Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетические процессы в естественных популяциях зеленой дубовой листовертки (Tortrix viridana L.)

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетические процессы в естественных популяциях зеленой дубовой листовертки (Tortrix viridana L.)"

РГБ ОД - 2 ПИВ 1995

АКАДЕМИЯ НАУК РОССИИ ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ГЕНЕТИКИ им. Н. И. ВАВИЛОВА

На правах рукописи

С И м ч У к

Андрей Павлович

УДК 575.17

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЕСТЕСТВЕННЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ ЗЕЛЕНОЙ ДУБОВОЙ ЛИСТОВЕРТКИ

(ТогЧНх ут(1апа Ь.)

03.00.15 — генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА, 1994

Работа выполнена па кафедре экологии и рационального природопользования Симферопольского государственного университета.

Научный руководитель — кандидат биологических наук

A. В. Ивашов.

Официальные оппоненты: доктор биологичедких наук

B. Г. Митрофанов; кандидат биологических наук Б. А. Калабушкин.

Ведущее учреждение — Институт защиты растений РАСХН,

Защита состоится « . . » . . . .19 г. в , часов на заседании Специализированного совета Т-002.49.01 в Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова АН России по адресу: 117333, ГСП-1, В-333, Москва, ул. Губкина, д. 3, ИОГен.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей генетики им. Н. И. Вавилова АН России.

Автореферат разослан « . . » . . . . .19 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Г. Н. ПОЛУХИНА

■ . ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш». Хозяйственная деятельность человека оказывает существенное влияние кг. лесные зкосизтецы, которое выражается в раз балансировке связей и взаимоотноаений' мегду элементами, складывающими экосистему. Одниы из следствий антропогенного воздействия на лесные биоценозы является долговременные гсппгки кассового размножения зредителей здеса, которые все чале оказываются причиной гибели лесов. К- истокам этих процессов в первую очеред:-следует отнести разрушение исторически слозлгаскхся, генетически обусловленных взаимных адаптации видов, бходяеих в экосистему. Е этой связи представляет интерес изучение:генетических процессов, протекажстх в популяции насексмого-фктсфага при его взаимодействии с кормовым растение!', а такге исследование тех экологических последствий, к которым зги процессы приводят.

Наиболее эффективным к перспективным в изучении"данной проблемы является системный, зколого-генетический подход, позволявший избегать как недостатков, характерных чисто экологическим исследования!.:, .которые как правило обходят стороной генетику популяций, так и "экологической незавершенности" популяцконно-генетк-ческих исследований.

Цель и задачи исследований. Цель работы - изучить генетическую структуру популяшй зеленой .дубовой листовертки и взаимодействие ее с важнейшими- эяоло'рятесщши факторами, а- также -исследо-» зать генетические процессы, приводящие к вспшжам.массового размножения этого опасного вредителя дубовых лесонасаждений.

3 задачи исследования входило: \

I. Проведение биохимического и генетического анализа некоторых ферментных систем насекомого на различных ¿азах его развития к уЛановление их.-роли в пкшевых связях \с растением.

2. Выявление основных факторов поддержания белкового полиморфизма по отдельным ло кусал. 1 .

3. Изучение временной и пространственной генетической структуры популяций зеленой дубовой листовертки..

4. Исследование с использованием генетических маркеров взаимодействия .растения, и насекомого на различных уровнях популяци-онкой организации зеленой дубовой листовертки.

5» Изучение влияния генетической структуры популяции на динамику численности зеленой дубозой листовертки. »

Научная новизна работы. Впервые проведен биохимический и генетический анализ, эстераз, протеаз и палочной фосфатазы зеленой дубовой листовертки. Определены полиморфные локусы по зткм фер-канткна систеиам- и даны оценки их адаптивной Значимости,

" Изучена: .временная и пространственная генетическая структура популяций зеленой дубовой листовертки. В частности,, показано, что отдельное дерево, язляясь ядром. конс.орции, з значительной степени детерминирует генетический состав развивающейся на нем микропопуляции зеленой дубовой листовертки. Исследованы механизгы формирования и характер системы скрещиваний в популяциях насекомого-. Показаны условия и процессы, приводящие к вспышкам массового раз-мкогения листовертки; предложена основанная на.генетических Механизмах гипотеза,' объяснязс^ая циклический характер динамики численности насекомого.

Практическая ценность работы, связана в первую очередь с тем, что без знаний реально протекающих в популяциях, генетических процессов невозможны рациональное использование природных ресурсов и минизгизация зредных последствий антропогенного воздействия на природные экосистемы /Алтухов, 1589/. Полученные данные о

структуре популяций и системе скрещиваний зеленой дубовой листовертки открывает возксгиости прогноза дина5гики ■численности к, следовательно, вспышек кассового размножения листовертки в нарушенных экосистемах. сто послужит хорошей теоретической базой, для разработки конкретных теоретических мероприятий,' предупреждазшкх вспыпки массового размножения насекомого путей применения необходимых средств именно в тот момент, когда их эффективность будет максимальной.

Апробация работы.. По- материалам, представленным в диссертации

были сделаны доклады на III съезде Украинского энтомологического

обсестваСг. Киев, 1987); ка X съезде Всесоюзногознтомологическо-

го общества (г. Ленинград, 1989); на конференции просесссрско-пре-

о

псдазатедьского состава Симферопольского госуниверситета (1992 г.).

Публикации. По теме диссертации.опубликовано 8 работ, I статья подготовлена к публикации.

Структуре и объем работы. Дкссертгпионкая' работа выполнена на 140 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 7 глав и вызолов, списка использованной литературы, включающего 137 историков (в том числе 73 - на инстранных языках). Работа содержит 20 таблиц и 25 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

\

Глава I. Генетические процессы,в популяциях глвотных С обзор литературы).

В данной глазе рассматривается сведения-об изеферментах, методах их выявления и анализа, об использовании изогерментоЕ в качестве генетических »¿аркеров для изучения генетической структуры .к системы: скрегкваяий в- популяциях животных. Особое вниаакие уде-

ляетсл алалигу данных о 'генетических основах взаимодействия,уезду насезомым-фитофагсм и его хср*;свш растением. ' .

Глаза 2. Материалы и методы..,

. Исследования' проводились на ..двух ■ пробных площадках, располо-

■

зенках з различных районах Крала. Это позволило 'изучать две раз-личнае -популяции зеленойдубовой листовертки, • находящиеся." соответственно'з двух типах биогеоценозов. Популяции разделены тремя гря-дауи Крк^сгих'гор, что полностью исключает обмен генов..мезду ними, .Одноразовый сбор"»атзриада проводился: такз:е в подмосковных дубравах. .:.'•

.-Пробная, площадка "Лавровое"'расположена з 15.щ к северо-востоку от г. Ялта на внсоте 240 - 260 м н.у.м. Тип биогеоценоза - ; .сухая грабикникозая й'брава.

. Пробная. пасЕздяа''"Дубгга" расположена в Г,5 ни г юго-западу от г. Симферополя на высоте 270 - 290 и н.у.м. Тип леса - сухая саум-пиева дубрава. Плсшадка состоят.вз участка лесного массива С "Дубки"; г трех отдельно столик ьз-ртин ( "Дубяи-1" , пДубж-2в и "Дуб-ки-Зп ; весь участок обозначался как "Дубки-ГГ"), отделенных от основного массива расстоянием I км и трассой "Симферополь - Николаева" и расположенных на- расстоянии ог-50. до 100 м друг от друга.

Объектом" -исследований, язлялась зеленая..дубовая листовертка (ТсгЫ* ) \ Это узкий олигофаг, личинки ее питаится

почками и молодыми листьями различных видов, дуба. Она распространена в Европе, С ев аро-Западнсй.Африке,. на островах Средиземного моря, з Малой Азии, ."Закавказье и на Ближнем Востока-./Костак,. 1980/.

Дистоветтка дает одно поколение в год и зимует в фазе яйца. Клгдзса обычно содержит два -яйца- и. р.гспола^етея на коре молодых зеток. Плодовитость--.самок, в среднем, составляет .около. 60 яка, а

конкретная.величина плодовитости определяется интенсивностью-питания особей на фазе'личинка и существенно варьирует в зависимости от плотности популяции, биохимических свойств листвк к других факторов /Костю?, 1930/.

'Личинки отрограатся в конце апреля -середине мая, когда суи-ма эффективных температур-достигает 200°, что практически всегда совпадает с раскрытием почек у рзнераспускакхгигся дубов. Продолжительность развития насекомого-ка фазе личинки в значительной мере определяется внешними условиями к колеблется от 19 до 25 дней; длительность развития на фазе -куколки составляет 9 - J2 дней /Воронцов, 1974/. Листовертка откосится к бисексуальным видам; соотношение саупоэ и самок близко к I : Г. Миграционная активность зеленой дубезой листовертки чрезвычайку низка гак ка вазе личинки /Hunter, 1990/, так к на Фазе имаго /Креславский, IS87/.

Исходя из поставленных задач сбор куколок зеленой дубовой листовертки проводился ее-тдый сезон с'1985 по 1990 год. В сезоны 1988 - 1990 годов сборы материала проводились и на стадии личинки для выяснения влияния'кормового растения на генетическую структуру популяции насекомого. В 1989 - 1991 года?: были произведены сборы копулирующих nsp для определения еистеш скреаиваний в популяциях листовертки. Собранный материал замораживали в жидком азоте и хранили до ■ использования при-20°С. -Генетическую детерминации используемых в работе биохимических маркеров определяли путем ана-* лизе потомства, полученного от тлиЕкдуальннх скрепк!акий виргкн-ннх самок и самцов.

Изофермекткые спектры зстераз, протеаз и щелочной йоссгатазп отдельных особей определяли методом диск-электрофореза в пластинах полиакркламканого геля /Маурер, 1971/. ¿ля выявления ферментативной активности в гелю: использовали стандартные ?rc?o~~.Tv

- б -

/Корочкин и др., 1977; Гааль и др., 1582/.

В процессе выполнения р-.боты были проанализированы изофер-ментные спектры более чем 3000 личинок (выборки с отдельных де-резьез или групп деревьез составляли около 60 особей), и 2500 бабочек зеленой дубовой листовертки.

Глава 3. Некоторые свойства эстераз, прот-еаз и щелочкой фос-фатазы зеленой дубовой листовертки.

Элеятрофорегичесний спектр эстераз зеленой дубовой листоверт-ей содержит шесть зон активности (рис. ГА). Зоны А, С и Б полиморфны. Зона: Р-'содержит догерную «С-специфичцутв карбоксклгстеразу, которая кодируется локусом к с восемью кодоминанткыми аллелями (рис. 1А, табл. I). Эстеразы зон I? и Е принимает непосредственное участие в детокснкации фенольных соединений.листьев дуба, по-ст^ающих з организм личинки.с лицей /Ивашов, Еойко, Симчук, 1992/.

■ Таблица I.

Анализ наследуемости- фора остераз зоны]) и протеаз зоны

Предполагаемые генотипы

родительские . потомства. хг родительские потомстза Хг

о" 9 т*- 11 сГ 9 ¿А. - I

ь^ х ЬЬ 16ЬЬ : 12 Ь{- 0,56 Н х ff 52 Я 0 bf х с!с1 8Ьс1 : 14^ 1,63 х сЫ 46 сЫ о Ы х сИ 27Ьс1 : 2ГсЫ 0,74 СС хсЫ 36 сс! 0

При анализе локуса родительские генотипы определялись

на ссказании распределения частот геястхпов у потомстза.

Злектрофоретичесетй спектр протеаз зеленой дубовой листовертка тагскз содергет сесть зон активности. Все протегзы активны только на стадии ггчинка/что несколько затрудняет'анализ наследуемое-

1 2 5 Ч 5 б 7 & Э Ю

Р -----■-------

Е - ---:--.---:---:--

- ■ _

Н -с^ Ы ее <М сс ЬЬ

В

рт5-6 -РТ^? •

РП-5^

РГЬ-2-ргьм-

ир-5:

ВР-2-ВР-1-

(Бр-3) Р&'РР

(РЬ-1.) с^ Ы^ ае dd.CC bd

Рис. I.' Вдектрофоретичегккё спектры эстераз (А), протеаз (Б) и -елочной фое&атгзв (В) зеленой дубовой листовертки: I - обдий -спектр; 2 - ... - индивидуальные спектры отдельных особей; под индивидуальными спектрами" обозначены генотипы по ксследуемак. лонусам ( , иЗр-З).

4

1

ти. Однако, как видно ■ из рис. 1Б и табл. I, распределение генотипов в потомстве от инцизиду-ьшос скрещиваний хороша соответствует моногибридкому скрестзанию с кодоминантными аллелями з локусе . Ш-к , который представлен 7 аллелями, кодирующими форш нетрип-синоподобной'протеазы.. *'

Щелочная-фосфатаза листовертки представлена тремя зонами ( рис. В). Зона ВР-3 наиболее активна на стадии имаго. Анализ ее ; наследуемости не проводился,, однако, полученная картина: хорошо соответствует детерминации локусом Вр-3 с двумя кодоминантными алде-

*

лями Р и Б, тем.более, что распределение'генотипов а популяции- з . основном не отличается достоверно от равновесия Харди-Вайнберга.

Глава 4. Временная 'генетическая структура популяций зеле- . . ной дубовой:листовертки. .' ,

Ка рие. 2 предетазлекн результаты анализа динамики гетерози-готкссти по протеазноку'лскусу" в. течение личиночных фаз 'четырех сезонов. Исследования проводились з.период падения плотности популяции (рис. 2 А и 3}, ,когда начальная плотность личинок была достаточно высокой, а затем происходило -быстрое,.ее падение; в период депрессии при низкой плотности личинок ( рис. 2В) и в период , вспышка массового размножения I рис. 2Е), когда высокая плотность личинок сохранялась з течение всей личиночной фазы. •

Нак видно из рис. 2, достоверные, изменения уровня гетерози- , готности наблюдались а период падения плотности популяции в 1988 и 1969 год« ("Дубки" х2= 40,4; 5; Р^0,001 и Х-2 = 12,4; = 5; Р<0,01 для ранних и поздних дубов в 1988 г. иX1- 9,6} *Ц' = 2; Р<0,01 и = 12,4; = 2; Р<0,01 - в 1989 гД . В эта годы начальная генетическая структура у личинок 1-го возраста значительно отклонялась от равновесия. Харди-Вакнберга в пользу, гомозигот по наиболее частым аллелям ( X2 = 77,4; сН = 6; Рс 0,001

« о(|

7.05-

н

0,7 -

0,Г -

0,1

0.1

15.

гесщ

10.05г

100

70 ЙО 10

-1—

% 100

п. 21.01, 9. 13. 17.05

1'|. ■ 14 Щ

- . . о__Ь-

7.05

Н

0,7 0,? 0,3 0.1

4

«1.01|

5.05

Рис. 2,^Динамика гетерозиготности по прьтеаэному локусу зеленой дубовой листовертки п популяции "Дубки" в 1968 (Л), 1969 (Б) 1990 (В) годах и в популяции "Лавровое" в 1989 г. (Е) на ранних (сплошная линия) и поздних { нрррмпистял линия) дубах, а также динамика роста листьев на соответствующих дубах и 19Ш ( Г) и 1989 (Д) годах в популяции "Дубки".

чЭ >

в 1988 году; X2 = 70,1; ¿{. = 6; РсО.ООГв 1989 году). Затем происходили - изменения уровня, гетерозиготкости, причем . в 198.9 году к концу личиночной фазы достигается равновесие Харди-Байнбер-

га, а в 1388 году этого не наблюдается, вероятно,' из-за разбалан-

* -»

сиров:-;;; сопряженного развития личинок листовертки и листьев дуба вследствие неблагоприятной, д&адлизой и холодной погоды в гонце личиночной фазы.

В период депрессии в 1990 году уровень гетерозиготности по протеазно-.!у лскусу оставался стабильно;низкам (рис. 23). Наблщз.-лссь отклонение'частот генотипов :от равновесия Хзрди-Вайкберга в течение всей лргчиночной фазы этого сезона(X = 73,4; <1^ = 7; Р<0,001). . . "

В период вспдаки массового" размножения-листовертки- в популяции "Лавровое" э 1989 году (рис. 2Е) уровень гетерозиготности был стабильно висок-им, а частоты генотипов соответствовали оу-идаемым исходя из равновесия Харди-Вайнберга в течение всей личиночной фазы: сезона.

Изменения -уровня гетерозиготности интерпретируется, как-.следствие дифференциальной шотзаемости особей,'поскольку миграция личинок листовертки' ъхехд? • отдельными деревьями практически отсутствует /Нип^г, 1550/, а щд-шеняемая методика сбора материала исключает возможность селективного отбора проб. Таким образом, естест-веккн:; отбор по прйтеазясыу лонусу в период - личиночной тазы проявляет зависимость-от плотности.

' В качестве .селективного фактора, по-видимому, выступает процесс роста листву, поскольку наиболее существенные изменения уровня гетерозиготности по протеазному локусу совпадают с наиболее ин-тенсхзныи ростом лзкЯбы на деревьях соотв^тствушей фенологической группа (рис. 2 А,Г я Б,Д). Сдвиг, во времени вегетации мезду

ранними и поздними рубана объясняет тенденции к различиям в динамике гетерозиготкостя иежду соответстзухсики группировками зеленой дубовой листовертки:, разность в скорости изменения гетеро-гиготности мег.ду этими группировками листовертки коррелирует с разностью в скорости роста листьев на дубах соответствующих фе-ногруппС И = 0,90; РС.0,01). ■ ' '

Слабая эстеразкая активность на фазе личинки 1-го возраста не позволила провести подобный анализ эстеразного локуса, однако, данные по гетерозкготкости эстеразного локуса с 1585 по 1990 годы указывают на достаточно четкую связь мегду уровнем гетерозигот-кости и численностью популяции зеленой дубовой листовертки (табл. 2.). ' ,

" ' О'

Таблица.2. , Сзязь между гетерозиготностыо по эстеразномз локусу и чкслекнсстыо популяции зеленой дубовой листовертки ( "Лавровое")

Год . .. Плотность Гетерозиготность N

популяции

1965 низкая\ 0,17 112

1986 низкая 0,13 84

1987 низкая \ 0,28 97

1988 средняя \ °'47 123

1989 высокая 0,57 \ 0,56. 346

1990 высокая 138

N - размеры анализировавшихся выборок.

Глаза 5. Пространственная генетическая структура популяций зеленой дубовок листовертки.

5.1. Географическая, изменчивость и субпопуляиионная организация зеленой дубовой листовертки. Сравнительный' анализ аллельных частот зстеразного локуса в трех популяциях листовертки, расположенных на значительном расстоянии друг от друга ( "Москва", "Дубки", "Лавровое")- показал .существенную дифференциация (24,0;

сЦ = 8; Р< 0,01). Однако, достоверные различия.з. частотах харак-

■■ ■ *

терна дипь для G-адлеля { гомозигота по этому аялелю не содергит эстеразной активности в.-зоне D)', который практически отсутствует в подмосковной популяции и достигает достаточно высокой частоть? з обеих -крымских популяциях (Х? = 11,8;. cLf = 2; Р< 0,01).

Исследования на ¿азе личинки ( "flydai*,. "^'бхи-П", "Лавровое") подтвердили обнаруженное закономерности: .популяции не -различаются-по частотам наиболее частых аллелей; дифференциация затрагивает •'дидь некоторые из редких аллелей, причем ото характерно как для -зстеразного, так и для прстеазного локусоз. В то яе время кикро-попудяшш насекомого,. расположенные на расстоянии пордшеа.50 -100 ы друг от /друга ("Дубхи-I", "Дубкм-2", "Д/бяи-З") дифференцированы по наиболее частым аллелям .и не-различаются по частотам редких аллелей. .'.'.'- т

Различия частот, частых аллелей на знутрипопуляционноа уровне могут быть следствием локальных отклонений среды, формируемой, космовыа растениемj которые взаимно компенсируется на уровне от- . дельных популяций.

■ - 5.2. Роль кремового растения в гошировании генетической структуры-зеленой дубовой листовертки. Науровне подразделенности ■ популяции листовертки, соотгетстзухЕем микропопулягаям насекомого

на отдельных деревьях дуба обнаружена положительная корреляция, мезду числом частых генотипов (частота 0,08 и более^протеазного локуса и уровнем вариабельности рН и жесткости листьев соответ- .. стзуюдего кормового растения, т. е., размах вариабельности свойств кормового растения оказывает влияние на уровень генотипичес-хого разнообразия по■протеазному локусу(рис. 3). Зто рассматривалось нами как следстзке различий шкрония обитания особей разных генотипов. Более.детальные исследования подтвердили это предположение. Оказалось, что гомозиготы по разным аллелям протеазно-го локуса различаются по микроншзам обитания, охарактеризованным по рН и жесткости листьев, а частота натдой гомозиготы коррелирует с относительным размером соответствующей михронини на дерезе (рис. 4 А,3 я рис. 5). Так и/ образом, чем больше частота на дереве листьев с определенными значениями рН я жесткости, тем бальзе частота соответствующей гомозиготы в данной микропопуля- . паи'зеленой дубовой листовертки. Это означает, что. гомозиготы по протеазному локусу несколько различаются-• по приспособленности от одной 'микрониси к другой, что создает условия для,поддержания • значительного стабильного полиморфизма /Gillespie , IS77; цит. по Алтухов, 1989/» ^

Аналогичная картина характерна и дая эстеразного локуса. Частоты аллелей £sMe и з микропопуляциях зеленой ду-

бовой листовертки коррелируют со средней для дерева жесткостью листьев ( Я = 0,95; Р< 0,rQI для аллеля £st-4e и Я =-0,99;

Р<;0,001 для аллеля ¿st-lf ^J é Более детальный анализ показал,.

•. о

что особи, различавшиеся по данным аллелям зстерапного локуса, предпочитают различавшее* по жесткости листьев кигронхгя обитания (рис. 4В). Как и следовало, ожидать, частота аллеля ¿st-Ц^ положительно .коррелирует с относительны* количеством "мягких"-

и Б »1

5

с .

и О

О

7 г Л

3

А 5 6 СУрН (К)

_ Б

-в * • • •

» 15 20

СУжестхосгац (%)

Рис.. л. Связь.мегду уровнями вариабельности свойств листвы кормового растения к числом частых генотипов локуса №5-4 (А - (1= 0,86; Рс0,01'; В - А =.0,66; Р<С0,01).

ЬЬО 220 Жес гп кос. пц>

Рис. 4.;Различия мивронит обитания личинок зеленой дубовой листовертки, различающихся по генотипам локусов (А, Б) и

СВ): I - распределение рН (А) и жесткости (Е, В) листьев (поп. "Лазровое" 1989 г.)} 2 - 4 - распределения.листьев на отдельных деревьях,, различаюаихся по генетике листоверт^ги; фигурными скобками.обозначены микроккЕи особей разных генотипов.

Р

0,3

од 0,1

О ■

воо в*

* <АЯ о

ЯАА

■ -Я-

• -1

■ -2 а-3

-Л-

5" 10 I? , 20 25 р<*3«ер михронишц. (шт. листьев)

Рис. о. Связь иезэду частотами гомозигот'по аллёяяа РН-Ч (I, & = 0,92; ?<.0,СС1),РЬЛе- ( Я .^0,66; ?<0,01) и

(3, А' = 0,5?; Р ¿.0,01) и относительны-'.'размером соответ-стзтзгпсг мяграап, схарактерязозгкнах по рН и яеетяоетя. листьев . ' (см. рис. 4 А и Б).

0.3

¥ 0,2 О

в

1:

•-1 ж-а

Ю 20 50

размер пикрониши хшг.лттьео) Рис. 6. Связь ке?Д7 частотами аллелей-&И-в(I, Д = 0,65; Р^0,С1) и ^ = 0,93; Р<0,01) и относительными размерами соответ-

ствующих микрония, охарактеризованных по гесткости листьев (си. ■ вис. 4 В).

листьев, на дереве, а частота гллёля - с относительным

количеством "жестких" листьев ( рис. 4В и рис. 6).

Вопрос о том, действует ли отбор непосредственно на алло-зимный локус, как правило 'трудно, разрезам /Левонтик, 1978; Кимура, 1985/, однако, в напем случае косвенные данные свидетельствуют в пользу этого предположения. . Как протеаза, так у. эстер&за личинок зеленой дубовой листов вертки участвуют б пищеварительных процессах и непосредственно контактируют с кормом - перетертой листвой. Очевидно, что как рН, так и лесткость ( связана с количественными к качественными характеристиками растительного белка и фенолов) листьев вполне могут иметь селективное значение для изучаемых локусов, поскольку эти характеристики имеют прямое отношение к выполняемой данными ферментами функции. Кроме того, факты, указывающие .на. наличие связи меяду локусами , и г-есткостыо листьев кормового растения были получены при исследовании.совершенно другой популяции в течение двух генераций ("Дубки", 1988 и 1989 гг.).

Очевидно, что генетическая структура мккропопуляцкй листовертки на отдельных деревьях будет различаться ъ том.случае, если данные деревья различаются по характеру .распределения рН и жест-кости листьев. Исходя иг этих фактов легко объясняется адаптивное преимущество низкой миграционной активности зеленой дубовой листовертки, поскольку:гто свойство препятствует усиленному обмену генов и создает условия для более высокой локальной адаптации микропопуляций- насекомого. ;

Таким образом, анализ полученных, данных указывает на то, что : полиморфизм по йротеазному: к эстеразному локусам -зеленой дубовой листовертки явЛяется'.сейеетивно.-значимым и'-подпер^изается .дигсе-

- ' : О ■

ргнц;«рованнкм з прос?5>анстзе отботзок..

5.3. Дифференциальная- смертность и дифференциальная плодовитость з популяциях зеленой дубовой листовертки; Селективное злияние окружающей среда приводит не только к дифференциальной . смертности особей, но и к возникновению связей между аялозимны-ми локусает и адаптивно значимыми количественными признаками. Анализ полученных данных показал, что средние и крупные личинки У-го возраста несли преимущественно те генотипн по эстераз-нсыу и протеазноку локусам, частота которых увеличивалась ( на конкретном дереве) в течение личиночной фазы ( "приспособленные"

Таблица 3.

Частоты "приспособленных" и "неприспособленнах" генотипов эс-теразного.локуса в группах особей, различаюсихся по длине тела

о *

и потенциальной плодовитости (.самки) (."Лавровое", 1989 г.)

Пол Птазнак Генотип Г Vfi-.1t... х2 <и. - I

& число яиц "присп" "неприсп" 0,16 0,42 0,44 0,21 8,04*+

99 число яиц пприсп" "неприсп" 0,10 0,40 0,44 0,22 10,40м-

99 длина. тела "присп" "неприсп" 0,15 0,46 0,45 0,19 10,46**

4?. длина тела "присп" "неприсп" 0,31 0,46 0,48 ■ 0,15 7,61м1

•х+ - Р<0,01; зона М0 определялась как X ^ 50 ; М" - мелкие (малоплодовитые) особи; М*"- крупные (плодовитые) особи.

генотипы, состав которых различается от локальности к льгаль-

■■Э

• ности). Эта закономерность сохраняется и на стадии имаго, к, как следствие этого, самки "йркспособленных".генотипов оказывается в среднем 'более плодовитыми и крупными (табл. 3); Тот ¿акт, что крупные самцы на каждом конкретном дереве несут те не "приспособленные" ,генотипы что и крупные плодовитые самки из той не микропопуляции (табл. 3) указывает на'однонаправленность вектора естественного отбора у самцов к самок.

Интересно, что при анализе генотипов эстеразного локуса в популяции в целом без учета особенностей селективных процессов,

а

протекающих на отдельных деревьях, никаких связей не обнаруживается, поскольку один и тот же генотип на одном дереве могет быть "приспособленным", а на другом - "неприспособленным". 3 популяции в. целом связь с плодовитостью саамок обнаруживает лишь локус Вр-3, самки генотипаБЯ которого, в среднем, менее плодовиты самок других генотипоЕ. Таким образом, естественный отбор по протеазному и эстеразномулокусам зеленой дубовой ¿листовертки выражается не только в дифференциальной смертности, но и е дифференциальной.плодовитости генотипов.

Глава 6. Система скрещиваний и половой отбор е популяциях -..зеленой дубовой листовертки.

: 6.1. Ассортативность скзешиваттай в популяциях зеленой лубовой листовертки. До классификации "А.Г. Креславского /1987/, .зеленая дубовая листовертка относится.к .видак:с-коксервативным типом; популяциошой структуры, когда модой является ;-оседошй-образ .Еизнк,-мигра:.^.1^^ основном . т.одвер^ены редкие -по гколи--• ■честзеккым. признакам \' енотипы.

Очевклно, чт£? бабочек ли-этоверткк способность .к полету.

з определенной степени, должна зависеть от длины крыла (необходимое условие). Так, для, самцов, чей репродуктивный ¿/спех в значительной степени зависит от летной способности, наиболее при- -способлекными к полету должны быть особи, находящиеся в центре распределения по длине крыла (стабилизирующий отбор). Для самок более реальной величиной, спределягцей способность к полету, будет отношение длины крыла к длине тела { связана с массой тела # = 0,87), причем мигрировать могут в основном особи с максимальным значением признака. ■

Часть мигрирующих особей постоянно находится, в полете, поэтому з отдельных локальностях будет выше частота немигрирующих ' особей, креме того,, частота мигрирующих бабочек будет значитель- ' ко выше з субоптимальннх местах обитания. 3 результате этого должна возникнуть ассортативность .скрещиваний по указанным выше признакам. Реальность описанной ситуации подтверждается данными за три года { "Лавровое", 1989 г. Хг = 7,62; 1990 г-. Х2^ 4,02; "Дубки", 1991 Х2 = 5,72; зсе Р-С0,05; = I).

Оказалось, что ассортатизность скрещиваний по количественны?.? признакам отражается и на частотах скреиизаиий по аллозимннм локусан* сзязагагнм с этими признаками.;•Этот' феномен имел'место только з 1969 году, поскольку только в этот сезон были обнаружены достоверные - связи меизу длиной араяа самцов, отношением длины крыла к длине тела самок с одной стороны и аллозимНыми лояусами-. (Ы-Ь и Зр-З-у самцов иВр-3 у самоя)'- с 'другой. ■ Характер ас-состатинкости по аллсзимным .тсяусам полностью соответствовал о~и-даемому исходя из структуры связей. Биологический смысл- данной системы скрещиваний состоит в привнесении практически всего.генетического разнообразя* в. новые места обитангм, особенно з период вспьжек массового размножения ("Лавровое", 1939 г.).

Кроме описанного типа.ассортатизности, было обнаружено неслучайное скрешиванкг, по группам частых (частота 0,08 и более) и редких;генотипов эстеразного локуса. В 1989 году ("Лавровое"} в период вспыеки массового размножения наблюдался избыток сле-■ дуздаих .типов скрещивания: частый с^ х редкий ф к редкий с^ х частый $. Такая система скрещиваний поддерживает высокий уровень генетического разнообразия в популяшк. Б 1990 году в период падения плотности популяции система скрещиваний изменилась на обратную ( типичный случай половительного ассортативного скрещивает«); в оба года отклонения от пакмиксик были статистически достоверными 5,09 5,05; «= I; Р«£0,05).

6.2. Выбор полового патушера к характер Нормирования репродуктивной части популяции зеленой дубовой листовертки. СраЕни- -. тельный анализ распределений длины тела к длины крыла у самцов и самок мег.ду репродуктивной частью популяции и популяцией в целом показал, что в 1989 году ( "Лавровое") преимущество при скресивании имели кратные самцы ('соотношение зон из ре-

продуктивной части и популяции в целом составляли: 1,00; 0,56; 0,20; « 9,46; с!.|. = 2; Р^.0,01) и мелкие самки (соотношение зон: 0,70; 0,69; 1,00; Х2= 6,5; = 2; Р<0,05), причем только длиннокрылые особи обеих полов ( М°= X ^ БР).

В.1990 году система скрещиваний по длине крыла не изменилась; что же касается длины тела, то преимущество получили как крупные самцы (1,00; 0,50; 0,07; X* = 12,7; = 2; Р<0,01), так и крупные самки (1,00; 0,49; 0,31; Х2= 12,5; с1Х = 2; Р< 0,01). Если учесть, что на одном и том не дереве крупные самцы к самки несут одни и те же "приспособленные" генотипы (см. главу

5), а такие то, что состав го: различается от локальности к ло-

' о

кальностк, становится ясным почему характер ассортативности по

эстеразному локусу полностью соответствует особенностям формирования репродуктивной части популявдга' как в 1989» так л* в 1930 гг.

Сравнительный анализ частот аллелей фосфатазного локуса в популяции з целом и ее репродуктивной части показал, что при скрещивании имеют, преимущество самцы, несутае аллель Р. Значила различил по частотам аллелей характерны и для эстеразного локуса в оба года. Обнаружена.отрицательная корреляция мезду разностью частот аллелей у самцов и самок в популяции в целом и изменением, тех же аллелей . у самцов и самок яри формировании репродуктивной части популяции (Я = -0,64; Р<0,05 в 1989 г. и £ = -0,70; Р<0,01 з 1990 г.).

На основании полученных данных мо~ло сформулировать гипотезу, согласно которой система скрещиваний листовертки определяется соотношением з популяции "+"- и "-"-фенотипов ( предпочтение или отвергание схозего полового партнера, соответственно). Зта модель объясняет такие широко распространенный у насекомых частот-но-заЕтюимый половой отбор /Ауа1а, СатрЬеИ , 1974/, а полученные на ее основе теоретические криекз практически полностью совпадают с эмпирическими- /АуаГа, 1971/ распределениями частот скрест-•ваний у дрозофилы*.

Глаза 7. Генетические процессы и динамика численности .популяций зеленой дубовой листовертки.

Характер протекавших з популяциях зеленой дубовой листовертки генетических процессов указывает на то, ч^о вспышка массового размножения возможна лишь в случае достаточно: высокого (оптимального) зфовня генетического разнообразия, обеспечивающего наиболее полное освоение пишевых ресурсов. С уменьшением генетического разнообразия усиливается знутрагенотипичесзая конкуренция и уво-

личивается -частота неприспособленных^особей ("Дубки", 1988, 1989 гг.). В качестве фактора, регулирующего: уровень генетического разнообразия выступает положительное yj-% отрицательное ассорта-тивное скрещивание. Б cbokj очередь, система скрещиваний, по-видимому, определяется уровнем вариабельности плодовитости (размеров тела) самок, оплодотворенных самцами и "-"-фенотипов.

вывода

" I. В популяциях зеленой дубовой листовертки обнаружен полиморфизм по неспецкфическим эстеразаы, протеазак и щелочной сос-фатазе, Локус кодирует карбоксиластеразу к содержит 9 ал-

лелей; локус Pts-4 кодирует нетрипсиноподобную про те азу и представлен 7 аллелями; локус Вр-3 кодирует шапочную фосфатазу и содержит 2 аялеля.

. 2. Влияние фенологии кормового растения на генетическую структуру по протеазноку логуоу определяется фазой динамики численности насекомого. 1

3. Отдельные популяции/листовертки меэду которыми отсутствует обмен генов различаются по .частотам редких аллелей и не дифференцированы по частым. На уровне внутрипопуляционных группировок картина меняется, на обратную. Это связано с локальными от: клоненияки среды обитания,;, которые взаимно компенсируится на

уровне отдельных популяций.

4. Полиморфизм по эстеразному и протеазному локусам поддерживается дифференцированным в пространстве отбором, механизм действия которого состоит в различии микрониш обитания особей разных генотипов. Отбор выражается'как в дифференциальной смертности, так и в дифференциальной плодовитости генотипов.

, 5. Генетическая структура мю®опопуляций листовертки на отдельных деревьях может различаться з тог случае, если данные

i - 23 -

деревья различаются по характеру распределения pH а жесткости листьев. i' ;

б. Полиморфизм по фосфатазному локусу сбалансирован диффе--ренпирозанигм неуду полами отбором: самки, гомозиготнне по аллели F менее плодовиты, зато самцы этого генотипа более привлекательны для самок з период размножения.

.7. Система скрещиваний зеленой дубовой листовертки достаточно слозиа и -з- ней жшо выделить: .

ассортативность скрещиваний по количественным признакам и аллозианни-донусаи, связанную,с дифференциальной миграцией и под-разделенностьа популяции;

ассортативность скрещиваний по эстеразному локусу,.зависимую от фазы динамики'численности: отрицательное ассортативное скгешизакиа на фазе . вспышки..массового размножения и положительное ассортативное скрещивание на фазе, падения плотности популяции.

8. Генетические процессы в. популяции : листовертки сопряжена с динамикой ее численности, однако, изменения генетической структуры.и системы скрещивания.предшествуют наступлении той или иной фаза яспуляшюкного пикла.

Список печатных работ по теме диссертации

Т. Ивашов A.B., Скмчук А.П. Сравнительный анализ белкового полиморфизма зеленой дубовой листовертки и палевой листовертки // Тезисы докл. III съезда Ï50. Киев. 1987. С. 77-78.

2. Ивашов a.b., Симчук.А.П. Некоторые свойств эстеразного комплекса дубовой зеленой листовертки (Tortrîx viridana. L.) fj Изучение экосистем Крыма з природоохранном аспекте. Киев: УМК ВО, 1988. С. 44-51. . .

3. Симчук А.П., Ивайев А»В» Сзо'йатаа комплекса неспецифических .эстераз дубовой зеленой листовертки // Укр. Öколос, журя.

'; 1990. т.. 62, JM. С. 44-49.

О ! '

4. Скмчук А.П. Связь биохимического полиморфизма с размерами и полом особей в естественной популяции дубовой зеленой листовертки (Torfr/X V/ridar.q L.) ff Генетика. 1991. Т. 27, F 3. С. 548-551.

5. Симчук А.П. Ассортативкость скреи^ваний в естественной популяции дубовой зеленой листовертки (Tartrix vrridana !>.)// Генетика. 1991. Т. 27, IP-3. С. 552-555. ,

6. Ивашов A.B., СимчуЬ А.П. Бкутрипопуляцконкая генетическая изменчивость; зеленой дубовой листовертки по протеазному локусу

к ее связь с фенологией кормовсгс растения // Шурн. общ. биол. 1991. Т. 52,. № 2. С. 239-248.

7. Ивашов A.B.. Бойко-Г.Е., Симчук АЛ. Особенности модификации и утилизации фенолъннх соединений'листьев дуба пушистого гусеницами зеленой дубовой листовертки и непарного шелкопряда ff Устойчивость лесов -к воздействию насекомых. Красноярск: йн-т леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР. I99I.-C. 41-42.

6. Ивашов A.B., Бойко Г.Е., Симчук Ji.П. Модификация и утилизация . фенольных.соединений листьев дуба пушистого гусеницами зеленой дубовой листовертки- и непарного шелкопряда // Журк. обш. Сиол. 1992. Т. 53, Р 3. С. 384-393.