WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

АТОПКИН Дмитрий Матвеевич

Молекулярная эволюция исистематика мышей Sylvaemusuralensis Pallas, 1811 и Apodemus agrarius Pallas, 1771 (Rodentia,Muridae)

03.00.08 - Зоология

03.00.15- Генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации насоискание ученой степени

кандидата биологическихнаук

Владивосток

2007

Работа выполнена влаборатории ПаразитологииБиолого-почвенного института ДВОРАН

Научный руководитель:

доктор биологическихнаук, с.н.с

Челомина ГалинаНиколаевна

Официальныеоппоненты:

доктор биологическихнаук, с.н.с.

Брыков Владимир Алексеевич

доктор биологическихнаук, с.н.с.

Якименко ЛюдмилаВладимировна

Ведущаяорганизация: Институтбиологии развития им. Н.К. КольцоваРАН

Защитасостоится "9" октября 2007 г.в 13 часов на заседаниидиссертационного совета Д 005.003.03 приБиолого-почвенном институте ДВО РАН поадресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100-летВладивостоку, 159, факс: (4232) 310-193

С диссертацией можноознакомиться в Центральной научнойбиблиотеке ДВО РАН

Авторефератразослан: " "сентября 2007г.

Ученый секретарьдиссертационного совета,

доктор биологическихнаук, с.н.с. И.В.Картавцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность. Видообразование,как одна из центральных проблем в биологии,существует не одну сотню лет. Основнымдостижением в данном научном направленииявляетсявозникновение теории эволюции,существовавшей изначально в виде теорииестественного отбора Ч.Дарвина и преобразовавшейсяв современную синтетическую теориюэволюции (СТЭ). Однако все еще остаетсяпроблема критерия вида, которая привела ккризису в современной систематике иэволюционной теории. Поэтому многие из современных исследований, подкрепленных новыми методами,направлены в основном на изучениепроцессов, происходящих в природныхпопуляциях, признанныхединицами эволюции, так какпонимание механизмов микроэволюционныхпроцессов может пролить свет на решениеодной из основных биологических проблем:вида и видообразования. Одной из наиболееудобных групп организмов для изучения молекулярнойэволюции является семействомышевидных грызунов Muridae, в частности–широкоареальные виды, где наиболее полномогут быть отображены мультифакторныепроцессы становления вида. Эта особенностьявляется одной из основныхпричин, по которым в качествеобъекта исследования были выбраны два видагрызунов: малая лесная мышь Sylvaemus uralensis Pallas, 1811 и полевая мышь Apodemus agrarius Pallas, 1771.

Малая лесная мышь– один изширокоареальных видов грызунов, обитающих в разных высотных изоогеографических частях,что делает его удобнымдля исследованиязакономерностей географическоговидообразования. Внутри вида существуюттаксономические проблемы, связанные с неоднозначной интерпретациейкариологических различий популяционных группи требующиеновых, более точных и информативныхметодов исследования. Полевая мышь – неменее интересный вид мелкихгрызунов.Её ареалпролегает по всему евразийскомуконтиненту от Центральной Европы вплоть дотихоокеанского побережья Дальнего Востока с дизъюнкцией в районеозера Байкал. Данные о популяционнойгенетике полевой мыши на уровне ДНК крайне скудны и ограниченылокальными исследованиями. Вместе стем такая информация необходима для решениясуществующих вопросов внутривидовой систематики и изучения становления современного ареала этого вида.Молекулярно-генетические исследованиявнутривидовой изменчивости полевой мыши тольконачинаются, причём наблюдается полноеотсутствие данных из некоторыхрайонов.

Цель и задачиисследования. Цельнастоящей работы - исследованиемолекулярных механизмов эволюции наразныхстадиях географическоговидообразования на примереширокоареальных видов мышевидныхгрызунов. Для этого были поставленыследующие задачи:

1. Выяснитьсистематическое положение треххромосомных форм и двух географических расмалой лесной мыши Sylvaemus uralensis, а также двухгеографических изолятов полевой мышиApodemus agrarius поданным маркеров ядерной имитохондриальной ДНК.

2. Провести анализ филогенетическихсвязей малой лесной и полевой мышей сродственными видами по данным маркеровяДНК и мтДНК стаксономической интерпретациейданных.

3. Спомощью маркеров яДНК и мтДНК дать оценкугенетического разнообразия ихарактеристику популяционно-генетическойструктуры S.uralensis и A. agrarius.

4. Датьсравнительный анализгенетико-географическойструктурированности и эволюционных историй S.uralensis и A. agrarius.

Научная новизна. Впервые выполнено сравнительноеисследование генетической изменчивостидвух видов группы лесных и полевых мышей:Sylvaemus uralensis и Apodemus agrarius на обширнойчасти их видовых ареалов с использованиеммолекулярных маркеров ядерного имитохондриального геномов. Практическивсе полученные в работе результатыявляются новыми и приоритетными. Впервыесеквенированы последовательности генацитохрома bмтДНК трех хромосомных форм малой лесноймыши и двух изолированных популяционныхгруппировок полевой мыши. Впервые на баземолекулярных данных проведен демографический анализпопуляций и разработаны биогеографические ифилогеографические концепции для малойлесной и полевой мышей. Сравнительныйпопуляционно-генетическийанализ двух видов позволилвыявить особенности их разнообразия,реконструировать филогенетические связи сродственными видами, уточнитьсистематическое положение рядаисследованных форм. Результаты не поддерживают видовуюсамостоятельность S. ciscaucasicus, S. mosquensis, S. pallipes иS. kastschenkoi, предполагаютконспецифичность видов S. fulvipectus и S.hermonensis, ипозволяют считать географическиерасы S. uralensisвидами на стадии становления. Малая лесная мышь из Горно-Алтайска,морфологически мышь Кащенко, имеет гибридноепроисхождение: по ядерныммаркерам она занимает промежуточноеположение между географическими расамиS. uralensis, а помитохондриальным - принадлежит азиатскойрасе. Дифференциация двух географическиизолированных группировок полевой мыши,дальневосточно-китайской иевропейско-сибирско-казахстанской,укладывается в рамки внутривидовыхпопуляционных отличий. Молекулярно-генетическими данными поддерживается выделение двух подвидовых форм:A. a. agrarius иA. a. mantchuricus.

Теоретическая ипрактическая значимость работы. Полученные результаты генетическойизменчивости двух широкоареальных видовважны для понимания эволюционных процессов, происходящих наразных этапах видообразования.Уточнение систематического положения рядаформ западно-палеарктической группылесных мышей является вкладом в разработкусистематики и филогении группы лесных и полевыхмышей. Поскольку лесные иполевые мыши широко распространены,являются основным компонентом многихбиоценозов, вредителями сельскогохозяйства, природными носителямиинфекционных заболеваний человека иживотных,исследованиеих внутривидовой генетической изменчивости и систематики важныдля решения задач практическойэпидемиологии и паразитологии.

Апробация работы.Результаты были представлены намеждународной научной конференции"Современные проблемыгенетики" (Минск, 2005), на международнойнаучной конференции "Эволюция жизни наЗемле" (Томск, 2005) на съездеВсесоюзного ТериологическогоОбщества (Москва, 2006), наконференции-конкурсе молодых ученыхБиолого-почвенного института ДВО РАН(Владивосток, 2006), на международнойнаучной конференции "Современные проблемыбиологической эволюции" (Москва, 2007), на международномсимпозиуме Modern Achievements inPopulation, Evolutionary and Ecological Genetics (MAPEEG) (Владивосток,2007) и на совместномзаседании отделов зоологии и эволюционнойбиологии и генетики БПИ ДВО РАН в 2007году.

Публикации. По темедиссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объемработы. Диссертация состоитиз введения, 3 глав, заключения, выводов,списка литературы и приложения. Список литературы включает 188наименований, из них 130 на иностранныхязыках. Работа изложена на258 страницах и содержит 44 таблицы и 74рисунка.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательностьнаучному руководителю, д.б.н.Г.Н. Челоминойза обучение и помощь восвоении молекулярно-генетическихметодов, методические указания ивсестороннюю поддержку. Также авторискренне благодарен к.б.н. А.С. Богданову (ИБР им.Н.К. Кольцова РАН, Москва),к.б.н. Ю.М. Ковальской (ИПЭЭ им.А.Н. Северцова РАН) ид.б.н. Г.Н. Челоминой (БПИ ДВО РАН) за любезно предоставленный материал, к.б.н. А.С. Богданову, к.б.н.М.В. Павленко, д.б.н.А.С. Лелею, д.б.н. И.Ю.Баклушинской, д.б.н. Е.А. Ляпуновой за обсуждение икритические замечания.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Глава 1.Обзор литературы

1.1. Видовоеразнообразие, распространение итаксономическая классификация лесных иполевых мышей. В данном разделе рассмотрен вклад зоологическихисследований в решениетаксономических проблем лесных и полевых мышей.Кратко описаны основные таксономические системы,разработанные разными авторами для для даннойгруппы видов, а также общая информация о биологиии географическом распространении.

1.2. Молекулярнаяфилогенетика и систематика лесных иполевых мышей. Проанализированы основные работыпо молекулярно-генетическим исследованияммежвидовой дифференциации и филогении видов в составедвух родов:Sylvaemus и Apodemus.

1.3. Внутривидоваяизменчивость лесных и полевых мышей поданным молекулярных маркеров ядерной имитохондриальной ДНК.В данном разделерассмотрены основные работы поисследованию внутривидовой генетическойизменчивости лесных и полевых мышей спомощью мультилокусных маркеров ядернойДНК и индивидуальных последовательностейучастков митохондриальной ДНК.

1.4. Краткаяхарактеристика основныхмолекулярно-генетических методовисследования. В разделе дана краткаяхарактеристика такихмолекулярно-генетических методов, какполимеразная цепная реакция, RAPD анализ исеквенирование последовательностей ДНК(метод химической деградации поМаскаму-Гилберту, ферментативный метод поСангеру и ПЦР-секвенирование).

Глава 2. Материалы и методы

2.1. Сведения об использованномматериале. Материалом длямолекулярно-генеическихисследованийпослужили 78 образцов пяти видов Sylvaemus: S. uralensis (n=63), S. ponticus (n=6), S. fulvipectus (n=6),S. flavicollis (n=1), S. sylvaticus (n=2) и 49 образцовполевой мыши A. agraius,собранных в 33 разных областях России истран ближнего зарубежья. В общейсложности, включая литературные данные избазы GenBank,в анализ быловключено 15 видов лесных иполевых мышей, что составило 224 образца. Материал по видам Sylvaemus любезнопредоставлен к.б.н. Богдановым А.С. (ИБР им.Н.К. КольцоваРАН). Материал по полевой мыши изевропейско-сибирско-казахстанскогоизолята любезно предоставлен к.б.н.Богдановым А.С. (ИБР им.Кольцова РАН) и Ю.М. Ковальской (ИПЭЭ им.А.Н. СеверцоваРАН), а из дальневосточногоизолята - д.б.н. Челоминой Г.Н. (БПИ ДВОРАН). Почтивсе образцы кариологическии биохимически типированы.

2.2. Выделение ДНК. ДНК лесных и полевых мышейвыделяли из тканей печени и сердца,фиксированных в 80% этаноле сиспользованием протеиназы К и дальнейшейэкстракции смесью фенол-хлороформ.

2.3. RAPD анализ ядерногогенома. RAPDанализ видов лесных мышей проводился сиспользованием 12 олигомерных праймеров,для RAPDанализа полевой мыши использовано 10праймеров. Статистическая обработкаданных, включая филогенетическиереконструкции, выполнялась сиспользованием ряда программ: RFLPScan 3.12; PopGen 3.2 (Yeh et al., 1999); TFPGA 1.3 (Miller, 1997); NTSYS 2.0 (Rholf, 1987); Treecon 1.3b (Van de Peer & De Wachter, 1994); Statistica 6.0.

2.4. Анализпоследовательностей гена цитохрома b митохондриальнойДНК. Амплификацию и секвенирование генацитохрома bмтДНК проводили с помощью пятиуниверсальных специфических праймеров(Paabo et al., 1988; Kocher et al., 1989; Irwin et al, 1991) ифлуоресцентных красителей BigDye Terminator Sequencing Kit. Чтение последовательностей выполняли накапиллярном лазерномсеквенаторе ABI 310 на базе БПИ ДВОРАН. Выравнивание последовательностей идальнейшую статистическую обработкуданных проводили в программах: Mega 3.1 (Kumar et al., 2005), Arlequin 3.11 (Excoffier, 2006), Modeltest 3.06, Paup 4.b.10 (Swofford, 2000).

Глава 3.Результаты и обсуждение.

3.1. Молекулярнаяфилогенетика и систематика восточныхпопуляций малой лесной мыши Sylvaemus uralensis. Малая лесная мышь впервые как самостоятельный вид была описана в 1952 году вСловакии (Kratochvil, Rosicky, 1952), позже былаидентифицирована в Средней Азии, Восточной Европе ина Кавказе (Filipucci et al., 1992; Межжерин, Зыков, 1991; Воронцов и др.1992; Челомина и др., 1998). Высокаягетерогенность этого вида вскоре былаобнаружена по кариологическим и генетико-биохимическим данным, нотаксономическая интерпретация данных уразных авторов отличалась.Одни авторы считали европейские формы "хорошими"видами (Орлов и др., 1996), другие признавали такую точкузрения необоснованной и, наоснове биохимических данных, выделяли внутри вида двегеографические расы: азиатскую иевропейскую (Богданов,2004); в состав последнейвходили двехромосомные формы:восточно-европейская июжно-европейская (Богданов,2001). Мыпопытались разрешить эту проблему спомощью молекулярных маркеров ДНК.

3.1.1.Генетическая изменчивость идифференциация малой лесной мыши по данныманализа мультилокусных RAPD-маркеров. RAPDмаркеры видов Sylvaemus продемонстрировали высокиевидоспецифичность и внутривидовую изменчивость. У малой лесной мышивыявлено 255 локусов, 228 из которых оказалисьполиморфными. Между географическимирасами наблюдались отличия в содержаниивысокочастотных локусов, а также былвыявлен диагностическийпризнак - фрагмент длиной 460 пар нуклеотидов (пн), характеризующий европейскуюрасу (рис.1).

Рис. 1. RAPD-PCR спектры малойлесной мыши S.uralensis,полученные с помощью праймера OPC-05(A - азиатская раса, Е- европейская раса)

Параметры генетическойизменчивости (полиморфизмP,гетерозиготность Heun,наблюдаемое na иэффективное neчисло аллелей на локус,индекс Шеннона-ВивераI) у географических расбыли примерно одинаковыми, а среди хромосомных форм наиболее изменчивой оказаласьюжно-европейская форма.Бльшая часть генетическогоразнообразия приходилась навнутрипопуляционную компоненту (HS>DST), а значение индекса генетическойдифференциации (GST)между азиатской и европейской географическимирасами было существенно выше (GST=0.13),чем между европейскими хромосомными формами (GST=0.07).

Pages:     |
|



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.