WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Как известно, крупномасштабная генетическая дифференциация у всех видов р. Oncorhynchus в значительной степени обусловлена историей происхождения и расселения современных популяций лососей, непосредственным образом связанной с ледниковым периодом (Глубоковский, 1995; Алтухов и др., 1997, 2004). В частности, в периоды плейстоценовых оледенений значительные участки ареала нерки были покрыты ледником. Лишь немногочисленные популяции выжили в свободных ото льда рефугиумах. Северный рефугиум, или Беренгия, располагался на Аляске. В Азии позднеплейстоценовые оледенения охватывали Камчатку и побережье Охотского моря, воздействию ледников практически не были подвержены реки Сахалина, Приморья и Итурупа. Вследствие изоляции у обитателей различных рефугиумов в ходе адаптивной и нейтральной эволюции формировались свои генетические особенности (Алтухов и др., 1997, 2004). Во время послеледниковой (голоценовой) трансгрессии моря, 10-18 тыс. лет назад, сохранившиеся популяции расселялись на освобождавшиеся после отступления ледника территории.

По селективно нейтральным локусам среди географически и исторически связанных популяций должны обнаруживаться эффекты изоляции расстоянием, т.е. увеличение степени генетических различий с увеличением географического расстояния между ними (Алтухов и др., 2004). Мы сопоставили матрицы попарных межпопуляционных значений Fst и Rst с матрицей географических дистанций, составленной по теоретически возможной схеме послеледникового расселения нерки из Берингийского рефугиума вдоль чукотского побережья и восточного побережья Камчатки через проливы Курильских островов на западное побережье полуострова, до материкового побережья Охотского моря. Для оценки статистической значимости корреляции генетических и географических дистанций была проведена проверка гипотезы об изоляции расстоянием с помощью Мантель-теста, по результатам которого установлено, что степень межпопуляционного генетического разнообразия у нерки не сопряжена с географической удаленностью популяций.

Чтобы проверить альтернативную гипотезу о параллельном заселении западного и восточного побережий Камчатки мы разделили всю совокупность выборок на две региональные группы: в первую вошли популяции нерки Чукотки, восточной Камчатки и северных Курил; во вторую – популяции нерки западной Камчатки и североохотоморского побережья. В каждой из двух групп проверяли гипотезу об изоляции расстоянием с помощью Мантель-теста. По результатам регрессионного анализа, проведенного раздельно для обеих групп популяций, выявлена значимая корреляция между генетическими и географическими расстояниями, в первом случае их соотношение удовлетворительно аппроксимировалось линейной, во втором - логарифмической зависимостью. Причем по результатам Мантель-теста для популяций побережья Берингова моря и Тихого океана подтверждается изоляция расстоянием (p<0.05). Таким образом, наши результаты свидетельствуют в пользу предположения о параллельном заселении неркой западного и восточного побережий полуострова Камчатка, что согласуется с общепринятыми представлениями об истории формирования современного ареала нерки (Пустовойт, 1993; 1995, 2001).

Генетические связи между популяциями рек Чукотки, Камчатки, северных Курильских островов и материкового побережья Охотского моря представлены на UPGMA-дендрограммах, построенных по дистанциям и хордовым расстояниям Кавалли-Сфорса (рис. 6).

Анализ полученных дендрограмм свидетельствует о высокой степени дивергенции между популяцией нерки северных Курильских островов с одной стороны и популяциями регионов азиатского побережья, расположенных севернее, с другой. На наш взгляд, генетическая обособленность северокурильской нерки обусловлена ее более древним происхождением, т.к. районы к югу от полуострова Камчатка не были подвержены позднеплейстоценовому оледенению, следовательно, могло иметь место заселение северных Курильских островов неркой из южных рефугиумов после отступления ледника. В пользу такого сценария свидетельствует тот факт, что Второй Курильский пролив между о. Шумшу и о. Парамушир образовался гораздо позднее - примерно 8.5 тыс. лет назад (Сидоров, 2005).

(а)

(б)

Рис. 6. UPGMA-дендрограммы генетического сходства популяций нерки из различных районов воспроизводства, построенная по генетическим дистанциям (а) и Кавалли-Сфорса (б).

Обозначения как на рис. 4 и 5 (KB-03 - р. Большая, 2003 г., KB-04 - р. Большая, 2004 г.)

Полученные дендрограммы также позволяют предположить, что популяции нерки Чукотки, материкового побережья Охотского моря и Камчатки составляют общую группу. В этой группе наименьшие генетические отличия выявлены между выборками смежных лет нерки р. Большая и популяциями западной и восточной Камчатки. На дендрограмме, построенной по хордовым генетическим расстояниям Кавалли-Сфорса, выборки западной и восточной Камчатки объединяются в отдельные кластеры, в то время как охотская нерка равноудалена как от западно-камчатского, так и от восточно-камчатского сектора дендрограммы. Различия между сезонными расами нерки р. Камчатка оказались соизмеримыми с межгодовыми различиями большерецкой нерки. С другой стороны, на дендрограмме, построенной по дистанциям, лимнофильная нерка р. Камчатка объединяется в общий кластер с западно-камчатскими популяциями, в то время как реофильная азабачинская нерка кластеризуется с реофильной неркой из р. Пахача. Нерка материкового побережья Охотского моря оказалась в одной группе с восточно-камчатскими выборками.

На основе матрицы генетических расстояний проведена кластеризация популяций методом многомерного шкалирования (рис. 7). Диаграмма многомерного шкалирования исследуемых выборок нерки также отражает характер их дифференциации. Так, наиболее территориально удаленные популяции Чукотки и северных Курил оказались максимально разнесены вдоль первой оси координат. Проекции кластеров выборок западной и восточной Камчатки на первую ось координат существенно перекрываются, что согласуется с предположением о параллельной колонизации неркой восточного и западного побережий полуострова. Выборка нерки р. Охота расположена ближе к восточно-камчатскому кластеру.

Рис. 7. Диаграмма многомерного шкалирования исследуемых выборок нерки.

Рис. 8. Расположение локальных популяций нерки азиатского побережья в пространстве двух первых главных компонент.

Обозначения как на рис. 4 и 5 (KB-03 - р. Большая, 2003 г., KB-04 - р. Большая, 2004 г.)

Для снижения размерности генетических данных проведен анализ главных компонент, результаты которого представлены на рисунке 8. По итогам факторного анализа из 145 переменных выделено 8 факторов обуславливающих в сумме около 100% общей дисперсии. В пространстве двух первых главных компонент выборки также объединились по региональному принципу.

Мы использовали биологические характеристики нерки разных районов воспроизводства для коррекции результатов генетического анализа, для чего объединили первые три главные компоненты, объясняющие 50% общей дисперсии генетических признаков, и первые два фактора, обуславливающие 64% изменчивости биологических характеристик нерки из разных популяционных систем Азии. На основании объединенных данных были рассчитаны попарные геометрические дистанции "в городских кварталах". Матрица дистанций была представлена в виде трехмерного графического изображения взаимного расположения выборок в трех координатных плоскостях (рис. 9). Следует отметить, что исходный принцип кластеризации выборок сохранился, однако, популяция р. Большая дистанцировалась от двух других западно-камчатских популяций. Таким образом, биологические данные существенно дополняют результаты генетического анализа, что позволяет дифференцировать стада нерки с большей точностью.

Рис. 9. Трехмерная диаграмма многомерного шкалирования исследуемых выборок нерки по биологическим и генетическим данным.

Обозначения как на рис. 4 и 5.

Для определения эффективности индивидуальной идентификации методом анализа полиморфизма микросателлитной ДНК был проведен тест на принадлежность к популяции (Paetkau et al., 1995; Hansen et al., 2001). По результатам симуляционного анализа (тестирование выборок, на 100% состоящих из особей одной популяции) определена разрешающая способность реперной базы генетических данных, включающей аллельные частоты по 6 микросателлитным локусам. В среднем доля особей, принадлежность которых была определена верно, составила 73,1%. Максимальная точность определения популяционной принадлежности зафиксирована для популяции северных Курильских островов (94%), минимальная - для нерки рек юго-западного побережья Камчатки (60% для р. Озерная и 61% для р. Большая). Точность метода может быть улучшена посредством вовлечения большего количества высокополиморфных локусов в анализ, что мы планируем сделать на последующих этапах исследования.

Выводы

  1. Послеледниковое расселение азиатской нерки послужило основой ее пространственной генетической дифференциации. Вероятной причиной генетической дивергенции северокурильской нерки и нерки других исследованных нами популяций явилось заселение водоемов северных Курильских островов неркой из южных рефугиумов, расположенных к югу от п-ва Камчатка. Водоемы Чукотки, Камчатки и материкового побережья Охотского моря колонизировались неркой из северного рефугиума - Берингии.
  2. Дифференциация стад азиатской нерки по биологическим характеристикам в первую очередь определяется эпигенетической изменчивостью пластических признаков.
  3. Межпопуляционные различия нерки рек Большая и Озерная, определяемые по частотам аллелей микросателлитных локусов, соответственно в 7 и 15 раз превышают межгодовые различия и различия между поколениями нерки р. Большая. Строгой изоляции между сезонными расами нерки р. Камчатка не выявлено, а уровень попарной межвыборочной дифференциации для сезонных рас нерки бассейна р. Камчатка оказался в 4 раза ниже наименьшего межпопуляционного значения. Различий по частотам генотипов между выборками смежных лет, поколениями и сезонными расами азиатской нерки также не выявлено.

Полученные результаты дают нам основание объединять выборки, собранные в разные годы и в различные сроки в пределах нерестового хода, а также использовать в популяционно-генетических исследованиях азиатской нерки пробы, собранные единовременно.

  1. Для дифференциации популяций азиатской нерки наиболее перспективными представляются микросателлитные ДНК-маркеры. При проведении параллельных исследований в различных лабораториях наиболее предпочтительными являются SNP-маркеры благодаря их высокой воспроизводимости. Для определения популяционной принадлежности особей наиболее эффективными являются RAPD-маркеры при соблюдении определенных требований к протоколу анализа.
  2. Высокая разрешающая способность микросателлитных маркеров ДНК, относительная экономичность этого метода и воспроизводимость в различных лабораториях позволяет рекомендовать его для изучения популяционной структуры нерки.
  3. Использование микросателлитных маркеров ДНК позволяет с высокой точностью определять принадлежность нерки, облавливаемой в период преднерестовых миграций у тихоокеанского побережья Камчатки к популяциям различных районов воспроизводства.
  4. Предложенный комплексный подход в популяционных исследованиях азиатской нерки позволяет корректировать результаты молекулярно-генетического анализа с учетом биологических характеристик популяций.

Список работ опубликованных по теме диссертации.

  1. Хрусталева А.М., Зеленина Д.А., Волков А.А. 2004. Молекулярно-генетический анализ популяционной структуры нерки западной Камчатки // Инновации в науке и образовании - 2004. Тезисы докладов Международной научной конференции посвященной 10-летию КГТУ. Калининград. КГТУ. Октябрь 2004. С. 20.
  2. Хрусталева А.М., Федотов Ю.В., Волков А.А., Зеленина Д.А. 2004. Программное обеспечение для анализа данных ДНК-фингерпринтинга в популяционно-генетических исследованиях рыб // Инновации в науке и образовании - 2004. Тезисы докладов Международной научной конференции посвященной 10-летию КГТУ. Калининград. КГТУ. Октябрь 2004. С. 19.
  3. Zelenina D., Khrustaleva A., Volkov A., Habicht C., Smith C., Seeb J. 2005. A Case Study of Two Genetic Markers for Inter-Laboratory Collaboration: SNPs Provide Transportability without Standardization. NPAFC Doc. 913. 14 p.
  4. Зеленина Д.А., Хрусталева А.М., Волков А.А. 2006. Сравнительное исследование популяционной структуры и определение популяционной принадлежности нерки (Oncorhynchus nerka) Западной Камчатки с помощью rapd-pcr и анализа полиморфизма микросателлитных локусов // Генетика. Т. 42. № 5. С. 693-704.
  5. Хрусталева А.М., Стоклицкая Д.С. 2006. Исследование полиморфизма микросателлитных локусов ДНК в смежных поколениях и подходах нерки (Oncorhynchus nerka Walbaum) р. Большая (западная Камчатка) // Экология в меняющемся мире: Материалы конф. молодых ученых. 24-28 апреля 2006 г. ИЭРиЖ УрО РАН - Екатеринбург. Изд-во "Академкнига". С. 254-265.
  6. Zelenina D., Khrustaleva A., Mugue V., Stoklitskaya D., Mugue N. 2006. Population Genetics of Russian Sockeye Salmon Assessed by Single Nucleotide Polymorphism // SNP WORKSHOP II. Applications of SNP Genotyping in Fisheries Management. Girdwood, Alaska. September 21 –22. P. 39.
  7. Барминцев В.А., Барминцева А.Е., Волков А.А., Зеленина Д.А., Мюге Н.С., Хрусталева А.М. 2006. Российская национальная коллекция эталонных генетических материалов (РНКЭГМ) Часть II: "Лососевые рыбы (Salmonidae)". Свидетельство об официальной регистрации базы данных.
  8. Khrustaleva A.M., Volkov A.A., Zelenina D.A. 2006. Study of the population structure of Asian sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) using microsatellite polymorphism analysis // PICES 15th Annual Meeting. Yokohama, Japan, Oct. 13-22, 2006. P. 142
  9. Хрусталева А.М., Стоклицкая Д.С., Зеленина Д.А. 2006. Изменчивость аллельных частот микросателлитных локусов днк в смежных поколениях и подходах нерки oncorhynchus nerka р.
    Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»