Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование генетического разнообразия и процессов видообразования эндемичного семейства рыб озера Байкал - голомянок (Comephoridae)

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Исследование генетического разнообразия и процессов видообразования эндемичного семейства рыб озера Байкал - голомянок (Comephoridae)"

На правах рукописи

ТЕТЕРИНА ВЕРОНИКА ИГОРЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ И ПРОЦЕССОВ ВИДООБРАЗОВАНИЯ ЭНДЕМИЧНОГО СЕМЕЙСТВА РЫБ ОЗЕРА БАЙКАЛ - ГОЛОМЯНОК (СОМЕРНОШБАЕ)

03 00 15 - ГЕНЕТИКА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 5 0 КТ 2003

Новосибирск 2008

003448821

Работа выполнена в лаборатории биологии рыб и водных млекопитающих Лимнологического института СО РАН, г Иркутск

Научный руководитель

кандидат биологических наук Кирильчик Сергей Васильевич Лимнологический институт СО РАН, г Иркутск

Официальные оппоненты

доктор биологических наук Щербаков Дмитрий Юрьевич

доктор биологических наук Бородин Павел Михайлович

Ведущее учреждение

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, г Иркутск

Защита диссертации состоится «3» декабря 2008 г на утреннем заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д - 003 011 01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале инсттута по адресу 630090, г Новосибирск, проспект Лаврентьева, 10, тел/факс (3 83)-333-12-78, e-mail dissov@bionet nsc ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН

Автореферат разослан «11» октября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

АД Груздев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНО! ИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Группы близкородственных видов рыб, таких, как рогатковидные Байкала, обитающие в небольших, относительно замкнутых водоемах могут рассматриваться в качестве удобного объекта для изучения процессов симпатрического видообразования и эволюции в целом Среди них наиболее интересный пример симпатрических видов демонстрируют юломянки В открытой пелагиали Байкала обитает два вида рогатковидных рыб -большая (Comephorus baicalensis Pallas, 1776) и малая (С dybowski Korotneff, 1905) голомянки Сопасно современной классификации голомянки -единственные представители эндемичного рода Comephorus семейства Comephondae букета видов рогатковидных рыб оз Байкал Привлекательность Comephoridae для изучения процессов видообразования у симпатрических видов связана со следующими их особенностями 1 Голомянки - это бчизкородственные виды Согласно молекулярно-генетическим исследованиям время, прошедшее с момента отделения видов от предковой формы, может исчисляться десятками тысяч лет (Kontula et al, 2003) 2 Ареалы обшания видов в значительной степени перекрываются - представители малой и большой голомянок распространены по всему Байкалу, за исключением прибрежной зоны, и встречаются на всех глубинах озера 3 По сравнению с другими видами байкальских рогатковидных, голомянки наиболее хорошо изучены

Однако, несмотря на многочисленность исследований по голомянкам, до сих пор нет единого мнения об их популяционной структуре Исследования, проведенные с использованием комплекса морфометрических признаков, не дали конкретного ответа на вопрос о подразделенное™ на популяции данных видов или ее отсутствии (Коряков, 1964, Стариков, 1977, Аношко, 1998) Остаются, также, неясными причины и время появления двух сестринских видов, роль геологической истории водоема в процессах видообразования

В настоящей работе для исследования внутривидового генетическою полиморфизма и процессов видообразования семейства Comephondae использован анализ полиморфизма микросателлитной ДНК и анализ нуклеотидной последовательности митохондриалыюго гена дитохрома b

Цели и задачи исследования Цель настоящей работы состояла в исследовании генетического разнообразия и эволюционной истории семейства голомянок (Comephondae) с помощью молекулярно-генетических методов В конкрегные задачи работы входило

1 Провести исследования внутривидового генетического полиморфизма двух видов семейства голомянок на основе полиморфизма длин микросателлитных локусов и па основе анализа нуклеотидных последовательностей митохондриалыюго гена цитохрома b

2 Оценить степень генетической изоляции между особями собранными из разных котловин Байкала - южной, средней и северной

3 Сравнить результаты анализа внутривидового генетического полиморфизма и межвидовой дивергенции полученные с помощью маркеров микросателлитной и митохондриальной ДНК

4 Провести оценку времени дивергенции видов и реконструировать эволюционную историю семейства голомянок

Научная новизна Впервые для популяционно-генетического исследования байкальских организмов применен анализ полиморфизма микросателлитных токусов Показано, что эти генетические маркеры, разработанные для внебайкальских рогатковидных рыб, могут быть использованы для байкальских видов Впервые на основе молекулярно-генетических данных определена популяционная структура двух видов семейства голомянок Исследованы филогенетические взаимоотношения этих видов между собой С помощью анализа митоходриального гена цитохрома Ь выявлено наличие двух генетических групп у большой голомянки Показано происхождение малой голомянки от предковой формы большой голомянки Сделаны предположения о возможных факторах, имевших место в геологическом прошлом Байкальского региона, которые могли способствовать разделению предковой популяции на генетические группы и виды Положения, выносимые на защиту

1 Малая голомянка представлена в Байкале единой генетически не подразделенной популяцией

2 Большая юломянка генетически не подразделена в пределах озера Байкал по ядерным маркерам, однако имеет две генетические группы, различающиеся по митоховдриалыюй ДНК

3 Образование двух видов голомянок и генетических групп большой голомянки связано с резкими изменениями климата в ледниковую стадию MIS4 45-75 тыс лет назад

Научно-практическое значение. Результаты исследований генетического разнообразия и эволюции голомянок могут помочь в понимании особенностей протекания эволюционных процессов в пелагиали озера Байкал, а также процессов микроэволюции в целом За время работы были определены и депонированы в международную базу данных GenBank 34 нуклеотидных последовательности митохондриалышго гена цитохрома b малой (номера доступа EU693082 - EU693115) и 37 нуклеотидных последовательностей большой (номера доступа EU699772 - EU699808) голомянок Проведенные в данной работе выбор, тесгирование и оптимизация семи микросателлитных локусов позволят в дальнейшем использовать их для изучения других видов байкальских Cottoidei

Апробация работы и публикации. Результаты работы представлялись На 3-ем международном совещании «Видообразование в древних озерах мира» (SIAL) Иркутск, Россия 2002 г, на региональной научно-практической конференции «Структура и функционирование экосистем Байкальского региона» в г Улан-Удэ в 2003 г, на первом Байкальском симпозиуме по эволюционной биологии (ВWEB) в Иркутске в 2004 г, на VIII Всероссийском популяционном семинаре «Популяции в пространстве и времени» в 2005 в Нижнем Новгороде, на Четвертой Верещагинской Байкальской конференции в Иркутске в 2005, на Международной конференции «Проблемы популяционной экологии животных» в г Томске в 2006 г

По результатам работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе две в рецензируемых журналах

Структура и объем диссертации Работа включает следующие разделы введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты, обсуждение, выводы, список литературы (201 источник) Диссертация изложена на 113 страницах, содержит 18 рисунков и 15 таблиц

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Сбор образцов и выделение ДНК. Образцы малой и большой голомянок были собраны из трех котловин Байкала (южной, средней и северной) в течение 2000 - 2004 годов Экстракцию проводили стандартным методом, описанным Сэмбруком и соавт (Sambrook et al, 1989) с некоторыми модификациями

Амплификация ДНК Микросателлитные локусы ампчифицировали методом ПЦР, используя праймсрЫ Cgo56MEHU, CgolOlóPBBE, Cgol033PBBE, Cgol 114РВВЕ, CgoOSZIM, Cgo33ZIM. Cgo42ZlM разработанные для европейского подкаменщика Cottus gobio и описанные в (Englbrecht et al, 19УУ)

Участок ДНК, содержащий последовательность гена цитохрома Ь, амплифицирован методом ПЦР с использованием праймеров L15361, L15772, L16192, Н16170, Н16553 (Kontula et al, 2003), 1115786 (Kocher et al, 1989) и LI6063 5' TC7TTCCACCCTTACTTTTCTTACAA 3' (предложен автором)

Анализ микросателлитных локусов Разделение меченных изотопом фосфора 32Р фрагментов микросателлитной ДНК по длине проводили в 6% денатурирующем полиакриламидном геле Картину, полученную в результате электрофореза, визуализировали на рентгеновской пленке Для визуализации немеченого маркера молекулярного веса и в случаях, когда радиоактивная метка не использовалась, 1ель окрашивали серебром (Bassam et al, 1991) Для определения размеров микросателлитных фрагментов использовался маркер молекулярного веса с шагом 25 пн фирмы «Promega», а также набор фрагментов для определения нуклеотидной последовательности ДНК фага М13шр18

Определение иуклеотидпых последовательностей митохондриального гена цитохрома Ъ (cytb) проводилось с использованием автоматических секвенаторов ABI 373 и CEQ8800 (Beckman Coulter)

Компьютерная обработка данных микросателлитшго анализа. Оценку соответствия характера распределения частот генотипов равновесию Харди-Ваинберга проводили с помощью точного теста, предложенного Гуо и Томсоном (Guo, Thomson, 1992) и реализованного в программе ARLEQUIN ver 2 000 (Schneider et al, 2000) Присутствие "нулевых" аллелей выявляли с помощью программы Micro-Checker (Van Oosterhout, 2004) с использованием оценок Брукфилда (Brookfield, 1996) Наблюдаемую (Н0) и ожидаемую (Не) гетерозиготности и частоты аллелей рассчитывали с помощью программы POPGENE ver 1 32 (Yeh, Boyle, 1997) Значения FST (Weir and Cockerham, 1984) и Rsi (Rousset, 1996, Michalakis, Excoffier, 1996), отражающие степень подразделенное™ видов, подсчитывали используя программу ARLEQUIN ver 2 000 Наличие или отсутствие стадии «бутылочного горлышка» за пос ледние 4Ne поколений (Ne - эффективный размер популяции) определяли по стандартным алгоритмам в программе BOTTLENECK ver 12 02 (Cornuet, Luikart, 1996) С помощью программы Population 1 2 28 (Langella, 2002) методом ближайших соседей (NJ) было построено дерево, основанное на полиморфизме

з

микросателлитных локусов малой и большой голомянок Для построения данного дерева использовались генетические расстояния DAS, основанные на частоте общих аллелей (Chakraborty, Jin, 1993)

Компьютерная обработка данных анализа мтДНК. Предварительный анализ нуклеотидных последовательностей, расчет индексов разнообразия гаплотипов (Hd) и уровней нуклеотидной изменчивости (я) осуществляли с использованием программы DnaSP 4 10 3 (Rozas, et al 2003) Нуклеотидная последовательность cytb байкальских рогатковидных при попарном сравнении имеет большое количество несинонимичных замен по сравнению с небайкальскими видами при равном количестве синонимичных точечных мутаций (Кирильчик, Слободянюк, 1997, Kontula et al, 2003), что может являться показателем адаптивной эволюции Для того, чтобы выяснить была ли вызвана дивергенция двух видов голомянок действием какого-либо вида естественного отбора, был проведен тест Макдональда-Крейтмана (McDonald, Kreitman 1991), реализованный в программе DnaSP 4 10 3 Построение медианной сети гаплотипов осуществляли с помощью программы NETWORK 4 5 (Bandelt et al, 1999) с использованием алгоритма соединения медиан ("median-joining") Анализ молекулярной вариации (АМОВА) проводили с помощью программы ARLEQUIN 2 000 (Schneider et а!, 2000) Для АМОВА особи были сгруппированы согласно их выборкам по котловинам Для оценки эффективного размера (Ne) и времени до наиболее недавнего общего предка (t) использовался метод цепей Маркова и Монте Карло симуляций (МСМС), реализованный в программе IM (Hey и Nielsen, 2004) Дополнительно, оценки времени дивергенции были рассчитаны с помощью программы MEGA 4 (Tamura et al, 2007) на основе теистических расстояний с учетом внутрипопуляционного генетического полиморфизма (Net average distances) Для подсчега генетических расстояний использовался метод Памило-Бьянчи-Ли (Pamilo, Blanchi, 1993, Li, 1993) Поскольку ранее было показано, что несинонимичные замены у байкальских рогатковидных могут накапливаться в ускоренном темпе (Кирильчик, Слободянюк, 1997, Kontula et al, 2003), для оценки времени дивергенции использовались только синонимичные замены Построение филогенетического древа осуществляли баесовским методом с помощью программы MrBayes 3 1 2 (Ronquist, Huelsenbeck, 2003) Тип модели молекулярной эволюции был выбран GTR+I+Г В качестве внешней группы использовали нуклеотидные последовательности cytb других видов байкальских рогатковидных рыб, находящиеся в GenBank под номерами AY116341 - AY116354, AY116357 - AY116358 и AY116362 (Kontula et al, 2003)

РЕЗУЛЬТАТЫ Анализ полиморфизма микросателлитной ДНК голомянок

Для используемых микросателитных локусов подобраны оптимальные условия проведения ПЦР и акриламидного электрофореза и последующей визуализации ДНК Данное исследование показало, что микросателлитные фрагменты могут быть вполне успешно визуализированы при окраске геля серебром Вместе с тем, этот метод имеет как определенные преимущества, так и ряд недостатков и ограничений Среди преимуществ можно отметить высокую чувствительность, относительную дешевизну и быстроту проявления

. fhsz

Недостатком, по сравнению с использованием радиоактивной метки, является присутствие, в ■•* некоторых случаях дополнительных артефактных

полос В результате этого зачастую анализ 1еля становится практически невозможным (рис 1)

I4* "C^^W 'V* J

г Рисунок 1 Электрофоретическое фракционирование

" 4 продуктов ПЦР микросателлитных локусов малой

голомянки А - продукт ПЦР визуализирован с помощью радиоактивной метки, Б - ют же гель после окрашивания серебром

Анализ генетического полиморфизма малой голомянки по микросателлитньш локусам. Каждый из семи микросателлитных локусов был протестирован на 82-90 особях малой голомянки Сравнивались выборки из трех котловин Байкала (по 25-32 особи из каждой кшловнны озера) Во всех исследованных выборках с использованием /2-критерия по всем локусам кроме CgoI016PBBE выявлены отклонения наблюдаемых частот генотипов от теоретически ожидаемых при равновесии Харди-Ваинберга Причиной этого может быть присутствие неамплифицирующихся «нулевых» аллелей Наличие «нулевых» аллелей у шести локусов и отсутствие таковых у локуса Cgol016PBBE показано с помощью программы Micro-Checker Всего в выборках малой голомянки по шести локусам выявлен 71 аллель, число ачлелей в выборке с южного Байкала составило 65, со среднего и северного по 63 Анализ частот аллелей (программа BOTTLENECK) показал их L-образное распределение и отсутствие стадии «бутылочного горлышка» за последние 4Ne поколений

В таблице 1 показаны значения критериев генетической подразделенное! и FST и рассчитанные по каждому локусу отдельно и по совокупности локусов между парами выборок Наибольшие значения получены для локусов Cgol016PBBE (FST = 0 111, Южный Байкал - Средний Байкал, FST = 0 048, Средний Байкал - Северный Байкал), Cgo42ZIM (RST = 0 053, Средний Байкал -Северный Байкал) и Cgolll4PBBE (Rsr = 0 049, Южный Байкал - Средний Байкал) Однако эти данные не могут быть приняты как показатели популяционной подразделенное™ Генетические расстояния для этих локусов показывают, согласно классификации Райта (Wright, 1978) слабую или умеренную генетическую дифференциацию между разными парами выборок из смежных котловин озера, а генетические расстояния между выборками из южного и северного Байкала остаются незначительными Кроме этого, величины одного критерия не отражают степень генетической изоляции, выявленную по другому критерию, - соответствующие генетические расстояния невелики Значения, полученные по другим локусам индивидуально, а также по совокупности локусов, либо положительны, но очень малы и незначительно отличаются от нуля (Р > 0 95), либо отрицательны

Анализ генетического полиморфизма большой голомянки по микросателлитным локусам. По локусу Cgol033PBBE не удалось получшъ ПЦР - продукта более чем для половины образцов большой голомянки, поэтому этот локус был исключен из данного анализа Каждый из шести оставшихся локусов был протестирован на 74-83 особях (по 24-28 из каждой котловины)

Таблица 1. Матрица генетических расстояний между выборками малой голомянки (над диагональю - значения КбЬ под диагональю - Fst), в скобках указан уровень значимости (Р), полученный на основе 10100

Локус Место сбора Южный Байкал Средпий Байкал Северный Байкал

CgoSóMEHU Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал -0 006 (0 8252) -0 005 (0 7686) 0 005 (04014) -0 007 (0 8193) -0 013 (0 6543) -0 011 (0 6162)

CgolOlóPBBE Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0.111 (0.0010) -0 0024 (0 5576) -0 005 (04766) 0 048 (0.0176) -0 013 (0 6514) -0 015 (0 7891)

Cgol033PBBE Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0 004 (0 4961) -0 006 (0 8975) -0 016 (0 8115) -0 007 (09443) -0 010 (0 6055) -0 015 (0 7520)

Cgolll4PBBE Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0 001 (0 4639) 0 007 (0 3496) 0 049 (0 0840) 0 018 (01816) -0 012 (0 6104) 0 007 (0 2891)

CgoOSZIM Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0 006 (04795) 0 019 (0 1709) -0 017 (0 9190) 0 010 (0 2783) -0 017 (0 8965) -0 015 (0 8369)

Cgo33ZIM Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0 000 (0 4863) -0 010 (0 8232) -0 001 (0 3945) -0 004 (0 6885) -0 007 (0 5127) -0 017 (0 8818)

Cgo42ZlM Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0 002 (0 4609) 0 002 (0 4453) -0 015 (0 7803) 0 003 (0 4170) 0 019 (0 2285) 0.053 (0.0732)

Среднее Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0 016 (0 0166) 0 000 (0 7637) -0 023 (0 9820) 0 009 (01387) -0 022 (0 9279) -0 015 (0 8739)

Во всех исследованных выборках с использованием ^-критерия по всем локусам выявлены отклонения наблюдаемых частот генотипов от теоретически ожидаемых при равновесии Харди-Вайнберга Причиной этого может быть присутствие неамплифицирующихся «нулевых» аллелей, что показано с помощью программы Micro-Checker Всего в выборках большой голомянки по шести локусам выявлен 51 аллель, число аллелей в выборке с южного Байкала составило 39, со среднего - 44, с северного - 42 Анализ частот аллелей (программа BOTTLENECK) показал их L-образное распределение и отсутствие стадии «бутылочного горлышка» за последние 4Ne поколений

В таблице 2 приведены значения критериев F*st и Rst, рассчитанные по каждому локусу отдельно и по совокупности локусов между парами выборок Показатели, соответствующие согласно классификации Райта умеренной генетической подразделенности (значения Fsг и i?ST в пределах от 0 05 до 0 15) (Wright, 1978), получены по ряду пар выборок для локусов Cgo05ZIM (Rsт = 0 052, Южный Байкал - Средний Байкал), Cgo33ZJM (RST = 0 078, Средний Байкал - Северный Байкал), Cgo42ZIM(Rsт= 0 086, Южный Байкал - Северный Байкал) и CgolU4PBBE (FST = 0 064, Rsr = 0 083, Южный Байкал - Северный Байкал и /?ST = 0 118 Средний Байкал - Северный Байкал) Только по одному

локусу Cgolll4PBBE в случае сравнения выборок с южного и северного Байкала высокие величины получены не только в случае /^т, но и По локусам Cgo05ZIM, CgoЗЗZIM и Cgo42ZIM значения ^ят не отражают степень генетической изоляции, выявленную по Ля-критерию, - соответствующие расстояния ^зт невелики

Таблица 2. Матрица 1 еиетических расстояний между выборками большой голомянки (над диагональю - значения Яят, под диагональю - в скобках указан уровень значимости (Р), полученный на основе 10100 пермутаций

Локус Место сбора Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал

Cgo56MEHlJ Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал -0 012(0 9828) -0 013(0 9905) -0 005 (0 5316) -0 010(0 9660) -0 020 (0 9702) -0 007 (0 5220)

CgulOlöPBBE Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал -0 016(0 9535) 0 001 (0 4121) 0 005(0 3109) 0 004 (0 3750) -0 016(0 6977) -0 009 (0 4505)

Cgol 114РВВЕ Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал -0 012 (0 9125) 0.064 (0.0571) -0 018(0 9130) 0 042 (0 1477) 0 083 (0 0869) 0.118(0 0423)

Cgo05ZlM Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал -0 001 (0 6180) 0 005 (0 4988) 0.052 (0 1155) 0 013(0 3142) -0 019 (0 8297) 0 019(0 2631)

Cgo33ZIM Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал 0 021 (0 2289) 0 031 (0 1502) 0 025(02612) 0 014(0 2985) -0 017(0 8003) 0.078 (0.0460)

Cgo42ZJM Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал -0 003 (0 6939) 0 029 (0 1323) 0 014 (0 3621) 0 042 (0 0545) 0 086 (0.0946) 0 006(0 4120)

Среднее Южный Байкал Средний Байкал Северный Байкал -0 004 (0 9425) 0 019(0 1238) 0 016(03217) 0015(02042) 0 013 (0 3821) 0 016(0 3124)

Как наблюдаемая, так и ожидаемая гетерозиготности у большой голомянки были ниже, чем у малой (рис 2) У обоих видов голомянок наблюдается дефицит наблюдаемых гетерозиготных генотипов, причиной чего могут быть неамплифицирующиеся «нулевые» аллели Присутствие «нулевых» аллелей может быть объяснено тем, что все локусы были разработаны для европейского подкаменщика. У большой голомянки дефицит гетерозигот значительно больше, чем у малой Связано это, вероятно, с тем, что и количество «нулевых аллелей» у большой голомянки больше, чем у малой

CgoSeMEHU CgoWdPBSE Ctp1ll4PBBE CgoOSZIM

СдоЗЗгш

СО Ъ2 04 Ofl ОЯ 00 0J НА 0Л

в- '- -'-'-Г? - ожидаемая гетерозиготмость

0-ВЮ 00 04 0.4 чя оя

; ; ......- j - наблюдаемая гетерозиготность

Рисунок 2. Уровни ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности малой и большой голомянок по микросателлишым локусам

На рис 3 представлены диаграммы распределения частот аллельных вариантов малой и большой голомянок По локусам CgolOI6PBBE, Cgol 114РВВЕ, CgoЗЗZШ и Cgo42ZШ по сравнению с малой голомянкой, у большой голомянки преобладали низкомолекулярные аллели Кроме этого, у большой голомянки по четырем локусам {Cgol01бPBBE, Cgo05ZIM, CgoЗЗZIM, Cgo42ZIM) из шести наблюдалось меньшее количество аллелей, чем у малой В совокупности по шести локусам у малой голомянки обнаружено 57 аллелей, у большой 51 Разницу в количестве аллелей между малой и большой голомянками так же, как и различия в уровнях гетерозиготности можно объяснить различием в количестве нулевых аллелей (нулевых аллелей у большой голомянки больше)

CyStMEHU

CgoOSZIM

Сцо12Л\Г

I |о,

S £

Я «02

И

asss

Рисунок 3. Диаграммы распределения частот аллелей малой и большой голомянок По осям абсцисс - длина аллелей, по осям ординат - частота встречаемости в долях

Индексы генетической дифференциации между совокупными выборками малой и большой голомянок колебались в случае FST от 0 011 (Cgo56MENU) до 0 418 (Cgol 114РВВЕ), в случае Rs т от 0 056 (CgoOSZIM) до 0 793 (CgolI]4PBHE) Общие значения по всем локусам соответствуют умеренной согласно Fgr (0 138, Р=0,0000) и значительной согласно RST (0 244, />=0,0000) генетической подразделенное™ (Wright, 1978) и согласуются с уровнем данных критериев встречающихся в литературе по другим комплексам близких друг другу пелагических рыб (Shaw et al, 2000, Rico et al, 2003)

Анализ нуклеотидных последовательностей cytb малой и большой голомянок. Нуклеотидная последовательность гена цитохрома b размером 1140пн определена для 63 экземпляров малой голомянки и 52 экземпляров большой голомянки Данные последовательности помещены в GenBank под номерами доступа EU693082 - EU693115 (малая голомянка) и EU699772 -EU699808 (большая голомянка) Анализ полученных последовательностей выявил 91 вариабельную позицию, из них 14 в первых позициях кодонов, три -во вторых 34 позиции являются филогенетически информативными В 22 позициях наблюдались замены типа трансверсий Замены в 77 позициях являются синонимичными Мутации в 12 позициях приводят к заменам аминокислот Два вида голомянок разделены четырьмя фиксированными заменами в нуклеотидных последовательностях Две из них являются синонимичными транзициями Две другие являюгея трансверсиями, которые приводят к замене аминокислот и в обоих случаях это - лейцин «-» изолейцин

Тест Макдоиальда-Крейтмана и индекс нейтральности (ИН=0123) показывают, что фиксированного состояния быарсс достигают несинонимичные замены Это может являться показателем отбора в несинонимичных сайтах и наличия адаптивной эволюции Однако эти замены приводят лишь к смене гидрофобной аминокислоты на гидрофобную (лейцин <-> изолейцин) Кроме того, позиции, в которых произошли замены аминокислот, находятся в трансмембранных участках белка цитохрома Ь, во II и V доменах Эти аминокислотные участки не участвуют в образовании реакционных центров Поэтому, возможно, что замены этих аминокислот не влияют на функции белка, и, соответственно, могут быть селективно нейтральными В связи с этим, выявленные различия между нуклеотидными последовательностями малой и большой голомянок не позволяют нам однозначно ответить на вопрос о характере эволюции, адаптивном или нейтральном

Анализ молекулярной вариации (АМОВА) показал, что около 89% генетической изменчивости малой голомянки приходится на изменчивость внутри выборок из разных котловин Байкала и 11% на изменчивость между выборками При разложении генетической изменчивости выборок большой голомянки из разных котловин Байкала с использованием АМОВА, оказалось, что все разнообразие приходиться на изменчивость в предетах выборок

С помощью программы NETWORK 4 5 было получено несколько медианных сетей, имеющих равное минимальное количество мутационных шагов Схемы незначительно отличались по расположению некоторых ветвей, но т к это не влияет на выводы, здесь представлена только одна из них (рис 4) В данном древе малая голомянка образует единый кластер с 34 гаплотинами В центре кластера располагается гаплотип, имеющии максимальную частоту Данный гаплотип преобладает во всех трех выборках малой голомянки и представляет

42 9% исследованных особей

Большинство гаплотипов

гаплотипов удалено от центрального на одно мутационное событие Трем гаплотипам соответствует по две последовательности Остальные 25 гаплотипов являются уникальными

остальных

в Южный О Средний О Северный Байкал Байкал Байкал

■ потерянный гаплотип

Рисунок 4 Медианная сеть гаплотипов малой и большой голомянок, построенная на основе нуклеотидных последовательностей гена цитохрома Ъ Размер окружностей пропорционален

количеству особей представляющих соответствующий гаплотип Длина ветвей соединяющих гаплотипы пропорциональна количеству

мутационных шагов

Большая голомянка распадается на две генетические группы. При этом группа I генетически дальше от малой голомянки, чем группа II. Группу I образуют 16 гаплотипов, группу II - 21. Следует отметить, что расстояние между центральными гаплотипами этих двух групп большой голомянки близко расстоянию между двумя видами голомянок, малой и большой.

Для проверки того насколько полученные результата согласуются с результатами, полученными по ядерному геному, было проведено сравнение данных по полиморфизму длин микросателлшов у двух групп большой голомянки. Средние значения индексов генетический дифференциации по микросателлитным локусам между двумя группами большой голомянки, не выявили достоверных различий и составили FST= 0.012 (Р = 0.6305) и RST = 0.008

(Р = 0.5691). На основе данных полиморфизма микросателлитных локусов методом объединения ближайших соседей было построено дерево, представленное на рисунке 5. На данной схеме особи из двух групп большой голомянки не образуют отдельных кластеров и перемешаны друг с другом.

Рисунок 5. Дерево, основанное на полиморфизме микросателлитной ДНК большой и малой голомянок, построенное на основе генетических расстояний DAS с помощью метода объединения ближайших соседей. Тонкие линии - малая голомянка, жирные - большая голомянка, где:

-—— - большая голомянка I,

Малая голомянка

- большая голомянка П.

На рисунке 6 представлены диаграммы параметров разнообразия гаплотипов (Ш) и уровней нуклеотидной изменчивости (я) большой и малой голомянок. Индексы Ш в первой и во второй фуппах большой голомянки были сходными (0.937 и 0.943, соответственно) и более высокими, чем у малой голомянки (0.819).

t

5Ся)Ы1'ЭЯ голомянка

Еголыдая большая голомянка гмтомянка - I -¡I

Рисунок 6. Диаграммы индексов генетического разнообразия (Ш -разнообразие гаплотипов и тс -нуклеотидная изменчивость) гена цитохрома Ь большой и малой голомянок.

Уровень индекса я группы II большой голомянки (0.00299) был несколько выше, чем у группы I (0.00261). При этом, уровень нуклеотидной изменчивости малой голомянки (л =0.00167) был значительно ниже, в сравнении с обеими группами

большой голомянки. Более низкий уровень генетического разнообразия характерный для малой голомянки может быть следствием меньшего по сравнению с большой голомянкой эффективного размера популяции и/или меньшего эволюционного возраста. Не исключено, что популяция малой голомянки могла в более недавнее, относительно большой голомяики, время пройти через стадию «бутылочного горлышка». Предположение о меньшем эффективном размере популяции у малой голомянки противоречит литературным данным, согласно которым численность малой голомянки выше, чем у большой (Стариков, 1977).

Для оценки демографических параметров популяций и времени дивергенции (t) голомянок было проведено две серии запусков программы IM (Hey, Nielsen, 2004). В первой серии использовались нуклеотидные последовательности малой голомянки и группы II большой голомянки. Во второй ссрик запусков проводился анализ двух генетических групп большой голомянки. В каждой серии все три запуска программы IM выдавали сходные результаты. На рисунке 7 приводятся кривые плотностей апостериорных вероятностей для демографических параметров, шкалированных с помощью мутационной скорости. В качестве мутационной скорости (и) использовались скорости накопления синонимичных замен гена цитохрома b рыб, предложенные Т. Контула с соавторами (Kontula et al, 2003). Полученные ими значения находились в диапазоне от 2.3% до 5.8% замен в миллион лет.

Эффективный популяцйонный размер Эффективный лоттуляционный размер

предковых популяций

Рисунок 7. Кривые плотностей апостериорного распределения для демографических параметров, полученных в одном из каждой серии запусков программы IM (Hey, Nielsen, 2004). Ml'- малая голомянка, БГ- большая голомянка.

Пики кривых для миграционного параметра во всех случаях были близки к нулю. Это показывает отсутствие в настоящее время обмена митохондриальными генами между малой и группой II большой голомянки, а также между двумя группами большой голомянки. Полученное в программе значение эффективного размера современной популяции малой голомянки

составило 329 - 359 тыс. особей. Оценки популяционного размера группы II большой голомянки в двух разных сериях запусков программы различались более чем в два раза. В запусках малая голомянка - большая голомяпка-Н он был 182 - 189 тыс., в то время как в запусках большая голомянка-1 - большая голомянка-П -399 - 440 тыс. Эффективный популяционный размер большой голомянки-I составил 115 - 118 тыс. особей. Эффективный размер общей предковой для двух современных видов голомянок популяции был значительно, в десятки раз, ниже, чем у ныне существующих популяций и составил 12-13 тыс. особей. Эффективный размер предковой популяции давшей начало двум группам большой голомянки также составил 12-13 тыс. особей. Вероятно, это является показателем того, что предковые популяции претерпели значительное сокращение численности в прошлом, пройдя через «бутылочное горлышко». Наличие «бутылочного горлышка» подтверждено анализом не спаренного распределения (mismatch distribution), проведенным с помощью программы DnaSP 4.10.3 (Rozas, ct. al.2003).

Также, с помощью программы IM было получено время до наиболее недавнего общего предка для двух видов голомянок и для генетических групп большой голомянки. Для двух видов голомянок время составило 39 - 74 тыс. лет (HiPt - 53-54 тыс. лет). Время начала дивергенции двух генетических групп большой голомянки - 48 - 94 тыс. лет назад (HiPt - 66 - 67 тыс. лет). Эти значения согласуются с оценками, полученными иа основе расстояний Памило-Бьянчи-Ли (Pamilo, Bianchi, 1993; Li, 1993). В данном случае, время, прошедшее с начала дивергенции малой и большой голомянки составило 43-109 тыс. лет, а двух групп большой голомянки 60 - 152 тыс. лет.

C.eurysáotryjs

представителями байкальских СоШи<Ы, построенная байесовским методом на основе нуклеотидных последовательностей гена цитохрома Ь мтДНК. Арабскими цифрами указаны апостериорные вероятности в %.

Чтобы определить характер взаимоотношения голомянок между собой и их положение в общем филогенетическом древе рогатковидных рыб Байкала, использовался метод Байеса, реализованный в программе МгВауея 3 12 (Попцию^ НиекепЬеск, 2003) Филогенетическая схема представлена на рисунке 8 На данной схеме весь род голомянок образует со 100-процентной вероятностью монофилетичную группу внутри букета видов рогатковидных рыб Топочогия данного дерева показывает, что малая голомянка произошла от предковой формы большой голомянки группы - II Это подтверждается высокими значениями апостериорных вероятностей (100%) Разделение большой голомянки на два кластера также имеет высокую статистическую поддержку в 95%

ОБСУЖДЕНИЕ

Одной из задач исследования было решение вопроса о популяционной структурированности голомянок Озеро Байкал имеет значительную протяженность (более 600 км) и разделено высокими поднятиями дна на три глубоководные котловины Так как голомянки не совершают активных горизонтальных миграции и встречаются на всех глубинах озера, можно предположить, что между группами рыб, обитающих в разных котловинах, существует определенная степень генетической изоляции Однако, анализ полиморфизма микросателлигной ДНК как малой, так и большой голомянки не выявил генетических различий между выборками из разных котловин Байкала Фактором, способствующим панмиксии голомянок, возможно, является пассивный перенос молоди и взрослых особей водными течениями

Отсутствие какой-либо генетической подразделенное™ малой голомянки подтверждается исследованием нуклеотидной последовательности митохондриального гена цитохрома Ь Анализ распределения гаплотипов малой голомянки показал, что все гаплотипы собраны в одну гаплогруппу, в которой доминирует один центральный гаплотип В отличие от этого анализ распределения гаплотипов митохондриальной ДНК большой голомянки показал, что данный вид подразделяется на две генетические группы Распределение гаплотипов не зависит от места сбора материала По нашему мнению, одной из возможных причин деления большой голомянки на две генетические группы является расхождение этих групп по срокам нереста Известно, чю большая голомянка нерестится круглый год, но имеет два явных перекрывающихся пика появления личинок - в августе - сентябре и декабре (Дзюба, Мельник, 2001) Наличие двух пиков нереста у большой голомянки также подтверждают гистологический анализ гонад (Зубина и др, 2001) и данные по эмбриогенезу голомянок (Черняев, 1974) Поскольку пики нереста большой голомянки в значительной степени перекрываются, выявление особей той или иной группы нереста достаточно сложный процесс, поэтому проверка этой гипотезы будет являться темой отдельного исследования

Филогенетический анализ показал, что исходной формой для всего семейства голомянок является предковая форма одной из выявленных генетических групп большой голомянки (большая голомянка - II) От данной группы отделилась группа I большой голомянки и ветвь малой голомянки При этом, согласно полученным оценкам времен дивергенции, первой отделилась

большая голомянка -1 (66 - 67 тыс лет назад), а затем малая голомянка (53 - 54 тыс лет назад) Таким образом, с высокой достоверностью показано происхождение малой голомянки от предковой формы большой голомянки Предположение о том, что более молодым из двух видов является малая голомянка подтверждается более низким уровнем генетического разнообразия данного вида Разнообразие гаплотипов и, особенно, нуклеотидная изменчивость малой голомянки имеют более низкие значения, чем у большой голомянки (рис 6) Это противоречит мнению ряда ихтиологов, считающих, что предковой линией для двух видов голомянок является линия малой голомянки Например, ДНТалиев (1955) на основании остеологических признаков, различий в удельном весе и эврибионтности делает вывод, что малая голомянка является более примитивной формой, нежели большая и «большая голомянка является производным малой» Кроме того, ряд исследователей свое предположение объясняют тем, что большая голомянка является более хищной формой, в питании которой большую долю занимает молодь голомянок и в значительной степени - молодь малой голомянки (устные коммуникации)

Возможны несколько причин появления двух генетических групп большой голомянки и объясняющих несогласованность результатов полученных по митохондриальной и микросателлитной ДНК

1 Высокая скорость мутирования микросателлитной ДНК могла привести к «эффекту насыщения» мутациями В результате «эффекта насыщения» степень дивергенции между генетическими группами большой голомянки может оказаться недооцененной Вместе с тем, те же самые микросателлитные маркеры оказались вполне информативными при сравнении малой и большой голомянок, поэтому данная версия представляется нам маловероятной

2 Можно предположить, что в прошлом существовало две обособленные группы большой голомянки, которые в настоящее время объединились в одну За счет меньшей скорости мутирования мтДНК, следы демографических событий сохраняются в ней на протяжении более длительного периода, чем в микросателлитной ДНК Однако, мы не располагаем какой-либо стройной гипотезой, объясняющей по каким причинам две формы, существовавшие раздельно на протяжении десятков тысяч лет могли бы объединиться в одну

3 Также возможна интрогрессивная гибридизация митохондриальной ДНК (Egger гЛ. а1, 2007, Абрамсон, 2007) Группа II большой голомянки могла возникнуть в результате ишрогрессии митохондриальной ДНК малой голомянки в геном группы I большой голомянки В этом случае, генетическии полиморфизм группы II большой голомянки должен быть таким же или меньше полиморфизма малой голомянки Однако группа II большой голомянки имеет самое высокое генетическое разнообразие в сравнении с малой голомянкой и группой I большой голомянки (рис 6) Поэтому, наличие в прошлом интрогрессивной гибридизации между двумя видами голомянок маловероятно

4 Наиболее вероятной, по нашему мнению причиной несогласованности результатов может быть следующее Разделение по срокам нереста на группы существует только у самок большой голомянки, в то время как самцы могут участвовать в скрещивании с самками из обеих нерестовых групп Между двумя группами происходит обмен ядерными генами за счет самцов В отличие от

И

этого мтДНК представителен обеих групп в силу материнского характера наследования не смешивается Подобная каргина наблюдается, например, у морских млекопитающих и у акул, у которых самки разделены на географически изолированные группы и не совершают больших миграций, в отличие от кочующих самцов (Pardini et al, 2001)

Для описания возможного сценария видообразования у голомянок и причин формирования внутривидовой структуры большой юломянки необходимо привлечение данных по палеогеологической истории Байкальского региона На сегодняшний день нет оснований считать, что во время ледниковий в пелагиале Байкала существовали географические барьеры Понижение уровня Байкала вследствие сокращения стока рек в озеро, как предполагается, было не более 30 м (Гольдбсрг и др, 2005), что незначительно по сравнению с отметками глубин межкотловинных перемычек (350-400 м) Поэтому, можно считать, что видообразование в семействе голомянок и формирование внутривидовой структуры большой голомянки имеет симпатрическии характер В результате возможны следующие причины, которые могли сыграть ключевую роль в дивергенции генетических групп и видов голомянок

1 Полученные в настоящей работе интервалы времен дивергенции совпадают с эпохой глобального ледниковья (рис 9), протекавшей 45-75 тыс лет назад (MIS4, Морская изотопная стадия 4) Согласно исследованиям по количеству захороненных урана и фосфора в осадках озера, в начале этой ледниковои стадии 74,5 тыс лет назад произошел один из эпизодов массовой гибели гидробионтов Байкала (Чебыкин и др , 2004)

Диатомеи млн/г

Рисунок 9 Содержание створок диатомовых водорослей в осадках озера Байкал, коррелирующее с климатическими изменениями (Гольдберг и др, 2005)

Возраст тыс лет

Согласно нашим расчетам, после этого периода (66 - 67 тыс лет назад) началось разделение большой голомянки на две генетические группы Во время ледниковии притоки замерзали, сток биогенных элементов в озеро уменьшался, сокращалась мощность фотической зоны за счет повышения мутности воды Все это вызывало снижение общей первичной продукции и недостаток пищевых ресурсов Сокращение пищевых ресурсов могло привести к разделению предкового вида голомянки на группы, различающиеся по срокам нереста Это позволяло им, обитая на одной территории, более рационально использовать пищевые ресурсы

2 Причиной появления малой голомянки может быть следующее В Байкале существует два пика численности фитопланктона в течение года - весенний (подледный) и осеннии Фитопланктон является главным первичным продуцентом озера Массовое размножение водорослей вызывает развитие и зоопланктона, основного объекта питания молоди бычков Основную массу фитопланктона Байкала составляют такие эндемичные виды диатомовых как Aulacoseira baicalemis и Cyclotella minuta С minuta встречается круглый год с максимумом развития осенью (Поповская и др, 2002) К моменту массового

и

размножения этой водоросли приурочен пик появления личинок большой голомянки В отличие от этого A baicalensis в Байкале массово вегетирует в весенний период В это время происходит нерест малой голомянки Формирование современного комплекса фитопланктона произошло во время незначительного потепления климата в MIS3 (24-59 тыс лет назад) Весенневегетирующая водоросль A baicalensis стала доминировать в планктоне Байкала в начале MIS3 52 тыс лет назад (Khursevich et al, 2000) Этому периоду близко и полученное нами время появления малой голомянки (53 - 54 тыс лет назад) Возможно, в условиях недостатка пищевых ресурсов, характерных для ледниковья, часть особей Comephoridae перешла на использование других источников питания

Таким образом, в настоящем исследовании показана молодость семейства Comephoridae Первой из двух видов голомянок сформировалась большая голомянка, впоследствии дав начало малой голомянки Период времени формирования двух современных видов голомянок, вероятно, не превышает 100000 лет Видообразование голомянок, возможно, проходило на фоне резкого сокращения численности в результате сильнейшего похолодания в регионе и недостатка пищевых ресурсов Сокращение численности могло сопровождаться разделением предкового вида на нерестовые популяции, что позволяло более рационально использовать пищевые ресурсы

ВЫВОДЫ

1 Согласно анализу микросателлитной ДНК и нуклеотидной последовательности митохондриального гена цитохрома b малая голомянка представлена в Байкале единой генетически не подразделенной популяцией

2 Анализ полиморфизма микросателлитной ДНК не выявил какой-либо генетической подразделенности большой голомянки в пределах озера Байкал

3 Анализ нуклеотидной последовательности митохондриального гена цитохрома b выявил наличие двух генетических групп большой голомянки Распределение особей по группам не зависит от места сбора материала

4 Филогенетический анализ полученных данных с привлечением нуклеотидных последовательностей гена цитохрома b других представителей байкальских рогатковидных рыб показал, что малая голомянка произошла от предковой формы большой голомянки

5 Время, прошедшее с начала дивергенции малой и большой голомянок составило 39 - 74 тыс лет, а двух групп большой голомянки 48 - 94 тыс лет

6 Возможными причинами дивергенции генетических групп и видов голомянок являются резкие изменения климата в ледниковую стадию MIS4 45-75 тыс лет назад

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: 1 Teterina V.I, Kinlchik S V , Sukhanova L V Significance of Microsatellite obtained from the bullhead Coitus gobio in the oilfish Comephorus dybowsbi an endemic of lake Baikal // Abs Of the third international symposium of the senes speciation in ancient lakes (SIAL-3) Ancient lakes speciation, development m time and space, natural history - Novosibirsk Nauka, 2002 - P 185

2 Тетерина В И, Кирильчик С В, Суханова ЛВ Пригодность микросателлитных маркеров, полученных на европейском обыкновенном подкаменщике, Cottus gobio для исследования популяционной структуры малой голомянки, Comephorus dybowski, эндемика Байкала//Материалы региональной научно-практической конференции "Структура и функционирование экосистем Байкальского региона" - Улан-Удэ Бурятский гос ун-т, 2003

3 Teterina V.I, Sukhanova L V, Bogdanov В E, Anoshko P N, Kirilchik S V Intra-species genetic polymorphism of a little Baikal oilfish - Comephorus dybowski revealed by microsatellite analysis // The first Baikal Workshop on Evolutionary Biology Abstracts Irkutsk, Russia 2004 P 23-24

4 Тетерина В.И., Суханова JIB, Богданов БЭ, Кирильчик С В Внитривидовой генетический полиморфизм малой Comephorus dybowski и болыцой Comephorus baicalensis голомянок // Сборник материалов VIII Всероссийского попутя^иокного семинара "Попу1яд1"' в пространстве " времени» 11-15 апреля 2005 г Нижний Новгород, Россия, 2005, 417-419

5 Тетерина В И., Суханова JI В , Богданов Б Э, Аношко П H, Кирильчик С В Анализ генетического полиморфизма пелагического вида рыб оз Байкал -малой голомянки (Comephorus dybowski) по микросателлитным локусам // Генетика, 2005, том 41, № 7, с 919-924

6 Тетерина В.И., Гайкалов И В, Суханова Л В, Кирильчик С В Эволюционные исследования рыб Байкала методами молекулярной биологии основные результаты и перспективы // Тезисы докладов и стендовых сообщений Четвертой Верещагинской Байкальской конференции Иркутск 2005 С 182-183

7 Тетерина В.И., Суханова Л В, Богданов Б Э, Кирильчик С В Исследования темпов молекулярной дивергенции и видообразования на примере трех видов байкальских рогатковидных рыб // Популяционная экология животных материалы Международной конференции «Проблемы популяционной экологии животных» -Томск 2006 С 257-258

8. Тетерина В.И., Суханова JIВ, Кирильчик С В Полиморфизм микросателлитной ДНК эндемичного рода рыб оз Байкал - голомянок (Comephorus Lacepede, 1801) // Экологическая генетика, 2007, том V, №2, с 5057

БЛАГОДАРНОСТИ

Пользуясь случаем, автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю - к б н Кирильчику С В за внимательное и конструктивное руководство, а также к б н Сухановой JIВ , к б н Дзюба ЕВ, к б н Богданову Б Э за ценные консультации на всех этапах исследования Глубокую благодарность автор выражает заведующей лабораторией биологии рыб и водных млекопитающих ЛИН СО РАН кбн Мелышк H Г и сотрудникам лаборатории Аношко ПH и Ханаеву ИВ за содействие в сборе материала Автор выражает признательность кбн Бондаренко НА. и кбн Воробьевой С С за неоценимую помощь в интерпретации полученных в данном исследовании результатов Особую благодарность выражаю своим родителям за постоянную и всестороннюю моральную и финансовую поддержку

Работа выполнялась при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 01-04-48939

lnf

П

Подписано в печать 10 10 08 Формат 210x147 1/16 Бумага писчая белая Печать RIZO Уел печ л 1 6 Отпечатано в типографии ИП Овсянников А А ТиражЮОэкз Заказ № 99

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Тетерина, Вероника Игоревна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Краткая характеристика семейства Comephoridae оз. 9 Байкал.

1.2. Краткая история изучения голомянок.

1.3. Геоморфологические особенности, рифтогенез и палеоклимат оз. Байкал.

1.4. Выбор маркера для молекулярно-генетических исследований.

1.5. Микросателлитная ДНК.

1.5.1. Основные характеристики и эволюция микросателлитных повторов.

1.5.2. Методика проведения анализа микросателлитных локусов.

1.5.3. Статистические методы оценки полиморфизма микросателлитов.

1.6. Использование полиморфизма митохондриальной ДНК (мтДНК) в 30 эволюционных и популяционных исследованиях.

1.7. Оценка генетико-демографических параметров популяции.

1.8. Методы построения филогенетических схем.

1.8.1. Модели эволюционных изменений.

1.8.2. Методы построения филогенетических схем, основанные на оценке генетических расстояний ("дистанционно-матричные методы").4:

1.8.3. Метод максимальной экономии.

1.8.4. Метод максимального правдоподобия.

1.8.5. Методы, основанные на байесовской статистике.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. Сбор образцов и выделение ДНК.

2.2. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) микросателлитной и мтДНК.

2.3. Электрофорез микросателлитной ДНК в полиакриламидных гелях.

2.4. Электрофорез ДНК в агарозных гелях.

2.5. Определение нуклеотидной последовательности фрагментов мтДНК.

2.6. Обработка данных микросателлитного анализа.

2.7. Обработка данных анализа мтДНК.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ.

3.1. Анализ полиморфизма микросателлитной ДНК голомянок.

3.1.1. Анализ генетического полиморфизма малой голомянки по 58 микросателлитным локусам.

3.1.2. Анализ генетического полиморфизма большой голомянки по 64 микросателлитным локусам.

3.1.3.Сравнительный анализ внутривидового генетического полиморфизма 70 малой и большой голомянок по микросателлитным локусам.

3.2, Анализ нуклеотидных последовательностей митохондриального гена цитохрома b малой и большой голомянок.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Исследование генетического разнообразия и процессов видообразования эндемичного семейства рыб озера Байкал - голомянок (Comephoridae)"

В открытой пелагиали Байкала обитает два вида рогатковидных рыб - большая (Comephorus baiccilensis Pallas, 1776) и малая (C.dybowski Korotneff, 1905) голомянки. Согласно современной классификации голомянки -единственные представители эндемичного рода Comephorus семейства Comephoridae букета видов рогатковидных рыб оз. Байкал. Привлекательность Comephoridae для изучения процессов видообразования у симпатрических видов связана со следующими их особенностями: 1. Голомянки - это близкородственные виды. Согласно молекулярно-генетическим исследованиям время, прошедшее с момента отделения видов от предковой формы, может исчисляться десятками тысяч лет (Kontula et al., 2003). 2. Ареалы обитания видов в значительной степени перекрываются -представители малой и большой голомянок распространены по всему Байкалу, за исключением прибрежной зоны, и встречаются на всех глубинах озера. 3. По сравнению с другими видами байкальских рогатковидных рыб, голомянки - одни из наиболее хорошо изученных видов. Оба вида голомянок имеют четкие морфологические признаки, представители разных видов легко отличимы между собой и не образуют межвидовых гибридов.

Однако, несмотря на многочисленность исследований по голомянкам, до сих пор нет единого мнения об их популяционной структурированности. Исследования, проведенные с использованием комплекса морфометрических признаков, не дали конкретного ответа на вопрос о подразделенности на популяции данных видов или ее отсутствии (Коряков, 1964; Стариков, 1977; Аношко, 1998).

Остаются, также, неясными причины и время появления двух сестринских симпатрических видов, роль геологической истории водоема в процессах видообразования. Морфология и биология этих рыб настолько своеобразны, что некоторыми исследователями выдвигались гипотезы о древнем происхождении и независимом вселении в озеро предковой формы рода Comephorus (Берг, 1916;Сиделева, 1982). Другие ученые считали голомянок относительно молодыми формами, сформировавшимися в Байкале и имеющими общего предка с остальными рогатковидными озера (Талиев, 1955; Черняев, 1971). Ранее проведенные молекулярно-филогенетические исследования подтвердили правильность последних предположений (Slobodyanyuk et al., 1994; Кирильчик и др., 1995; Кирильчик, Слободянюк, 1997; Kontula et al., 2003).

В настоящей работе для исследования внутривидового генетического полиморфизма и процессов видообразования семейства Comephoridae использован анализ полиморфизма микросателлитной ДНК и анализ нуклеотидной последовательности митохондриального гена цитохрома Ъ. Выявленная в данном исследовании популяционно-генетическая структура видов и их филогенетические взаимоотношения рассматривается как следствие палеогеологических событий, происходивших в Байкальском регионе на протяжении последней сотни тысяч лет.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель настоящей работы состояла в исследовании генетического разнообразия и эволюционной истории семейства голомянок (Comephoridae) с помощью молекулярно-генетических методов.

В конкретные задачи работы входило:

1. Провести исследования внутривидового генетического полиморфизма двух видов семейства голомянок на основе полиморфизма длин микросателлитных локусов и на основе анализа нуклеотидных последовательностей митохондриального гена цитохрома Ъ.

2. Оценить степень генетической изоляции между особями собранными из разных котловин Байкала - южной, средней и северной.

3. Сравнить результаты анализа внутривидового генетического полиморфизма и межвидовой дивергенции полученные с помощью маркеров микросателлитной и митохондриальной ДНК.

4. Провести оценку времени дивергенции видов и реконструировать эволюционную историю семейства голомянок.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Впервые для популяционно-генетического исследования байкальских организмов применен анализ полиморфизма микросателлитных локусов. Показано, что эти генетические маркеры, разработанные для внебайкальских рогатковидных рыб, могут быть использованы для байкальских видов. Впервые на основе молекулярно-генетических данных определена популяционная структура двух видов семейства голомянок. Исследованы филогенетические взаимоотношения этих видов между собой. С помощью анализа митоходриального гена цитохрома b выявлено наличие двух генетических групп у большой голомянки. Показано происхождение малой голомянки от предковой формы большой голомянки. Сделаны предположения о возможных факторах, имевших место в геологическом прошлом Байкальского региона, которые могли способствовать разделению предковой популяции на генетические группы и виды.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Результаты исследований генетического разнообразия и эволюции голомянок могут помочь в понимании особенностей протекания эволюционных процессов в пелагиали озера Байкал, а также процессов микроэволюции в целом. За время работы были определены и депонированы в международную базу данных GenBank

34 нуклеотидных последовательности митохондриального гена цитохрома Ъ малой (номера доступа EU693082 - EU693115) и 37 нуклеотидных последовательностей большой (номера доступа EU699772 - EU699808) голомянок. Проведенные в данной работе выбор, тестирование и оптимизация семи микросателлитных локусов позволят в дальнейшем использовать их для изучения других видов байкальских Cottoidei.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы представлялись:

На 3-ем международном совещании: «Видообразование в древних озерах мира» (SIAL) Иркутск, Россия 2002 г.; на региональной научно-практической конференции «Структура и функционирование экосистем Байкальского региона» в г. Улан-Удэ в 2003 г.; на первом Байкальском симпозиуме по эволюционной биологии (BWEB) в Иркутске в 2004 г.; на VIII Всероссийском популяционном семинаре «Популяции в пространстве и времени» в 2005 в Нижнем Новгороде; на Четвертой Верещагинской Байкальской конференции в Иркутске в 2005; на Международной конференции «Проблемы популяционной экологии животных» в г. Томске в 2006 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе две в рецензируемых журналах:

1. Teterina V.I., Kirilchik S.V., Sukhanova L.V. Significance of Microsatellite obtained from the bullhead Cottus gobio in the oilfish Comephorus dybowskii an endemic of lake Baikal // Abs. Of the third international symposium of the series speciation in ancient lakes (SIAL-3): Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history.- Novosibirsk: Nauka, 2002.- P. 185.

2. Тетерина В.И., Кирильчик C.B., Суханова JI.B. Пригодность микросателлитных маркеров, полученных на европейском обыкновенном подкаменщике, Cottus gobio для исследования популяционной структуры малой голомянки, Comephorus dybowski, эндемика Байкала//Материалы региональной научно-практической конференции «Структура и функционирование экосистем Байкальского региона»,- Улан-Удэ: Бурятский гос. ун-т, 2003.

3. Teterina V.I., Sukhanova L.V., Bogdanov В.Е., Anoshlco P.N., Kirilchik S.V. Intra-species genetic polymorphism of a little Baikal oilfish - Comephorus dybowsld revealed by microsatellite analysis // The first Baikal Workshop on Evolutionary Biology. Abstracts. Irkutsk, Russia. 2004. P. 23-24.

4. Тетерина В.И., Суханова Л.В., Богданов Б.Э., Кирильчик С.В. Внитривидовой генетический полиморфизм малой Comephorus dybowski и большой Comephorus baicalensis голомянок // Сборник материалов VIII Всероссийского популяционного семинара «Популяции в пространстве и времени». 11-15 апреля 2005 г. Нижний Новгород, Россия; 2005; 417-419.

5. Тетерина В.И., Суханова Л.В., Богданов Б.Э., Аношко П.Н., Кирильчик С.В. Анализ генетического полиморфизма пелагического вида рыб оз. Байкал - малой голомянки (Comephorus dybowski) по микросателлитным локусам // Генетика, 2005, том 41, № 7, с. 919-924.

6. Тетерина В.И., Гайкалов И.В., Суханова Л.В., Кирильчик С.В. Эволюционные исследования рыб Байкала методами молекулярной биологии: основные результаты и перспективы // Тезисы докладов и стендовых сообщений Четвертой Верещагинской Байкальской конференции. Иркутск. 2005. С. 182-183.

7. Тетерина В.И., Суханова Л.В., Богданов Б.Э., Кирильчик С.В. Исследования темпов молекулярной дивергенции и видообразования на примере трех видов байкальских рогатковидных рыб // Популяционная экология животных: материалы Международной конференции «Проблемы популяционной экологии животных». - Томск. 2006. С. 257-258.

8. Тетерина В.И., Суханова Л.В., Кирильчик С.В. Полиморфизм микросателлитной ДНК эндемичного рода рыб оз. Байкал - голомянок (Comephorus Lacepede, 1801) // Экологическая генетика, 2007, том V, №2, с. 50-57.

БЛАГОДАРНОСТИ Пользуясь случаем, автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю - к.б.н. Кирильчику С.В. за внимательное и конструктивное руководство, а также к.б.н. Сухановой JI.B., к.б.н. ДзюбаЕ.В., к.б.н. Богданову Б.Э. за ценные консультации на всех этапах исследования. Огромную благодарность автор выражает заведующей лабораторией биологии рыб и водных млекопитающих к.б.н. Мельник Н.Г. и сотрудникам лаборатории Аношко П.Н. и Ханаеву И.В. за содействие в сборе материала. Автор выражает признательность к.б.н. Бондаренко Н.А. и к.б.н. Воробьевой С.С. за неоценимую помощь в интерпретации полученных в данном исследовании результатов. Особую благодарность выражаю своим родителям за постоянную и всестороннюю моральную и финансовую поддержку.

Работа выполнялась при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 01-04-48939.

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Тетерина, Вероника Игоревна

ВЫВОДЫ

1. Согласно анализу микросателлитной ДНК и нуклеотидной последовательности митохондриального гена цитохрома b малая голомянка представлена в Байкале единой генетически не подразделенной популяцией.

2. Анализ полиморфизма микросателлитной ДНК не выявил какой-либо генетической подразделенности большой голомянки в пределах озера Байкал.

3. Анализ нуклеотидной последовательности митохондриального гена цитохрома Ъ выявил наличие двух генетических групп большой голомянки. Распределение особей по группам не зависит от места сбора материала.

4. Филогенетический анализ полученных данных с привлечением нуклеотидных последовательностей гена цитохрома Ъ других представителей байкальских рогатковидных рыб показал, что малая голомянка произошла от предковой формы большой голомянки.

5. Время, прошедшее с начала дивергенции малой и большой голомянки составило 39 - 74 тыс. лет, а двух групп большой голомянки 48 — 94 тыс. лет.

6. Возможными причинами дивергенции генетических групп и видов голомянок являются резкие изменения климата в ледниковую стадию MIS4 45-75 тыс. лет назад.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Тетерина, Вероника Игоревна, Иркутск

1. Ambrose S. H. Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans //J. Hum. Evol. 1998. V. 34. P. 623-651.

2. Amos W., Sawcer S.J., Feakes R.W., Rubinsztein D.C. Microsatellites show mutational bias and heterozygote instability // Nat. Genet. 1996. V.13. P. 390391.

3. Angers В., Bernatchez L. Usefulness of heterologous microsatellites obtained from brook charr, Salvelinus fontinalis Mitchill, in other Salvelinus species // Moi. Ecol. 1996. V. 5. P. 317-319.

4. Avise J. C. Mitochondrial DNA and the evolutionary genetics of higher animals //Phil. Trans. R. Soc. London. 1986. V.312. P. 325-342.

5. Avise J.C. Phylogeography: the history and formation of species. Harvard University Press: USA, 2000. 447 p.

6. Awadalla P., Eyre-Walker A., Maynard Smith J. Linkage disequilibrium and recombination in hominid mitochondrial DNA // Science. 1999. V. 286. P. 2524 -2525.

7. Ballard J.W.O., Whitlock M.C. The incomplete natural history of motochondria // Mol. Ecol. 2004. V. 13. P. 729 744.

8. Balloux F., Lugon-Moulin N. The estimation of population differentiation with microsatellite markers // Mol. Ecol. 2002. V.l 1. P. 155-165.

9. Bassam B.J., Caetano-Anolles G., Gresshoff P.M. Fast and Sensitive Silver Staining of DNA in Polyacrylamide Gels // Anal, biochem. 1991. V.196. P. 8083.

10. Bandelt H-J., Forster P., Rohl A. Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies //Mol. Biol. Evol. 1999. V.16. P. 37-48.

11. Bensasson D., Zhang D-X., Hartl D.L., Hewitt G.M. Mitochondrial pseudogenes: evolution's misplaced witnesses // Trends Ecol. Evol. 2001. V. 16. P. 314-321.

12. Bergstrom C.T., Pritchard J. Germline bottlenecks and theevolutionary maintenance of mitochondrial genomes // Genetics. 1998. V. 149. P. 21352146.

13. Birky C.W. The inheritance of genes in mitochondria and chloroplasts: laws, mechanisms, and models //Annu. Rev. Genet. 2001. V. 35. P.125 -148.

14. Bos D.H., Posada D. Using models of nucleotide evolution to build phylogenetic trees // Dev. Сотр. Immunol. 2005. V. 29. P. 211-227.

15. Bromham L., Penny D. The Modern Molecular Clock // Nature. 2003. V. 4. P. 216 224.

16. Brown W.M., George M., Wilson A.C. Rapid evolution of animal mitochondrial DNA // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1979. V. 76. P.1967-1971.

17. Brookfield J. F. Y. A simple new method for estimating null allele frequency from heterozygote deficiency//Mol. Ecol. 1996. V. 5. P. 453-455.

18. Calabrese P.P., Durrett R.T., Aquadro C.F. Dynamics of Microsatellite Divergence Under Stepwise Mutation and Proportional Slippage / Point Mutation Models // Genetics. 2001. V. 159. P. 839-852.

19. Callan D.F., Thompson A.D., Shen Y., Philips H.A., Richards R.I., Mulley J.C., Sutherland G.R. Incidence and origin of null alleles of the (AC)n microsatellite markers // Am. J. Hum. Genet. 1993. V. 52. P. 922 927.

20. Cantatore P., Roberti M., Pesole G., Ludovico A., Milella F., Gadaleta M.N., Saccone C. Evolutionary analysis of cytochrome b sequences in some

21. Perciformes: evidence for a slower rate of evolution than in mammals // J. Mol. Evol. 1994. V. 39. P. 589 597.

22. Chakraborty R., Jin L. Determination of relatedness between individuals by DNA fingerprinting //Hum. Biol. 1993. V. 65. P. 875-895.

23. Chambers G.K., MacAvoy E.S. Microsatellites: consensus and controversy// Сотр. Biochem. Phys. B. 2000. V. 126. P. 455-476.

24. Chinnery P.F., Thorbum D.R., Samuels D.C., White S.L., Dahl H-H.M., Turnbull D.M., Lightowlers R.N., Howell N. The inheritance of mitochondrial DNA heteroplasmy: random drift, selection or both? // TIG. 2000. V.16. P. 500505.

25. Christiansen G., Christiansen C: Heterology of mitochondrial DNA from mammals detected by electron microscopic heteroduplex analyses // Nucleic Acids Res. 1983. V. 11(1). P. 37-56.

26. Cockerham C.C. Analyses of gene frequencies // Genetics. 1973. V.74. P. 679700.

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

28. Dowton M., Castro L.R., Campbell S.L., Bargon S.D., Austin A.D.Frequent mitochondrial gene rearrangements at the hymenopteran nad3-nad5 junction // J. Mol. Evol. 2003. V. 56. P. 517-526.

29. Еск R.V., Dayhoff M.O. Evolution of the structure of ferredoxin based on living relics of primitive amino acid sequences II Science. 1966. V.152. P.363-365.

30. Egger В., Koblmuller S., Sturmbauer C., Sefc K.M. Nuclear and mitochondrial data reveal different evolutionary processes in the Lake Tanganyika cichlid genus Tropheus I/ BMC Evol. Biol. 2007. V. 7 (137). doi:10.1186/1471-2148-7-137.

31. Edwards A., Hammond H.A., Jin L., Caskey C.T., Chakraborty R. Genetic variation of five trimeric and tetrameric tandem repeat loci in four human population groups// Genomics. 1992. V.12. P. 241-253.

32. Elliot N.G., Reilly A. Likelihood of bottleneck event in the history of the Australian population of Atlantic salmon (Salmo salar L.) // Aquaculture. 2003. V.215. P.31- 44.

33. Estoup A., Angers B. Microsatellites and minisatellites for molecular ecology: theoretical and empirical considerations //Advances in molecular ecology / Ed. Carvalho G. Amsterdam: IOS Press, 1998. P.55 86.

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

35. Estoup A., Tailliez C., Cornuet J-M., Solignac M. Size homoplasy and mutational processes of interruptad microsatellites in two bee species, Apis mellifera and Bombus terrestris (Apidae) // Mol. Biol. Evol. 1995b. V.12. P. 1074-1084.

36. Estoup A., Cornuet J-M. Microsatellite evolution: inferences from population data // Microsatellites: Evolution and Applications / Eds. Goldstein D.B., Schlotterer C. Oxford: Oxford University Press,. 1999. P. 49-65.

37. Eyre-Walker A. Awadalla P Does human mtDNA recombine? J. Mol. Evol. 2001. V. 53. P. 430-435.

38. Felsenstein J. Evolutionary trees from DNA sequences: a maximum likelihood approach//J. Mol. Evol. 1981. V.17. P. 368 376.

39. Ferris S.D., Berg W.J. The utility of mitochondrial DNA in fish genetics and menegement // Population Genetics and Fishery Management / Eds. Ryman N., Utter F. Seattle; L.: Univ. Wash. Press, 1987. P. 227-301.

40. Fitch W. M. Towards defi ning the course of evolution: Minimum change for a specifi с tree topology // Syst. Zool. 1971. V. 20. P. 406-416.

41. FitzSimmons N.N., Moritz C., Moore S.S. Conservation and dynamics of microsatellite loci over 300 million years of marine turtle evolution // Mol. Biol. Evol. 1995. V.12. P. 432-440.

42. Fontaine P.M., Dodson J.J., Bernatchez L., Slettan A. A genetic test of metapopulation structure in Atlantic salmon (Salmo salar) using microsatellites // Can. J. Fish. Aquat.Sci. 1997. V.54. P.2434-2442.

43. Freeland J.R., Noble L.R., Okamura B. Genetic diversity of North American populations of Cristatella mucedo, inferred from microsatellite and mitochondrial DNA // Mol. Ecol. 2000. V.9. P. 1375-1389.

44. Goldstein D.B., Linares A.R., Cavalli-Sforza, Feldman M.W. An evolution of genetic distances for use with microsatellite loci // Genetics. 1995. V.139. P. 463-471.

45. Goldstein D.B., Pollock D.D. Launching microsatellites: a review of mutation processes and methods of phylogenetic inference // J. Hered. 1997. V.88. P. 335-342.

46. Goldstein D.B., Roemer G.W., Smith D.A., Reich D.E., Bergman A., Wayne R.K. The use of microsatellite variation to infer population structure and demographic history in a natural model system // Genetics. 1999. V. 15(1) P. 797-801.

47. Gordenin D.A., Kunkel T.A., Resnick M.A. Repeat ezpansion-all in a flap? // Nat. Genet. 1997.V.16.P. 116-118.

48. Greenberg B. D., Newbold J. В., Sugino A. // Gene. 1983. V.21. P. 33-49.

49. Griffits C.S. Correlation of functional domains and rates of nucleotide substitution in cytochrome b // Mol. Phyl. Evol. 1997. V.7. P. 352-365.

50. Guillemette J.G., Lewis P.N. Detection of subnanogram quantities of DNA and RNA on native and denaturing polyacrylamide and agarose gels by silver staining//Electrophoresis. 1983. V.4. P. 92-94.

51. Guo S., Thomson E. Performing the exact test of Hardy-Weinberg proportionfor multiple alleles //Biometrics. 1992. V. 48. P. 361-372.

52. Gyllensten U., Wharton D., Josefsson A., Wilson A.C. (1991) Paternal inheritance of mitochondrial DNA in mice //Nature. 1991. V. 352. P. 255 -257.

53. Hancock, J.M. Microsatellites and other simple sequences: genomic context and mutational mechanisms // Microsatellites: Evolution and Applications / Eds. Goldstein D.B., Schlotterer C. Oxford: Oxford University Press, 1999. P. 1-9.

54. Hanfling В., Hellemans В., Volckaert A.M. and Carvalho G.R. Late glacial history of the cold-adapted freshwater fish Cottus gobio, revealed by microsatellites//Mol. Ecol. 2002. V.ll. P. 155-165

55. Hansen M.M., Kenchington E., Neilsen E.E. Assigning individual fish to populations using microsatellite DNA markers // Fish and fisheries. 2001. V.2. P. 93-112.

56. Hartl D.L., Clark A.G. Principles of population genetics. 3rd ed. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, 1997. 542 pp.

57. Hasegawa M., Kishino H., Yano T. Dating of the human-ape splitting by a molecular clock of mitochondrial DNA // J. Mol. Evol. 1985. V.22. P. 160-174.

58. Hatefi Y. The mitochondrial electron transport and oxidative phosphorylation system//Annu. Rev. Biochem. 1985.V.54. P. 1015-1069.

59. Hennig W. Phylogenetic systematics. Urbana: University of Illinois Press, 1966. 263 p.

60. Hewitt G. M. Speciation, hybrid zones and phylogeography or seeing genes in space and time//Mol. Ecol. 2001. V.10. P. 537-549.

61. Hey J., Nielsen R. Multilocus methods for estimating population sizes, migration rates and divergence time, with applications to the divergence of

62. Drosophila pseudoobscura and D. persimilis II Genetics. 2004. V.167. P.747-760.

63. Hey J. On the Number of New World Founders: A Population Genetic Portrait of the Peopling of the Americas // PLoS Biol. 2005. V.3. P. el93.

64. Неу J., Nielsen R. IM Documentation. 2006. 40 p.

65. Howell N. Evolutionary conservation of protein regions in the protonmotive cytochrome b and their possible roles in redox catalysis // J. Mol. Evol. 1989. V.29. P. 157-169.

66. Huelsenbeck J.P., Larget В., Miller R.E., Ronquist F. Potential Applications and Pitfalls of Bayesian Inference of Phylogeny // Syst. Biol. 2002. Vol. 51(5). P. 673-688.

67. Jarne P., Lagoda P.J.L. Microsatellites from molecules to populations and back //Trends Ecol. Evol. 1996. V.ll. P. 424-429.

68. Johns G.C., Avise J.C. A comparative summary of genetic distances in the vertebrates from the mitochondrial cytochrome b gene // Mol. Biol. Evol. 1998. V. 15 (11). P. 1481-1490.

69. Jukes Т. H., Cantor C. R. Evolution of protein molecules // Mammalian protein metabolism / Ed. Munro H. N. New York: Academic Press, 1969. P. 21-132.

70. Kashi Y., Soller M. Functional roles of microsatellites and minisatellites // Microsatellites. Evolution and Application / Eds. Goldstein D.B., Schlotterer C. N.Y.: Oxford Univ. Press Inc., 1999. P. 10-23.

71. Khursevich G.K., Karabanov E.B., Williams D.F., Kuzmin M.I., Prokopenko

72. A.A. evolution of freshwater centric diatoms within the Baikal rift zone during the late Cenozoic // Lake Baikal. A mirror in time and space for understanding global change processes / Ed. Minoura K. Amsterdam: Elsevier, 2000. P. 146154.

73. Kimura M., Crow J.F. The number of alleles that can be maintained in a finite population // Genetics. 1964. V. 49. P. 725-739.

74. Kimura M., Otha T. Stepwise mutation model and distribution of allelic frequencies in a finite populations // P. Natl. Acad. Sci. USA. 1978. V.75. P. 2868-2872.

75. Kimura M. A simple method for estimating evolutionary rate of base substitutions through comparative studies of nucleotide sequences // J. Mol. Evol. 1980. V.16.P. 111-120.

76. Knaepkens S., Yerheyen E., Galbusera P., Eens M. the use of genetic tools for the evalution of a potential migration barrier for the bullhead // J. Fish biol. 2004. V. 64. P. 1737-1744.

77. Kocher T.D., Thomas W.K., Meyer A., Edwards S.V., Paabo S., Villablanca F.X.,Wilson A.C. Dynamics of mitochondrial DNA evolution in animals: amplification and sequencing with conserved primers // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1989. V.86. P.6196-6200.

78. Kondo R., Satta Y., Matsuura E.T. et al. Incomplete maternal transmission of mitochondrial DNA in Drosophila // Genetics. 1990. V.126. P. 657- 663.

79. Kontula Т., Kirilchik S.V., Vainola R. Endemic diversification of the monophyletic cottoid fish species flock in Lake Baikal explored with mtDNA sequencing // Mol. Phylogenet. Evol. 2003. V.27. P. 143-155.

80. Kornegay J.R., Kocher T.D., Williams L.A., Wilson A.C. Pathways of lysozyme evolution inferred from the sequences of cytochrome b in birds // J. Mol. Evol. 1993. V. 37. P. 367-379.

81. Kvist L., Martens J., Nazarenko A.A., Orell M. Paternal leakage.of mitochondrial DNA in the Great Tit (Parus major) // Mol. Biol. Evol. 2003. V.20. P. 243 -247.

82. Langella O. Populations, a free population genetics software. URL http://www.pge.cnrs-gif.fr/bioinfo/populations. 2002.

83. Levinson G., Gutman G.A. Slipped-strand mispairing: a major mechanism for DNA sequence evolution // Mol. Biol. Evol. 1987. V.4. P.203-221.

84. Li W.-H. Unbiased estimation of the rates of synonymous and nonsynonymous substitution // J. Mol. Evol. 1993. V.36. P. 96-99.

85. Li W.-H. Molecular evolution. Sunderland: Sinauer Associates Inc. 1997. 487 pp.91 .Lightowlers R.N., Chinnery P.F., Turnbull D.M., Howell N. Mammalian mitochondrial genetics: heredity, heteroplasmy and disease // Trends. Genet. 1997. V. 13. P. 450-455.

86. Lu G., Basley D.J., Bernatchez L. Contrasting patterns of mitochondrial DNA and microsatellite introgressive hybridization between lineages of lake whitefish (Coregonus clupeaformis); relevance for speciation // Mol. Ecol. 2001. V.10. P.965-985.

87. Luikart G., Allendorf F.W., Comuet J.-M., and Sherwin W.B. Distortion of allele frequency distributions provides a test for recent population bottlenecks // J. Hered. 1998. V. 89(3). P. 238-247.

88. McDonald J. H., Kreitman M. Adaptive protein evolution at the Adh locus in Drosophila //Nature. 1991. V.351. P.652-654.

89. Michalakis Y and Excoffier L. A generic estimation of population subdivision using distances between alleles with special interest to microsatellite loci // Genetics. 1996, V. 142. P 1061-1064.

90. Miyamoto M.M., Cracraft J. Phylogenetic inference, DNA sequence analysis, and the future of molecular systematics // Phylogenetic Analysis of DNA Sequences / Eds. Miyamoto M.M., Cracraft J. New York: Oxford University Press, 1991. P 3-17.

91. Moritz C., Dowling Т.Е., Broun W.M. Evolution of animal mitochondrial DNA: relevance for population biology and systematics // Ann. Rev. Ecol. Syst. 1987. V.18. P. 269-292.

92. Moriyama E.N., Powell J.R. Codon usage bias and tRNA abundance in Drosophila // J. Mol. Evol. 1997. V.45. P. 514-523.

93. Nauta, M.J., Weissing, F.G. Constraints on allele size at microsatellite loci: implications for genetic differentiation//Genetics. 1996. V.143. P. 1021-1032.

94. Nei M. F-statistics and analysis of gene diversity in subdivided populations // Ann. Hum. Genet. 1977. V.41. P. 225-233.

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

96. Nei M. Molecular evolutionary genetics. Columbia University Press: New York, 1987. 674 P.

97. Nugroho E. , Ferrell D.J., Smith P. and Taniguchi Genetic divergence of kingfish from Japan, Australia and New Zealand inferred by microsatellite DNA and mitochondrial DNA control region markers// Fisheries sci. 2001. V. 67. P. 843-850.

98. Ohta Т. Population size and rate of evolution // J. Mol. Evol. 1972. V.l. P. 305-314.

99. Olsen J.B., Habicht C., Reynolds J., Seeb J.E. Moderately and highly polymorphic microsatellites provide discordant estimates of population divergence in sockeye salmon, Oncorhynchus nerka // Environ. Biol. Fish. 2004. V. 69. P.261-273.

100. Pamilo P., Bianchi N.O. Evolution of the Zfx and Zfy genes: rates and interdependence between the genes // Mol. Biol. Evol. 1993. V. 10. P. 271-281.

101. Pardini A.T., Jones C.S., Noble L.R. et al. Sex-biased dispersal of great white sharks //Nature. 2001. V. 412 (12). P. 139-140.

102. Primmer C.R., Ellegren H., Saino N., Moller A.P. Directional evolution in germline microsatellite mutations //Nat. Genet. — 1996. -Vol. 13. P. 391-393.

103. Primmer C.R., Ellegren H. Pattern of molecular evolution in avian microsatellities //Mol. Biol.Evol. 1998. V.15. P.997-1008.

104. Rand D.M., Kann L.M. Excess amino acid polymorphism in mitochondrial DNA: contrasts among genes from Drosophila, mice, and humans // Mol. Biol. Evol. 1996. V. 13(6). P. 735-748.

105. Rico C., Bouteillon P., Van Oppen M. J. H., Khight M.E., Hewitt G.M., Turner G.F. No evidence for parallel sympatric speciation in cichlid species of the genus Pseudotropheus from north-western Lake Malawi // J. Evol. Biol. 2003. V. 16. P. 37-46.

106. Robinson B.H. Human Complex I deficiency: clinical spectrum and involvement of oxygen free radicals in the pathogenecity of the defect // Bichem. Biophys. Acta. 1998. V. 1364. P. 271-286.

107. Rogers A.R., Harpending H. Population growth makes waves in the distribution of pairwise genetic differences // Mol. Biol. Evol. 1992. V.9. P. 552-569.

108. Ronquist F., Huelsenbeck J.P. MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models // Bioinformatics. 2003. V.l9 (12). P. 1572-1574.

109. Rooney A.P., Honeycutt R.L., Davis S.K., Derr J.N. Evaluating a putative bottleneck in apopulation of bowhead whakes from patterns of microsatellite diversity and genetic disequilibria // J. Mol. Evol. 1999. V.49. P. 682-690.

110. Rousset F. Equilibrium values of measure of population subdivision for stepwise mutation processes // Genetics. 1996. V.142. P. 1357-1362.

111. Rozas J., Sanchez-DelBarrio J.C., Messeguer X., Rozas R. DnaSP, DNA polymorphism analyses by the coalescent and other methods // Bioinformatics. 2003. V. 19. P. 2496-2497.

112. Ruzzante D.E., Taggart C.T., Cook D. A nuclear DNA basis for shelf-and bank-scale population structure in NW Atlantic cod (Cadus mofhua): Labrador to Georges Bank 11 Mol. Ecol. 1998. V.7. P.l 663-1680.

113. Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees //Mol. Biol. Evol. 1987. V. 4. P. 406 425.

114. Sambrook J., Fritsch E.P., Maniatis T. Molecular cloning: a laboratory manual. Nev York: Cold Spring Harbor Lab. Press. 1989. 253 p.

115. Schlotterer C. Microsatellites // Molecular Genetic Analysis of Populations: A Practical Approach / Ed. Hoelzer A.R. Oxford: IRL Press, 1998. P. 237-261.

116. Schneider S., Roessli D., Excoffier L. Arlequin: A software for population genetics data analysis. Ver 2.000. 2000. Genetics and Biometry Lab, Dept. of Anthropology, University of Geneva.

117. Schwartz M., Vissing J. Paternal inheritance of mitochondrial DNA // New Engl. J. Med. 2002. V.347. P. 576 -580.

118. Shaw P.W., Turner G.F., Idid M.R., Robinson R.L., Carvalho G.R. Genetic population structure indicates sympatric speciation of Lake Malawi pelagic cichlids // Proc. R. Soc. Lond. 2000. V.267. P. 2273-2280.

119. Slatkin, M. A measure of population subdivision based microsatellite allele frecuences // Genetics. 1995. V.139. P. 457-462.

120. Slobodyanyuk S.Ja., Pavlova M.E., Kirilchik S.V., Novitskii A.V. The evolutionary relationships of two families of cottoid fishes of Lake Baikal (East Siberia) as suggested by analysis of mtDNA // J. Mol. Evol. 1994. V.40. P. 392399.

121. Sneath P.H.A., Sokal R.R. Numerical taxonomy. San Francisco.: Freeman Press, 1973. 573 pp.

122. Spencer C.C., Neigel J.E., Leberg P.L. Exsperimental evaluation of the usefulness of microsatellite DNA for detecting demographic bottlenecks // Mol. Ecol. 2000. V.9.P. 1517-1528.

123. Springer M.S., Debry R.W., Douady C., Amrine H.M., Madsen O., De Jong W.W., Stanhope M.J. Mitochondrial versus nuclear gene sequences in deep-level mammalian phylogeny reconstruction // Mol. Biol. Evol. 2001.V.18. P. 132-142.

124. Storz J.F., Beaumont M A., Alberts S. C. Genetic evidence for long-term population decline in a savannah- dwelling primate: inferences from a hierarchical Bayesian model // Mol. Biol. Evol. 2002. V.19(l 1). P. 1981-1990.

125. Tajima F. The amount of DNA polymorphism maintained in a finite population when the neutral mutation rate varies among sites // Genetics. 1996. V. 143. P. 1457-1465.

126. Tamura K. Estimation of the number of nucleotide substitutions when there are strong transition-trans version and G+C content biases // Mol. Biol. Evol. 1992. V. 9. P. 678-687.

127. Tamura K., Nei M. Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in human mitochondrial humans and chimpanzees//Mol. Biol. Evol. 1993. V.10. P. 512-526.

128. Tamura К., Dudley J., Nei M., Kumar S. MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0. Molecular Biology and Evolution. 2007. Vol. 10. P.1093/molbev/msm092

129. Tautz D. Notes on definition and nomenclature of tandemly repetitive DNA sequences // DNA Fingerprenting: State of the Science / Eds. Pena S.D.J., Chakraborty R., Epplen J.T., Jeffreys A.J. Basel: Birkhauser Verlag, 1993. P. 21-28.

130. Tsigenopoulos C.S., Rab P., Naran D., Berrebi P. Multiple origins of polyploidy in the phylogeny of southern African barbs (Cyprinidae) as inferred from mtDNA markers // Heredity. 2002. V. 88. P. 466-473.

131. Van Oosterhout C., Hutchinson W.F., Wills D.P.M., Shipley P. Micro-checker: software for identifying and correcting genotyping errors in microsatellite data // Mol. Ecol. Notes. 2004. V.4. P. 535-538.

132. Villanueva В., Verspoor E., Visscher P.M. Parental assignment in fish using microsatellite genetic markers with finite numbers of parents and offspring // Anim. Genet. 2002. V.33. P. 33-41.

133. Volckaert, F.A.M.; Hanfling, В.; Hellemans, В.; Carvalho, G.R. Timing of the population dynamics of bullhead Cottus gobio (Teleostei : Cottidae) during the Pleistocene // J. Evolution. Biol. 2002. V. 15(6). P. 930-944.

134. Wallace DC, Stugard C, Murdock D, Schurr T, Brown MD (1997) Ancient mtDNA sequences in the human nuclear genome: a potential source of errors in identifying pathogenic mutations // P. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. V.94. P. 14900-14905.

135. Wallis G.P. Do animal mitochondrial genomes recombine? // TREE. 1999. V.14. P. 209-210.

136. Was A., Wenne R. Genetic differentiation in hatchery and wild sea trout (Salma trutta) in the Southern Baltic at microsatellite loci // Aquaculture. 2002. V.204. P.493-506.

137. Weber J.L., Wong C. Mutation of human short tandem repeats // Hum. Mol. Genet. 1993. V.2. P. 1123-1128.

138. Weir, B.S., Cockerham, C.C. Estimating F-statistics for the analysis of population structure // Evolution. 1984. V. 38. P. 1358-1370.

139. Wirth Т., Bernatchez L. Genetic evidence against panmixia in the European eel //Nature. 2001. V. 409. P. 1037-1040.

140. Won Y-J., Hey J. Divergence population genetics of chimpazees // Mol. Biol. Evol. 2005. V.22 (2). P. 297-307.

141. Wright J.M., Bentzen P. Microsatellites: Genetic markers for the future // Rev. Fish Biol. Fish. 1994. V.4. P. 384-388.

142. Wright S. Evolution and the genetics of populations. V. 4. Variability within and among natural populations. Chicago: University of Chicago Press. 1978. P.75.

143. Yang Z. Maximum likelihood phylogenetic estimation from DNA sequences with variable rates over sites: approximate methods // J Mol Evol. 1994. V.39. P. 306-314.

144. Yeh F.C., Boyle T.J.B. Population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits // Belg. J. Bot. 1997. V.129. P. 157.

145. Yokoyama R., Goto A. Phylogeography of a freshwater sculpin, Cottus nozawae, from the northeastern part of Honshu Island, japan // Ichthyol. Res. 2002. V.49. P. 147-155.

146. Zuckerkandl E. and Pauling L. Molecular desease, evolution and genetic heterogeneity // Horizons in biochemistry / Eds. Kasha M., Pullman B. New York: Academic Press, 1962. P. 189-225.

147. Абрамсон Н.И. Филогеография: итоги, проблемы, перспективы // Вестник ВОГиС. 2007. - Т. 11. - № 2.

148. Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А. Полиморфизм ДНК в популяционной генетике // Генетика. 2002. Т. 38. № 9. С. 1173-1195.

149. Аношко П.Н. Морфологическая изменчивость и дифференциация малой голомянки Comephorus dybowskii Korotneff (Cottoidei, Comephoridae) в озере Байкал // Сибирский экологический журнал. 1998. № 5. С. 453-458.

150. Берг Л.С. Рыбы пресных вод Российской империи. М., 1916. 563 с.

151. Вейр Б. Анализ генетических данных. М. : Мир, 1995. 320 с.

152. Верещагин Г.Ю. К систематике и биологии голомянки // Докл. АН СССР. Сер. А. 1926. С.47 50.

153. Гольдберг Е.Л., Чебыкин Е.П., Воробьева С.С., Грачев М.А. Урановый сигнал влажности палеоклиматов в осадках озера Байкал. // Докл. Академии Наук. 2005. Т. 400. № 1. с. 72-77

154. Дзюба Е.В. Исследование пищевых стратегий пелагических рыб Байкала // Автореф. дис. . канд. биол. наук. Борок. ИБВВ РАН, 2004. 24 с.

155. Дзюба Е.В., Мельник Н.Г. Сезонная динамика соотношения молоди голомянок в ихтиопланктоне пелагиали южной котловины озера Байкал // Тезисы докладов Всеросийской конференции Современные проблемы гидробиологии Сибири. Томск, 2001. - С. 31-33.

156. Дорогостайский В.Ч. Вертикальное и горизонтальное распределение фауны оз. Байкала // Иркутск: Гос. унив. Тр. проф. и преп. ИГУ. 1923. С. 1 -31.

157. Дыбовский Б.И. Исследования голомянки. (Сообщено А.Л. Чекановским.) // Изв. Сиб. отд. Русск. геогр. общ. 1870. Т. I. № 1. С. 28 -30.

158. Животовский JI.А. микросателлитная изменчивость в популяциях человека и методы ее изучения // Вестник ВОГиС. 2006. Т. 10. № 1. С. 74 -95.

159. Зубина Л.В., Дзюба Е.В., Зайцева А.Н. Являемся ли мы реальными свидетелями перестройки жизненных циклов гидробионтов (на примере байкальских голомянок)? // Современные проблемы гидробиологии Сибири: Тез. докл. всерос. конф., Томск. 2001. с.40-41

160. Карабанов Е.Б. Геологическое строение осадочной толщи озера Байкал и реконструкции изменений климата Центральной Азии в позднемкайнозое: Автореф. дисс.докт. геол .-минерал, наук. М.: ИЛРАН, 1999.72 с.

161. Кимура М. Молекулярная эволюция: теория нецтральности. М.: Мир, 1985. 394 с.

162. Кирильчик С.В., Слободянюк С.Я. Эволюция фрагмента гена цитохрома b митохондриальной ДНК некоторых байкальских и внебайкальских видов подкаменщиковых рыб // Молекуляр. биология. 1997. Т.31.№ 1.С. 168-175.

163. Кожов М.М. Биология озера Байкал. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 315 с.

164. Коротнев A.A. Comephoridae Байкала // Зоол. Исслед. оз. Байкал. Вып.2. Киев Берлин, 1905. С. 3-39.

165. Коряков Е.А. Биология, ресурсы и хозяйственное значение голомянок // Исследования по ихтиофауне Байкала. Тр. Лимнологического ин-та. М.-Л., 1964. Т. 2 . С. 3-75.

166. Коряков Е.А. Пелагические бычковые Байкала. М.: Наука, 1972. 155 с.

167. Ламакин B.B. О происхождении байкальских голомянок // Бюл. Моск. о-ва испыт. Природы. Отд. Биол. 1954. Т. 59. С. 27-29.

168. Логачев Н.А. История и геодинамика Байкальского рифта // Геология и геофизика. 2003. Т.44. № 5. С. 391-406.

169. Мац В.Д, Щербаков Д.Ю. Геологическое развитие Байкальского региона и формирование уникального биоразнообразия Байкала. // Доклады науч.- практич. конф. «Развитие жизни в процессе абиотических изменений на земле», Иркутск. 2008. С.155-175.

170. Минченко А. Г., Дударева Н. А. Митохондриальный геном. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1990. 194 с.

171. Нагорный В. К. Особенности распределения и продукционная структура голомянок // Динамика продуцирования рыб Байкала. Новосибирск: Наука, 1983. С. 6-14.

172. Павлинов И .Я. Введение в современную филогенетику. Кладогенетический аспект. М.: изд-во КМК, 2005. 392 с.

173. Поповская Г.И., Генкал С.И., Лихошвай Е.В. Диатомовые водоросли планктона озера Байкал: Атлас-определитель. Новосибирск: Наука, 2002. С. 168.

174. Рысков А.П. Мультилокусный ДНК-фингерпринтинг в генетико-популяционных исследованиях биоразнообразия // Мол. Биол. 1999. Т.ЗЗ. №6. С. 997-1011.

175. Сиделева В.Г. Сейсмосенсорная система и экология байкальских подкаменщиковых рыб (Cottoidei). Новосибирск: Наука, 1982. 152 с.

176. Сиделева В.Г., Фиалков В.А., Новицкий Л.А. Плавательное поведение и его связь с внешним строением у вторичнопелагических коттоидныхрыб (Cottoidei) оз. Байкал // Вопросы ихтиологии. 1992. Т. 32. №6. С.138-143.

177. Сиделева В.Г. Эндемичная ихтиофауна Байкала. Ее просхождение и условия существования // Автореф. дис. . докт. биол. наук. С.-П.: СПГУ, 1993. 40 с.

178. Стариков Г.В. Голомянки Байкала. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. 96 с.

179. Талиев Д.Н. Об «однополом» размножении у голомянки (Pisces, Comephoridae) // Докл. Акад. Наук СССР. 1949. Т. LXXX. № 16. С. 105108.

180. Талиев Д.Н. Бычки-подкаменщики Байкала (Cottoidei). M.-JL: Изд-во АН СССР, 1955.603 с.

181. Татаринов Л.П. Очерки по теории эволюции. М., Наука. 1987. 252 с.

182. Черняев Ж.А. Некоторые данные о размножении и развитии малой голомянки Comephorus dybowski Korotneff II Вопросы ихтиологии. 1971. Том 11. №70. С. 821-831.

183. Черняев Ж.А. О генезисе фауны байкальских бычков-подкаменщиков (Cottoidei) // Зоол. ж. 1973. Т. LII. Вып. 3. С. 459 464.

184. Черняев Ж.А. Морфоэкологические особенности размножения и развития большой голомянки Comephorus baicalensis (Pallas) // Вопр. Ихтиологии. 1974. Т. 14. № 6. С. 990-1003.

185. Черняев Ж.А. Морфоэкологические особенности размножения и развития песчаной широколобки оз. Байкал Paracottus (Leocottus) kessleri(Dyb) // Вопр. ихтиол. 1977. Т. 17. Вып. 6 (107). С. 1055 1070.

186. Шимараев М.Н., Гранин Н.Г., Домышева В.М., Жданов А.А., Голобокова Л.П., Гнатовский Р.Ю., Цехановский В.В., Блинов В.В. О межкотловинном водообмене в Байкале // Вод. ресурсы. 2003. Т. 30. № 6. С. 678-681.