Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus

Бондарь, Евгения Игоревна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus
ВАК РФ 03.02.07, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus"

804616295

Бондарь Евгения Игоревна

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИРОДНЫХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ ГОЛЬЦОВ РОДА ЯАЬУЕитЯ

03.02.07- генетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

- 9 прч

004616295

На правах рукописи

Бондарь Евгения Игоревна

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИРОДНЫХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ ГОЛЬЦОВ РОДА

03.02.07 - генетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Работа выполнена в Лаборатории генетики Учреждения Российской академии наук Института биологии моря им. A.B. Жирмунского Дальневосточного отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Брыков Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук кандидат биологических наук

Крюков Алексей Петрович Катугин Олег Николаевич

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Защита состоится 27 декабря 2010 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д005.008.01 при Учреждении Российской академии наук Институте биологии моря им. A.B. Жирмунского ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Пальчевского, 17. Телефон: (4232) 310-905, факс: (4232) 310-900, e-mail: ¡nmarbio@mail.primorye.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института биологии моря им. A.B. Жирмунского ДВО РАН (690041, г. Владивосток, ул. Пальчевского, 17).

Отзывы просим присылать на e-mail: mvaschenko@mail.ru Автореферат разослан 1-Э ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

М.А. Ващенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Генетическая изменчивость является одним из важнейших факторов, определяющих скорость и направление эволюции видов и популяций. Уровень генетического разнообразия определяется естественным отбором, мутациями, миграциями и случайным дрейфом генов. В большей степени стохастические процессы выражены в популяциях с небольшой численностью, а также в изолированных популяциях, сформировавшихся как в силу естественных причин (при возникновении физических преград и заселении новых регионов), так и в результате антропогенного воздействия (акклиматизации или инвазии).

При формировании новых популяций и видов, в ходе аллопатрического видообразования, происходит смещение распределения частот аллелей, и данный процесс принято считать "эффектом основателя" (Майр, 1968). Смещение распределения частот аллелей наблюдается и при резком снижении численности популяции, вызванной изменениями условий обитания как природного (изменение климатических условий), так искусственного (чрезмерный промысел, строительство дамб) характера. В случае изменения популяционной численности и связанного с ней снижения генетического разнообразия принято говорить о прохождении популяции через "горлышко бутылки".

В последние десятилетия, в связи с усилившимся антропогенным воздействием, стало особенно важным вовремя выявить популяции, подвергшиеся действию дрейфа генов, и предотвратить дальнейшее снижение генетического разнообразия. Поэтому весьма аетуальным становится изучение процессов, происходящих в природных изолированных системах, что позволит разработать систему мониторинга генетических изменений, вызванных прохождением популяции через "горлышко бутылки", которое, в свою очередь, может привести к быстрой потере генетической изменчивости, фиксации негативных аллелей, а также к инбредной депрессии.

Проследить влияние дрейфа генов в истории развития популяций легче с помощью анализа наиболее быстро эволюционирующих генетических маркеров: митохондриальной ДНК (мтДНК) и микросателлитных локусов ядерной ДНК. В связи с тем, что эти маркеры наследуются независимо, обладают разной скоростью эволюции и чувствительностью к прохождению популяцией через фазу низкой численности, совместный анализ мтДНК и микросателлитных локусов может достоверно описать картину популяционных изменений в результате действия дрейфа генов.

Влияние дрейфа генов на популяции было изучено на многих видах (обзоры: Салменкова, 2008; Dlugosch, Parker, 2008), но большинство работ проведены или для отдельного случая популяционной изоляции, или с использованием одного маркера. В настоящей работе для описания влияния изоляции на генетические характеристики популяций был изучен ряд популяций гольцов рода Salvelimts, обладающих высокой экологической пластичностью, позволяющей

им осваивать самые разнообразные биотопы, что делает их превосходным модельным объектом. Для получения полной картины генетической изменчивости был проведен анализ как митохондриального, так и ядерного геномов.

Цели и задачи исследования. Цель данной работы состояла в изучении генетических процессов, происходящих в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus. Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Оценить молекулярное разнообразие в изолированных и контрольных популяциях Salvelinus malma malma и Salvelinus malma krascheninnikovi на основе анализа рестрикционного полиморфизма трех участков митохондриальной ДНК и 10 микросателлитных локусов ядерной ДНК.

2. Провести генеалогический анализ гаплотипов митохондриальной ДНК для реконструкции демографической истории изолированных популяций.

3. Дать оценку вероятности прохождения изолированными популяциями через стадию низкой численности, сравнить результаты тестирования для разных статистических моделей.

4. Проанализировать исторические причины формирования современной генетической структуры изолированных популяций гольцов.

5. Оценить возможность использования митохоццриальной ДНК и микросателлитных локусов для выявления случайного дрейфа генов в природных популяциях.

Научная новизна. Впервые проведен сравнительный анализ изменчивости мтДНК и микросателлитных локусов в изолированных и контрольных популяциях S. malma malma и S. malma krascheninnikovi. Проанализированы исторические причины формирования современной генетической структуры изолированных популяций. С использованием разных статистических моделей проведена оценка вероятности прохождения популяциями через "горлышко бутылки". Дана оценка возможности использования митохондриальной ДНК и микросателлитных локусов для выявления случайного дрейфа генов в природных популяциях.

Теоретическая и практическая значимость. Анализ генетической изменчивости S. malma malma и malma krascheninnikovi важен для понимания процессов, происходящих в изолированных популяциях, подверженных влиянию случайного генетического дрейфа. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга состояния искусственно воспроизводимых популяций и природных изолированных систем.

Апробация результатов. Результаты работы были представлены на российских и международных конференциях: Конференция студентов, аспирантов и молодых ученых НОЦ ДВГУ "Морская биота" (Владивосток, 2006); X Международная молодежная конференция по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2006); Международная конференция "Modern Achievements in Population, Evolutionary and Ecological

Genetics" (MAPEEG) (Владивосток, 2007); Международная конференция "Генетика, селекция, гибридизация, племенное дело и воспроизводство рыб" (Санкт-Петербург, 2008); 6lh International charr symposium (Стирлинг, Великобритания, 2009); V съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 200-летию со дня рождения Чарльза Дарвина (Москва, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них - 3 статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов, обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 154 наименования, в том числе 114 на иностранных языках. Работа изложена на 166 страницах, содержит 30 таблиц и 12 рисунков.

Личный вклад. Автор провел PCR-RFLP анализ 9 популяций гольцов рода Salvelinus с использованием 13 рестрикционных ферментов. На базе Института общей генетики им. Н.И. Вавилова (г. Москва) проведен анализ изменчивости 10 микросателлитных локусов 12 популяций гольцов рода Salvelinus. Автор обработал полученные данные с использованием различных статистических программ.

Благодарности. Автор искренне благодарит своих научных руководителей Аллу Геннадьевну Олейник и Владимира Алексеевича Брыкова за всестороннюю помощь и поддержку. Автор выражает глубокую признательность за помощь в сборе материала C.B. Фролову, И.Н. Рязановой, В.А. Паренскому, за помощь в анализе микросателлитных локусов - Д.В. Политову и Н.В. Гордеевой, а также Скурихиной JI.A.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обзор литературы

В первой части обзора литературы описаны основные характерные особенности использованных генетических маркеров (митохондриальной ДНК и микросателлитных локусов ядерной ДНК). Вторая часть посвящена описанию стохастических процессов в природных популяциях на основании литературных данных. В заключительной части приводится краткое описание биологии модельного объекта S. malma (Walbaum), а также степень изученности двух подвидов, S. malma krascheninnikovi и S. malma malma.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Харатеристика выборок. В ходе работы были проанализированы популяции северной азиатской мальмы Salvelinus malma malma и южной азиатской мальмы S. malma krascheninnikovi, представляющие разные модельные экосистемы (табл. 1).

Популяция из оз. Крокур была интродуцированна примерно 25 лет назад из р. Кроноцкой, поэтому представляет собой искусственный изолят. Популяции ручья (руч.) Безымянного (изолированного от моря непроходимым для рыбы водопадом) и р. Лесной (изолированной теплым серным ручьем) являются природными географическими изолятами. В ручьях Шамора и Смольный обитают жилые популяции гольцов. Популяции р. Седанка и ручья Лагерного представляют собой искусственные изоляты, полученные в результате фрагментации естественной среды обитания, время образования которых нам известно. Популяция ключа (кл.) Холодного представлена самовоспроизводящейся популяцией карликовых гольцов. Так как проходные гольцы в ручье обнаружены не были, можно считать, что в настоящее время обмена генами с другими локальными популяциями не происходит.

В качестве контроля были проанализированы выборки проходной та1та та1та из р. Кроноцкая, р. Ола и руч. Кулькуты и проходной 5. та1та кгазсИептткоУ! из руч. Анива, р. Вал и р. Акур.

Индивидуальные препараты тотальной ДНК выделяли по стандартной методике из ткани печени, взятой у свежевыловленной рыбы и зафиксированной в этиловом спирте (БашЬгоок й а1., 1989).

Таблица 1. Данные об исследованных популяциях гольцов рода ЗаЬеНпт

Вид Популяция Географическое положение Форма Количество проанализированных образцов

РСЯ-ИРЬР Микросател-литные локусы

5. тЫта та1та Оз. Крокур П-ов Камчатка Интроду-цирована 35 35

Р. Кроноцкая П-ов Камчатка Проходная 32 12

Кл. Холодный Бассейн Охотского моря Ручьевая 24 24

Руч. Лагерный Бассейн Охотского моря Изолят 13 25

Р. Ола Бассейн Охотского моря Проходная 24 26

Руч. Кулькуты Бассейн Охотского моря Проходная 28 31

та1та кгазсИетп тко\1 Руч. Безымянный 0. Сахалин Изолят 24 24

Руч. Лнива О. Сахалин Ручьевая/ проходная 26 31

Р. Лесная 0. Кунашир Изолят 30 30

Р. Вал 0. Сахалин Проходная 19 -

Р. Шамора Бассейн Японского моря Ручьевая 33 32

Р. Седанка Бассейн Японского моря Ручьевая/ изолят 31 31

Р. Акур Бассейн Японского моря Проходная 24 20

Руч. Смольный Бассейн Японского моря Ручьевая 29 -

РСИ-ЯРЬР анализ митохондриальной ДНК. Фрагменты митохондриальной ДНК

амплифицировали на тотальной геномной ДНК с использованием праймерных последовательностей, разработанных для лососей ОпсогкупсИш туШя и ОпсогИупсИш ИшсН (СИаггей й а!., 2001). Амплифицированные фрагменты были проанализированы

набором из тринадцати рестрихционных ферментов в условиях, рекомендованных изготовителем ("MBI Fermentas" Lithuania, "СибЭнзим", Россия): BstUl, Dele], EcoRV, Rsal, Mspl, Cfrl3l, Hinfl, Hhal, Aval\, BstNl, Mbol, AvaI, Styl. Продукты рестрикции разделяли в 1.5-2% агарозном геле, окрашивали бромистым этидием и фотографировали в проходящем ультрафиолетовом свете. В качестве молекулярных маркеров длины использовали фрагменты ДНК фага Я. и плазмиды pUC19, гидролизованные рестриктазами Pstl и Mspl соответственно.

Статистический анализ мтДНК. Варианты расщепления по каждому фрагменту и по каждому ферменту обозначались буквой. Результаты анализа мтДНК каждой особи по всем сайтам и всем ферментам объединяли, получая, таким образом, комбинированные гаплотипы, в дальнейшем - гаплотипы. Гаплотипы северной азиатской мальмы S. malma malmet обозначались буквой N, а гаплотипы южной азиатской мальмы S. malma kraschenirmikovi буквой S.

Статистические расчеты выполняли с применением пакетов программ REAP (McElroy et al., 1992), PHYL1P 3.69 (Felsenstein, 2004) и ARLEQUIN версия 3.11 (Schneider et al., 2000). Для расчета статистической значимости различий между популяциями был использован метод Монте-Карло, реализованный в программе MONTE (REAP). Критерий Fst, как показатель меры генетической дифференциации рассчитывался в программе ARLEQUIN (версия 3.11). Также в программе ARLEQUIN (версия 3.11) были проведены тесты нейтральности мтДНК Таджимы (Tajima, 1989) и Фу (Fu, 1997). Для реконструкции филогенетических связей между гаплотипами мтДНК было построено MST-дерево в программе NETWORK 4.5.02 ("Fluxus Technology Ltd"., www.fluxus-engineering.com).

Анализ микросателлитных локусов ядерной ДНК. В работе использовано десять микросателлитных локусов, из которых Smm-3, Smm-5, Smm-17, Smm-21 (Crane et al., 2004), 0my301 (Estoup et al., 1993), SSOSL456 (Slettan et al., 1997) включают динуклеотидные повторы; Siran-10, Smm-24 (Crane et al., 2004), Ogola (Olsen et al., 1998), Ssal97 (O'Reilly et al., 1996) - тетрануклеотидные повторы. Электрофоретическое разделение аллелей проводили в течение 2-2.5 ч при 300V в 6% денатурирующем полиакриламидном геле, гель окрашивали раствором бромистого этидия. В качестве маркеров стандартных длин фрагментов использовали ДНК плазмиды pBR322, обработанной рестриктазой НаеIII.

Статистический анализ микросателлитных локусов. Генетическую изменчивость в выборках оценивали с помощью показателя аллельного разнообразия (А), аллельного разнообразия, скорректированного по минимальному размеру выборки (Ar), наблюдаемой (Но) и ожидаемой гетерозиготное™ (Не), которые рассчитывали с помощью программы FSTAT 2.9.3.2 (Goudet, 2001). Тесты на соответствие генотипических частот равновесию

Харди-Вайнберга в каждом локусе и каждой выборке, а также проверку на неравновесие по сцеплению для всех пар локусов выполняли в программе GENEPOP 4.0 (Raymond, Rousset, 1995). Уровень статистической значимости для множественных вероятностных тестов корректировали с помощью последовательной процедуры Бонферрони (Rice, 1989).

Расчет индекса фиксации Fa (Weir, Cockerham, 1984), Fa дистанций (Reynolds et al., 1984; Slatkin, 1995) и индекса Ra (Slatkin, 1995) между всеми парами выборок проводили с помощью программы ARLEQUIN 3.11. С помощью программы MSA 4.05 (Dieringer, Schlotterer, 2003) были рассчитаны (5ц)2 дистанции (Goldstein et al., 1995) и хорд-дистанции Кавалли-Сфорца (Dce) (Nei, Kumar, 2000), а также бутстреп-матрицы этих дистанций (по 1000 псевдореплик), на основании которых в PHYLIP 3.69 (Felsenstein, 2004) были построены NJ-деревья, Узлы с бутстреп-поддержкой более 50% считались достоверными.

Были использованы три различных метода тестирования популяций на прохождение через "горлышко бутылки". Были применены 3 теста из программы BOTTLENECK 1.2.02 (Piry et al., 1997), которые основаны на сравнении гетерозиготности наблюдаемой (Но) с теоретически ожидаемой (Не), рассчитываемой исходя из предположения равновесия дрейф-мутации на основании выявленного в выборке числа аллелей. Были использованы три различные модели: бесконечного числа аллелей (IAM), пошаговая мутационная (SMM) и двухфазная модель (ТРМ). Модель бесконечного числа аллелей (IAM) подразумевает, что каждая новая мутация создает новый аллель, при этом пошаговая мутационная модель (SMM) предполагает увеличение или уменьшение числа повторов. В связи с тем, что определенная часть мутаций не пошаговые, а состоят из большего числа изменений, была предложена двухфазная модель. Предполагается, что в ТРМ, по умолчанию, 70% мутаций приходится на пошаговые и 30% - на большие мутации, таким образом, двухфазная модель является промежуточной и содержит 30% IAM и 70% SMM.

Также был рассчитан индекс M, который позволяет выявлять недавнее прохождение популяцией через генетическое "горлышко бутылки", а также дает теоретическую возможность определить "горлышко бутылки" за более длительный промежуток времени по сравнению с другими подходами. Эмпирические данные свидетельствуют о том, что значения ниже 0.7 говорят о прохождении популяции через фазу низкой численности.

Третий подход к определению прохождения популяции через "горлышко бутылки" подразумевает, что в популяциях, не прошедших фазу низкой численности и находящихся в равновесии, по селективно нейтральным локусам будет наблюдаться больше низкочастотных аллелей. При прохождении же через "горлышко бутылки" популяция будет быстрее терять низкочастотные аллели, что приведет к нарушению L-образного распределения (Luikart,

1998). Смещение распределения частот аллелей было рассчитано с использованием программы BOTTLENECK 1.2.02.

РЕЗУЛЬТАТЫ

PCR-RFLP анализ мтДНК гольцов рода Salvelinus. Были амплифицированы три участка мтДНК (D-loop/cytb, ND5/ND6, ND1/ND2) с общей длиной 7972 пар нуклеотидов, которые в сумме составляют около 47% от митохондриального генома лососей.

Общее описание гетерогенности популяций. У 372 исследованных особей было выявлено 46 комбинированных гаплотипов мгДНК: 15 в популяциях S. malma malma и 31 у S. malma krascheninnikovi. Значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия в популяциях S. malma malma варьируют от 0.0571±0.0532 до 0.7862±0.0446 и от 0.000195 до 0.004377 соответственно, а в популяциях S. malma krascheninnikovi - от 0.0000±0.0000 до 0.9415±0.0351 и от 0.000000 до 0.004632 (табл. 2).

Таблица 2. Основные показатели изменчивости мтДНК в популяциях гольцов рода Ба1уе1тю

Вид Популяция Молекулярное разнообразие* Гаплотипическое разнообразие (И) Нуклеотидное разнообразие(л)

1 2 3

S. malma malma Оз. Крокур 35 2 9 0.0571 ±0.0532 0.000374

Р. Кроноцкая 32 9 31 0.7621±0.0553 0.004377

Кл. Холодный 24 6 16 0.7862±0.0446 0.001911

Руч. Лагерный 13 2 2 0.3846±0.1321 0.000545

Р. Ола 24 3 3 0.2355±0.1093 0.000286

Руч. Кулькуты 28 2 2 0.137б±0.0837 0.000195

Среднее 0.3939+0.0797 0.001281

S. malma krascheninn ikovi Руч. Безымянный 24 1 0 0.0000±0.0000 0.000000

Руч. Анива 26 11 21 0.6738±0.1044 0.002742

Р. Лесная 30 3 6 0.1310±0.0821 0.000433

Р. Вал 19 12 18 0.9415±0.0351 0.004632

Р. Шамора 33 2 1 0.0606±0.0561 0.000041

Р. Седанка 31 3 3 0.4|08±0.0873 0.000329

Р. Акур 24 7 12 0.8080±0.0557 0.002188

Руч. Смольный 29 2 3 0.1921±0.0902 0.000383

Среднее 0.402210.0639 0.001343

"Показатели молекулярного разнообразия: 1 - объем выборки, 2 - число гаплотипов, 3 -число полиморфных сайтов.

Тестирование географической подразделенности полиморфизма мтДНК методом Монте-Карло (МсЕ1гоу е! а1., 1992) и методом одноуровневой АМОУА (ЕхсоЖег « а1., 1992) выявили статистически значимые различия между всеми парами исследованных популяций (Р<0.05-0.001) (табл. 3 и 4). Исключение составили пары Ола-Кулькуты, Ола-Лагерный и Лагерный-Кулькуты, для которых критерий х2 и Ия оказались недостоверными.

Таблица 3. Значения х2 (выше диагонали) и Р^ (ниже диагонали) между популяциями 5. та/та та!та по данным анализа мтДНК ____

Популяции Крокур Кроноцкая Холодный Лагерный Ола Кулькуты

Крокур - 29.31*** 32.16*** 34.04*** 51.17*** 55.35***

Кроноцкая 0.1274"» - 32.28*** 33.13*** 48.92*** 53.04***

Холодный 0.1743*** 0.1169*** - 10.97* 22.93*** 25.95***

Лагерный 0.6664*** 0.2591*** 0.1582** - 2.01 2.11

Ола 0.7811*** 0.3819*** 0.3280*** 0.0257 - 1.23

Кулькуты 0.8079*** 0.4083*** 0.3643*** 0.0589 -0.0337 -

*Р<0.05, **Р< 0.01, *** Р<0.001

Таблица 4. Значения х2 (выше диагонали) и Ря (ниже диагонали) между популяциями 5. та!та кгазсИептп1коу1 по данным анализа мтДНК ____

Популяции Безымян ный Лесная Анива Вал Шамора Седанка Акур Смольный

Безымянный - 54.00*** 13.02* 35.51*** 57.00*** 55.00*** 48.00*** 53.00***

Лесная 0.8809*** - 56.00*** 49.00*** 63.00*** 61.00*** 54.00*** 59.00***

Анива 0.1385*** 0.4757*** - 32.30** 55.07*** 53.47*** 46.66*** 51.99***

Вал 0.4658*** 0.4637*** 0.1865* - 52.00*** 50.00*** 43.00*** 48.00***

Шамора 0.9827*** 0.9322*** 0.4787*** 0.6034*** - 37.17*** 36.53*** 50.98***

Седанка 0.9033*** 0.9027*** 0.5161*** 0.6043*** 0.6708*** - 35.66*** 51.59***

А кур 0.5681*** 0.6789*** 0.2989*** 0.3987*** 0.3618*** 0.2919*** - 34.58***

Смольный 0.7199*** 0.7478*** 0.1972*** 0.4148*** 0.8886*** 0.8492*** 0.4798*** -

*Р<0.05, **Р<0.01, ***Р<0.001

Тестирование нейтральности мтДНК с использованием тестов Таджимы (Та] ¡та, 1989) и Фу (Ри, 1997) оказалось достоверным только для трех исследованных популяций (табл. 5): популяции £ та!та та1та оз. Крокур и двух популяций 5. та!та кгаяскетпткоу! (р. Лесной и р. Шамора). При этом для всех трех популяций достоверным оказался тест Таджимы, в то время как тест Фу оказался достоверным только для популяции р. Шамора.

Для реконструкции филогенетических связей между гаплотипами мтДНК были построены деревья минимальной протяженности (МБТ) (рис. 1, 2). Струиура генеалогии гаплотипов 5. та/та та!та является радиальной с центральным, предположительно предковым гаплотипом N1. Большая часть остальных гаплотипов является производной от N1 и отличается от него 1-3 мутациями (рис. 1). Для филогенетической группы та1та кга$сЪетптко\1 характерны структурированность в генеалогии гаплотипов и наличие нескольких филогрупп (рис. 2). При этом распределение филогрупп не связано с географической локализацией популяций.

Таблица 5. Тесты нейтральности мтДНК в популяциях гольцов рода За/уе/шги Таджимы (О) (Та]¡та, 1989) и Фу ^ (Ри 1997)_'____

Вид Популяция 0 Р Из Р

та1та та1та Оз. Крокур -2.297 0.001 1.791 0.773

Р. Кроноцкая -0.974 0.170 1.832 0.804

Кл. Холодный -1.444 0.059 0.764 0.693

Руч. Лагерный 0.544 0.761 1.907 0.792

Р. Ола -1.256 0.086 -0.495 0.231

Руч. Кулькуты -0.972 0.191 0.568 0.399

5". та1та kraschenimnkovi Руч. Безымянный 0.000 1.000 0.000 КА.

Руч. Анива -0.936 0.185 -1.492 0.259

Р. Лесная -1.632 0.029 0.595 0.599

Р. Вал 1.295 0.926 -1.679 0.225

Р. Шамора -1.140 0.039 -1.290 0.049

Р. Седанка -0.809 0.233 0.045 0.411

Р. Акур 0.027 0.562 0.654 0.655

Руч. Смольный -0.583 0.325 1.914 0.797

шф I N11

Рис. 1. Генеалогическая сеть гаплотипов мтДНК популяций 5. та1та та1та. Размер окружности пропорционален частоте мтДНК в выборке, на ветвях указаны мутационные различия между гаплотипами. Интервал поиска медианных векторов (ту) равен нулю. Цветами обозначены гаплотипы популяции: оранжевый - оз. Крокур, желтый - р. Кроноцкая, синий - кл. Холодный, голубой - руч. Лагерный, коричневый - р. Ола, фиолетовый - руч. Кулькуты. Рис. 2. Генеалогическая сеть гаплотипов мтДНК

в29ф

Э280

N420

N25» И -<пу* • №N460

Н8иф--

8160 83*

812® 810«

популяций 5. та1та кгсксИептткоУ!. Размер окружности пропорционален частоте мтДНК в выборке, на ветвях 3130

указаны мутационные различия между гаплотипами. Интервал поиска медианных векторов (ту) равен нулю. Цветами обозначены гаплотипы популяции: оранжевый -руч. Безымянный, желтый - руч. 8210

Анива, темно-зеленый - р. Лесная,

красный — р. Вал, синий - р. Шамора, голубой - р. Седанка, розовый - р. Акур, фиолетовый -руч. Смольный.

I щу1- I 818с

525» I 82» И 88«

II 811.

ii гбв I 89» | 84»

Микросателлитный анализ популяций гольцов рода БаЬеНпш. В результате анализа изменчивости 10 микросателлитных локусов у 321 особи гольцов рода БаЬеНпш было выявлено 177 аллелей, наиболее изменчивым оказался локус 5шш-24 с максимальным количеством аллелей равным 55, а наименее изменчивым локус 8тт-5 с тремя аллельными вариантами. В 6 популяциях локус 8тш-5 оказался мономорфным, при этом мономорфные локусы чаще встречаются в популяциях 5. та!та кга$сЬеп'тткоу1 (локусы 5тт-21, втт-З, 8тт-5 и Ogola), чем в популяциях X тсЛта та1та (Ogola, 8шт-5). Минимальная длина аллеля составила 60 п.н. в локусе 0шу301, а максимальная 382 п.н. в локусе 5тт-24. Число аллелей на локус на популяцию варьирует от 2.5 до 8.5 (от 2.35 до 5.66 при коррекции на минимальный объем выборки (п=11)), при этом среднее значение для популяций X тЫта та!та оказалось выше, чем для популяций 5. та1та кгавЛепЫткоУ! (6.6 и 4.25; 5.01 и 3.62 соответственно). Количество приватных аллелей на локус на популяцию варьировало от 0.049 до 0.792 и в среднем составило для популяций 5. та/та та1та 0.4222 и 0.3274 для 5. та1та кгаяскептткоу!. Значения ожидаемой гетерозиготности варьировали от 0.948 (втт-24) до 0.029 (5$а197), в среднем для популяций Я. та]та та!та составили 0.523, для X та!та кгазсИептткоУ! 0.409 (табл. 6).

Рассчитанные для всех пар выборок оценки Еа и Яа оказались достоверными (Р< 0.01). Ря значения варьировали от минимального 0.0329 (Кулькуты-Ола) до максимального 0.4156 (Безымянный-Седанка), Яя от 0.0277 (Ола-Лагерный) до 0.577 (Шамора-Седанка) (табл. 7 и 8).

Таблица 6. Средние показатели генетической изменчивости 10 микросателлитных локусов __в популяциях гольцов рода ВаЬеНпт __

Вид Популяция N А/Аг Apr Но Не HW М/М'

S. malma malma Оз. Крокур 35 5.70/4.11 0.1114 0.460 0.481 NS 0.754/0.436

Р. Кроноцкая 12 4.60/4.62 0.0549 0.499 0.462 NS 0.709/0.419

Кл. Холодный 24 5.80/4.35 0.3524 0.449 0.428 NS 0.699/0.469

Руч. Лагерный 25 7.10/5.65 0.7922 0.660 0.645 NS 0.597/0.475

Р. Ола 26 8.00/5.65 0.4817 0.442 0.533 0.174 0.683/0.441

Руч. Кулысуты 31 8.50/5.66 0.7406 0.571 0.589 NS 0.699/0.547

Среднее 6.62/5.01 0.4222 0.514 0.523

S. malma krascheni rmikovi Руч. Безымянный 24 2.50/2.35 0.0568 0.300 0.309 NS 0.499/0.177

Руч. Анива 31 7.30/5.31 0.4785 0.439 0.526 0.169 0.689/0.452

Р. Лесная 30 4.40/3.89 0.5744 0.443 0.468 NS 0.688/0.307

Р. Шамора 32 3.20/2.89 0.1241 0.328 0.336 NS 0.692/0.281

Р. Седанка 31 2.50/2.42 0.0488 0.262 0.351 0.259 0.704/0.256

Р. Акур 20 5.60/4.85 0.6815 0.445 0.468 NS 0.713/0.376

Среднее 4.25/3.62 0.3274 0.369 0.409

Примечание: N - объем выборки, А - число аллелей в локусе, Аг - то же, скорректированное на минимальный объем выборки (n=ll), Apr - показатель разнообразия приватных аллелей, Но -наблюдаемая гетерозиготность, Не - ожидаемая гетерозиготность, HW - значимость нарушения равновесия Харди-Вайнберга, приведены только значимые значения (Р<0.05), различия не достоверны - NS, М - показатель прохождения популяции через "горлышко бутылки", М1 -модифицированный показатель А/.

Таблица 7. Значения Им (ниже диагонали) и 11я (выше диагонали) между популяциями 5. та1та тЫта по данным микросателлитного анализа_

Популяции Крокур Кроноцкая Холодный Лагерный Ола Кулькуты

Крокур - 0.1620*** 0.3998*** 0.2558*** 0.1657*** 0.1293***

Кроноцкая 0.2672*** - 0.4155*** 0.2034*** 0.1239*** 0.0289***

Холодный 0.3406*** 0.1159*** - 0.0958*** 0.1334*** 0.3501***

Лагерный 0.2311*** 0.1822*** 0.2206*** - 0.0277*** 0.1381***

Ола 0.2902*** 0.0921*** 0.1009*** 0.1514*** - 0.0713***

Кулькуты 0.2781*** 0.1265*** 0.1428*** 0.1229*** 0.0329*** -

*Р<0.05, **Р< 0.01, *** Р0.001

Таблица 8. Значения И« (ниже диагонали) и (выше диагонали) между популяциями 5. та1та кгазсИетпткоуг по данным микросателлитного анализа___

Популяции Безымянный Анива Лесная Шамора Седанка Акур

Безымянный - 0.1024*** 0.3554*** 0.2524*** 0.2126*** 0.2304***

Анива 0.1032*** _ 0.1136*** 0.2608*** 0.1277*** 0.2139***

Лесная 0.3111*** 0.1189*** - 0.5771*** 0.5445*** 0.3092***

Шамора 0.3738*** 0.1926*** 0.2701*** - 0.2091*** 0.2096***

Седанка 0.4156*** 0.2048*** 0.2404*** 0.2759*** - 0.3153***

Акур 0.3184*** 0.0888*** 0.1256*** 0.2072*** 0.1726*** -

*Р<0.05, **Р< 0.01, *** Р<0.001

На основании оценок дистанций Dce и (5р)2 были построены NJ-деревья (рис. 3), имеющие сходную топологию. На обоих деревьях хорошо выделены два основных кластера с высокой бутстреп-поддержкой, в один входят популяции S. malma malma, а в другой - S. malma krascheninnikovi. NJ-дерево, основанное на хорд-дистанциях Кавалли-Сфорца, лучше отражает региональный компонент, разделяя выборки S. malma krascheninnikovi из Сахалина и Приморья на два кластера. В то же время, дистанции, основанные на средней длине аллеля (5р)2, более устойчиво выделяют группы популяций с Камчатки и Магадана.

Для тестирования прохождения популяций через "горлышко бутылки" были использованы три различных теста программы BOTTLENECK 1.2.02 (Piry et al., 1999), использующие мутационные модели IAM, ТРМ и SMM (табл. 9). Также в программе BOTTLENECK было рассчитано смещение распределения частот аллелей микросателлитных локусов (рис. 4).

[^-деревья, построенные на основе Осе дистанции (слева) и (6ц)2 дистанции (справа). Оценки бутстреп-поддержки (% от 1000 псевдореплик) приведены только дня тех точек ветвления, которые воспроизводятся более чем в 50% деревьев.

Таблица 9. Результаты проверки прохождения популяциями гольцов рода &А>е/шия

"горлышка бутылки" с помощью трех тестов программы BOTTLENECK. (Piry et al., 1997)

Популяция Тест, мутационная модель, вероятность*

Знаков Стащ артизованных различий Уилкоксона

IAM ТРМ SMM IAM ТРМ SMM IAM ТРМ SMM

Оз. Крокур 0.097 0.359 0.627 0.038 0.290 0.167 0.976/0.064 0.715/0.326 0.326/0.715

Р. Кроноцкая 0.361 0.324 0.315 0.318 0.063 0.002 0.500/0.545 0.179/0.849 0.125/0.898

Кл. Холодный 0.278 0.095 0.000 0.123 0.006 0.000 0.080/0.935 0.016/0.989 0.000/1.000

Руч. Лагерный 0.142 0.063 0.000 0.201 0.173 0.000 0.958/0.053 0.042/0.984 0.000/1.000

Р. Ола 0.364 0.134 0.005 0.109 0.000 0.000 0.326/0.715 0.102/0.918 0.007/0.995

Руч. Кулькуты 0.241 0.015 0.016 0.359 0.015 0.000 0.385/0.652 0.012/0.991 0.002/0.999

Руч. 0.364 0.558 0.518 0.292 0.409 0.086 0.629/0.422 0.422/0.629 0.191/0.844

Руч. Анива 0.616 0.128 0.036 0.426 0.056 0.000 0.674/0.367 0.125/0.898 0.005/0.997

Р. Лесная 0.014 0.104 0.367 0.008 0.067 0.426 1.000/0.004 0.980/0.027 0.594/0.469

Р. Шамора 0.457 0.169 0.050 0.479 0.099 0.001 0.545/0.500 0.179/0.849 0.064/0.976

Р. Седанка 0.062 0.278 0.317 0.025 0.098 0.370 0.992/0.012 0.973/0.039 0.711/0.343

Р. Акур 0.187 0.527 0.251 0.129 0.431 0.144 0.902/0.125 0.629/0.422 0.191/0.844

* Для теста Уилкоксона приведены результаты проверки односторонней гипотезы дефицита/избытка гетерозиготности.

% Л. ^ <-> te Л 4 Ч

s? * vsP <f ^ у

СГ O* 0-V o- <5 о- fc- ft' ^

■ ISiClfrVIIIIIB «JlccrlJH

lljjjj-7

o- C,^ f," (V tb'

Рис. 4. Распределение частот аллелей микросателлитных локусов в популяциях гольцов рода Salvelinus, рассчитанное с помощью программы BOTTLENECK (Piry et al., 1999). По оси ординат - пропорции аллелей, по оси абсцисс - частоты аллелей.

ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ митохондриальной ДНК популяций гольцов рода 8аКеПпич. Полученные данные анализа изменчивости митохондриального генома популяций 5. та!та та!та и 5. та1та кгаясИеп/ппИсоу! согласуются с ранее опубликованными данными (Олейник и др., 2005, 2007). Средние значения разнообразия гаплотипов и уровень нуклеотидной изменчивости исследованных популяций 5. та!та та1та (0.3939±0.0797 и 0.001281) оказались немного ниже соответствующих оценок для популяций северной азиатской мальмы (0.4232+0.1132 и 0.001208). Структура генеалогии гаплотипов является радиальной (рис. 1). Предположительно, предковым гаплотипом является N1, что также согласуется с ранее опубликованными результатами (Олейник и др., 2005, 2007). Подобная структура гаплотипической сети свидетельствует о том, что в ходе своего исторического развития популяции та1та та1та прошли через "горлышко бутылки" с последующим увеличением численности. Относительная молодость группы подтверждается небольшим количеством гаплотипов и малой глубиной дивергенции между ними, поскольку основные "северные" гаплотипы мтДНК отличаются друг от друга 1-2 нуклеотидными заменами.

Средние значения разнообразия гаплотипов и уровня нуклеотидной изменчивости исследованных популяций южной азиатской мальмы (0.4022±0.0639 и 0.001343) оказались в два раза ниже по сравнению с ранее полученными данными для анадромных популяций 5. та1та кгспсИетпткоу! (0.8609+0.1044 и 0.003061). Подобное расхождение, очевидно, связано с непропорциональностью использованных выборок. Очевидно, что полное

отсутствие изменчивости в популяции руч. Безымянного вносит значительное смещение в средние оценки разнообразия мтДНК популяций S. malma kraschen'mnikovi.

По данным PCR-RFLP анализа мтДНК филогенетическая группа S. malma krascheninnikovi характеризуется большой дисперсией различий между гаплотипами, сложной структурой гаплотипической сети (рис. 2) и наличием большого количества альтернативных связей разной длины, которые возникают в результате обратных или параллельных мутаций, приводящих к образованию множественных замкнутых циклов. Распределение гаплотипов не ассоциировано с географической локализацией популяций. Такая структура свидетельствует о длительной эволюции популяций S. malma krascheninnikovi в стабильных условиях при отсутствии значительных изменений численности на протяжении многих поколений (Олейник и др., 2002, 2010; Oleinik et al., 2004).

Влияние изоляции на изменчивость мтДНК в популяциях гольцов рода Salvelinus.

Для описания влияния изоляции на генетические характеристики популяций гольцов рода Salvelinus было рассмотрено четыре разные модельные системы, включающие: популяции, изолированные естественными барьерами, популяции жилых гольцов, изолированные популяции, полученные в ходе искусственной фрагментации ареала, и интродуцированые популяции.

Модельная система I. Изолированные популяции руч. Безымянного и р. Лесной, являющихся естественными изолятами, время образования которых приблизительно известно, представляют огромный интерес, так как позволяют проследить влияние дрейфа генов на популяцию за довольно длительный исторический период.

Из всего разнообразия гаплотипов в филогенетической группе S. malma krascheninnikovi в популяции ручья Безымянного выявлен всего один гаплотип S7 (100%). Этот гаплотип является доминирующим гаплотипом в контрольной популяции ручья Анива, где он встречается с частотой 57%. Для популяции S. malma krascheninnikovi руч. Безымянного показатели гаплотипического и нуклеотидного разнообразия равны нулю. Принимая во внимание высокий уровень изменчивости мтДНК S. malma krascheninnikovi, полученные оценки нельзя отнести к ошибке выборки.

Почти полное отсутствие изменчивости мтДНК также было обнаружено при исследовании 15 популяций арктического гольца S. alpinus (изолированные озера в Альпах) (Brunner et al., 1998) и такой же низкий уровень генетической изменчивости мтДНК был обнаружен и в 7 озерных популяциях S. alpinus в Шотландии (Hartley et al., 1992). Авторы обсуждают две возможности, объясняющие практически полное отсутствие изменчивости мтДНК в исследованных популяциях S. alpinus. Наиболее вероятным, по их мнению, является прохождение вида через "горлышко бутылки" в период последнего оледенения в этом районе Европы. Сходный сценарий также предложен и для объяснения уменьшения

уровня генетической изменчивости мтДНК у других северных рыб, таких как сиги рода Coregonus (Bernatchez, Dodson, 1994). Однако подобное объяснение неприемлемо для популяций S. malma krascheninnikovi. По мнению исследователей (Гриценко, 1975; Олейник и др., 2010), южная азиатская мальма S. malma krascheninnikovi сформировалась в один из межледниковых периодов и длительное время, достаточное для образования существенный различий, в том числе генетических, находилась в изоляции на территориях, не подвергавшихся оледенению (Гриценко и др., 1998).

Изоляция популяции руч. Безымянного определялась вулканическими и тектоническими процессами, которые имели место в сахалино-курильском регионе в четвертичном периоде (Линдберг, 1972) и привели к образованию физических изолирующих преград. В связи с прекращением потока генов, связанного с возникновением естественного барьера и прекращением миграции, популяция S. malma krascheninnikovi руч. Безымянного в ходе своего исторического развития, возможно, прошла либо через одну, либо через несколько фаз низкой численности, что привело, в конечном итоге, к фиксации одного гаплотипа мтДНК.

Природная популяция 5. malma krascheninnikovi р. Лесной, как и популяция руч. Безымянного, находится на стадии фиксации одного гаплотипа мтДНК. Считается, что изоляция р. Лесной от моря, скорее всего, связана с последним извержением вулкана Менделеева, произошедшим около 30-40 тыс. лет назад, в результате чего образовался выход серных вод на поверхность (Салменкова, Омельченко, 2000).

Значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия в популяции р. Лесной оказались значимо ниже не только соответствующих оценок контрольной популяции 5. malma krascheninnikovi р. Вал, но и средних оценок для популяций южной азиатской мальмы. Результаты анализа мтДНК однозначно показывают, что в своей истории популяция испытала сокращение численности, что привело к значительному снижению уровня генетического разнообразия. Таким образом, современная генетическая структура популяции S. malma krascheninnikovi р. Лесной отражает эффект "горлышка бутылки" как проявление случайного действия дрейфа генов в условиях географической изоляции.

Тест нейтральности мтДНК Таджимы (Tajima, 1989) (табл. 5) оказался достоверным для р. Лесной и также свидетельствует об изменениях популяционной численности: уменьшение размера популяции в связи с прохождением через "горлышко бутылки" (Реек et al., 2000) с последующим периодом экспоненциального роста (Druramond, Suchard, 2008; Yang, 2008).

Модельная система 2. В реках юга Приморского края проходная мальма практически не встречается, но при этом обитает жилая ручьевая форма. Нами было изучено две популяции ручьевых гольцов из р. Шамора и руч. Смольный. Обе популяции находятся на стадии фиксации одного гаплотипа мтДНК: в популяции р. Шамора наблюдается фиксация гаплотипа S14, в то время как в руч. Смольный доминирует гаплотип S27. Оба этих

гаплотипа были обнаружены и в популяции р. Акур, являющейся контрольной для S. malma krascheninnikovi Приморского края. Значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия в популяции р. Шамора оказались гораздо ниже не только оценок контрольной популяции р. Акур, но и популяции руч. Смольный (табл. 2). Тестирование нейтральности мтДНК оказалось достоверным только для популяции р. Шамора при использовании как теста Таджимы (Tajima, 1989), так и теста Фу (Fu, 1997), что свидетельствует об изменениях популяционной численности (Реек et al., 2000; Drummond, Suchard, 2008).

Таким образом, наличие общих гаплотипов с анадромной мальмой из р. Акур и низкие уровни генетической изменчивости популяций р. Шамора и руч. Смольный могут быть связаны с периодическими понижениями численности популяций, вследствие прохождения через "горлышко бутылки". Этому, вероятно, могут способствовать экстремальные условия обитания жилых популяций, в том числе смена засушливого лета и холодных малоснежных зим.

Морфологические признаки популяции мальмы кл. Холодного были описаны Волобуевым (Волобуев, 1978), который отнес ее к карликовой форме. В связи с тем, что в ключе не было обнаружено анадромной мальмы, гольца из кл. Холодного принято считать жилой формой S. malma malma. Очевидно, что жилая форма гольцов образовалась от проходной мальмы (Волобуев, 1978). Это подтверждается нашими данными, в частности, присутствием в популяции кл. Холодного гаплотипа N1. Данный гаплотип, вероятно, является предковым гаплотипом популяции S. malma malma, поскольку в настоящее время с высокой частотой встречается в популяциях гольцов как Азии, так и Северной Америки (Олейник и др., 2005). В кл. Холодном гаплотип N1 является доминирующим и обнаружен у 34% особей в популяции, но гаплотипы N4 и N10 также представлены значительным числом особей (25% каждый).

Значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия популяции кл. Холодного оказались значительно выше показателей контрольных популяций из р. Ола и руч. Кулькуты, в котором встречаются как жилая, так и проходная формы, а также изолированной популяции руч. Лагерного (табл. 2) и опубликованных средних оценок для анадромных популяций северной азиатской мальмы (0.4232+0.1132 и 0.001208) (Олейник и др., 2005, 2007). Значения Fa также оказались выше при сравнении кл. Холодного с близлежащими контрольными популяциями, в то время как в паре Холодный-Кроноцкая были выявлены минимальные оценки Fa (табл. 3).

Большое количество близкородственных гаплотипов в генеалогии S. malma malma кл. Холодного, объединенных в одну радиальную структуру, свидетельствует о том, что предковая популяция прошла через стадию резкого сокращения численности, и в настоящий момент находится в состоянии экспоненциального роста. Носителями уникальных гаплотипов, вероятно, являются карликовые гольцы. Тем не менее, не исключено, что

представление об изоляции жилой популяции кл. Холодного от проходной мальмы может оказаться недостаточно точным. Сохранение редких гаплотипов мтДНК, а также поддержание высоких частот нескольких доминирующих гаплотипов, предположительно, может быть обусловлено благоприятными климатическими условиями, достаточными пищевыми ресурсами и исходно большим эффективным размером популяции, обеспечивающим поддержание генетического разнообразия.

Модельная система 3. В связи с усиливающимся антропогенным воздействием особый интерес представляет изучение популяций, подвергшихся искусственной фрагментации ареала. Популяция S. malma krascheninnikovi из р. Седанка оказалась изолированной в 1936 году после постройки плотины и образования водохранилища. За время изоляции произошла фиксация редкого для других популяций гаплотипа S30, а также появление уникального гаплотипа S42. Сходная ситуация описана для популяций Salvelinus confluentus (Kanda, Allendorf, 2001), где было показано, что при низком уровне генетической изменчивости дрейф генов может привести к тому, что большинство популяций будут иметь одинаковые аллели или несколько популяций будут иметь высокие частоты редких аллелей. В популяции р. Седанка произошло снижение уровней гаплотипического и нуклеотидного разнообразия по сравнению с контрольной популяцией р. Акур. В то же время, оценки разнообразия оказались в несколько раз выше значений в популяциях р. Шамора и руч. Смольного, что, возможно, связано с исходно большим эффективным размером популяции р. Седанка. Подобную картину можно объяснить и тем, что при одинаковых условиях потеря генетической изменчивости происходит быстрее в популяциях с небольшим местом обитания, при этом последствия фрагментации могут проявляться не сразу, а только через несколько поколений. Также известно, что скорость утраты изменчивости зависит не только от площади, но и от качества местообитания (числа заводей, количества пищевых ресурсов, наличия хищников и так далее) (Ezard, Travis, 2006; Letcher et al., 2007; Monta et al., 2009).

Популяция 5. malma malma руч. Лагерного также находится на стадии фиксации одного гаплотипа мтДНК. Основной гаплотип данной популяции (N10) был обнаружен и в других популяциях северо-западного побережья Охотского моря (рис. 1) и является доминирующим в контрольных популяциях S. malma malma из р. Ола и руч. Кулькуты. Во всех трех популяциях также был обнаружен предковый гаплотип N1, вокруг которого другие гаплотипы формируют радиальную структуру. Значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия популяции руч. Лагерного оказались выше оценок контрольных популяций, но не средних показателей для S. malma malma. Возможно, подобная картина связана с ошибкой выборки популяции руч. Лагерного, состоящей всего из 13 особей.

Модельная система 4. Популяция S. malma malma оз. Крокур представляет особый интерес. Источником генетического материала послужила чрезвычайно гетерогенная популяция р. Кроноцкой, при этом интродукция осуществлялась несколько раз. В связи с

этим можно было ожидать, что первоначально показатели генетической изменчивости выборки, перенесенной в оз. Крокур, соответствовали средним оценкам природных популяций 5. malma malma.

За очень короткий отрезок времени в условиях изоляции (около 25 лет), мы наблюдаем практически гомогенную популяцию, что полностью соответствует вероятному распределению частот гаплотипов при случайном генетическом дрейфе. Тестирование нейтральности мтДНК с использованием теста Таджимы (Tajima, 1989) оказалось достоверным для популяции S. malma malma оз. Крокур (табл. 5), что свидетельствует об изменениях популяционной численности, связанной, скорее всего, с экспоненциальным ростом популяции (Drummond, Suchard, 2008; Yang, 2008). В пользу данной гипотезы говорит то, что на протяжении длительного периода в озере не наблюдалось никаких свидетельств удачной интродукции, и только в последние годы было отмечено присутствие большого количества особей.

Потеря генетического разнообразия в популяции S. malma malma оз. Крокур, вероятнее всего, была ускорена небольшой эффективной численностью интродуцированых выборок, особенностями среды обитания, прекращением миграции, ограниченной численностью созданной искусственной популяции и инбридингом. Доказательством инбридинга является наличие в озере гольцов с ярко выраженными морфологическими изменениями.

Анализ микросателлилных локусов ядерного генома популяций гольцов рода Salvelinus. Полученные нами данные разнообразия 10 микросателлитных локусов свидетельствуют о том, что в популяциях S. malma malma поддерживается более высокий уровень изменчивости по сравнению с S. malma krascheninnikovi. В то же время, для северной мальмы характерна более низкая генетическая дифференциация популяций. Результаты анализа пространственной изменчивости аллозимных локусов ядерного генома, напротив, выявляют низкий уровень генетического разнообразия у северной мальмы, но подтверждают отсутствие четких региональных различий между популяциями (Осинов, 2001, 2002).

В популяциях S. malma krascheninnikovi наблюдаются более низкие оценки генетической изменчивости микросателлитных локусов по сравнению с северной азиатской и американской мальмой. Данный факт, скорее всего, связан с разной демографической историей S. malma malma и S. malma krascheninnikovi. В то время как южная азиатская мальма долгое время существовала в стабильных условиях при отсутствии значительных изменений численности (Олейник и др., 2005, 2007, 2010), популяции S. malma malma, прошедшие через "горлышко бутылки" в рефугиуме, быстро увеличили свою численность, осваивая новые территории, и за счет высокой скорости эволюции микросателлитных локусов, восстановили, а, возможно, даже увеличили изменчивость ядерных локусов (Gordeeva et al., 2010). Данная гипотеза подтверждается и тем, что в популяциях, обитающих

в холодных водах и на недавно колонизированных территориях, наблюдаются более высокие уровни генетического разнообразия (Brooker et al., 1994; McConnell et al., 1995; Roman, 2006).

Влияние изоляции на микросателлитные локусы в популяциях гольцов рода Salvelinus.

Модельная система 1. Анализ микросателлитных локусов популяции S. malma krascheninnikovi руч. Безымянного выявил более низкие показатели генетической изменчивости по сравнению как с контрольной популяцией руч. Анива (табл. 6), так и средними значениями для S. malma krascheninnikovi. Снижение генетического разнообразия в популяции руч. Безымянного наблюдается и по аллозимным локусам ядерного генома (Омельченко и др., 1998). Авторы связывают эти различия с изоляцией популяции S. malma krascheninnikovi непроходимым водопадом. Таким образом, в изолированной популяции руч. Безымянного наблюдается одновременное снижение генетических показателей по двум ядерным маркерам.

Тестирование популяции руч. Безымянного с помощью программы BOTTLENECK 1.2.02 не выявило эффекта "горлышка бутылки" ни по одной из использованных моделей (табл. 9). В то же время, индекс М и снижение количества приватных аллелей свидетельствуют в пользу того, что популяция в ходе своего развития подверглась влиянию дрейфа генов (табл. 6). Одновременно с этим, в популяции руч. Безымянного нарушается L-образное распределение частот аллелей (рис. 4), что также свидетельствует о влиянии дрейфа генов (Luikart et al., 1998). Подобная же картина наблюдалась и при анализе микросателлитных локусов популяции S. malma krascheninnikovi оз. Осочного (Осинов, Гордеева, 2008), в которой также ни по одному из тестов BOTTLENECK не было выявлено эффекта "горлышка бутылки", в то время как другие тесты (низкие показатели генетической изменчивости и индекс М) указывали на прохождение популяцией через фазу низкой числешюсти. Скорее всего, это связано с тем, что использование тестов BOTTLENECK предполагает соблюдение некоторых допущений, в том числе и наличие равновесия Харди-Вайнберга по всем локусам (Осинов, Гордеева, 2008), в то время как в популяции руч. Безымянного имеются достоверные отклонения от равновесия по некоторым локусам.

Другая картина наблюдается в природной изолированной популяции р. Лесной. Проведенный анализ 10 микросателлитных локусов не выявил значительного снижения уровня гетерозиготности, ни относительно средних показателей для S. malma krascheninnikovi, ни средних значений для контрольной популяции руч. Анива (табл. 6).

Тестирование популяции на прохождение через "горлышко бутылки" также было неоднозначным (табл. 9). Достоверными оказались все тесты 1АМ и один тест модели ТРМ (содержащей 30% IAM), хотя считается (Nei, Kumar, 2000), что лучше всего для описания изменений, происходящих в популяциях, подходит модель SMM. Кроме того, распределение частот аллелей в популяции р. Лесной соответствует L-образному распределению (рис. 4),

характерному для популяций не прошедших через "горлышко бутылки". Из всех тестов только индекс М (табл. 6) оказался ниже значения проходной мальмы руч. Анива.

Анализ аллозимных локусов ядерного генома в популяции S. malma krascheninnikovi p. Лесной (Салменкова, Омельченко, 2000) показал, что по многим показателям она фактически не отличается от неизолированных популяций. Высокую гетерозиготность авторы объясняют большой численностью изолированной популяции (Салменкова, Омельченко, 2000). Таким образом, изолированная популяция S. malma krascheninnikovi р. Лесной по уровню гетерозиготности и другим показателям полиморфизма как аллозимных (Салменкова, Омельченко, 2000), так и микросателлитных локусов (табл. 6) не отличается от неизолированных курильских популяций.

Модельная система 2. Жилая популяция S. malma krascheninnikovi р. Шамора характеризуется более низкими показателями генетической изменчивости микросателлитных локусов по сравнению с контрольной популяцией р. Акур (табл. 6). Тестирование популяции разными способами показало наличие эффекта "горлышка бутылки" для тестов SMM (табл. 9) и индекса MJM (табл. 6). Также наблюдается небольшое смещение в распределении частот аллелей (рис. 4), что говорит о периодических колебаниях численности популяции.

Показатели генетической изменчивости в популяции жилых гольцов S. malma malma кл. Холодного оказались ниже соответствующих показателей контрольных выборок из р. Ола и руч. Кулькуты на 22 и 35 процентов. Подобная же картина наблюдалась у атлантического лосося (Salmo salar L.) при искусственном разведении (Reilly et al., 1999), изменение генетического разнообразия которого, скорее всего, связано со снижением эффективного размера популяции, что сильнее отражается на микросателлитных локусах, имеющих большое число аллелей на локус и высокую гетерозиготность.

Проведенное нами тестирование популяции кл. Холодного выявило эффект "горлышка бутылки" для модели SMM (табл. 9) и для изменений в распределении частот аллелей (рис. 4), но не для индекса М/М (табл. 6). Как отмечается (Gaiza, Williamson, 2001) в небольших равновесных популяциях могут наблюдаться высокие значения индекса М, но если в популяциях выявлено низкое аллельное разнообразие, то это может указывать на снижение их числешюсти в отдаленном прошлом.

Модельная система 3. Искусственно изолированная популяция р. Седанка показала наименьшие оценки изменчивости микросателлитных локусов среди популяций S. malma krascheninnikovi Приморского края. Подобные же значения гетерозиготности и количества аллелей были обнаружены и в двух популяциях 5. malma krascheninnikovi из озер Осочное и Моховое о. Сахалин (Осинов, Гордеева, 2008). Несмотря на то, что индекс М превышает пороговое значение в 0.7, характерное для равновесных популяций, низкое аллельное разнообразие и распределение частот аллелей (рис. 4) указывает на редукцию их численности (Garza, Williamson, 2001). Из полученных данных можно сделать вывод, что в популяции р. Седанка,

подвергшейся фрагментации ареала, за 70 лет произошло значительное снижение генетической изменчивости микросателлитных локусов, и популяция в ходе своего развития прошла через фазу низкой численности, т.е. "горлышко бутылки".

Совершенно другую ситуацию можно наблюдать в изолированной популяции S. malma malma руч. Лагерного, в котором не только не произошло снижения уровня изменчивости микросателлитных локусов, а даже наблюдается увеличение количества приватных аллелей, наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности относительно средних значений контрольных популяций р. Ола и руч. Кулькуты (табл. 6), а также средних для S. malma malma. Значения гетерозиготности популяции руч. Лагерного оказались наиболее близки к значениям, опубликованным Крэйн с соавторами (Crane et al., 2004, 2005) для североамериканских популяций malma malma.

Тестирование популяции на прохождение через "горлышко бутылки" оказалось достоверным для моделей SMM и ТММ не только для популяции руч. Лагерного, но также для популяций р. Ола и руч. Кулькуты (табл. 9). Во всех трех популяциях наблюдаются флуктуации в распределении частот аллелей (рис. 4). Индекс М для р. Ола и руч. Кулькуты соответствует пороговому значению в 0.7, но в популяции руч. Лагерного он оказался ниже и составил 0.597 (табл. 6). Таким образом, проведенные тесты указывают на прохождение популяцией руч. Лагерного недавнего "горлышка бутылки", при этом полученные данные в большей степени свидетельствуют о совместном прохождении популяциями северной части Охотского моря фазы низкой численности.

Модельная система 4. За время существования искусственной популяции оз. Крокур произошло уменьшение аллельного разнообразия на 11.1%, но одновременно с этим количество приватных аллелей увеличилось с 0.0549 до 0.1114 (табл. 6). Подобная ситуация наблюдается и в популяциях Salmo salar из р. Оулуйоки, где при искусственном разведении за десять поколений произошло снижение разнообразия аллелей на 24.8% (Saisa et al., 2003). Данные свидетельствуют, что снижение генетического разнообразия может быть незначительным или оставаться на том же уровне на протяжении более 50 лет, если эффективный размер популяции будет достаточным для поддержания разнообразия (Saisa et al., 2003; Neville et al., 2007). В популяции оз. Крокур произошло уменьшение средней гетерозиготности, что соответствует данным о снижении, связанном с инбридингом на 1% за поколение при искусственном разведении.

Несмотря на полученные данные о снижении аллельного разнообразия и гетерозиготности, тесты на прохождение популяции через "горлышко бутылки" не дали однозначного результата (достоверным оказался только один тест для модели IAM (табл. 9)). Индекс М и модифицированный М популяции оз. Крокур оказались выше, чем в популяции р. Кроноцкой (табл. 6). Единственным тестом, показавшим вероятное прохождение популяцией через "горлышко бутылки", оказалось распределение частот аллелей (рис. 4).

Следовало ожидать более резкого падения уровня генетической изменчивости и исчезновения приватных аллелей в интродуцированной популяции оз. Крокур. В качестве возможных причин наблюдаемого несоответствия можно отметить непропорционально высокую скорость мутирования отдельных микросателлитных локусов, небольшое количество поколений, прошедших с момента интродукции популяции и маскировку "горлышка бутылки" за счет резкого всплеска численности. В пользу высокой скорости мутаций микросателлитных локусов свидетельствует почти двукратное увеличение количества аллелей высокополиморфного локуса Smm-24.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный анализ изменчивости митохондриальной ДНК и микросателлитных локусов ядерной ДНК популяций S. malma malma и S. malma krascheninnikovi не противоречит ранее выдвинутым гипотезам о демографической истории подвидов (McPhail, 1961; Гриценко, 1975; Осинов, Павлов, 1998; Salmenkova et al., 2000; Осинов, 2001, 2002; Redenbach, Taylor, 2002; Олейник и др., 2002, 2005, 2007, 2010). В то время как популяции S. malma krascheninnikovi длительное время существовали в стабильных условиях при отсутствии значительных изменений численности, популяции S. malma malma потеряли большую часть изменчивости во время последнего оледенения. После окончания висконсинского оледенения последовало расселение S. malma malma по тихоокеанскому побережью (Currents et al., 2003; Redenbach, Taylor, 2002), что сопровождалось увеличением численности. В связи с высокой скоростью мутирования и особенностями наследования микросателлитных локусов, произошло увеличение изменчивости микросателлитных локусов ядерного генома при сохранении низкого уровня разнообразия митохондриальных генов. В пользу недавнего расселения и увеличения численности также говорит слабая дифференциация популяций S. malma malma по мтДНК и микросателлитным локусам (Олейник и др., 2002, 2005, 2007; Currens et al., 2003; Crane et al., 2004, 2005). Данная гипотеза подтверждается и тем, что в популяциях, обитающих в холодных водах и на недавно колонизированных территориях, наблюдаются высокие уровни генетического разнообразия (Brooker et al., 1994; McConnell et al., 1995; Roman, 2006).

Эффект дрейфа генов был выявлен как по митохондриальной ДНК, так и по микросателлитным локусам для популяций S. malma krascheninnikovi ручья Безымянного, а также р. Шамора и р. Седанка. В то же время, для остальных модельных систем на фоне снижения разнообразия гаплотипов мтДНК наблюдалось увеличение изменчивости микросателлитных локусов.

Такая же картина может наблюдаться при недавнем прохождении популяцией через "горлышко бутылки", что связано с особенностями наследования двух независимых маркеров (Sinclair et al, 2002).

Популяция кл. Холодного показывает незначительное снижение изменчивости по ядерным генам, а по уровню гашютипического разнообразия соответствует озерным популяциям, что может говорить о длительном стабильном существовании данной популяции. В то же время, более низкие показатели изменчивости микросателлитных локусов могут свидетельствовать как о прохождении предковой популяцией "горлышка бутылки", так и об отсутствии потока генов между жилой популяцией кл. Холодного и проходной мальмой.

Таким образом, выявление прохождения популяцией через "горлышко бутылки" по митохондриальным и ядерным генам будет в большей степени зависеть не только от времени прохождения популяцией фазы низкой численности (наиболее заметным эффект "горлышко бутылки" будет по прошествии нескольких десятков поколений), но также эффективного размера оставшейся популяции (при этом проявление эффекта "горлышка бутылки" будет заметнее при анализе мтДНК).

ВЫВОДЫ

1. В природных изолированных популяциях S. malma krascheninnikovi (руч. Безымянный, р. Лесная) наблюдается переход к практически гомогенному состоянию по митохондриальной ДНК и снижение аллельного разнообразия микросателлитных локусов ядерной ДНК, как следствие действия случайного дрейфа генов. Изоляция популяций определялась вулканическими и тектоническими процессами в плейстоцене, которые привели к образованию физических изолирующих преград.

2. В популяциях жилых гольцов S. malma krascheninnikovi (р. Шамора, руч. Смольный) снижение показателей генетической изменчивости ядерных и митохондриальных генов, вероятно, свидетельствует о периодическом прохождении фаз низкой численности, связанных с экстремальными условиями обитания.

3. В искусственно изолированной популяции S. malma krascheninnikovi (р. Седанка) за 70 лет произошло снижение изменчивости мтДНК и микросателлитных локусов ядерной ДНК, что соответствует теории о потере генетического разнообразия при искусственной фрагментации ареала. В то же время показано, что искусственная фрагментация при непродолжительном периоде изоляции практически не оказывает влияния на показатели молекулярного разнообразия популяции (S. malma malma, руч. Лагерного).

мтДНК, наряду с пониженной изменчивостью микросателлитных локусов в жилой популяции 5. та1та тЫта (кл. Холодный), предположительно, может быть обусловлен локальными благоприятными условиями, достаточными пищевыми ресурсами и исходно большим эффективным размером популяции.

5. В интродуцированной популяции 5. та!та таЫа (оз. Крокур) за короткий промежуток времени произошло значительное снижение разнообразия мтДНК, что соответствует вероятному распределению частот гаплотипов при случайном генетическом дрейфе. Потеря изменчивости микросателлитных локусов соответствует изменениям, связанным с инбридингом, а не ожидаемым потерям гетерозиготности из-за небольшой эффективной численности интродуцированных выборок.

6. Полученные результаты в основном соответствуют следующим теоретическим принципам популяционной генетики: 1) если на частоты аллелей (гаплотипов мтДНК) не оказывают влияния никакие другие процессы или их действием можно пренебречь, эволюция, в конечном счете, приводит к тому, что один из аллелей фиксируется, а все редкие элиминируются из популяции; 2) при одинаковой интенсивности дрейфа генов при прохождении популяцией "горлышка бутылки" она гораздо быстрее теряет изменчивость мтДНК, чем ядерных генов.

7. Полученные в работе данные дают основание считать, что для получения адекватных выводов о влиянии дрейфа генов на генетические характеристики популяции следует использовать комбинированный анализ митохондриальной ДНК и микросателлитных локусов ядерной ДНК.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в журналах из списка, рекомендованного ВАК:

1. Олейник А.Г., Скурихина Л.А., Чукова Е.И. Влияние изоляции на генетические характеристики популяций гольцов рода Salvelinus И Генетика. 2007. Т. 43, № 9. С. 1209-1217.

2. Олейник А.Г., Скурихина Л.А., Чукова Е.И. Фитогеография южной азиатской мальмы Salvelinus malma krascheninnikovi: генеалогический анализ митохондриальной ДНК // Генетика. 2010. Т. 46, № 2. С. 226-238.

3. Gordeeva N.V., Chukova E.I., Oleinik A.G. Microsatellite genetic variation of Asian populations of Dolly Varden char// Hydrobiologia. 2010. Vol. 650, X»l. P. 133-144.

Публикации в материалах конференций:

1. Чукова Е.И. Генетическая дифференциация популяций мальмы Salvelinus malma по данным RFLP-PCR анализа митохондриальной ДНК // Конференция студентов, аспирантов и молодых ученых НОЦ ДВГУ "Морская биота". Владивосток, 28 апреля 2006. Тезисы докладов. С. 10-11.

2. Чукова Е.И. Генетическая дифференциация популяций мальмы Salvelinus malma по данным RFLP-PCR анализа митохондриальной ДНК // X Международная молодежная конференция по актуальным проблемам химии и биологии, МЭС ТИБОХ, 12-19 сентября 2006. Тезисы докладов. С. 50.

3. Chukova E.I., Oleinik A.G., Skurikhina L.A. Influence of isolation on genetic characteristics of charrs populations of the genus Salvelinus II Modern Achievements in population, Evolutionary, and Ecological Genetics: International Symposium, Vladivostok-Vostok Marine Biological Station, Septemder 9-14, 2007: Program & Abstracts. Vladivostok, 2007. P. 10.

4. Олейник А.Г., Чукова Е.И., Скурихина Л.А., Гордеева Н.В. Эффект случайного дрейфа генов в изолированных природных популяциях гольцов рода Salvelinus II Международная конференция "Генетика, селекция, гибридизация, племенное дело и воспроизводство рыб". С-Петербург, 10-12 сентября 2008 г.: Тезисы докладов. Спб.: Изд-во ГосНИОРХ, 2008. С. 20-22.

5. Chukova E.I., Gordeeva N.V., Oleinik A.G. Microsatellite genetic variation of Asian populations of Dolly Varden charr // 6th International Charr Symposium 15th-18th June 2009, Stirling, Scotland: Abstracts of Poster Presentations. Stirling, Scotland, 2009. P. 4.

6. Чукова Е.И., Олейник А.Г., Скурихина Л.А. Действие случайного дрейфа генов в изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus IIV съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Москва, 21-28 июня 2009 г.: Тезисы докладов. М., 2009. Ч. 2. С. 196.

Бондарь Евгения Игоревна

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИРОДНЫХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ ГОЛЬЦОВ РОДА 5АЪ УЕЬШиЗ

03.02.07 - генетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 17.11.2010 Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,62 Уч.-изд. л. 1,51 Тираж ] 00 Заказ 535 Типография ДВГТУ, 690990, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Бондарь, Евгения Игоревна

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9 2.1 .Современные ДНК маркеры

2.1.1. Митохондриалъная ДНК

2.1.2. Микросатешитные локусы ядерной ДНК

2.2.Стохастические процессы в природных популяциях

2.3.Таксономическое положение объектов исследования

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

3.1.Характеристика выборок

3.2.Выделение ДНК

3.3.РСК-КРЬР анализ митохондриальной ДНК

3.3.1. Амплификация ДНК

3.3.2. Рестриктазный анализ фрагментов мтДНК

3.3.3. Статистический анализ мтДНК

3.4. Анализ микросателлитных локусов ядерной ДНК

3.4.1. Ал тлификация ДНК

3.4.2. Статистический анализ микросателлитных локусов

4. РЕЗУЛЬТАТЫ 48 4.1 .РСЯ-КТЪР анализ мтДНК гольцов рода БаЬеИпиБ

4.1.1. Общее описание гетерогенности популяций 48 4.2.Анализ микросателлитных локусов в популяциях гольцов рода БаЬеИпш

4.2.1. Описание гетерогенности популяций

5. ОБСУЖДЕНИЕ 92 5.1.Анализ митохондриальной ДНК популяций гольцов рода За/уе/шш: 92 5.1.1. Влияние изоляции на изменчивость мтДНК в популяциях гольцов рода БаЬеНпш

5.2.Анализ микросателлилных локусов ядерного генома популяций гольцов рода Salvelinus 105 5.2.1. Влияние изоляции на микросателлитные локусы в популяциях гольцов рода Salvelinus

Введение Диссертация по биологии, на тему "Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus"

Актуальность проблемы

Генетическая изменчивость является одним из, важнейших факторов, определяющих скорость и направление эволюции видов и популяций: Уровень генетического разнообразия: определяется естественным отбором, мутациями, миграциями и случайным дрейфом генов. (Алтухов, 2003). Степень влияния каждого из этих процессов может быть различной как во времени, так и в пространстве. Предполагается, что чем выше будет генетическая изменчивость в популяциях и вида в целом, тем дольше они смогут оставаться в стабильном состоянии в меняющихся условиях окружающей среды.

Генетическая изменчивость возникает за счет мутаций, таких как замена нуклеотидов, инсёрции/делеции, конверсия; гена и рекомбинация. Большинство мутаций несут отрицательный эффект и; элиминируются из популяции за счет дрейфа генов или отбора: Предполагается, что именно селективно нейтральные мутации вовлечены в определение генетического разнообразия всей популяции и, таким образом, участвуют в процессе эволюции (Клтига, 1968).

Для большинства видов* характерно наличие хорошо выраженной внутривидовой; популяционной структуры, при которой- часть особей ограничена; от других групп физическими или временными барьерами, и обмен генами между ними минимален или не происходит вовсе. Такая структура позволяет не только поддерживать максимальное генетическое разнообразие, но и более эффективно реагировать на изменения условий обитания. В то же время,, небольшие популяции намного сильнее подвержены смещениям частот аллелей при случайном отборе гамет, что связано с низкой эффективной численностью популяции, и им необходим гораздо больший поток генов, чтобы оставаться на том же уровне дифференцировки.

В большей степени стохастические процессы выражены в популяциях с небольшой численностью, а также в изолированных популяциях, сформировавшихся как в силу естественных причин (при возникновении физических преград и заселении новых регионов), так и в результате антропогенного воздействия (акклиматизации или инвазии). При формировании новых популяций, а также видов в ходе аллопатрического видообразования, происходит смещение распределения частот аллелей и данный процесс принято I считать "эффектом основателя" (Майр, 1968). Сходная картина потери изменчивости наблюдается и при4 резком снижении численности популяции, вызванной изменениями условий обитания как природного (изменение климатических условий), так искусственного характера (чрезмерный промысел, строительство дамб). В случае изменения популяционной численности и связанного с ним изменения генетического разнообразия принято говорить о прохождениипопуляции через "горлышко бутылки".

Потеря генетического разнообразия, как в случае "эффекта основателя", так и "горлышка бутылки", отрицательно сказывается на приспособленности особей, популяции и вида в целом и может привести к вымиранию. В последние десятилетия в связи с усилившимся антропогенным воздействием, стало особенно важным вовремя выявить популяции, подвергшиеся действию дрейфа генов, и предотвратить дальнейшее снижение генетического разнообразия. Поэтому весьма актуальным становится изучение процессов, происходящих в природных изолированных системах, что позволит разработать систему мониторинга генетических изменений, вызванных прохождением популяции через "горлышко бутылки", которое, в свою очередь, может привести к быстрой потере генетической изменчивости, фиксации негативных аллелей, а также к инбредной депрессии (Ьшкат! е1 а1., 1998).

Показано, что особенно быстрое снижение уровня генетического разнообразия происходит в первые несколько десятков лет после становления» изоляции, и поэтому изучение быстро эволюционирующих генетических маркеров, таких как митохондриальная ДНК и микросателлитные локусы ядерной ДНК, может выявить причины изменений, происходящих в популяциях, и их направленность. Являясь селективно нейтральными и высокополиморфными, данные генетические маркеры особенно чувствительны к изменениям популяционной структуры и способны фиксировать даже самые незначительные смещения^ генетического разнообразия в популяциях (Lui, Cordes, 2004).

Влияние дрейфа генов на популяции^ было изучено на многих видах (обзоры: Салменкова, 2008; Dlugosch, Parker, 2008), но большинство- работ проведены или для- отдельного' случая популяционной изоляции; или с использованием- одного маркера. Поэтому для описания влияния изоляции» на« генетические характеристики популяций был изучен ряд популяций гольцов рода Salvelinus, обладающих высокой- экологической пластичностью, позволяющей" им осваивать самые разнообразные биотопы, что делает их превосходным модельным объектом. Для получения полной картины изменения генетического разнообразия популяций был проведен'анализ как митохондриальной ДНК, так и микросателлитных локусов ядерной ДНК.

Цели и задачи исследования

Цель данной^ работы состояла* в изучении* генетических процессов, происходящих в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus. Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Оценить молекулярное разнообразие в изолированных и контрольных популяциях Salvelinus malma malma и- Salvelinus malma krascheninnikovi на основе анализа рестрикционного полиморфизма трех участков, митохондриальной ДНК и 10 микросателлитных локусов ядерной ДНК.

3. Дать оценку вероятности прохождения изолированными* популяциями через стадию низкой численности, сравнить результаты тестирования для разных статистических моделей.

4. Проанализировать исторические причины формирования-современной генетической структуры изолированных популяций гольцов.

5. Оценить возможность использования митохондриальной ДНК и микросателлитных локусов для выявления случайного дрейфа генов в природных популяциях.

Научная новизна

Впервые проведен сравнительный анализ изменчивости мтДНК и микросателлитных локусов в изолированных и контрольных популяциях S. malma malma и S. malma krascheninnikovi. Проанализированы исторические причины формирования современной генетической структуры изолированных популяций. С использованием разных статистических моделей проведена оценка вероятности прохождения популяциями через "горлышко бутылки". Дана оценка возможности использования митохондриальной ДНК и микросателлитных локусов для выявления случайного дрейфа генов в природных популяциях.

Теоретическая и практическая значимость

Анализ генетической изменчивости S. malma malma и S. malma krascheninnikovi важен для понимания процессов, происходящих в изолированных популяциях, подверженных влиянию случайного генетического дрейфа. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга состояния искусственно воспроизводимых популяций и природных изолированных систем.

Публикации и апробация результатов

По теме диссертации опубликовано 3 работы в журналах из списка, рекомендованного ВАК. Результаты работы были представлены на российских и международных конференциях: Конференция студентов, аспирантов и молодых ученых НОЦ ДВГУ "Морская биота" (Владивосток, 2006); X Международная молодежная конференция по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2006); Международная конференция "Modern Achievements in Population, Evolutionary and Ecological Genetics" (MAPEEG) (Владивосток, 2007); Международная конференция "Генетика, селекция, гибридизация, племенное дело и воспроизводство рыб" (Санкт-Петербург, 2008); 6th International charr symposium (Стерлинг, Великобритания, 2009); V съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 200-летию со дня рождения Чарльза Дарвина (Москва, 2009).

Объем работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов, обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 154 наименования, в том числе 114 на иностранных языках. Работа изложена на 166 страницах, содержит 30 таблиц и 12 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Бондарь, Евгения Игоревна

ВЫВОДЫ

3. В искусственно изолированной популяции S. malma krascheninnikovi (p. Седанка) за 70 лет произошло снижение изменчивости мтДНК и микросателлитных локусов ядерной ДНК, что соответствует теории о потере генетического разнообразия при искусственной фрагментации ареала. В то же время показано, что искусственная фрагментация при непродолжительном периоде изоляции практически не оказывает влияния на показатели молекулярного разнообразия популяции (S. malma malma, руч. Лагерного).

4. Генеалогия гаплотипов мтДНК S. malma malma и результаты тестирования распределения изменчивости микросателлитных локусов на основе пошаговой мутационной модели и индекса М свидетельствуют о прохождении фазы низкой численности, которая может быть связана с предковой популяцией. Высокий уровень молекулярного разнообразия мтДНК, наряду с пониженной изменчивостью микросателлитных локусов в жилой популяции S. malma malma (кл. Холодный), предположительно, может быть обусловлен локальными благоприятными условиями, достаточными пищевыми ресурсами и исходно большим эффективным размером популяции.

5. В интродуцированной популяции S. malma malma (оз. Крокур) за короткий промежуток времени произошло значительное снижение разнообразия мтДНК, что соответствует вероятному распределению частот гаплотипов при случайном генетическом дрейфе. Потеря изменчивости микросателлитных локусов соответствует изменениям, связанным с инбридингом, а не ожидаемым потерям гетерозиготности из-за небольшой эффективной численности интродуцированных выборок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нейтральные генетические маркеры показывают изменения популяционной структуры, но не способны выявить изменения количественных признаков, влияющих на адаптацию, таких как возраст созревания,1 скорость роста и миграционное поведение (Saisa et al., 2003). Было показано, что в популяциях, подвергшихся фрагментации ареала, отбор направлен против особей больших размеров, в сторону увеличения скорости созревания и выживаемости молоди (Letcher et al., 2007; Morita et al., 2009). В связи с тем, что мтДНК и микросателлитные локусы являются нейтральными маркерами, а большинство популяций уже имели локальные адаптации к условиям обитания, действием направленного отбора можно пренебречь.

Сравнение двух групп маркеров (Dueck, 1994; O'Connell et al., 1996) показало, что число гаплотипов мтДНК может быть идентично числу аллелей, наблюдаемых по микросателлитным локусам, но при этом данные по одному или нескольким локусам могут выявить значительно большие уровни дифференцировки популяций. Это может быть связано со смещением состава полов и/или большим репродукционным успехом молодых особей. Если же мтДНК менее изменчива, по сравнению с микросателлитными локусами, то высокий уровень разнообразия может отражать более высокую скорость мутаций микросателлитных локусов, а не демографическую ситуацию (O'Connell, Wright, 1997). Также очень высокий уровень аллельного разнообразия у некоторых рыб, обитающих в холодных водах, предполагает, что микросателлиты могут быть чувствительными только к прохождению популяции через очень "узкое" "горлышко бутылки" (Brooker et al., 1994; McConnell et al., 1995). Даже самое резкое снижение размера популяции может быть замаскировано быстрым ■ увеличением численности, при котором сохраниться большая часть генетического разнообразия (Neville et al., 2007).

Так снижение разнообразия гаплотипов мтДНК и аллозимных локусов ядерной ДНК популяций S. malma malma сопровождается увеличением изменчивости микросателлитных локусов. При этом тестирование популяций северной мальмы на прохождение через "горлышко бутылки" оказалось достоверным не только для изолированных популяций, но и для популяций проходной S. malma malma р. Кроноцкая и р. Ола, а также руч. Кулькуты. Таким образом, полученные нами данные сравнительной изменчивости митохондриальных и ядерных генов свидетельствуют о прохождении предковыми популяциями S. malma malma "горлышка бутылки".

В пользу древнего происхождения S. malma krascheninnikovi свидетельствуют данные PCR-RFLP анализа (Олейник и др., 2002, 2005, 2010), результаты аллозимного (Осинов, 2001, 2002), а также кариологического анализов (Фролов, 2000). Кажущееся несоответствие изменчивости микросателлитных локусов популяций S. malma malma и S. malma krascheninnikovi не противоречит данным выводам. В то время как популяции S. malma krascheninnikovi длительное время существовали в стабильных условиях при отсутствии значительных изменений численности, популяции S. malma malma потеряли большую часть изменчивости во время последнего оледенения. После окончания висконсинского оледенения последовало расселение S. malma malma по тихоокеанскому побережью (Currents et al., 2003; Redenbach, Taylor, 2002), что сопровождалось увеличением численности. В связи с высокой скоростью мутирования и особенностями наследования микросателлитных локусов, произошло увеличение изменчивости микросателлитных локусов ядерного генома при сохранении низкого уровня разнообразия митохондриальных генов. Показано, что в популяциях, обитающих в холодных водах и на недавно колонизированных территориях, наблюдаются более высокие уровни генетического разнообразия (Brooker et al., 1994; McConnell et al., 1995; Roman, 2006). Также возрастанию уровня гетерозиготности, возможно, способствовали экстремальные условия обитания, которые увеличивают разнообразие ядерного генома в связи с более жесткими формами селективных процессов, при которых может происходить уменьшением разнообразия мтДНК (Малярчук, Соловенчук, 1997).

В пользу недавнего расселения и увеличения численности также говорит слабая дифференциация популяций S. malma malma по мтДНК и микросателлитным локусам (Олейник и др., 2002, 2005, 2007; Currens et al., 2003; Crane et al., 2004, 2005). Все значимые значения F^ микросателлитных локусов оказались на порядок ниже по сравнению со значениями мтДНК между теми же регионами. Это может быть связано с тем, что при достижении популяцией равновесия при одинаковом дрейфе генов у обоих полов меньший эффективный размер популяции по мтДНК дает более высокие значения Fsb4eM ядерные маркеры (Keeney et al., 2005).

Эффект дрейфа генов был выявлен как по митохондриальной ДНК, так и по микросателлитным локусам для популяций S. malma krascheninnikovi ручья Безымянного, а также рек Шамора и Седанка. В то же время, для остальных модельных систем на фоне снижения разнообразия гаплотипов мтДНК наблюдалось увеличение изменчивости микросателлитных локусов.

Причина кажущегося несоответствия данных анализа митохондриального и ядерного геномов связана со способом наследования мтДНК. Эффект "горлышка бутылки" может понижать разнообразие мтДНК, за счет снижения количества самок, в то время как ядерное разнообразие может оставаться на том же уровне или восстанавливаться за счет большой скорости мутирования микросателлитных локусов у обоих полов (Keeney et al., 2005). Так, было установлено, что в искусственных популяциях Salmo clarki может сохраниться около 80% ядерной генетической изменчивости естественной популяции (Allendorf, Phelps, 1980). С другой стороны, также известно, .что разнообразие мтДНК при искусственном разведении уменьшается в 4 раза

Gyllensten, Wilson, 1987). Совместный анализ мтДНК и микросателлитных локусов в изолированных озерных популяциях арктического гольца также показал, что, при одинаковой интенсивности дрейфа генов при прохождении популяцией "горлышка бутылки", она гораздо быстрее теряет изменчивость мтДНК, чем ядерных генов (Brunner et al., 1998).

В популяциях р. Лесной, оз. Крокур и руч. Лагерного наблюдается постепенный переход к гомогенному состоянию по митохондриальным генам, но при этом недостаточно резкое снижение разнообразия ядерных генов. Такая же картина может быть связана с достаточной эффективной численностью популяции для сохранения изменчивости ядерной, но не митохондриальной ДНК. Сравнительный анализ митохондриальной ДНК и микросателлитных локусов ядерной ДНК Австралийских кенгуровых крыс Potorous gilbertii также выявил значительное снижение изменчивости мтДНК, но не микросателлитных локусов (Sinclair et al., 2002). Подобная картина может наблюдаться при недавнем прохождении популяцией через "горлышко бутылки", что связано с особенностями наследования двух независимых маркеров.

Популяция ключа Холодного показывает незначительное снижение изменчивости по ядерным генам, а по уровню гаплотипическош разнообразия соответствует озерным популяциям, что может говорить о длительном стабильном существовании данной популяции. В то же время, более низкие показатели изменчивости микросателлитных локусов могут свидетельствовать как о прохождении предковой популяцией "горлышка бутылки", так и об отсутствии потока генов между жилой популяцией кл. Холодного и проходной мальмой.

Ранее было показано (Garza, Williamson, 2001; Neville et al., 2007), что генетический ответ на "горлышко бутылки" может зависеть от многих факторов: продолжительность поколений, жизненного цикла, степени демографического спада, современного уровня дрейфа генов, а также природы демографической депрессии. Даже самое жесткое "горлышко бутылки" может быть замаскировано быстрым увеличением численности, при котором сохранится большая часть генетического разнообразия (Neville et al., 2007). Поэтому для; достоверного выявления с эффекта "горлышка бутылки" было использовано несколько тестов-основанных на разных подходах.

Тесты нейтральности митохондриальной ДНК (Taj ima, 1989) и Фу (Fu, 1997) оказались, достоверными только для трех исследованных популяций и свидетельствуют об изменениях популяционной численности, которые могут; быть представлены как увеличением численности (Drummond; Suchard, 2008; Yang, 2008), так прохождением популяции через "горлышко бутылки" (Tajima, 1989; Peek et al., 2000). В тоже время отмечается (Simonsen et al., 1995; Peek et al., 2000), что разрешающая способность этихтестов достаточно низкая и в большей степени зависит от объема выборки; Кроме того, тесты могут фиксировать только, недавнее прохождение популяцией через "горлышко бутылки". Таким образом, количество особей; использованное нами при анализе, могло быть недостаточным для получения адекватных, оценок нейтральности мтДНК.

Чувствительность анализа микросателлитных локусов ядерного генома возрастает как при увеличении количества анализируемых особей, так и числа локусов.: При, объеме выборки в 30 особей, проанализированных по 10 микросателлитным локусам, вероятность определения прохождения; популяции через "горлышко бутылки" составит 80% (Luikart et al., 1998; Saisa et all, 2003). При этом; чувствительность анализа зависит как от количества поколений, прошедших после "горлышка бутылки", так и эффективного размера популяции (Luikart et al., 1998).

Несмотря на то, что смещение распределения! частот аллелей наиболее чувствительно к прохождению популяцией через "горлышко бутылки" нарушения распределения может и не наблюдаться или будет незначительным. Основными причинами подобного нарушения могут быть: "горлышко бутылки" было достаточно давно (более. 100 поколений назад); снижение численности было незначительным; количество исследованных локусов/особей было недостаточно для выявления "горлышка бутылки"; выборка оказалась нерепрезентативной; популяция прошла через демографическое, а не генетическое "горлышко бутылки"; популяция изолирована не полностью и происходит восполнение генетического разнообразия за счет миграции, маскирующей эффект "горлышка бутылки" (Luikart et al., 1998).

Не во всех популяциях также был выявлен эффект "горлышка бутылки" с использованием индекса М, что может быть связано с непродолжительным периодом "горлышка бутылки" или незначительным снижением численности (Garza, Williamson, 2001; Neville et al., 2007). Было показано, что в популяциях Oncorhynchus пегка Аляски, о резких снижениях численности которых известно, индекс М оказался выше порогового значения в 0.7, что соответствует равновесным популяциям (Habicht et al., 2004). Это может быть связано с тем, что кратковременное снижение численности популяции может незначительно влиять на генетическую изменчивость (Neville et al., 2007).

Таким образом, выявление прохождения популяцией через "горлышко бутылки" по митохондриальным и ядерным генам будет в большей степени зависеть не только от времени прохождения популяцией фазы низкой численности (наиболее заметным эффект "горлышка бутылки" будет по прошествии нескольких десятков поколений), но также эффективного размера оставшейся популяции (при этом проявление эффекта "горлышка бутылки" будет заметнее при анализе мтДНК).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бондарь, Евгения Игоревна, Владивосток

1. Айала Ф. Введение в популяционную и эволюционную генетику. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 232 с.

2. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях: Учеб. Пособие. 3-е изд., перераб. и доп. / Алтухов Ю.П.; Отв. Ред. Животовский Л.А. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. 431 с.

3. Берг Л.С. Рыбы пресных вод СССР и сопредельных стран. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1948. Ч. 1. 467 с.

4. Брыков Вл.А., Кириллова О.Н., Кухлевский А.Д., Полякова Н.Е, Скурихина Л.А. Анализ изменчивости митохондриальной ДНК у кеты Oncorhynchus keta (Walbaum) в популяциях рек Приморья и Сахалина // Генетика. 2000. Т. 36, № 10. С. 1388-1393.

5. Волобуев В.В. О карликовых ручьевых гольцах рода Salvelinus (Nilsson) Richardson материкового побережья Охотского моря // Труды биолого-почвенного института. 1978. Т. 49. С. 96-111.

6. Глубоковский М.К., Черешнев И.А. Спорные вопросы филогении гольцов рода Salvelinus Голарктики. 1. Изучение проходных гольцов бассейна Восточно-Сибирского моря // Вопросы ихтиологии. 1981. Т. 21. Вып. 5. С. 771-786.

7. Глубоковский М.К. Эволюционная биология лососевых рыб. М.: Наука, 1995. 343 с.

8. Гриценко О.Ф. Систематика и происхождение сахалинских гольцов рода Salvelinus II Тр.ВНИРО. 1975. Т. 106. С. 160.

9. Гриценко О.Ф., Савваитова К.А., Груздева М.А., Кузищин К.В. О таксономическом положении гольцов рода Salvelinus Северных Курильских островов // Вопросы ихтиологии. 1998. Т. 38, № 2. С. 189-198.

10. Дубинин Н. П., Ромашов Д.Д. Генетическое строение вида и его эволюция // Биол. Журн. 1932. Т. 1, № 5/6. С. 52-95.

11. Короткий Ф.М., Пушкарь B.C., Гребенникова Т.А. Морские террасы и четвертичная история шельфа Сахалина. Владивосток: Дальнаука, 1997. 195 с.

12. Крохин Е.М., Куренков И.И. Кратерное озеро Крокур у истоков р. Кроноцкой // Материалы по исследованию озер Камчатки. Петропавловск-Камчатский: Камчатское отделение ТИНРО, 1953. 12 с.

13. Линдберг Г.У. Крупные колебания уровня океана в четвертичный период. Биогеографические обоснования гипотезы. Л.: Наука, 1972. 548 с.

14. Льюин Б. Гены. М.: Мир, 1987. 544 с.

15. Майр Э. Зоологический вид и эволюция. М.: Мир, 1968. 597 с.

16. Малярчук Б.А., Соловенчук Л.Л. Отрицательная связь между разнообразием ядерного и митохондриального геномов в популяциях арктических монголоидов северо-восточной Азии // Генетика. 1997. Т. 33, №4. С. 532-538.

17. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. М.: Мир, 1984. 479 с.

18. Олейник А.Г., Скурихина Л.А., Брыков Вл.А. Дивергенция мальмы Salvelinus malma в Азиатской части Северной Пацифики по данным PCR-RFLP анализа митохондриальной ДНК // Генетика. 2002. Т. 38, № 10. С. 1393-1401.

19. Олейник А.Г., Скурихина Л. А., Брыков Вл.А. Генетическая дифференциация трех симпатричных видов гольцов рода Salvelinus по данным PCR-RFLP анализа митохондриальной ДНК // Генетика. 2003. Т. 39, №8. С. 1099-1105.

20. Олейник А.Г., Скурихина Л.А., Брыков Вл.А. Дифференциация мальмы Salvelinus malma и гольца Таранца Salvelinus taranetzi по данным PCR-RFLP анализа митохондриальной ДНК // Генетика. 2004. Т. 40, № 3. С. 300-306.

21. Олейник А.Г., Скурихина Л.А., Брыков Вл.А., Крэйн П.А., Венбург Дж.К. Дифференциация мальмы Salvelinus malma Азии и Северной Америкипо данным PCR-RFLP анализа митохондриальной ДНК // Генетика. 2005. Т. 41, №5. С. 626-634.

22. Олейник А.Г., Скурихина JI.A., Чукова Е.И. Влияние изоляции на генетические характеристики популяций гольцов рода Salvelinus // Генетика. 2007. Т. 43, № 9. С. 1209-1217.

23. Олейник А.Г., Скурихина JI.A., Чукова Е.И. Филогеография южной азиатской мальмы Salvelinus malma krascheninnikovi: генеалогический анализ митохондриальной ДНК // Генетика. 2010. Т.46, № 2. С. 226-238.

24. Омельченко В.Т., Никифоров С.Н., Малинина Т.В. Аллозимная изменчивость и генетическая дифференциация популяций мальмы {Salvelinus malma Walbaum) Юго-Восточного Сахалина // Генетика. 1998. Т. 34, № 12. С. 1655-1660.

25. Омельченко В.Т., Салменкова Е.А., Шедько' C.B. Аллозимная изменчивость и генетическая дивергенция мальмы {Salvelinus malma Walbaum) Курильских островов // Генетика. 2002. Т. 38, № 9. С. 1259-1269.

26. Осинов А.Г., Павлов С.Д. Аллозимная изменчивость и генетическая дивергенция популяций Арктического гольца и мальмы {Salvelinus alpinus — Salvelinus malma complex) //Вопросы ихтиологии. 1998. T. 38, № 1. С. 47-61.

27. Осинов А.Г. Эволюционные взаимоотношения между основными таксонами Salvelinus alpinus — Salvelinus malma complex: результаты сравнительного анализа аллозимных данных разных авторов // Вопросы ихтиологии. 2001. Т. 41, № 2. С. 167-183.

28. Осинов А.Г. Северная форма мальмы Salvelinus malma Азии и Северной Америки: Аллозимная изменчивость, генетическая дифференциация и происхождение // Вопросы ихтиологии. 2002. Т. 42, № 5. С. 664-677.

29. Осинов А.Г., Гордеева Н.В. Изменчивость микросателлитной ДНК и генетическая дифференциация популяций жилой формы мальмы Salvelinus malma krascheninnikovi Сахалина // Вопросы ихтиологии. 2008. Т. 48, № 6. С. 723-738.

30. Осинов А.Г., Мюге Н.С. Изменчивость контрольного района митохондриальной ДНК в популяциях южной формы мальмы {Salvelinus malma krascheninnikovi) Сахалина // Генетика. 2008. Т. 44, № 12. С. 16681676.

31. Решетников Ю.С., Богуцкая Н.Г., Васильева Е.Д., Дорофеева Е.А., Насека A.M., Попова O.A., Савваитова К.А., Сиделева В.Г., Соколов JI. И. Список рыбообразных и рыб пресных вод России // Вопросы ихтиологии. 1997. Т. 37, № 6. С. 723-771.

32. Савваитова К.А. Арктические гольцы. М.: Агропромиздат, 1989. 224с.

33. Саики Р., Гиленстен У., Эрлих Г. Полимеразная цепная реакция // Анализ генома. Методы: Пер. с англ. /Под. Ред. Дейвиса К. М.: Мир, 1990. С. 176-189.

34. Салменкова Е.А., Омельченко В.Т. Популяционно-генетическая структура мальмы {Salvelinus malma Walbaum) юго-восточного Сахалина и южных Курильских островов // Генетика. 2000. Т. 36, № 8. С. 1100-1110.

35. Салменкова Е.А., Омельченко В.Т., Радченко O.A., Гордеева Н.В., Рубцова Г.А., Романов Н.С. Генетическая дивергенции гольцов рода Salvelinus Кроноцкого озера (полуостров Камчатка) // Генетика. 2005. Т. 41, №8. С. 1096-1107.

36. Салменкова Е.А. Популяционно-генетические процессы при интродукции рыб // Генетика. 2008. Т. 44, № 7. С. 874-884.

37. Фролов C.B., Фролова В.Н., Молодиченко A.B. Кариотип мальмы Salvelinus malma реки Яма и таксономический статус северной и южной мальмы // Биология моря. 1997. Т. 23, № 25. С. 309-313.

38. Фролов С.И. Изменчивость и эволюция кариотипов лососевых рыб. Владивосток: Дальнаука, 2000. 229 с.

39. Черешнев И.Л. Фауна, систематика и родственные связи пресноводных рыб Восточной Чукотки // Экология и систематикапресноводных организмов Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1983. С. 89-108.

40. Черешнев И.А., Волобуев В.В., Шестиков А.В., Фролов С.В. Лососевидные рыбы Северо-востока России. Владивосток: Дальнаука, 2002. 496 с.

41. Allendorf F.W., Phelps S.R. Loss of genetic variation in a hatchery stock of cutthroad trout // Transactions of the American Fisheries Society. 1980. Vol. 109. P. 537-543.

42. Allendorf F.W. Genetic drift and the loss of alleles versus heterozygosity // Zoo Biol. 1986. Vol. 5. P. 181-190.

43. Armstrong R.H., Morrow J.E. The Dolly Varden charr, Salvelinus malma // Chars, salmonid fishes of the genus Salvelinus. The Hague: Dr. W. Junk. 1980. P. 99-140.

44. Avise J.C. Phylogeography. The history and formation of species. U.K.: Harvard Univ. Press, Cambridge, 2000. 447 p.

45. Balloux F.O., Lugon-Moulin N. The estimation of population differentiation with microsatellite markers // Mol. Ecol. 2002. Vol. 11. P. 155-165.

46. Behnke R.J. A systematic review of the genus Salvelinus II Charrs, salmonid fishes of the genus Salvelinus. The Hague: Dr. W. Junk. 1980. P. 441480.

47. Behnke R.J. Organizing the diversity of the arctic charr complex // Biology of the arctic charr. Proc. Int. Simp, on Arctic charr, Winnipeg, Manitoba, May 1981. Winnipeg: Univ. Manitoba Press. 1984. P. 3-21.

48. Behnke RJ. Interpreting the phytogeny of Salvelinus // Physiol. Ecol. Japan. Spec. 1989. Vol. 1. P. 35-48.

49. Bernatchez L., Dodson J.J., Boivin S. Population bottlenecks: influence on mitochondrial DNA diversity and its effect in coregonine stock discrimination // J. Fish. Biol. 1989. Vol. 35, (suppl. A). P. 233-244.

50. Bernatchez L., Dodson J.J. Phylogenetic relationships among Palearctic and Nearctic whitefish (Coregonus sp.) populations as revealed by mitochondrial DNA variation // Can. J. Fish. Aquat. Sei. 1994. Vol. 51, (suppl. 1). P. 240-251.

51. Bernatchez L. The evolutionary history of brown trout (Salmo trutta L.) inferred from phylogeographic, nested clade, and mismatch analyses of mitochondrial DNA variation // Evolution. 2001. Vol. 55. P. 351-379.

52. Billington N., Hebert P.D.N. Mitochondrial DNA diversity in fishes and its implications for introductions // Can. J. Fish. Aquat. Sei. 1991. Vol. 48, (suppl.). P. 80-94.

53. Brook B.W., Tonkyn D.W., O'Grady J.J., Frankham R. Contribution of inbreeding to extinction risk in threatened species // Conserv. Ecol. 2002. Vol. 6, № 1. online. http://www.consecol.org/vol6/issl/artl6/

54. Brooker A.L., Cook D., Bentzen P., Wright J.M., Doyle R.W. Organization of microsatellites differs between mammals and cold-water teleost fishes // Can. J. Fish. Aquat. Sei. 1994. Vol. 51. P. 1959-1966.

55. Brunner P.C., Douglas M.R., Osinov A., Wilson C.C., Bernatchez L. Holarctic phylogeography of arctic charr (Salvelinus alpinus L.) inferred from mitochondrial DNA sequences // Evolution. 2001. Vol. 55. P. 573-586.

56. Brykov Vl.A., Polyakova N.E., Skurikhina L.A., Kukhlevskii A.D. Geographical and temporal mitochondrial DNA variability in populations of pink salmon // J. Fish. Biol. 1996. Vol. 48, № 5. P. 899-909.

57. Cavender T.M., Kimura S. Cytotaxonomy and interrelationships of Pacific basin Salvelinus // Physiol. Ecol. Jap. Spec. 1989. Vol. 1. P. 49-68.

58. Churikov D., Matsuoka M., Luan X. Assessment of concordance among genealogical reconstructions from various mtDNA segments in three species of Pacific salmon (genus Oncorhynchus) // Mol. Ecol. 2001. Vol. 19. P. 2329—2339.

59. Comuet J.M., Luikar G. Description and power analysis of two tests for detecting recent population bottlenecks from allele frequency data // Genetics. 1996. Vol. 144. P. 2001-2014.

60. Crane P.A., Seeb L.W., Seeb J.E. Genetic relationships among Salvelinus species inferred from allozyme data// Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1994. Vol. 51, № i. P. 182-197.

61. Crane P., DeCicco F., Speannan В., Wenburg J. Genetic diversity of Dolly Varden populations in Norton and Kotzebue Sounds // Alaska Fisheries Technical Report Number 80. 2005. 26 p.

62. Currens K.P., Griswold K.E., Reeves G.H. Relations between Dolly Varden populations and between coastal cutthroat trout populations in Prince William Sound // Restoration Project 98145. Final report. 2003. 85 p.

63. DeCicco F., Reist J. Distribution of Dolly Varden, Salvelinus malma, in north-east Asia. Proceedings of the eighth and ninth ISACF workshops on Arctic char, 1996 and 1998 // ISACF Infonn. 1999. № 7. P. 13-18.

64. Dieringer D., Schlotterer C. Microsatellite Analyzer (MSA): a platform independent analysis tool for large microsatellite data sets // Molecular Ecology Notes. 2003. Vol. 3. P. 167-169.

65. Dlugosch K.M., Parker I.M. Founding events in species invasions: genetic variation, adaptive evolution, and the role of multiple introductions // Mol. Ecol. 2008. Vol. 17. P. 431-449.

66. Drummond A.J., Suchard M.A. Fully Bayesian tests of neutrality using genealogical summary statistics // BMC Genetics. 2008. Vol. 9. 68 p.

67. Dudash M.R., Fenster C.B. Inbreeding and outbreeding depression, in fragmented populations // Genetics, demography and viability of fragmented populations. U. K.: Cambridge, 2000. P. 35-54.

68. Dueck L.A. Population divergence of introduced rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) in the Lake Ontario watershed, based on the mitochondrial genome // M. Sc thesis. Univ. of Guelph. Canada. 1994. P. 173.

69. Estoup A., Presa P., Krieg F., Vaimant D., Guyomard R. (CT)n and (GT)n microsatellites: a new class of genetic markers for Salmo trutta L. (brown trout) // Heredity. 1993. Vol. 71. P. 488-496.

70. Everett R.J., Wilmot R.L., Krueger C.C. Population genetic structure of Dolly Varden from Beafourt sea drainages of Northern Alaska and Canada // Am. Fish. Soc. Symp. 1997. Vol. 19. P. 240-249.

71. Excoffier L., Smouse P.E., Quattro J.M. Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: application to human mitochondrial DNA restriction data // Genetics. 1992. Vol. 131. P. 479-491.

72. Excoffier L., Smouse P.E. Using allele frequencies and geographic subdivision to reconstruct gene trees within a species: molecular variance parsimony // Genetics. 1994. Vol. 136. P. 343-359.

73. Ezard T.H.G., Travis J.M.J. The impact of habitat loss and fragmentation, on genetic drift and fixation time // OIKOS. 2006. Vol. 114. P. 367-375.

74. Felsenstein J. PHYLIP: Phylogeny Inference Package. Ver. 3.4 // Dept. Genome Sci. Biol. Univ. Wash. Seattle. WA. USA. 2004. http://evolution.gs.washington.edu/phylip/software.html.

75. Fu Y.-X. Statistical tests of neutrality of mutations against population growth, hitchhiking and backgroud selection // Genetics. 1997. Vol. 147. P. 915925.

76. Garza J.C., Williamson E.G. Detection of reduction, in population size using data from microsatellite loci // Mol. Ecol. 2001. Vol. 10. P. 305-318.

77. Gharrett A.J., Gray A.K., Brykov V.A. Mitochondrial DNA variation in Alaskan coho salmon, Onchorhynchus kisutch II Fish. Bull. 2001. Vol. 99. P. 528544.

78. Goodman S J. RSt Calc: a collection of computer programs for calculating estimates of genetic differentiation from microsatellite data and determining their significance // Mol. Ecol. 1997. Vol. 6. P. 881-885.

79. Gordeeva N.V., Chukova E.I., Oleinik A.G. Microsatellite genetic variation of Asian populations of Dolly Varden char // Hydrobiologia. 2010. Vol. 650, № l.P. 133-144.

80. Goudet J. FSTAT, a Program to estimate and test gene diversities and fixation indices (Version 2.9.3) // 2001. http://www.unil.ch/zea/ softwares/fstat.html.

81. Gyllensten U.B., Wilson A.C. Mitochondrial DNA of salmonids: inter-and intraspecific variability detected with restriction enzymes // Population genetics and fishery management. Seattle: Univ. Washington Press, 1987. P. 301317.

82. Hartley S.E., Bartlett S.E., Davidson W.S. Mitochondrial DNA analysis of Scottish populations of Arctic charr, Salvelinus alpinus (L.) // J. Fish. Biol. 1992. Vol. 40. P. 219-224.

83. Hedrick P.W. Applications of population genetics and molecular techniques to conservation biology // Genetics, demography and viability of fragmented populations. U. K.: Cambridge, 2000. P. 113-126.

84. Hey J. Mitochondrial and nuclear genes present conflicting portraits of human origins // Mol. Biol. Evol. 1997. Vol. 14, № 2. P. 166-172.

85. Kanda N., Allendorf F.W. Genetic population structure of Bull trout from the Flathead River basin as shown by microsattelites and mitochondrial DNA markers // Transactions of the American Fisheries Society. 2001. Vol. 130. P. 92106.

86. Kimura M. Evolutionary rate at the molecular level // Nature. 1968. Vol. 217. P. 624-626.

87. Letcher B.H., Nislow K.H., Coombs J.A., O'Donnell M.J., Dubreuil T.L. Population response to habitat fragmentation in a stream-dwelling Brook Trout population // PLoS ONE 2(11): el 139. 2007.

88. Liu Z.J., Cordes J.F. DNA marker technologies and their applications in aquaculture genetics // Aquaculture. 2004. Vol. 238. P. 1-37.

89. Luikart G., Allendorf F.W., Cornuet J.-M., Sherwin W.B. Distortion of allele frequency distributions provides a test for recent population bottlenecks // The American Genetic Association. 1998. Vol. 89. P. 238-247.

90. Luikart G., Sherwin W.B., Steele B.M., Allendorf F. W. Usefulness of molecular markers for detecting population bottlenecks via monitoring genetic change // Mol. Ecol. 1998. Vol. 7. P. 963-974. .

91. Maruyama T., Fuerst P.A. Population bottlenecks and nonequilibrium models in population genetics. II. Number of alleles in a small population that was formed by a recent bottleneck // Genetics. 1985. Vol. 111. P. 675-689.

92. Marvaldi A.E., Sequeira A.S., O'Brien C.W., Farrell B.D. Molecular and morphological phylogenetics of weevils (Coleoptera, Curculionoidea): Do niche shifts accompany diversification? // Syst. Biol. 2002. Vol. 51, № 5. P. 761-785.

93. McElroy D., Moran P., Bermingham E., Kornfield I. REAP: an integrated environment for the manipulation and phylogenetic analysis of restriction data // J. Heredity. 1992. Vol. 83. P. 153-158.

94. McPhail J.D. A systematic study of the Salvelinus alpinus complex in North America // J. Fish. Res. Board Can. 1961. Vol. 18, №5. P. 793-816.

95. Morita K., Yamamoto S. Effects of habitat fragmentation by damming on the persistence of stream-dwelling charr populations // Conserv. Biol. 2002. Vol. 16. P. 1318-1323.

96. Morita K., Morita S.H., Yamamoto S. Effects of habitat'fragmentation by damming on salmonid fishes: lessons from white-spotted charr in Japan // Ecol: Res. 2009. Vol. 24. P. 711-722.

97. Morrow J.E. Analysis of the dolly varden chair, Salvelinus malma, of northwestern North America and north eastern Siberia // Chairs: Salmonid fishes of the genus Salvelinus. The Hague: Dr. W. Junk, 1980. P. 323-338.

98. Nei M. Molecular population genetics and evolution. Amsterdam: North-Holland'Publl Co., 1975. 278 p.

99. Nei M., Li W.H. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979. Vol. 76. P. 5269-5273

100. Nei M., Taj ima F. DNA polymorphism detectable by restriction endonucleases // Genetics (US). 1981. Vol. 105. P: 207-217.

101. Nei M. Molecular evolutionary genetics. N.Y.: Columbia Univ. press, 1987. 512 p.

102. Nei M*., Kumar S. Molecular evolution and phylogenetics // N.Y.: Oxford Univ. press, 2000. 334 p.

103. Neraas L.P., SpruelF P. Fragmentation of riverine systems: the genetic effects of dams on bull trout {Salvelinus confluentus)>> in the Clark Fork River system»// Mol. Ecol. 200k Vol. 10: P. 1153-1164.i

104. Pereira S.L. Mitochondrial genome organization and vertebrate phylogenetics,// Genetics and Molecular Biology. 2000. Vol. 23, № 4. P. 745-752i

105. Piry Si, Luikart G., Cornuet J.-M. Bottleneck: http://www.ensam.inra.fr/URLB.1997.

106. Piry S., Luikart G., Cornuet J.-M. BOTTLENECK: a computer program for detecting recent reductions in the effective population' size; using allele frequency data// J. Heredity. 1999. Vol. 90. P. 502-503.

107. Queney G;, Ferrand N., Marchandeau S;, Azevedo Mi, Mougel F., Branco Mi, Monnerot M. Absence of a genetic bottleneck in a wild rabbit (Oryctolaguscuniculus) population exposed to a severe viral epizootic // Mol. Ecol. 2000. Vol. 9. P. 1253-1264.

108. Raymond M., Rousset F. GENEPOP (Version 1.2): Population genetics software for exact tests and ecumenicism // J. of Heredity. 1995. Vol. 86. P. 248249.

109. Redenbach Z., Taylor E.B. Evidence for historical introgression along a contact zone between two species of char (Pisces: Salmonidae) in northwestern North America // Evolution. 2002. Vol. 56. P. 1021-1035.

110. Reynolds J., Weir B.S., Cockerham C.C. Estimation for the coancestry coefficient: basis for a short-term genetic distance // Genetics. 1983. Vol. 105. P. 767-779.

111. Rice W. R: Analyzing tables of statistical tests // Evolution. 1989: Vol. 43. P. 223-225.

112. Roman J. Diluting the founder effect: cryptic invasions expand a marine invader's range // Proc. R. Soc. B. 2006. Vol. 273. P. 2453-2459.

113. Saisa M., Koljonen M.-L., Tahtinen J. Genetic changes in Atlantic salmon stocks since historical times and the effective population size of a long-term captive breeding programme // Conserv. Genet. 2003. Vol. 4. P. 613-627.

114. Salmenkova E.A., Omelchenko V.T., Kolesnikov A.A., Malinina T.V. Genetic differentiation of chars in the Russian north and far east // J. Fish. Biol. 2000. Vol. 57. P. 136-157.

115. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual // Cold Spring Harbor Lab. Press, New York. 1989.

116. Samusenok V.P., Alekseyev S.S., Matveev A.N., Gordeeva N.V., Yur'ev A.L., Vokin A.I. The second population of arctic charr Salvelinus alpinus complex

117. Salmoniformes, Salmonidae) in the lake Baikal basin, the highest mountain chair population in Russia // J. of Ichthyology. 2006. Vol. 46, № 8. P. 587-599.

118. Schneider S., Roessli D., Excoffier L. Arlequin ver. 2.000: A software for population genetic data analysis. Switzerland: Genetics and Biometry Laboratory, University of Geneva, 2000. 111 p.

119. Simonsen K.L., Churchill G.A., Aquadro C.F. Properties of statistical tests of neutrality for DNA polymorphism data // Genetics. 1995. Vol. 141. P. 413-429.

120. Slatkin M. A measure of population subdivision based on microsatellite allele frequencies // Genetics. 1995. Vol. 139. P. 457-462.

121. Slettan A., Olsaker I., Oystein L. Segregation studies and linkage analysis of atlantic salmon microsatellites using haploid genetics // Heredity. 1997. Vol. 78. P. 620-627.

122. Smith M.J., Arndt A., Gorski S., Fajber E. The phylogeny of echinoderm classes based on mitochondrial gene arrangements // J. Mol. Evol. 1993. Vol. 36. P. 545-554.

123. Spruell P., Hemmingsen A.R., Howell P.J., Kanda N., Allendorf F.W. Conservation genetics of bull trout: Geographic distribution of variation at microsatellite loci // Conserv. Genet. 2003. Vol. 4. P. 17-29.

124. Tajima F. Statistical method for testing the neutral mutation hypothesis by DNA polymorphism // Genetics. 1989. Vol. 123. P. 585-595.

125. Weber J.L., Wong C. Mutation of human short tandem repeats // Human Molecular Genetics. 1993. Vol. 2, № 8. P. 1123-1128.

126. Weir B.S., Cockerham C.C. Estimating F-Statistics for the analysis of population structure //Evolution. 1984. Vol. 38. P. 1358-1370.

127. Wilson A.J., Gislason D., Skulason S., Snorrason S.S., Adams C.E., Alexander G., Danzmann R.G., Ferguson M.M. Population genetic structure of

128. Arctic Charr, Salvelinus alpinus from northwest Europe on large and small spatial scales // Mol. Ecol. 2004. Vol. 13. P. 1129-1142.

129. Wright J.M. DNA fingerprinting in fishes // Biochemistry and Molecular Biology of Fishes. 1993. Vol. 2. P. 58-91.

130. Wright S. The roles of mutation, inbreeding, crossbreeding and selection in evolution // Proc. VI Intern. Congr. Genet. Ithaca. 1932. Vol. 1. P. 356-366.

131. Wright S. The genetical structure of populations // Ann. Eugenics. 1951. Vol. 15. P. 323-354.

132. Yamamoto S., Morita K., Koizumi I., Maekawa K. Genetic differentiation of white-spotted charr {Salvelinus leucomaenis) populations after habitat fragmentation: Spatial-temporal changes in gene frequencies // Conserv. Genet. 2004. Vol. 5. P. 529-538.

133. Yamamoto S., Maekawa K., Tamate T., Koizumi I., Hasegawa K., Kubota H. Genetic evaluation of translocation in artificially isolated populations of white-spotted charr {Salvelinus leucomaenis) II Fish. Research. 2006. Vol. 78. P. 352358.

134. Yang Z. Computational Molecular Evolution // N.Y.: Oxford Univ. press, 2008. 358 p.

Информация о работе

Бондарь, Евгения Игоревна
кандидата биологических наук
Владивосток, 2010
ВАК 03.02.07

Диссертация

Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus ВАК РФ 03.02.07, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus"

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Бондарь, Евгения Игоревна

Введение Диссертация по биологии, на тему "Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus"

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Бондарь, Евгения Игоревна

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бондарь, Евгения Игоревна, Владивосток

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Генетические процессы в природных изолированных популяциях гольцов рода Salvelinus
ВАК РФ 03.02.07, Генетика