Сравнительная кариология бычковых рыб (Gobiidae) фауны России: эволюционный и таксономический аспекты

Праздников, Денис Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Сравнительная кариология бычковых рыб (Gobiidae) фауны России: эволюционный и таксономический аспекты
ВАК РФ 03.02.06, Ихтиология

Автореферат диссертации по теме "Сравнительная кариология бычковых рыб (Gobiidae) фауны России: эволюционный и таксономический аспекты"

На правах рукописи

Праздников Денис Владимирович

Сравнительная кариология бычковых рыб (СоЬнс1ае) фауны России: эволюционный и таксономический аспекты

03.02.06 — ихтиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

5 ДЕК 2013

Москва-2013

005541680

Работа выполнена в лаборатории экологии низших позвоночных Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем экологии и эволюции им. Л. Н. Северцова РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Васильев Виктор Павлович

Официальные оппоненты: Баклуїпипская Ирина Юрьевна

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории цитогенетики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института биологии развития им. Н.К. Кольцова Российской академии наук

Крысанов Ёвгеннй Юрьевич

кандидат биологических паук, заведующий лабораторией экологического мониторинга регионов АЭС и биоиндикации Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем экологии и эволюции им. А.ІІ. Северцова Российской академии наук

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие

Всероссийский научно-исследовательский институт пресноводного рыбного хозяйства

Защита диссертации состоится 25 декабря 2013 года в 10 часов иа заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.213.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, по адресу: 119071 г. Москва, Ленинский проспект, дом 33, тел.факс (495) 952-35-84; E-mail: 7.asliita@sevin.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения биологических наук РАН по адресу: Москва, Ленинский проспект, дом 33.

Автореферат разослан 22 ноября 2013г.

Учёный секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

кандидат биологических наук Елена Александровна Кацмаи

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Семейство бычковые (Gobiidae) является одним из крупнейших и наиболее сложных, в таксономическом отношении, группой рыб. По последним да!тым, это семейство включает 250 родов и более 1660 видов (Froese, Pauly, 2013).

В ихтиофауне России бычковые обитают в Черноморско-Каспийском бассейне. Балтийском море и в ряде водоёмов Дальнего Востока. Бычковые, населяющие Черноморско - Каспийский бассейн, включают около 50 видов. В ихтиофауне Дальнего Востока России сем Gobiidae включает более 20 видов. Бычковые Каспийского моря являются важным компонентом экосистемы и имеют большое значение в питании ценных промысловых видов рыб (например, осетровых). В Азовском море бычковые являются важным объектом рыбного промысла.

Из палеонтологических данных известно, что сем. Gobiidae появляется в сакараульскон фауне Восточного Паратетиса (нижний миоцен) (Банников, 2009). Бассейн Понто-Каспия имеет длительную и сложную геологическую историю, отразившуюся на особенностях эволюции рыб этого региона.

В таксономическом отношении Понто-Каспийскне виды бычков недостаточно изучены. Проблемы таксономии связаны, главным образом, с большой изменчивостью и, в ряде случаев, отсутствием надежных внешних морфологических признаков, используемых для систематики бычковых. Наибольшие трудности встречаются обычно при видовой диагностике бычков. Это связано с относительно невысокой дивергенцией видов по внешним морфологическим признакам в пределах рода, что делает их плохо различимыми с помощью традиционных методов систематики.

Эффективность применения цитогенетических методов общепризнана в решении ряда проблем, а именно в эволюции и таксономии отдельных групп животных, установлении видового статуса близкородственных форм, эволюционных шменениях кариотипов, полиплоидной эволюции и т.д.

К настоящему времени известны кариотипы менее чем 40% видов черноморско-каспийских Gobiidae. Кариологических исследований дальневосточных бычков до настоящего времени не проводилось. Следует отметить, что кариотипы некоторых видов были изучены по единичным экземплярам, что не позволяет выявить особешюсти кариотипа и наличие хромосомной4 .изменчивости. В связи с этим проведение исследований бычковых различными методами, включая цитогенетические, является

актуальным как в практическом, так и в теоретическом отношении для уточнения видовой диагностики, выяснения изменчивости и филогенетических отношений. Цель и задачи исследования.

Цель исследования: выявить основные механизмы формирования хромосомной изменчивости и направления кариотипической эволюции бычковых рыб (ОоЬМае) из Черноморско-Каспийского бассейна и пресноводных водоёмов Приморского края.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) провести сравнительный анализ кариотипов отдельных групп семейства ОоЬпс1ае фауны России;

2) выявить межвидовую дифференциацию кариотипов у бычковых из Черноморско-Каспийского бассейна;

3) оценить уровень популяционно-видовой изменчивости кариотипов бычковых фауны России.

Научная новизна.

В настоящей работе представлены кариологические данные ранее не изученных видов бычковых из фауны Дальнего Востока России (виды из родов Асап1}ю'>оЫи$, Супто^оЫш и Тп<1епщег) и Черноморско-Каспийского бассейна (Ктроп^ИсЫа ¡р., NeogoЫus гаШп, А^оЫм зр., N. зугтап). Впервые обнаружен хромосомный полиморфизм и межпопуляционная изменчивость кариотипа у ряда видов черпоморско-каспийских бычков: ВеШ/юр/Ши* ¿¡еИаШз, NeogoЫus %ог1ар, N. ¡угтап Проанализированы направления кариотипической эволюции бычковых из Черноморско-Каспийского бассейна и северо-западной части Тихоокеанского бассейна. Теоретическое и практическое значение работы.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что полученные результаты дают представление о генетическом разнообразии и направлении кариотипической эволюции одной из наиболее многочисленных и сложных в таксономическом отношении группы рыб. Практическая значимость исследования состоит в том, что данные, полученные в ходе исследования, могут быть использованы при разработке природоохранных мер, а также при подготовке лекционных курсов по ихтиологии.

Положения, выносимые на защиту:

I. Для ОоЬп<1ае из Черноморско-Каспийского бассейна характерна хромосомная изменчивость (полиморфизм и межпопуляционная дифференциация кариотипов), основными механизмами формирования которой являются

Робертсоновские транслокации и перицентрические инверсии.

2. Черноморско-каспийские и дальневосточные бычки отличаются по базовому кариотипу и основным направлениям кариотипической эволюции. Апробация работы.

Основные результаты исследования были представлены на Международной молодежной конференции «Популяционная генетика: современное состояние и перспективы» (Москва, 17-18 ноября 2011 г.); на Международной научной конференции «Хромосома 2012» (Новосибирск, 2-7 сентября 2012 г.); на Международной научной конференции «Эктотермные позвоночные Восточной Европы и сопредельных территорий: эволюционные, экологические и природоохранные аспекты» (Тамбов, 2-4 октября 2013 г.). Материалы исследования обсуждались на коллоквиумах лаборатории экологии низших позвоночных ИПЭЭ РАН и нашли свое отражение в научных публикациях и докладах автора.

Публикации.

По теме исследования опубликовано 6 научных работ, из них: 4 статьи в журналах из списка ВАК, 2 тезисов докладов и материалов конференций. Структура и объём работы.

Диссертация общим объёмом 114 страниц состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка использованной литературы. Иллюстративный материал включает 42 рисунка и 15 таблиц. Библиографический список содержит 124 наименования, в том числе 99 на иностранных языках. Благодарности.

Автор благодарен научному руководителю д.б.н. В.П. Васильеву за предложенную тему, создание условий для выполнения данной работы и консультации в проведении кариологических исследований, а также д.б.н. Е.Д. Васильевой (Зоологический музеи МГУ) за помощь и плодотворное сотрудничество при выполнении исследовательской работы.

Искренняя признательность заведующему лабораторией экологии низших позвоночных д б.н., проф. М. И. Шатуновскому, а также д.б.н. Г. И. Рубану за ценные замечания при подготовке рукописи диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цель и задачи исследования, изложены положения, выносимые на защиту; определена научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования; приведены сведения об апробации работы. Глава 1. Обзор литературы.

В первой главе приводится сравнительный кариологический анализ сем. СоЬп(1ае. На основе имеющихся в научной литературе сведений (Васильев, Григорян, 1992; Васильева, Васильев, 1994; Лга,, 2011; ОаК-ао с! а1„ 2011; ТЬоёс * а!., 1985, 1988 и др.) рассматривается распределение хромосомных чисел в сем. ОоЪйс1ае, а также изменчивость кариотипов у бычковых: хромосомный полиморфизм, обусловленный Робертсоновскими транслокациями, инверсиями, делециями; местом расположения и количеством районов ядрышкового организатора; распределением С-положительного гетерохроматина. Приводятся литературные данные по особенностям кариотипов, связанным с наличием системы половых хромосом (КЦапо е! а1„ 2009, 2012; РегоМ, 1984; П^е с! а1„ 1983 и др.); данные по кариологии и таксономии По.по-Каспийскпх ОоЬпс1ае Рассматриваются особенности эволюции кариотипов в отдельных группах рыб.

Глава 2. Материалы и методы.

В качестве объекта данного исследования были выбраны бычковые рыбы (СоЫМае) из двух подсем.: ОоЬппае и СоЫопеШпае. В общей сложности кариологически

изучены 24 вида из 43 популяций.

Материал для настоящей работы был собран в период с 2003 по 2012 годы в Черноморско-Каспийском бассейне, в ряде водоёмов Приморского края (р. Карасик (Хасаиский район), р. Маячная, р. Рязановка); в бухте Мраморная (Японское море, Залив Петра Великого). В Черноморско-Каспийском бассейне материал был собран из следующих точек; р. Волга (Чебоксарское в-ще), р. Малый Узень, р. Большой Узень, р. Дон (г. Семикаракорск, г. Ростов-на-Дону, с Кагальник), Азовское море (Таманский п-ов: станица Голубицкая, Керченский пролив), Чёрное море (Динской залив, Бугазская коса, Казачья бухта, с. Приморское (Одесская область)), оз. Сасык, р. Дунай (г. Измаил),

Каспийское море (г. Актау)

Автором исследования материал собран на Азовском море (Таманский п-ов), Чёрном море (Динской залив, Бугазская коса), р. Волга (Чебоксарское водохранилище). Материал для кариологических исследований из других выше перечисленных локальносгей, в виде воздушно-сухих препаратов, был предоставлен научным

руководителем В.П. Васильевым и сотрудником Зоологического музея МГУ Е. Д. Васильевой.

Исследованы кариотипы от 314 экземпляров.бычковых. От каждой рыбы изучено не менее 10 метафаз.

Для изучения кариотипов использовали клетки передней части почки и тимуса, а для анализа мейотических хромосом - семенники, применяя методики Васильева (1978, 1989) и Раба (1981). Перед вскрытием рыбам делали инъекции 0,5% раствором колхицина в спинную мышцу, в объёме 0,8 мл на 100 г массы тела. После этого рыбы выдерживались не менее 4 часов в хорошо аэрируемых бассейнах. Затем производится разрез покровов, и извлекалась нужная ткань. Гипотоническая обработка тканей проводилась в 0,075 M растворе хлорида калия в течение 20 - 30 мин. в зависимости от температуры. Ткани фиксировались в смеси 96% этилового спирта и ледяной уксусной кислоты в соотношении 3:1 в течение трёх и более часов при температуре 0-8 градусов.

Хромосомные препараты, приготовленные с использованием стандартной техники воздушной сушки, окрашивали в 5% растворе красителя Гимза (концентрат Merck), приготовленного с использованием фосфатного буфера (pH 6,8), в течение 5-7 мин. при комнатной температуре.

Анализ препаратов проводили с использованием микроскопа Leica DM 1000, фотографии метафаз были сделаны цифровой камерой Leica DFC 295. Хромосомы классифицировати по системе Левана (Levan et al., 1964) с вычислением центромерного индекса программой Leica Application Suite V3.3.0, выделяя четыре основных топа хромосом: метацентрические (m), субметацентрические (sm), субтелоцентрические (st), акроцентрические (а). Раскладки кариотипов делали с использованием программ FastStone Image Viewer и Adobe Photoshop 8.0. Статистический анализ результатов осуществляли с использованием программы Microsoft Office Excel 2007. Глава 3. Основные результаты работы.

Результаты исследования суммированы в таблице. Для сравнительного анализа

изменчивости кариотипов рыб из Черноморско-Каспийского бассейна нами также были

привлечены полученные данные по кариотипу Uranoscopus scaber. Кариологические

исследования 24 видов бычков показали хромосомную изменчивость у 8 видов. Среди

бычковых из Черноморско-Каспийского бассейна хромосомный полиморфизм обнаружен

у 7 видов: Benthophilus stellatus, Neogobius eurycephalus, N. gorlap, N. gymnotracheíus, N.

platyrostris, N. sp„ N. syrman. Полиморфизм обусловлен Робертсоновскими

транслокациями, а у ряда видов и перицентрическими инверсиями. Среди

дальневосточных бычков полиморфизм, связанный с перицентрическими инверсиями, обнаружен у Gymnogobius urotaenia.

Лі

Таблица.

Краткая характеристика изученных видов

Вид

Acanthogobius flavimanus (Temmmck & Schlegel, 1845)

Acanthogobius lactipes (Hilgendorf, 1879)

Benthophilus stellatus (Sauvage, 1874)

Gobius bucchichi Steindachner, 1870

Gobius cobitis Pallas,1814

Gobius niger Linnaeus, 1758

Место сбора материала, год

р. Маячная (Приморский край), 2007

бухта Мраморная (Японское море), 2007

р. Дунай (г. Измаил), 2011

р. Дон (с. Кагачьник), 2009

Чёрное море (Одесская область), 2011

Черное море (Казачья бухта), 2008

Gobius ophiocephalus (Pallas, 1814)

Gymnogobius opperiens Stevenson, 2002

Gymnogobius urotaenia (Hilgendorf, 1879)

Knipowitschia sp.

Neogobius eurycephalus (Kessler, 1874)

Neogobius fluviatilis (Pallas, 1814)

Чёрное море (с. Приморское, Одесская область), 2010

р. Рязановка (Приморский край), 2007

2п

р. Карасик (Приморский край). 2007

Чёрное море (Бугазская коса), 2011

р. Дунай (г. Измаил), 2011

р. Дон (с. Кагальник), 2009

р. Дон (г. Семикаракорск), 2010

оз. Сасык, 2011

Азовское море (Таманский п-ов), 2011

р. Малый Узень (Саратовская область), 2003

Характеристика кариотппа

формула

44st/a

40а

lm+14st+28a

14st+30a

2sm+8st+32a

44 44

46а

6sm +8st+38a

46a

38st+6a

44st

lsm+30st+13a

10sm+6st+30a

5m+6sm+24a

6m+6sm+22a

6m+7sm+20a

46a

Л» Вия Место сбора материала, год Характеристика кариотппа Число изученных рыб, пол*

2п формула NF

13 Neogobius gorlap Iljin in Berg, 1949 р Волга (Чебоксарское водохранилище), 2011 46 2st+44a 46 8(59;3с?)

46 4st+42a 46 4(2?;2с?)

45 lm+2st+42a 46 9(3?;6(?)

45 lm+4sl+40a 46 1(19)

45 lsm+4st+40a 46 2(19;1с?)

44 2sm+2st+40a 46 3(2$;1<5)

44 2sm+4st+38a 46 1(19)

43 3m+3st+37a 46 3(12;2с?)

р. Дон (г. Ссмикаракорск), 2010 46 2st+44a 46 2(2<?)

46 4st+42a 46 Kit?)

р Большой Узень (Саратовская область), 2003 46 46a 46 4(29;1о)

46 2st+44a 46 8(39)

45 1 m+2st+42a 46 8(4$)

45 lsm+6st+38a 46 1

44 lm+lsm+2st+40a 46 1

р. Малый Узень (Саратовская область), 2003 46 46a 46 3(29;1с?)

46 2st+44a 46 5(29;2(?)

45 lm+2st+42a 46 4(39;1с?)

45 lsm+4st+40a 46 2(2<?)

45 lsm+6st+38a 46 1(19)

44 lm+lsm+2si+40a 46 2(19)

14 Neogobius gymnotrachelus (Kessler, 1857) р. Дунай (Кнслидаий рукав), 2010 46 4st+42a 46 з (le?; 19)

45 lm+6st+38a 46 2(lcJ)

р. Дон (с. Кагальник). 2009 45 lm-+6st+38a 46 1(1с?)

15 Neogobius kessleri (Günther, 1861) оз. Сасык, 2010 30 9m+6sm+2st+)3a 45 2(29)

р. Дунай (г.Измаил), 2011 30 9m+6sm+2st+13a 45 3(39)

16 Neogobius melanostomus (Pallas, 1814) р. Волга (Чебоксарское водохранилище), 2011 46 46a 46 8 (5?; Зс?)

Азовское море (Таманский п-ов), 2011 46 46a 46 5 (5Í)

р. Дон (г. Семикаракорск), 2010 46 46a 46 4(39; 1с?)

Чёрное море (Казачья бухта), 2008 46 46a 46 5

р. Большой Узень (Саратовская область), 2003 46 46a 46 6(39; 3(?)

р. Малый Узень (Саратовская область), 2003 46 46a 46 3 (29; 16")

17 Neogobius plalyrostris (Pallas, 1814) Азовское море (Таманский п-ов), 2011 46 46a 46 16(11<?;59)

46 lst+45a 46 1(1<?)

46 2st+44a 46 3 (2с?)

№ Вид Место сбора материала, год Характеристика кариотнпа Число изученных рыб, пол*

2п формула NF

18 Neogobius ratan (Nordmann, 1840) Чёрное море (Одесская область), 2011 46 lst+45a 46 1 (lcJ)

19 Neogobius sp. Каспийское море (г. Актау), 2012 44 2sm+42a 46 НІС?)

43 3sm+40a 46 2(ІС?)

42 2m+2sm+38a 46 9(3с?)

41 2m+3sm+36a 46 7(2с?)

40 2m+4sm+34a 46 18(7с?;1$)

20 Neogobius syrman (Nordmann, 1840) оз. Сасык, 2011 40 6m+2st+32a 46 19(13с?;6?)

39 7m+10st+22a 46 1с?

р. Дон (г. Ростов-на-Дону), 2005 34 12m/sm+22a 46 1?

32 10m+4sm+18a 46 2(1с?;19)

21 Pomatoschistus marmoratus (Risso, 1810) Чёрное море (с. Приморское, Одесская область), 2010 46 40sm/st+6a (86) 6 (3cJ;3§)

22 Proterorhinus marmoratus (Pallas, 1814) Черное море (Динской запив), 2011 46 46a 46 3(l$;2t?)

р. Волга (Чебоксарское водохранилище), 2011 46 46a 46 4(2$;2с?)

р. Дон (г. Семикаракорск), 2010 46 46a 46 3 (29,1с?)

Чёрное море (Казачья бухта), 2008 46 46a 46 7(3?;4с?)

23 Tridentiger trigonocephalus (Gill, 1859) Чёрное море(устье р Чёрная, Севастополь), 2009 46 16sm+16st+14a 52 2(2?)

24 Tridentiger brevispinis Katsuyama, Arai & Nakamura, 1972 р. Карасик (Приморский край), 2007 47 2m+3sm+10st+ 32a 52 1 (19)

Примечание- 2п - диплоидное число хромосом; NF - число хромосомных плеч, (NF) -число плеч, учитывая m, sm и st хромосомы; m - мета-, sm - субмета-, st - субтело-, а -акроцентричесхие хромосомы. *у некоторых экземпляров пол не определен

Глава 4. Обсуждение результатов.

4.1. Изменчивость кариотипов черноморско-каспийских Gobiidae Наибольшее число видов бычковых, у которых был обнаружен хромосомный полиморфизм, обитают в Черноморско-Каспийском бассейне. Это представители родов: Gobius (G. ophiocephalus: G. niger), Benthophilus (В. stellatus; В. leobergius), Neogobius (N. constructor, N. cyrius, N. eurycephalus. N. gorlap, N. gymnotrachelus, N. platyrostris. N. sp„ N. syrmari).

Для Вепг1юрЫ1ш ¡ГеИшш из р. Дунай характерен полиморфизм, обусловленный Робертсоновской транслокациен. Нами были обнаружены две кариоморфы с 2п=44, №=44 и 2п=43, №=44 (табл.). Кариотип 44-хромосомной морфы состоит из 7 пар субтело- и 15 пар акроцентрических хромосом. У морфы с 2п=43 в кариотипе присутствует непарная мегацентрическая хромосома. У В. иеНаш из р. Дон была найдена морфа с 2п=42 (№=44), состоящая из пары субмета-, 4 пар субтело- и 16 пар акроцснтричсских хромосом (табл.). Появление в кариотипе крупной пары субметацеитрических хромосом, вероятно, обусловлено центрическим слиянием акроцентротеских элементов. Другой случай хромосомного полиморфизма обнаружен у В. ¡ГеПаГиз из р. Днестр с 2п=44, №=46, 47, 48 (Григорян, Васильев, 1992). Полиморфизм наблюдается по субметацентрической паре хромосом, появление которой связано с перицеитрическими инверсиями или перераспределением блоков гетерохроматина (Григорян, Васильев, 1992).

Межпопуляцнонная изменчивость кариотипа В. $!е11а!и$, с учетом трёх изученных популяций, вероятно, обусловлена шестью хромосомными перестройками - пятью перицеитрическими инверсиями и одной Робертсоновской транслокацией. Крупные пары субметацеитрических хромосом в кариотипе рыб из р. Дон и р. Днестр имеют различное происхождение. В р. Дон 5т-хромосома появилась в результате Робертсоновской транслокации, а в р. Днестр - в результате перицентрической инверсии крупных акроцентрических хромосом, что и привело к увеличению числа плеч в этой популяции.

ВеткорИНиз !eobergius из р. Волги характеризуется одинаковым типом хромосомного полиморфизма с популяцией В. ¡ГеЦа/ю из р. Днестр. У В. 1еоЪег%ш$ выявлено 3 кариоморфы, у которых при постоянном 2п=44 происходит варьирование числа плеч от 46 до 48 (Васильев, 1985).

Хромосомный полиморфизм, связанный с Робертсоновской транслокацией и перицентрической инверсией, характерец для йоЫиз орИюсеркаЫз из Чёрного моря (2п=45, 2п=46; №=46) (Васильев, 1985). Кариолопгческие исследования этого вида, поймашюго около прибрежной зоны с. Приморское (Чёрное море, Одесская область), не выявили хромосомной изменчивое™ Изученный нами кариотип состоял из 46 акроцентрических хромосом (табл.). Отсутствие полиморфизма может быть связано с малой выборкой рыб.

У Сойки niger из трёх районов Чёрного моря (Севастопольская бухта, прибрежная

зона Анапы и Туапсе) обнаружен одинаковый хромосомный полиморфизм,

обусловленный перицентрической инверсией (2п=52, №=56, 57) (Васильев, Григорян,

1992). Полиморфная пара хромосом может быть представлена двумя мелкими акроцентрическими хромосомами или непарной мета- и акроцентрической хромосомой (Васильев, Григорян, 1992). Кариотип исследованных нами особей G. nîger из другого района Чёрного моря (с. Приморское, Одесская область) содержал 2n=52, NF=58 (табл ). Хромосомный набор состоял из 6 субмета-, 8 субтело- и 38 акроцентрических хромосом (две пары акроцентрических элементов по своим размерам близки к микрохромосомам).

Другой тип хромосомного полиморфизма, связанный с Робертсоновскими транслокациями, был обнаружен у средиземноморской популяции G. niger (Vitturi, Catalano, 1989). Кариологические исследования выявили 4 цитотипа с 2п=52, 51, 50, 49 при постоянном NF=60. В результате транслокаций робертсоновского типа происходит появление крупных метацентрических хромосом в кариотипе кариоморф с 2п=51, 50 и 49 (Vitturi, Catalano, 1989). Таким образом, межпопуляционная изменчивость черноморских и средиземноморской популяций G. niger связана, по крайне мере, с четырьмя хромосомными перестройками - двумя Робертсоновскими транслокациями и двумя перицентрическими инверсиями.

Подавляющее число видов бычковых, для которых обнаружена хромосомная изменчивость, принадлежат к p. Neogobius. Для большинства видов из этого рода характерен полиморфизм, обусловленный Робертсоновскими транслокациями и перицентрическими инверсиями.

В популяции N. gymnotrachelus из р. Дунай (Кислицкий рукав) было обнаружено две кариоморфы: 2п=46 и 2п=45 с постоянным числом хромосомных плеч - 46 (табл.). Хромосомный полиморфизм в этой популяции обусловлен одной Робертсоновской транслокацией и одной перицентрической инверсией. Такой же тип полиморфизма кариотипа характерен для популяции N. gymnotrachelus из р. Дон.

Для популяций N. gymnotrachelus из бассейна р. Днепр и р. Днестр характерен хромосомный полиморфизм, связанный с одним типом перестроек - перицентрическими инверсиями. В этих популяциях было обнаружено четыре цитотипа с постоянным 2п=46, но переменным числом хромосомных плеч от NF=46 до NF=48 (Григорян, Васильев,

1993). Изменчивость числа плеч связана с появлением в кариотипе непарных мета- и субметацептрических хромосом в результате перицентрпческих инверсий. Хромосомный полиморфизм N. gymnotrachelus из популяций р. Днепр и р. Днестр, вероятно, связан с тремя перицентрическими инверсиями (Григорян, Васильев, 1993).

Межпопуляционная дифференциация кариотипа N. gymnotrachelus, вероятно,

обусловлена пятью перестройками: одной Робертсоновской транслокацией и четырьмя

перицентрическими инверсиями. Различия между популяциями N. gymnotrachelus по перицентрическим инверсиям связаны с тем. что в одних популяциях эти муташш приводят к появлению трёх пар субгелоцентрических хромосом (р. Дон, р. Дунай), в других - непарных двуплечих хромосом: мета-, субмета- и субтелоцентрических элементов (р. Днепр, р. Днестр).

Для N. eurycephalus характерен хромосомный полиморфизм, обусловлетилгй Робертсоновскими транслокациями. Так, в популяции из р. Дунай (около г. Измаил) нами были обнаружены три кариоморфы с 2п=35, 34, 33 при постоянном числе NF=46. В кариотипе особей с 2п=35 присутствует непарная метаценгрическая хромосома (5m+6sm+24a), а в кариотипе с 2п=33 - непарный субметацентрический элемент (6m+7sm+20a) (табл.). Полиморфизм наблюдался по паре мета- и субметацентрических хромосом, что обусловлено двумя транслокациями робертсоновского типа.

Для другой популяции N. eurycephalus из западной части оз. Разелм характерен полиморфизм, связанный с одной Робертсоновской транслокацией. В этой популяции были обнаружены хромосомные морфы с 2п=32, 31, 30 и NF=46 (Ene, 2003). Кариоморфа с 2п=32 содержит б пар мета-, 1 пару субмета- и 9 пар акроцетрических хромосом; морфа с 2п=30 имеет 7 пар метацентрических хромосом. Полиморфизм отмечен по паре крупных метацентрических элементов (Ene, 2003).

Таким образом, у N. eurycephalus из северо-западной части бассейна Чёрного моря число хромосом варьирует от 2п=35 до 2п=30. Межпепуляционная дифференциация кариотипа N. eurycephalus значительно выше, чем хромосомный полиморфизм, и связана, по крайне мере, с шестью Робертсоновскими транслокациями. Большие отличия по числу этих перестроек между популяциями из р. Дунай и оз. Разелм связаны с тем, что в центрических слияниях участвовали разные акроцентрические хромосомы. Этим обусловлено появление в кариотипе N. eurycephalus различных по морфологии двуплечих элементов, а именно мега- и субметацентрических хромосом.

Хромосомный полиморфизм, связанный с двумя типами перестроек -Робертсоновскими транслокацпями и перицентрическими инверсиями - характерен для двух видов "кавказских речных бычков" N. constructor и N. cyrius. У N. constructor число хромосом (2п) варьирует от 42 до 44 при NF=46 - 48; полиморфная пара хромосом представлена субметацентрическими элементами, появление которых обусловлено перицентрическими инверсиями (Васильева, Васильев, 1994а, 19946). Кариотип N. cyrius характеризуется изменчивостью числа хромосом от 2п=37 до 2п=41, при NF=46;

полиморфизм отмечен по паре субтелоцентрических хромосом (Васильева, Васильев, 1994а, 19946).

У другого вида из р. Иго%оЬ1Ш - N. pIaty.ro.Uns из Азовского моря (Таманский п-ов) обнаружен полиморфизм, обусловленный перицентрической инверсией. В результате, в кариотипе N. р1а/уго51п* может присутствовать от 0 до 2 субтело центрических хромосом (табл.).

Хромосомный полиморфизм, связанный с несколькими Робертсоновскими транслокациями, характерен для Иео^оЫи* ¿р. с восточного побережья Каспийского моря (г. Актау). Число хромосом у №о%оЫш ¡р. варьирует от 2п=44 до 2п=40, при постоянном числе плеч - 46 (табл.). Транслокации робертсоновского типа обусловливают присутствие в кариотипе различных по морфологии и размерам двуплечих хромосом. Так, кариоморфы с 2п=43 и 2п=40 содержат крупные субметацентрические хромосомы, которые отсутствуют у морфы с 2п=41, имеющей мелкие субметацентрические элементы. У кариоморф с 2п=42, 41 и 40 присутствуют крупные метацентрические хромосомы. Общее число хромосомных морф в изученной популяции NeogoЫus пр. составило пять, такая изменчивость является результатом трёх Робертсоновских транслокаций.

Наиболее сложный вариант хромосомной изменчивости среди бычковых р. Neogobшs наблюдается у N. gorlap, для которого характерен полиморфизм, вызванный одновременно двумя типами перестроек, и межпопуляционная дифференциация кариотипов (табл.). Как видно из таблицы, число хромосом (2п) у N. %ог1ар варьирует от 2п=46 до 2п=43 при !\Т=46 Кариологические данные, полученные из разных популяций .V. gorlap, показали особенности хромосомного полиморфизма в каждой из них. Так, в популяциях из рек Большой и Малый Узень присутствуют, наряду с базовым хариотипом, состоящим из 46 акроцентрических хромосом, кариоморфы, состоящие из 45 и 44 хромосом с различной морфологией, возникшие в результате разных хромосомных мутаций. Особенностью этих популяций является наличие хромосомной морфы с 2п=44, которая несёт в себе две различные Робертсоновские транслокации, приведшие к появлению непарных мета- и субметацентрических хромосом. В то же время в популяции из Волги (район Чебоксарского водохранилища) наблюдается полное отсутствие базового кариотипа (46а), каждая кариоморфа несёт в себе инвертированные участки хромосом. Эта популяция характеризуется большим уровнем хромосомного полиморфизма, по сравнению с другими популяциями N. цогШр. В волжской популяции хорошо прослеживается эволюционная тенденция к снижению числа хромосом и формированию более сложных по структуре кариотипов.

Особенностью изученных популяций N. $ог1ар является высокий суммарный уровень гетерозигот по Робертсоновским транслокациям (частота в Чебоксарском в-ще -0.48; в р. Большой Узень - 0.44; в р. Малый Узень - 0 53). Уровень гетерозиготности, вероятно, может увеличиваться вследствие активной гибридизации, идущей между разнохромосомными формами.

В целом хромосомная изменчивость во всех изученных популяциях N. gorlap обусловлена шестью хромосомными перестройками - тремя Робертсоновскими транслокациями и тремя перицентрическими инверсиями. Однако, рамки наблюдаемого внзтрипопуляционного хромосомного полиморфизма несколько уже. В популяции из Чебоксарского водохранилища полиморфизм обусловлен тремя Робертсоновскими транслокациями и двумя перицентрическими инверсиями, а в популяциях из рек Большой и Малый Узень - двумя Робертсоновскими транслокациями и тремя перицентрическими инверсиями, но, но меньшей мере, одна из этих транслокаций не является общей для данных популяций. Для популяции из р. Дон характерен полиморфизм, связанный с перицентрическими инверсиями. Меньший уровень полиморфизма в этой популяции, по сравнешпо с другими, может быть обусловлен как реально малым числом хромосомных мутаций, так и небольшой выборкой рыб из этой локальности.

Следует отметить, что наблюдаемый в настоящее время полиморфизм у N. ^ог!ар мог возникнуть двумя путями: либо в результате хромосомной перестройки у одной или нескольких особей и распространения этой перестройки в популяции, либо в результате гибридизации кариотипически различающихся популяций. При гибридизации вероятность полиморфизма по нескольким хромосомным перестройкам гораздо выше, чем в первом случае.

Наибольший уровень межпопуляционной хромосомной изменчивости, среди изученных черноморско-каспийских ОоЬис1ае, был обнаружен у NeogoЫus зугтап. В популяции N. ¡угтап из р. Дон обнаружено две кариоморфы с 2п=34 и 2п=32, при №=46 (табл.); полиморфизм обусловлен Робертсоновской транслокацией. Для популяции из оз. Сасык характерен полиморфизм, связанный с Робертсоновской транслокацией и перицентрическими инверсиями, число хромосом (2п) в этой популяции варьирует от 40 до 39, при постоянном ЫР=46 (табл.).

Межпопуляционная изменчивость у N. лугтап, если учитывать крайние

гомозиготные варианты кариотипов (2п=40 и 2п=32), вероятно, обусловлена четырьмя

Робертсоновскими транслокациями и пятью перицентрическими инверсиями. Причём, как

минимум две транслокации не являются общими для этих популяций. Для N. зугтап

характерен дизъюнктный ареал (северо-запад Чёрного моря, Азовское море, Каспийское море), вероятно, что такой высокий уровень межпопуляционной дифференциации кариотипа, может быть связан с таксономической неоднородностью.

Анализ хромосомной изменчивости всех изученных видов черноморско-каспийских Gobiidae показал, что основной перестройкой, дифференцирующей кариотипы, является Робертсоновская транслокация. Так, этой хромосомной перестройкой обусловлено появление полиморфизма у 83% бычков Черноморско-Каспийского бассейна

Высокий процент Робертсоновских транслокаций, вероятно, обусловлен определёнными высокоповторяющимися последовательностями сателлитной ДНК в центромерной области хромосом. Известно, что у Gobius cobiíis, для которого характерно отсутствие полиморфизма, вызванного Робертсоновскими транслокациями, центромеры интенсивно окрашиваются с DAPI, флуорохромом, показывающим области с большим содержанием А-Т нуклеотидов сателлитной ДНК (Caputo et al., 1997). В то время как у G. mger, который имеет Робертсоновский полиморфизм, хромосомы не окрашиваются с DAPI. но окрашиваются с DA/'СМАз флуорохромом, показывающим регионы с высоким содержанием Г-Ц нуклеотидов ДНК (Caputo et al., 1997). Было отмечено, что при Робертсоновских транслокациях происходит потеря части теломерных последовательностей (Garagna et al., 1995; Nanda et al., 1995; Slijepcevic et al., 1997), что может ухудшать способность теломеры к предотвращена хромосомного слияния. Это является ещё одним фактором, определяющим потенциал хромосомы к "генетическим слияниям" (Slijepcevic et al., 1997). Так, у G. rtiger из Адриатического моря образование двуплечих хромосом за счет Робертсоновских транслокаций сопровождается потерей теломерных последовательностей двух сливающихся акроцентрических элементов (Canapa et al., 2002).

В центромерной области хромосом, богатых А-Т последовательностями, происходит более быстрая и высокая спирализация хроматина (Radie et al., 1987), тем самым уменьшая возможность центрических слияний (Mayr et al., 1984; Garrido-Ramos et al., 1995). В отличие от этого, центромерные области, богатые Г-Ц последовательностями ДНК, склонны к высокой скорости рекомбинации (Hastie, Allshire, 1989) и могут способствовать хромосомным слияниям (Redi et al., 1990).

Таким образом, большой процент перестроек в виде Робертсоновских транслокаций у бычков Черноморско-Каспийского бассейна, скорее всего, обусловлен

наличием центромерных областей, богатых Г-Ц нуклеотидами сателлитной ДНК.

Анализ хромосомной изменчивости в сем. Gobiidae показал, что подавляющее большинство видов, для которых характерен полиморфизм и межпопуляционная дифференциация кариотипа, обтают в Средиземноморском и Каспийском бассейнах. Так, хромосомная изменчивость обнаружена у 15 видов бычков из родов: Aphia, Benthophtlus, Gobius и Neogobius. Большое число видов с изменчивостью кариотипа может быть обусловлено, помимо генетических причин, особенностями геологической истории данного региона, которая связана со значительными геоморфологическими изменениями в результате тектонической деятельности (неоднократные разрывы и соединения отдельных частей современного бассейна Средиземного и Каспийского морей). Такие геоморфологические изменения бассейна приводили к многократным изоляциям популяций и последующим вторичным контактам между ними, что привело к увеличению хромосомной изменчивости.

Необходимо отметить, что хромосомная изменчивость в бассейне Средиземного моря была найдена у рыб из других семейств: Caproidae у Capros aper (Vitturi, Lafargue, 1992) и Uranoscopidae - Uranoscopus scaber из Адриатического и Тирренского морей (Vitturi et al., 1991; Caputo et al., 2003), a также, согласно нашим данным, из Чёрного моря (Васильев и др., 2012). Для С. aper из Лионского залива (Франция) обнаружены три кариоморфы с 2.п=46, 44, 42 при NF=50; хромосомный полиморфизм связан с транслокациями Робертсоновского Tima (Vitturi, Lafargue, 1992).

Для U. scaber характерен полиморфизм и межпопуляционная изменчивость кариотипа. Так, в популяции из Тирренского моря найдены хромосомные морфы с 2п=30 (NF=56), 2n=29 (NF=54) и 2n=28 (NF=52); полиморфизм обусловлен одной Робертсоновской транслокацией и двумя перицентрическими инверсиями (Vitturi et al., 1991). Для популяции U. scaber из Адриатического моря обнаружен полиморфизм, связанный с двумя траслокациями Робертсоновского типа, 2п варьирует от 30 до 27 (NF=48) (Caputo et al., 2003). В популяции из Чёрного моря нами было найдено четыре кариоморфы с 2п=32, 31, 29, 28 при постоянном NF=50; хромосомный полиморфизм обусловлен двумя Робертсоновскими транслокациями (Васильев и др., 2012). Особенностью кариотипа черноморского U. scaber является наличие мелких метацентричеекпх хромосом, которые являются маркерными для этой популяции.

Нестабильная структура кариотипа дв}х видов (Capros aper и Uranoscopus scaber) свидетельствует в пользу выше сформулированного предположения о том, что прошлая геологическая история бассейна Средиземного моря в совокупности с генетическими

особенностями ряда видов рыб, обитающих в нём, создали благоприятные условия для возникновения хромосомной изменчивости.

Таким образом, если сравнивать уровень хромосомной изменчивости у двенадцати кариологически изученных видов черноморско-каспийских бычков, то наибольший уровень полиморфизма характерен для NeogoЫus °ог1ар. Для этого вида обнаружено максимальное количество цитотитгов -11. Для N. ьугтап характерен наибольший уровень межпопуляционной дифференциации кариотипов, который обусловлен, как отмечалось выше, девятью хромосомными перестройками.

4. 2. Хромосомная гетерогенность йоЬИс1ае Черноморско-Каспийского бассейна Из кариологически изученных черноморско-каспийских бычков хромосомная гетерогенность характерна для родов: 8епЛорШи5. Собгаз и NeogoЫus.

В р. Веп1ИорШ1ш 2п=42 - 44, при этом число хромосомных плеч варьирует от №=44 до №=48. Для бычковых из р. СоЫиз характерны кариотипы с 2п=46, 45 (№=46) и 2п=52 (№=56 - 58). Наибольший уровень хромосомной гетерогенности наблюдается в р. NeogoЬillS. Так, общее число хромосом у 14 изученных видов варьирует от 2п=29 до 2п=46 (рис. 1), а число хромосомных плеч от №=45 до №=48.

79 50 « 32 13 и 35 36 37 38 ЗЭ « 41 42 43 44 45 46 лшамк»«* ЧВС.Т» хр*нес*м

Рис. 1. Распределение хромосомных чисел в р. NeogoЫus* (гистограмма построена по

данным 14 видов)

"Примечание: нечётное число хромосом связано или с гетерозиготными вариантами полиморфной популяции, или с У-аутосомной транслокацией

Необходимо отметить, что хромосомные числа диплоидного набора в р. Neogobшs представлены всеми вариантами ряда от 29 до 46, за исключением 2п=36. Кариотип с

2п=36, вероятно, существует в популяции N. еигусерНЫиз из р. Дунай, так как в ней были обнаружены морфы с 2п=35 - 33.

Причиной высокой степени кариотипического разнообразия в р. являются хромосомные мутации, главным образом, центрические слияния и инверсии. В р. Шо§оЫш хромосомная изменчивость (полиморфизм и межпопуляционная дифференциация кариотипоЕ) характерна для 8 видов, что подробно рассмотрено в предыдущем разделе. В р. NeogoЫus, наряду с неспециализированными кариотипами, состоящими из 46 акроцентрических хромосом (например/ у N. АтШШ и N. те1апоШтих), присутствуют виды, имеющие специализированные кариотипы, состоящие из двуплечих элементов. Наиболее специализированные кариотипы из этого рода имеют такие малохромосомные виды, как N. \iessleri (2п=30, 29), N. вугтап (2п=34 - 32) и N. еигусерНЫм (2п=35 - 30).

4. 3. Эволюция кариотипое сем. ОоЬИс1ае В ходе эволюции кариогипа бычковых происходило как увеличение, так и уменьшение числа хромосом и хромосомных плеч. Однако эти процессы существенно отличались между разными группами видов как по относительной частоте, так и по хромосомным перестройкам, лежащим в их основе.

4. 3. 1. Кариотипическая эволюция СоЬИс{ае из Черноморско-Каспийского бассейна На основе кариологических данных по бычковым Черноморско-Каспийского бассейна, полученных в ходе настоящей работы, а также из литературных источников (Васильев, Григорян, 1992; Григорян, Васильев, 1993; Ага1, 20П) был проведён анализ эволюции кариотипов с построением диаграммы распределения видов в координатах диплоидных чисел хромосом и хромосомных плеч (рис.2).

Анализ диаг раммы показывает, что самым распространенным является кариотип с 2п=46 (№=46), причём, у многих видов он состоит только из одноплечих хромосом (например, у Neogobius теЬповНкпш, Рго1егогЫпи$ тагтогаШ и др.). Вероятно, что базовым (предковым) кариотипом для черноморско-каспийских бычков является хромосомный набор, содержащий 46 акроцентрических хромосом. Кроме этого, с цитогенетической точки зрения, кариотип с 2п=46а является наиболее примитивным

Основным направлением кариотипической эволюции бычковых Черноморско-Каспийского бассейна является изменение числа хромосом (2п) в сторону уменьшения за

счёт Робертсоновских транслокаций (рис.2 стрелка 1).

Л/Р

60 «5 о ООО

50 45 40 35 30 / о$ о ® о в о о о • # * • • О ООО

30 3 2 34 36 39 40 42 -М « о® 0ОО 50 52 2п

17 3 4 11

Рис. 2. Направления кариотипической эволюции ОоЬіісіае из Черноморско-Каспийского бассейна: а) уменьшение 2п в результате Робертсоновских транслокаций -стрелка Ї; б) увеличение ОТ в результате перицентрических инверсий - стрелка И.

Точками показано число видов.

Наиболее продвинутые (специализированные) по структуре кариотипы. происходящие от базового набора (2п=46; №=46) исключительно за счёт хромосомных слияний, имеют такие малохромосомные виды, как MesogoЫus Ьаігаскосеркаїи.і, №оёоЬшз еигусерШш, N. кеззіегі и N. *угтап (из р. Дон). В преобразовании кариотипа у N. кеЫеп и М. ЬаІгаскосерИаїш участвовало не менее восьми Робертсоновских

транслокаций (2п=30; №=4б).

Другое направление эволюции кариотипов черноморско-каспийских бычков связано с увеличением ОТ за счёт хромосомных перестроек - перицентрических инверсий (рис.2 стрелка II). Такое направление характерно для Ктро\у1исЫа ¡р., некоторых популяций NeogoЫus ёутпо1гаМш и N. сопИгисІог. Для кариотипа Саэршота саіріит (2п=48; №=52) характерно как увеличение числа плеч, так и увеличение числа хромосом по отношению к базовому набору. Это связано и с перицентрическими инверсиями, и с одним центрическим разделением.

Хромосомный набор, наиболее отклонившийся от основного направления преобразования кариотипа черноморско-каспийских бычков, имеет ОоЫиз пі§ег (2п=52; №=56 - 58). Этот вид в ихтиофауне Чёрного моря является средиземноморским "бычком - мигрантом". Предковым хромосомным набором для бычков из Средиземного моря, вероятно, следует считать неспециализированный кариотип, состоящий из 48 хромосом.

Кариотип G. niger, скорее всего, происходит от 2п=48 в результате перицентрических инверсий и за счёт центрических разделений.

Хромосомный набор с 2п=48, вероятно, является базовым не только для средиземноморских бычков, но и ряда видов из бассейна Атлантического океана.

4. 3. 2. Кариотипическая эволюция Gobiidae из северо-западной части Тихоокеанского

бассейна

В настоящей работе были изучены кариотипы бычковых из дальневосточной ихтиофауны России, принадлежащие к родам Acanthogobius, Gymnogobius, Tridentiger. Однако число изученных нами видов не позволило проанализировать все направления кариотипической эволюции бычковых этого региона, поэтому был проведен анализ кариотипической эволюции всех видов Gobiidae из северо-западной части бассейна Тихого океана. На основе наших данных по структуре кариотипа и данных литературы (Arai. Kobayasi, 1973; Arai, 2011; Nishikawa et al., 1974) была построена диаграмма (рис.3).

Анализ диаграммы показывает, что наиболее распространённым является хромосомный набор, содержащий 2п=44. Вероятно, что кариотип с 2п=44 (NF=44) является базовым для бычковых из этого бассейна. У большинства 44 - хромосомных видов с NF=44 кариотип состоит из мелких субтело- и акроцентрических элементов. Такая структура кариотипа, например, характерна для изученных дальневосточных бычков -Acanthogobius flavimanus и Gymnogobius opperiens, а также ряда видов из родов Chaenogobius, Gobiodon, Rhmogobius.

Основным направлением кариотипической эволюции Gobiidae из северо-западной части Тихоокеанского бассейна является увеличение числа хромосомных плеч (NF) за счёт перицентрических инверсий (рис.3 стрелка 1). В результате перицентрических инверсий в кариотипе появляются двуплечие хромосомы, как, например, у Gobiodon citrinus (2n=44, NF=46), Gymnogobius isaza (2n=44. NF=56) и др.

Другие направления кариотипической эволюция бычковых этого бассейна, связанные с уменьшением и увеличением числа хромосом (2п), менее выражены. Увеличение числа хромосом происходит за счет центрических разделений и достигает максимальной величины у Acentrogobius pflaumi с 2n=50 (NF=86). Уменьшение числа хромосом связано с Робертсоновскими транслокациями Самым малохромосомным видом, среди бычков Тихоокеанского бассейна, является Acanthogobius lactipes, имеющий кариотип с 2n=40 (NF=40). Происхождение кариотипа А. lactipes, состоящего из 40

акроцентрических хромосом, от базового с 2п^44, вероятно, связано с двумя хромосомными слияниями, а уменьшение числа плеч - с инверсиями и делециями.

о 6

сеэ©

1 2 3 15 !

Рис. 3. Направления кариотигшческой эволюции ОоЫИае из северо-западной части Тихоокеанского бассейна: а) увеличение № в результате перицентрических инверсий -стрелка I; б) уменьшение 2п в результате Робертсоновских транслокаций - стрелка II; в) увеличение 2п в результате центрических разделений - стрелка Ш Точками показано

число видов.

Необходимо отметить, что для всех кариологически изученных дальневосточных бычков характерны кариотипы с относительно мелкими по размеру хромосомами, по сравнению с видами из Черномореко-Каспийского бассейна.

Таким образом, тенденции кариотипической эволюции черноморско-каспийских бычков отличаются от основных направлений эволюции кариотипов бычковых из северозападной части Тихоокеанского бассейна.

выводы

1. В результате карнологического анализа хромосомная изменчивость выявлена у 7 видов черноморско-каснийских бычков: Benthophilus stellatus, Neogobius eurycephalus, N. gorlap, N. gymnolrachelus, N. platyrostris, N. syrman и N. sp. Наибольший уровень полиморфизма и межпопуляционной дифференциации кариотипа характерен для N. gorlap (2п=43 - 46, NF=46) и N. syrman (2п=32 - 40, NF=46). В p. Neogobius наблюдается максимальный уровень кариотипического разнообразия, по сравнению с другими родами бычковых из Черноморско-Каспийского бассейна.

2. Хромосомный полиморфизм у большинства видов черноморско-каспийских бычков обусловлен Робертсоновскими транслокациями.

3 Основным направлением кариотипической эволюции Gobiidae из Черноморско-Каспийского бассейна является изменение числа хромосом (2п) в сторону уменьшения за счет Робертсоновских транслокаций. Базовый кариотип для бычков этого региона состоит из 46 акроцентрических хромосом.

4. Основным направлением кариотипической эволюции бычковых из северо-западной части Тихоокеанского бассейна является увеличение числа хромосомных плеч (NF) за счёт перицентрических инверсий. Для бычковых рыб из этого бассейна базовым является кариотип с 2n=44 (NF=44).

5. Уровень хромосомных различий, обнаруженный между популяциями некоторых видов бычков, в частности Neogobius syrman, даёт основания для проведения дальнейших исследований с целью уточнения их таксономического статуса.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Журналы из перечня изданий, рекомендованных ВАК:

1 Васильева Е.Д., Праздников Д.В., Васильев В П. Первая подтверждённая находка бычка-ширмана Neogobius syrman (Gobiidae, Perci formes) в озере Сасык бассейна Чёрного моря и кариологические характеристики бычка-ширмана и бычка-рыжика N. eurycephalus // Вопросы ихтиологии. 2011. Т. 51. № 4. С. 472-479.

2. Васильев В.П., Праздников Д.В., Васильева Е.Д. Хромосомный полиморфизм звездочёта Uranoscopus scaber (Uranoscopidae, Perciformes) Чёрного моря II Вопросы ихтиологии. 2012. Т. 52. № 3. С. 386 - 390.

3. Праздников Д.В., Васильев В.П., Васильева Е.Д Полиморфизм и межпопуляционная изменчивость кариотипа каспийского бычка-головача Neogobius gorlap (Gobiidae, Perciformes) // Вопросы ихтиологии. 2013. Т. 53. № 4. С. 459-464.

4. Праздников Д.В. Хромосомная эволюция бычковых рыб семейства Gobiidae (Pisces, Perciformes) из Понто-Каспийского бассейна // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18. № 6. С. 3064 -3067.

Другие издания:

5. Праздников Д.В., Васильева Е.Д., Васильев В П. Изменчивость кариотипа Uranoscopus scaber (Pisces: Perciformes: Uranoscopidae): полиморфизм и межпопуляционная дифференциация // Тезисы Международной молодежной конференции «Популяционная генетика: современное состояние и перспективы». Москва 17-18 ноября 2011 г. С. 205.

6. Праздников Д.В. Эволюция кариотипа Neogobius gorlap (Pisces: Perciformes: Gobiidae) // Материалы международной научной конференции «Хромосома 2012» Новосибирск 2-7 сентября 2012 г. С. 159 - 160.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Праздников, Денис Владимирович, Москва

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова

На правах рукописи

04201454487

Праздников Денис Владимирович

Сравнительная кариология бычковых рыб (СоЬпс1ае) фауны России: эволюционный и таксономический аспекты

03.02.06-"ихтиология" Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук В. П. Васильев

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................8

1.1. Сравнительная кариология сем. СоЬН(1ае...............................................8

1. 2. Изменчивость кариотипов у видов сем. ОоЬп(1ае.................................14

1. 3. Половые хромосомы у рыб........................................................................27

1. 4. Кариология и таксономия Понто-Каспийских СоЬпс1ае.....................33

1. 5. Особенности эволюции кариотипов в отдельных группах рыб........39

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ...........................................................45

2.1. Изученный материал..................................................................................45

2. 2. Кариологический анализ...........................................................................48

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ......................................50

3. 1. Кариотипы р. Neogobius.............................................................................50

3. 2. Кариотипы р. ВеМкоркИт........................................................................68

3. 3. Кариотипы р. СоЫт...................................................................................69

3. 4. Кариотип Рго1егогЫпт тагтогаЫБ..........................................................73

3. 5. Кариотипы "песчаных бычков"/?. РотМоьск 'Шт и р. Ктрон>ШсЫа.73

3. 5. 1. Кариотип РошШобсМзШб тагтогаШБ...................................................73

3. 5. 2. Кариотип Ктро\х>ШсЫа $/?.....................................................................74

3. 6. Кариотипы р. AcaníhogoЫus......................................................................75

3. 7. Кариотипы р. Сутпо§оЫиБ........................................................................76

3. 8. Кариотипы р. Tridentiger............................................................................78

3. 9. Кариотип \Jranoscopus ясаЪег.....................................................................80

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ..................................................82

4. 1. Изменчивость кариотипов черноморско-каспийских СоЬп<1ае.......82

4. 2. Хромосомная гетерогенность СоЬнс1ае Черноморско-Каспийского бассейна.................................................................................................................93

4. 3. Эволюция кариотипов сем. ОоЬнс1ае......................................................95

4. 3. 1. Кариотипическая эволюция СоЬнс1ае из Черноморско-

Каспийского бассейна.......................................................................................95

4. 3. 2. Кариотипическая эволюция СоЬН(1ае из северо-западной части

Тихоокеанского бассейна.................................................................................98

ВЫВОДЫ............................................................................................................101

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................102

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Семейство бычковые (Gobiidae) является одним из крупнейших и наиболее сложных, в таксономическом отношении, группой рыб. По последним данным, это семейство включает 250 родов и более 1660 видов (Froese, Pauly, 2013).

В ихтиофауне России бычковые обитают в Черноморско-Каспийском бассейне, Балтийском море и в ряде водоёмов Дальнего Востока. Бычковые, населяющие Черноморско - Каспийский бассейн, включают около 50 видов. В ихтиофауне Дальнего Востока России сем. Gobiidae включает более 20 видов. Бычковые Каспийского моря являются важным компонентом экосистемы и имеют большое значение в питании ценных промысловых видов рыб (например, осетровых). В Азовском море бычковые являются важным объектом рыбного промысла.

Из палеонтологических данных известно, что сем. Gobiidae появляется в сакараульской фауне Восточного Паратетиса (нижний миоцен) (Банников, 2009). Бассейн Понто-Каспия имеет длительную и сложную геологическую историю, отразившуюся на особенностях эволюции рыб этого региона.

В таксономическом отношении Понто-Каспийские виды бычков недостаточно изучены. Проблемы таксономии связаны, главным образом, с большой изменчивостью и, в ряде случаев, отсутствием надёжных внешних морфологических признаков, используемых для систематики бычковых. Наибольшие трудности встречаются обычно при видовой диагностике бычков. Это связано с относительно невысокой дивергенцией видов по внешним морфологическим признакам в пределах рода, что делает их плохо различимыми с помощью традиционных методов систематики.

Эффективность применения цитогенетических методов общепризнана в решении ряда проблем, а именно в эволюции и таксономии отдельных

групп животных, установлении видового статуса близкородственных форм, эволюционных изменениях кариотипов, полиплоидной эволюции и т.д.

К настоящему времени известны кариотипы менее чем 40% видов черноморско-каспийских Gobiidae. Кариологических исследований дальневосточных бычков до настоящего времени не проводилось. Следует отметить, что кариотипы некоторых видов были изучены по единичным экземплярам, что не позволяет выявить особенности кариотипа и наличие хромосомной изменчивости. В связи с этим проведение исследований бычковых различными методами, включая цитогенетические, является актуальным как в практическом, так и в теоретическом отношении для уточнения видовой диагностики, выяснения изменчивости и филогенетических отношений. Цель и задачи исследования.

Цель исследования: выявить основные механизмы формирования хромосомной изменчивости и направления кариотипической эволюции бычковых рыб (Gobiidae) из Черноморско-Каспийского бассейна и пресноводных водоёмов Приморского края.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) провести сравнительный анализ кариотипов отдельных групп семейства Gobiidae фауны России;

2) выявить межвидовую дифференциацию кариотипов у бычковых из Черноморско-Каспийского бассейна;

3) оценить уровень популяционно-видовой изменчивости кариотипов бычковых фауны России.

Научная новизна.

В настоящей работе представлены кариологические данные ранее не изученных видов бычковых из фауны Дальнего Востока России (виды из родов Acanthogobius, Gymnogobius и Tridentiger) и Черноморско-Каспийского

бассейна (Knipowitschia sp., Neogobius raían, Neogobius sp., N. syrman).

Впервые обнаружен хромосомный полиморфизм и межпопуляционная изменчивость кариотипа у ряда видов черноморско-каспийских бычков: Benthophilus stellatus, Neogobius gorlap, N. syrman. Проанализированы направления кариотипической эволюции бычковых из Черноморско-Каспийского бассейна и северо-западной части Тихоокеанского бассейна. Теоретическое и практическое значение работы.

1. Для Gobiidae из Черноморско-Каспийского бассейна характерна хромосомная изменчивость (полиморфизм и межпопуляционная дифференциация кариотипов), основными механизмами формирования которой являются Робертсоновские транслокации и перицентрические инверсии.

2. Черноморско-каспийские и дальневосточные бычки отличаются по базовому кариотипу и основным направлениям кариотипической эволюции.

Апробация работы.

Основные результаты исследования были представлены на

Международной молодежной конференции «Популяционная генетика:

современное состояние и перспективы» (Москва, 17-18 ноября 2011 г.); на

Международной научной конференции «Хромосома 2012» (Новосибирск, 2 -

7 сентября 2012 г.); на Международной научной конференции «Эктотермные

позвоночные Восточной Европы и сопредельных территорий:

эволюционные, экологические и природоохранные аспекты» (Тамбов, 2-4 октября 2013 г.). Материалы исследования обсуждались на коллоквиумах лаборатории экологии низших позвоночных ИПЭЭ РАН и нашли свое отражение в научных публикациях и докладах автора. Благодарности.

Автор благодарен научному руководителю д.б.н. В.П. Васильеву за предложенную тему, создание условий для выполнения данной работы и консультации в проведении кариологических исследований, а также д.б.н. Е.Д. Васильевой (Зоологический музей МГУ) за помощь и плодотворное сотрудничество при выполнении исследовательской работы.

Искренняя признательность заведующему лабораторией экологии низших позвоночных д.б.н., проф. М. И. Шатуновскому, а также д.б.н. Г. И. Рубану за ценные замечания при подготовке рукописи диссертации.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Сравнительная кариология сем. Gobiidae

Сем. Gobiidae является наиболее многочисленным по числу видов в подотряде Gobioidei; оно содержит 250 родов и более 1660 видов (Froese, Pauly, 2013). В сем. Gobiidae описаны кариотипы 104 видов из 48 родов (Arai, 2011; Galvao et al., 2011). Диплоидное число хромосом у бычковых варьирует от 29 до 56, число хромосомных плеч 38-96. Большинство кариологически изученных видов сем. Gobiidae принадлежит к двум подсем.: Gobiinae и Gobionellinae. В подсем. Gobiinae исследованы кариотипы бычков из 20 родов.

В подсем. Gobiinae наибольшее число кариологически изученных видов принадлежат к p. Neogobius. В p. Neogobius исследованы кариотипы 11 видов бычков: N. cephalargoides, N. constructor, N. cyrius, N. eurycephalus, N. fluviatilis, N. gorlap, N. gymnotrachelus, N. kessleri, N. melanostomus, N. platyrostris и N. rhodioni. Для этого рода характерна кариотипическая неоднородность по числу хромосом, при постоянстве хромосомных плеч. Наряду с неспециализированными кариотипами (содержат одноплечие хромосомы и в эволюционном отношении являются наиболее примитивными), состоящими из 46 акроцентрических хромосом (N. cephalargoides, N. fluviatilis, N. gorlap, N. melanostomus, N. platyrostris, N. rhodioni) (Васильев, 1985; Григорян, Васильев, 1992; Васильева, Васильев, 1994) присутствуют малохромосомные виды, имеющие специализированные кариотипы, состоящие из двуплечих хромосом. К таким видам относятся: N. eurycephalus (Ene, 2003) и N. kessleri (Васильев, Васильева, 1992). N. kessleri имеет самое низкое число хромосом, как среди своего рода бычков, так и всего сем. Gobiidae; хромосомный набор самцов содержит 29 хромосом, у самок - 30 (Васильев, Васильева, 1992; Григорян, Васильев, 1992). Наряду с этим в р. Neogobius существуют виды, для которых характерен хромосомный

полиморфизм: N. constructor (Васильева, Васильев, 1994), N. cyrius (Васильева, Васильев, 1994), N. eurycephalus (Ene, 2003) и N. gymnotrachelus (Григорян, Васильев, 1993), в целом диплоидное число хромосом у этих видов варьирует от 30 до 46. Более подробно особенности хромосомного полиморфизма у этих видов бычков будут рассмотрены ниже.

В p. Gobius изучены кариотипы 8 видов. Число хромосом в этом роде варьирует от 2п=38 до 2п=52. Кариотип, состоящий из 46 хромосом, имеют три вида: G. cobitis, G. couchi, G. cruentatus (Григорян, Васильев, 1992; Cataudella et al., 1973; Thode et al, 1983).

У четырёх видов бычков из р. Gobius: G. fallax, G. niger, G. ophiocephalus, G.paganellus обнаружена хромосомная изменчивость. Число хромосом (2п) варьирует от 38 до 43 у G. fallax (Thode et al., 1988), 48 - 52 у G. niger (Vitturi, Catalano, 1989), 45 - 46 y G. ophiocephalus (Васильев, 1985) и 45 - 48 y G.paganellus (Vitturi et al., 1984).

Группа «песчаных бычков», включающая Атлантико-Средиземноморские pp. Pomatos chis tus и Gobiusculus, Понто - Каспийский p. Knipowitschia и Западно - Балканский p. Economidichthys (McKay, Miller, 1997; Huyse et al., 2004), имеет ряд общих цитогенетических особенностей (Rampin et al., 2011), а именно: 1) у большинства видов число хромосом равно 46 с большим количеством двуплечих хромосом в кариотипе;

2) общие места районов ядрышкового организатора располагаются в терминально-центромерной зоне на коротком плече в одной субметацентрической паре хромосом;

3) сходное значение количества ДНК на клетку, около 1.0 пикограмма (0.911.04 пг).

В р. Pomatoschistus, кариотипы, состоящие из 46 хромосом, имеют Р. microps, P. minutus, P. pictus. Число хромосомных плеч у этих видов варьирует от NF=52 до NF=76. Кариотип Р. microps, исследованный у

экземпляров, пойманных около города Брнкстон (Великобритания), состоял только из двуплечих элементов - 30 субмета- и 16 субтелоцентрических хромосом, с числом хромосомных плеч равном 76 (Webb, 1986), которое является максимальным числом для всей группы «песчаных бычков». В р. Pomatoschistus хромосомные числа, отличные от 46, обнаружены у P. lozanoi (2n=37, NF=52) и P. norvegicus (2n=32, NF=52) (Webb, 1980).

В монотипическом p. Gobiusculus - G. flavescens из Норвегии имеет кариотип из 46 хромосом, содержащий 3 пары мета- и субметацентрических и 20 пар акроцентрических хромосом, с числом хромосомных плеч - 52 (Klinkhardt, 1992).

Цитогенетические исследования Economidichthys pygmaeus из оз. Янина (северо-запад Греции) показали, что его кариотип состоит исключительно из субметацентрических и субтелоцентрических хромосом -24sm+22st (2n=46, NF=70) (Rampin et al., 2011); такая структура кариотипа сходна с видом P. microps.

Хромосомный набор, состоящий из 46 акроцентрических хромосом, в подсем. Gobiinae также имеют Proterorhinus marmoratus (Васильев, 1985; Rab, 1985) и Valenciennea muralis (Khuda-Bukhsh et al., 1990). В других родах этого подсемейства 46-хромосомные виды были обнаружены у Padogobius bonelli (Cataudella et al., 1973) и Gobiopsis macrostoma (Khuda-Bukhsh et al., 1995), но их кариотипы, кроме акроцентрических хромосом, содержат и двуплечие элементы. Помимо p. Neogobius, малохромосомный вид был найден в p. Mesogobius, у М. batrachocephalus из Азовского моря (м. Казантип), кариотип этого вида состоял из 30 хромосом с 8 парами двуплечих и 7 парами одноплечих хромосом (16m/sm+14a, NF=46) (Григорян, Васильев, 1992).

Кариотипы, содержащие 44 хромосомы, имеют: Amblygobius phalaena,

Gobiodon citrinus, G. quinquestrigatus, G. rivulatus, Valenciennea strigata; число

хромосомных плеч у этих видов варьирует от 44 до 46 (Arai et al., 1974; Arai,

Sawada, 1974; Arai, Fujiki, 1979). Хромосомные наборы с 2n=44 установлены также у Aphia minuta (Caputo et al., 1999) и Benthophilus stellatus (Григорян, Васильев, 1992), но наряду с этим, для этих видов характерен хромосомный полиморфизм.

Многохромосомные кариотипы (2п=48 - 50) в подсем. Gobiinae, помимо бычков из p. Gobius, рассмотренных выше, имеют 5 видов: Acentrogobius pflaumi (2n=50) (Arai, Sawada, 1974), Bathygobius soporator (2n=48) (Galvâo et al., 2011), Caspiosoma caspium (2n=48) (Григорян, Васильев, 1992), Favonigobius gymnauchen (2n=48) (Lee et al., 1987) и Yongeichthys criniger (2n=50) (Arai, Sawada, 1974). Кариотипы этих видов содержат большое число двуплечих хромосом (NF=52 - 96), исключением является Bathygobius soporator с NF=50 (Galvâo et al., 2011). Максимальное число хромосомных плеч равное 96 имеет Favonigobius gymnauchen, его кариотип содержит 48 двуплечих хромосом (48m/sm) (Lee et al., 1987). Необходимо отметить, что NF=96 является максимальным числом плеч для всех кариологически изученных видов сем. Gobiidae.

В другом подсем. Gobionellinae исследованы кариотипы бычков из 15 родов. Число хромосом в этом подсемействе, в целом, варьирует от 40 до 56, а число хромосомных плеч от 40 до 86 (Arai, 2011). Кариотип, состоящий из 56 хромосом, имеет один вид Gobionellus microdon из Мексики (Uribe-Alcocer et al., 1996), который является самым многохромосомным бычком из сем. Gobiidae. Подавляющее большинство цитогенетически изученных видов подсем. Gobionellinae имеют 44 хромосомы. 44-хромосомные виды имеют различную структуру кариотипа, содержащую от 22 пар акроцентрических хромосом (NF=44) до 21 пары мета- и субметацентрических хромосом (NF-86).

В p. Rhinogobius изучены кариотипы четырёх видов: R. brunneus, R.

flumineus, R. giurinus и R. shennongensis. Все эти виды имеют 44

акроцентрические хромосомы в наборе с NF=44 (Lee et al., 1987; Nishikawa et

al., 1974; Arai, 2011). В p. Gymnogobius 2n варьирует от 42 до 44; 42 -хромосомные виды: G. breunigii, G. castaneus, G. rnoranus имеют число хромосомных плеч 54 - 64 (Nishikawa et al., 1974; Yamada, 1967; Lee et al., 1987); кариотип из 44 хромосом y G. heptacanthus (NF=44) (Lee, 1986) и G. isaza (NF=56) (Arai, Sawada, 1975). Хромосомный набор Gymnogobius urotaenia состоит из 44 хромосом, но число хромосомных плеч у разных авторов, описавших кариотипы этого вида, варьирует от 62 до 86 (Arai et al., 1974, 1975; Lee et al., 1987; Mao et al., 1999). Это может быть связано как с трудностями морфологического анализа хромосом, так и с хромосомными мутациями (инверсиями), т.к. собранные рыбы были из разных локальностей. Аналогичная ситуация наблюдается у Tridentiger trigonocephalus при 2п=44, NF=60-82 (Arai, Kobayasi, 1973; Lee, 1986; Fei, Tao, 1987). У трёх других видов p. Tridentiger: Т. brevispinis, Т. nudicervicus и Т. obscurus число хромосом равно 44, с 5 - 6 парами мета- и субметацентрических хромосом (Arai et al., 1974; Lee, 1986; Lee et al., 1987).

Минимальное число хромосом в подсем. Gobionellinae - 2п=40 имеет один вид, принадлежащий p. Acanthogobius - A. lactipes (Arai, Kobayasi, 1973), у других видов этого рода в кариотипе 44 хромосомы (A. flavimanus и A. hasta) (Lee et al., 1987; Arai, Sawada, 1975). Хромосомный набор всех видов бычков из pp.: Chaenogobius, Gillichthys, Luciogobius, содержит 2n=44 (NF=44-52) (Arai, Sawada, 1975; Chen, Ebeling, 1971; Murofiishi et al., 1980).

ш 30

1 25 о

|20 5С

О 15

* 10

5 0

I - I I 1 . I I I I

29 30 31 32 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 56

диплоидное число хромосом

Рис. 1. Распределение хромосомных чисел в сем. ОоЬпёае* (гистограмма

построена по кариотипам 104 видов)

*Примечание: нечётное число хромосом связано или с У-аутосомной транслокацией, или с гетерозиготными вариантами полиморфной популяции.

Таким образом, сем. ОоЬпёае характеризуется значительной кариологической гетерогенностью прежде всего в подсем. ОоЬппае, где диплоидное число хромосом у разных видов варьирует от 29 до 52, а число хромосомных плеч от №=38 до №=96. К наиболее кариологически продвинутым можно отнести кариотип Neogobius ке$81ег1, который содержит минимальное число хромосом 2п=29, 30; №=46, а также кариотип Favonigobius £утпаис1геп, который имеет 2п=48 и максимальное

Информация о работе

Праздников, Денис Владимирович
кандидата биологических наук
Москва, 2013
ВАК 03.02.06

Диссертация

Сравнительная кариология бычковых рыб (Gobiidae) фауны России: эволюционный и таксономический аспекты - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы