным, что случайный генетический дрейф произвел такие большие различия лишь в одном из 30 локусов, тогда как осталыше остались недифференцированы со времени дивергенции видов.

Селективное преимущество различных генотипов АЛ в различающихся мхкроуцловиях кажется более правдоподобным.

Аргининфосфат - это богатое энергией соединение, которое часто встречается у морских брюхоногих моллюсков. Аргиннихиндоа осуществляет перенос фосфатной группы о аргшошфосфата (валящегося своего рода резервуаром энергии) на ЛДФ, восстанавливая его до ЛТФ, во время вспышек мускульной активности в анаэробных условиях. Вполне вероятно, что специфическая ферментативная активность разных аллиэимов может бигь важна. Поэтому, физиологические особенности моллюсков могут оказаться тесно связаными о генетической изменчивостью АЛ. Легко можно представить, что потребности в мускульной активности у моллюсков из местообитаний, различающихся по волновому воздействию, также могут различаться.

Интересен масштаб дифференциации по Агк, предположительно созданной отбором: частота АЛ'^О возрастала от 0.05 в прибойных местах до 0.75 в выборках из защищенных мест на расстояниях от 50 до 100 м. Подобная степень генстичесхой дифференциации на сравнимых расстояниях известна лишь у Ь. ваха1Ша по локусу Аа1 (1о1шхтс&5оп & 1о!щгтеюоп, 1989). Обычно же генетическая дифференциация как следствие отбора наблюдается »о расстояниях многих километров.

3.3. Популяционно-генетическая структура ЬШопла сахаШи.

Для изучения популяционноА структуры этого вида использовались 8 полиморфных локусов. Наблюдаемые численности генотипов находились в равновесии Харди-Вайнберга во всех выборках по всем локусам.

Выборки Ь. ЕахаШи, собранные на трех островах и находящиеся в пределах этих островов на расстоянии от 10 метров до нескольких сот метров друг от друга, существенно отличаются по большинству из 8 исследованных полиморфных локусов. Причем на двух островах

Таблнца 3.

Анализ генного разнообразия 20 выборок ЬШопля еахаШи о трех островов о западного побережья Швеции.

Локуо Число особей нт Hs OST Osi Orr

Art 959 0.234 0.230 0.017 0.011 0.007

Pfd 926 0.414 0.381 0.079 0.037 0.W3

Pgnvl 926 0.392 0.373 0.050 0.013 0.03Я

Pgm-2 921 0.479 0.385 0.197 0.050 0.147

Mpl 925 0.449 0.412 0.084 0.044 0.039

Pep 926 0.256 0.240 0.063 O.Mi 0.017

Aat 957 0.422 0.197 0.535 0.122 0.212

Pnp 925 0.491 0.465 0.053 0.032 0.020

Среднее 0.392 0.335 0.145 0.073 0.072

НТ =общее генное разнообразие (гетерозиготность). Hg = гетерозигогшость в выборках.

Ggf = относительное rtraioe разнообразие между всеми выборками. 0<ц = относительное гсшюе разнообразие между выборками с отдельного острова.

Gff = относительное генное ран »обратив между островами.

выборки были собраны из непрерывных поселений. Уровень генетической дифференциации выборок, собранных в пределах островов, довольно высок: усредненная комлонета генетического разнообразия, приходящаяся на различия выборок в пределах островов составляет 0|"г™7.3%. Компонента, приходящаяся на различия между выборками в пределах островов равна по величине компоненте, приходящейся на различия между островами: Оп"^7.2% Общий

уровень генетической дифференциации между всеми 20 выборками L saxatilia дишоП работы составляет 0x1^14.5% (Табл. 3).

Такой высокий уровень генетических различий между популяциями L. »axatilia неудивителен, принимая во шшмание особенности биологии размножения этого вида - внутреннее оплодотворение и то, что зародыши целиком завершают развитие в выводковой сумке самки, вплоть до выхода ювенильных особей. Поскольку эти моллюски весьма малоподвижны, у этого вида можно предполагать низкий уровень генного потока между разобщенными поселениями.

При сравнении величин Gjj для каждого локуса обнаруживается их значительная вариация. Наибольшие ьелнчнни получены для локусов Aal (53.5%) и Pgm-2 (19.7%), наименьшие - для локуса Aik (1.7Ж). D тех локусах, по которым обнаружены тибольшио различия между выборками (Aat и Р£111-2), наблюдается коррекция аллелиuja частот с положением моллюсков на литорали к степенью прибойности.

Аспартвтаминотрансфераза (Аа1>. По-видимому, частоты аллелей этого локуса находятся а тесной связи со степенью влажности; наблюдается почти полная фиксация аллеля Aal>00 во всегда увлажненных, защищенных от волн валунных поселениях, почти полная фиксация другого аллеля Aat'20 в верхних горизонтах прибойной скалистой литорали, и приблизительно равные частоты аллелей в нижних ее горизонтах. Причем, в последнем случае наблюдается высокая гетерозиготность, ожидаемая из равновесия Харди-Вайнберга. Это говорит о том, что промежуточные частоты в нижних горизонтах литорали не являются результатом смешения двух генетически разных пулов. Связь частот аллелей локуса Aat с высотой

-а-

обитания Ь. «ахаШи была ранее описана в работах Йохаюгессоно» (.ЬЪаппеюоп & Мталпегаоп, 1989, 1990).

$ЙВ£Й»Ш0ИМХШга1Е8ПЬ2). По этому локусу в Пределах каждого из островов наблюдается уменьшение частоты аллеля PgJn-2^'® при увеличении степени прибойности локальности. То, что паттерн повторяется на трех разных островах, позволяет думать, что такая клинальиая измягшвость не является результатом "вторичного коггакта", то есть смешения в прошлом изолированных группировок, накопивших генньп) отличия в результате дрейфа.

Имеется два основных объяснения такой связи: 1) видовая разнородность материала, т.е. примесь критического вида в выборках; 2) действие дифференцирующего естественного собора о отношении )№которых аллозимов.

Веским возражением против гипотезы присутствия критического вида является отсутствие отклонений от равновесия Хгрди-Вайнберм во всех выборках по всем лохусам. Предполагая примесь вида-двойника Ь. шзяяЧПз в выборках, следует ожидать, что по крайней мере в некоторых выборках будет выявляться эффект Валунда • то есть дефицит гетерозитот за счет смешения разных генных пулов. Однако, частоты генотилоз находятся в равновесии по всем локусам, в также отсутствуют систематические отклонения а сторону дефицита гетерозигот в выборках.

Принимая же гипотезу, что изменчивость некоторых лохусоа в какой-то мере определяется действием естественного отбора, мы получаем хорошее объяснение найденных феноменов.

Представляется, чего исследован один вин, Ь. гахайШ, даже близкие популяции которого значительно отличаются по генетическому составу. Высокая генетическая дифференциация достигается з» счет двух процессов: стохастического (генетический

дрейф) и направленного (естественный отбор). В пределах островов преобладающая роль » формировании генетического состава популяций принадлежит естественному отбору, роль генетического дрейфа в создании генетической дифференциации ниже. При изоляции расстоянием, а также за счет других естественных барьеров для генного потока, относительная роль генетического дрейфе возрастает и может достигать или превышать действие естественного оЛора.

Заключение,

При сравнении уровня генетической дифференциации популяций трех видов литорин отчетливо видно различие между тремя видами('Га6л. 4). 1„ Ьге»1си1а имеет наименьший уровень генетической дифференциации, у Ь. талае и Ь. вахаШм уровень генетической дифференциации выше на порядок. Полученные в работе оценки генетической дифференциации у трех этих видов подтверждают то, что степень пространственной генетической дифференциации во' многом определяется типом личиночного развития.

По-видимому, роль естественного отбора в формировании генетического облика популяций литорин довольно велика. По-крайней мере, это справедливо в отношении некоторых локусов, Во многих предшествующих работал влияние отбора та млозимные признаки, скорее всего, было недооценено. Такая оценка частично объясняется недостатком исследований микрогсографической структуры популяций и частично - недостатком исследований по выявлению корреляции аллозимной изменчивости о параметрами окружаюшей среды. Нейтральность аллоэнмов может рассмазривазъся лишь как удобная нулевая гипотеза, которая должна быть тщательно проверен* пере* окончательными выводами. Сейчие трудно сказать, как часто естественкый отбор действует непосредственно на некоторые

Таблица 4.

Относительное генное разнообразие (степень генетической дифференциации) выборок трех исследованных литорин

Вид Тип личиночного развития Оят

Ь. Ьгеу1си1а Пелагическое развитие 1.656

Ь. талае Прямое развитие 16.7»

Ь. аахаШи Живорождение 14.5%

аллозтапше локусы. Вероятно, чаще это действие осуществляется через сцепление о селективно значимыми генами. Однако, даже если действие естестеешгого отбора и является опосредованным, тем не менее это »вставляет о осторожностью относиться х представлению об аллозимах, как о нейтральных признаках. Игнорирование факта действия естественного отбора на аллозимы может приводить к неверным выводам при исследовании популяцнонной структуры.

Хорошо обоснованные данные по действию естественного отбора в естественных популяциях довольно редки, л обычно описываются в форме клин большой протяженности, поэтому может показаться удивительным, что у всех трех исследованных в работе видов выявляется действие естественного отбора. Можно привел» несколько объяснений, почему удалось обнаружить это: I) была исследована микрогеографическая структура популяций, что часто не делается, в особенности у животных, у которых предполагается высокий уровень потока генов; 2) была исследовала зависимость аллозимной изменчивости о факторами окружающей среды; 3) в качестве объекта исследования служили животные, обитающие в весьма гетерогенной среде - на литоральной зон».

Интересно отмепгтъ, что при анализе причин киядленно.Ч изменчивости у трех видов литорин, основным возражением против гипотезы естественного отбора является гипотез» присутствия криптическнх видов. Выше было показано, *гго эта гипотеза хуш объясняет нолученные данные для калдого отдельного вида. Рассматривая же данные , по всем трем видам в совокупности, эта гипотеза представляется еще менее реалистичной. В самом деле, трудно представить лрисугстоие столь сходных генетически критических видов в трех случайно выбранных таксонах.

Для того, чтобы лучше но»шть иопуляциошю-гснгшческую структуру литорин, при последующих исследованиях следует проводить работу в таких »оправления». I) увеличить 'шею генетических маркеров, 2) исследовать ммоголокуошс гемогипы н юаимотношения локусов, 3) исследовать распределение генетической изменчивости и учетом возрастного состава н морфологических особенностей, 4) расширить число регистрируемых параметров окружающей среды о целью выяшения возможных корреляций с ними аллозимноЛ изменчивости, 5) провести опыты о мсчсннсм-персносом в полевых условиях, б) исследовать генетическую структуру популяций о помощью методов молекулярной генетики обладающих большим разрешением, чем метод зммограмм.

Выводы.

1. Исследована ишуляционно-гештическая структура трех видов литорин, Uttoiina brevicula, Uttoiina лишае и Littorina eaxatüi». 13 качестве маркеров генов использовалась электрофоретмчсскн выявляемая аллозимная изменчивость. Для анализа популяционой структуры использовалось следующее число полиморфных лакусаа у L. ЬгеИеи!» • пять, у L- maiia» - четыре, у L. aaxatllis • аооемь.

-гг-

Генетическая структура популяций Ц ЬгеУ1си1а и Ь. шаг)ае с использованием метола электрофореза исследована впервые.

2. При исследовании Ь. Ьгеуки1а было показано, что поселения Из географически удаленных районов (более сопи километров) отличаются довольно слабо, Такая низкая генетичесхая дифференциация связана с наличием у этого вида пелагической личинки, что обеспечивает высокий уровень потока генов между географически разобщенными поселениями. Вместе с тем, обнаружена статистически существенная микропространстоентая (расстояние между выборками десятки метров) гетерогенность аллельных частот в трех поселениях этого вида. Такая микрогеографичеекая разнородность предположительно является результатом действия разнообразящего естественного отбора на аллозимные локусы.

3. При исследовании Ь. татке показана Высокая генетическая подралделстюсть популяций, что объясняется отсутствием у этого вида способов для обмена генами между разобщенными поселениями вследствие прямого типа развития. Обнаружена связь частот аллелей лохуса аргининкжвзы АА со степенью прибойности, предположительно являющаяся следствием дифференцирующего действия естественного отбора. Предложен физиологический механизм, объясняющий действие естественного отбора на локус АЛ

4. У I гахайи» найдена высокая гетерогенность выборок ках в пределах отдельных поселений и между поселениями островов, так и между островами. Обнаружена связь частот аллелей локуса Рбга-2 со степенью прибойности. Подтверждено обшружентвя раже другими авторами ( ДоЬаппегеотг & ^Ьаппеюоп, 1989) связь частот аллелей локуса Аа1 с положением моллюсков на литорали. Предполагается, что обнаруженные корреляция вллельных частот этих локусов с

параметрамн окружающей среды являются результатом действия естественного отбора.

5. Уровень генетической дифференциации поселения вида а пелагической личиночной стадией, L. brevicula, существенно ни ¡и, чем уровень генетической дифференциации видя о прямым развитием, L. rnariae, и живородящего вида, L. eaxalili», что подтверждает шипи типа личиночного развития ш генетическую структуру популяций.

6. Полученные данные позволяют говорить, fro естественный отбор играет большую роль в определении генетического облика популвдий литорин. По-видимому, на небольших расстояниях (в пределах отдельных поселею<й) влияние естественного отбора превосходит влияние дрейфа генов.

Татаренков А.Н. Оценка аллозимной изменчивости и полуляционно-генетическая структура брюхоногого моллюска IJttorinn brevicuU. Сборник тезисов. III школа-семинар по генетике и селекции животных. II научные чтения памяти академика Д.К. Беляева. Новосибирск, 1989. С. НО.

Татаренков А.Н. Аллозимная изменчивость Срюхсяюгсго моллюска Llttorina tuevieub из залива Петра Великого Японского мора. Ин-т биологии моря ДВО РАН. Владивосток, 1991. Деп. в ВИНИТИ 08.05.91. М 1Ш-В91. 22 о.

Татаренков А.Н. Генетечесхо» сравнение семи литорин, Ин-т

биологии моря ДВО РАН. Владивосток, 1991. Деп. в ВИНИТИ U.0S..9I. М 2126-D91. II е.

ЗаславсхЕЯ Н.И., Сергиевский СО,, Татаренков А.Н. Генстико-

биахимпчвекое сравнение атгганшческих и тихоокеанских видов Uttoiina (Mol'usca; Otxaopoda) // Генетика. 1992. Т. 28. С Ё9-9Я.

-Vi-

Zaalavskaya N.I., Sergiersky S.O., TatarenXov A.N. Allozyn* similarity of Atlantic and Pacific «ptcie» of Littorina (Outropoda: Littorinidae) // J. Moll. Stud. 1992. V.58. P. 377-384.

Tatartnkov A.N. Allozyme variation in Littorina brevicula (Philippi) from Peter the Great Bay (Sea oUapan) // Pioc. Jrd Int. Simp. Littminld Biol./ Edi. Oiahama J., Mill P.}., Rrid D.O. Malacol. Soc. Lond., 1992. P. 25-30,

TarapeincoB A.H. Генетическое сравнение видов-двойников Littorina maiiae Sacchi & Raiteffi и L. obtusata (L) (Mollusca: Gastropoda) из Белого моря // Генетика. 1993. Т. 29. С. 1312-1319.

Tatarenkov A., Johanneuon К. Habitat related allozyms variation on a ndcrogeographio icale in the marine mail Littorina maiiae (Prosobianchia; Uttorinacea) // Biol. J. Unn. Soc. 1994, V. 53. P. 1 OS-125.