Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Клональное разнообразие и механизмы его формирования у однополых видов ящериц рода Darevskia. Монография
.pdf
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
актов межвидовой гибридизации родительских двуполых видов, приведших к возникновению и становлению партеновида.
Всего с помощью монолокусной ПЦР было проанализировано
111 особей из популяций: Папанино (n = 69), Фиолетово (n = 9),
Ваагни (n = 17), Дзорагет (n = 6) и Дендропарк (n = 10). Изучение молекулярной природы аллельного полиморфизма микросателлитных локусов Du215(dahli), Du281(dahli) и Du323(dahli)
в популяциях D. dahli проводили путем секвенирования
всех
обнаруженных аллельных вариантов. Все особи (кроме одной)
были гетерозиготны по трем локусам; присутствовало два аллеля, различающихся по длине и структуре микросателлитного
кластера и по точковым нуклеотидным вариациям (SNVs —
single nucleotide variations) в определенных (фиксированных)
позициях во фланкирующих микросателлит регионах (табл. 2).
Точковые мутации образуют различные сочетания — гаплотипы, характерные для определенных аллелей. Число
аллелей варь-
ировало от трех до семи, в зависимости от локуса.
Структура микросателлитных кластеров локуса Du215(dahli)
оказалась довольно сложной. Кроме повторов GATA, они содержат повторы GAСA и несовершенные мономеры GAT и GСAA
(табл. 2). Аллельные варианты Du215(dahli)1, Du215(dahli)2,
Du215(dahli)3 и Du215(dahli)4, характеризующиеся точковыми
мутациями T, G, С и сложным микросателлитным кластером,
представленным расположенными в определенной последовательности GATA- и GACA-повторяющимися
звеньями, а также
GCAA-тетрануклеотидом, прилежащим к микросателлиту. Различия между аллелями связаны с уменьшением количества
GATA-звеньев на один тетрануклеотид последовательно от
аллеля Du215(dahli)1 к аллелю Du215(dahli)4. Интересно, что
в случае аллельного варианта Du215(dahli)4 изменения затрагивают и GAСA-кластер. Аллели Du215(dahli)5 и Du215(dahli)6
с A, C, С-нуклеотидными заменами и микросателлитом, состоящим из сцепленных GATA- и GCAA-
кластеров,
ся на одно GATA-звено. Гаплотип аллеля Du215
отличают-
(dahli)7 А-СТ, возможно, является мутантным вариантом гаплотипа А-С-С.
Об этом также свидетельствуют данные по встречаемости аллельного варианта Du215(dahli)7 среди аллелей локуса Du215
(dahli).
g 41 G
Таблица 2
ИКСИРОВАННЫЕ
Ф
ANK
B
ENE
G
À.À. Â
№
.
AC
*
НУКЛЕОТИДНЫЕ ЗАМЕНЫ
НА ФЛАНГАХ
ЕРГУН
, À.Å. Ã
(GATA)(GCAA) 3’ T (–58), G (–38), C (–19) FJ981592
(GATA)(GCAA) 3’ T (–58), G (–38), C (–19) FJ981593
7
7
(GACA)
(GACA)
10
9
ИРНЫК
(GATA)(GCAA) 3’ T (–58), G (–38), C (–19) FJ981594
(GATA)(GCAA) 3’ T (–58), G (–38), C (–19) FJ981595
7
5
(GACA)
(GACA)
8
7
, Ô.À. Î
3’ A (–58), C (–38), C (–19) FJ981596
4
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
T (+15) FJ975076
3’
3’ T (+15) FJ975077
4
4
(GAT)(GATA)
(GAT)(GATA)
2
2
3’ A (–58) ,C (–38), C (–19) FJ981597
4
3’ A (–23), C (+39) FJ981561
4
3’ C (–23), T (+39) FJ981559
3’ C (–23), T (+39) FJ981560
4
4
(GAT)(GATATAT)(GA)
3
ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКОГО ВИДА D. dahli
ТРУКТУРНЫЕ РАЗЛИЧИЯ АЛЛЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ ЛОКУСОВ DU215, DU281, DU323
С
(GAT)(GATA)(GATATAT)(GA)
(GAT)(GATA)(GGTA)
(GAT)(GATA)(GGTA)
9
(GCAA)
(GCAA)
11
10
ТРУКТУРА МИКРОСАТЕЛЛИТНОГО КЛАСТЕРА
С
.)
П
.
ЛИНА
Н
(
Д
8
3’ A (–58), C (–38), T (–19) FJ981598
5
3’ C (+15) FJ975078
3’ C (+15) FJ975079
3’ C (+15) FJ975080
12
11
10
(GAT)(GATA)(GATATAT)(GA)
11
10
3’ C (+15) FJ975081
8
...(GATA)
...(GATA)
...(GATA)(GGT)(GATA)
6
6
5
ЛЛЕЛЬ
А
Du215(dahli)1 252 5’ (GAT)(GACA)(GATA)
Du215(dahli)2 248 5’ (GAT)(GACA)(GATA)
Du215(dahli)3 244 5’ (GAT)(GACA)(GATA)
Du215(dahli)4 232 5’ (GAT)(GACA)(GATA)
Du215(dahli)5 232 5’ (GAT)(GATA)
Du215(dahli)6 228 5’ (GAT)(GATA)
Du215(dahli)7 192 5 ’(GAT)(GATA)
Du281(dahli)1 225 5’ (GGTA)(GATA)
Du281(dahli)2 221 5’ (GGTA)(GATA)
Du281(dahli)3 199 5’ (GATA)
Du281(dahli)4 195 5’ (GATA)
Du281(dahli)5 191 5’ (GATA)
Du281(dahli)6 183 5’ (GATA)
Du323(dahli)1 215 5’ (AC)
Du323(dahli)2 211 5’ (AC)
Du323(dahli)3 184 5’ (AC)
Даны расстояния в нуклеотидных парах (н.п.) до (–) и после (+) микросателлитного кластера
*
g 42 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
С помощью секвенирования было показано, что шесть аллельных вариантов локуса Du281(dahli) в популяциях D. dahli
различаются по размеру и составу микросателлитного кластера, а также по TC транзициям на фиксированном расстоянии
от микросателлита (табл. 2). Микросателлитный кластер аллелей Du281(dahli)1 и Du281(dahli)2 имеет сложную структуру:
состоит из GGTA- и GATA-повторяющихся звеньев, расположенных в определенном порядке
и прерывающихся несовершенным GAT-повтором. Оба аллеля характеризуются CT транзицией на фиксированном расстоянии от микросателлита; аллель
Du281(dahli)1 больше на один GATA-тетрануклеотид. Варианты Du281(dahli)3, Du281(dahli)4, Du281(dahli)5 и Du281(dahli)6
характеризуются TC транзицией, в своем составе имеют со-
вершенный GATA-кластер и различаются по количеству повторяющихся звеньев в кластере. Интересно, что в состав всех ал-
локуса Du281(dahli) помимо GATA- и GGTA-кластеров
лелей
входит (CA)
-повтор.
2
Локус Du323(dahli) представлен тремя аллельными вариантами. Секвенирование этих вариантов показало, что все аллели
содержат микросателлиты (GATA)
содержанием мономеров, а также
, (AС)n и (GA)n с различным
n
несовершенные мономеры
GAT и вставку тринуклеотида GGT в аллеле Du323(dahli)3
Аллели Du323(dahli)1 и Du323(dahli)2
различаются одним
GATA-звеном, характеризуются C→T фиксированными нуклеотидными заменами. Аллель Du323(dahli)3, отличающается
от других аллелей точковыми мутациями, образующими гаплотип A-C, АС-микросателлитом, меньшим на одно звено, более
коротким GATA-кластером и наличием в нем GGT-тринуклеотидной инсерции.
Для определения генотипического разнообразия в популя-
циях D. dahli были составлены аллельные комбинации для всех
локусов. В результате для всех 111 особей были получены
трех
11 генотипов, отличающихся по частоте в популяциях и географическому распределению (табл. 3). Особи с идентичным генотипом формировали отдельные клоны. Один клон (генотип 1)
был наиболее распространенным — встречался у 72 особей из
трех популяций (что составляло 64,9% от всех изученных особей). Другой клон — генотип 2 — встречался
у 21 особи (18,9%)
.
g 43 G
Таблица 3
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
)
ЧАСТОТА
ОСОБЕЙ
(
ОЛИЧЕСТВО
К
ГЕНОТИПА
ОПУЛЯЦИИ
П
Папанино Фиолетово Ваагни Дзорагет Дендропарк
ЕНОТИПИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ПОПУЛЯЦИЙ D. dahli
Г
ЛЛЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА ГЕНОТИПА
А
1 Du215(3+6)+Du281(1+4)+Du323(1+3) 61 9 2 0 0 72 (0,649)
2 Du215(3+6)+Du281(1+4)+Du323(2+3) 6 0 7 6 2 21 (0,189)
3 Du215(2+6)+Du281(1+4)+Du323(1+3) 0 0 0 0 6 6 (0,054)
4 Du215(3+5)+Du281(1+4)+Du323(2+3) 1 0 4 0 0 5 (0,045)
5 Du215(3+5)+Du281(2+4)+Du323(2+3) 0 0 1 0 0 1 (0,009)
6 Du215(3+6)+Du281(1+6)+Du323(1+3) 1 0 0 0 0 1 (0,009)
7 Du215(1+6)+Du281(1+4)+Du323(1+3) 0 0 0 0 1 1 (0,009)
8 Du215(2+6)+Du281(1+5)+Du323(1+3) 0 0 1 0 0 1 (0,009)
9 Du215(3+6)+Du281(1+3)+Du323(2+3) 0 0 1 0 0 1 (0,009)
10 Du215(4+7)+Du281(1+6)+Du323(2+3) 0 0 1 0 0 1 (0,009)
ЕНОТИП
Г
11 Du215(3)+Du281(1+4)+Du323(2+3) 0 0 1 0 0 1 (0,009)
Общее количество особей 69 9 18 6 9 111
Разнообразие генотипов (%) 4 (5,8) 1 (0) 8 (44,4) 1 (0) 3 (33,4) 11 (9,9)
g 44 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
из четырех популяций. Девять клонов были редкими, географически изолированными и были представлены одной или несколькими особями. Например, генотип 3 был представлен шестью особями (5,4%), генотип 4 — пятью особями (4,5%), а генотипы 5–11 были представлены одной особью для каждого
(0,9%). Таким образом, генотипическое разнообразие между
пятью популяциями варьирует от 0% до 44,4% (в среднем 9,9%).
Наиболее
пуляциях Ваагни и Дендропарк.
D. dahli
revskia
высокий уровень вариабельности встречается в по-
, как и другие партеногенетические виды рода
, возник в результате межвидовой гибридизации дву-
Da-
полых видов. Следовательно, комбинации SNVs, характерные для бисексуальных родительских видов, формируют генотип-специфичные нуклеотидные маркеры (рис. 7).
но, что генотипы 1–9 имеют идентичные комбинации
Очевид-
SNVs
для всех трех локусов: для Du215 локуса это комбинация
TGC/ACC, для локуса Du281 — комбинация T/C,
—
локуса
CT/AC. Таким образом, можно сделать вывод об
для Du323
общем происхождении особей с данными генотипами в результате одного акта межвидовой гибридизации
видов. Генотипы 10 и 11 отличаются друг от друга и от
двуполых
генотипов 1–9 по SNVs локуса Du215 TGC/ACT и TGC/TGC
соответственно. Это позволяет предположить, что возникновение генотипов 10 и 11 произошло независимо от генотипов
1
–9. Помимо одинаковых родительских SNVs, по локусу
Du215 в генотипах 1–9 присутствуют одинаково
организованные микросателлитные кластеры. У особей с генотипом
10 (ACT) не представлен (GCAA)4 кластер, а особь с генотипом 11 была гомозиготной по данному локусу. Следовательно, по меньшей мере, три независимых акта межвидовой гибридизации привели к формированию одиннадцати генотипов
D. dahli
.
Чтобы продемонстрировать особенности географического
распределения отдельных клонов и для оценки внутрипопуляционного разнообразия партеногенетических видов, было использовано построение парсимониальных сетей, которые хорошо известны в области филогеографии.
g 45 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
g 46 G
сов Du215, Du281 и Du323 у 111 особей D. dahli. Родительские маркеры SNV показаны в прямоугольниках
Рис. 7. Схематическое изображение 11 генотипов, образованных комбинацией аллелей микросателлитных локу-
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
Между собой генотипы 1–9 отличаются только последовательностью микросателлитного кластера. На рисунке 8 представлена сеть, отражающая взаимоотношения внутри группы
генотипов 1–9 (генотипы 10 и 11 помещены отдельно). Размер
кругов соответствует представленности генотипа. Сегменты коррелируют с распределением генотипов в популяциях.
Рис. 8. Схематическое
изображение TCS-сети,
отражающее взаимосвязь
между генотипами 1−11
D. dahli. Популяции, представленные в генотипах,
обозначены различными
цветами. Черными кругами обозначены не обнаруженные, но прогнозируемые компьютерной программой генотипы
Согласно данной сети (рис. 8), наиболее удаленными являются генотипы 5 и 6 из популяций Ваагни и Папанино соответственно. В популяции Ваагни было выявлено наибольшее число генотипов (1, 2, 4, 5, 8–11), при этом три из них: 5, 8 и 9, были специфичными для этой популяции. Два генотипа из трех
обнаруженных — 3 и 7, были специфичными для популяции
Дендропарк. В
популяции Папанино было выявлено 4 генотипа
g 47 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
и только один (генотип 6) оказался специфичным для этой популяции. В популяциях Фиолетово и Дзорагет генотипов, характерных только для этих популяций, обнаружено не было. Таким
образом, популяция Ваагни может быть источником клонального разнообразия, наблюдаемого среди пяти исследованных
популяций D. dahli.
Клоны 1–9, имеющие идентичные SNVs и различающиеся
размером микросателлитного кластера, возникли, вероятно
, в результате мутаций в микросателлитном кластере уже после возникновения «основного» генотипа (постформационные изменения). Согласно модели Паркера и соавторов [Parker, 1989], мы
предположили, что основным клоном был клон 1, а остальные
возникли в результате постформационных изменений в микросателлите основного генотипа.
В целом, наши данные свидетельствуют о том, что клональ-
разнообразие D. dahli возникло в результате не менее трех
ное
актов межвидовой гибридизации и последующем возникновении новых клонов в процессе постформационных микросателлитных
мутаций. Методологический подход, разработанный
в данном исследовании, которое было основано на выявлении
генотип-специфических маркеров, сформированных комбинаций маркеров родительских SNVs, в дальнейшем может быть
применен для выяснения происхождения и эволюции раздельнополых видов.
7.2. КЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ D. rostombekowi
Вид D. rostombekowi занимает сравнительно ограниченный
по площади ареал, лежащий в северных предгорьях Малого Кавказа в пределах Северной Армении и прилежащих районов Северо-Западного Азербайджана. Современный ареал распадается
на несколько разных по величине изолированных популяций,
обитающих на высоте от 600 до 2000 м над уровнем моря (рис. 9).
Как и у других партеногенетических
такое разделение некогда единого ареала, видимо, было связано
с изменением климата и преобразованием ландшафтов, происходивших на территории Кавказа в постледниковую эпоху примерно 10 000–12 000 лет назад. Особый интерес представляет
небольшая, далеко оторванная от основного ареала, популяция
g 48 G
видов рода Darevskia,
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Рис.9. Ареал партено-
генетического вида
Darevskia rostombekowi на территории
Армении. Кругами и
цифрами обозначены
места обитания: 1 —
Гош; 2 — Загалу
(Цовак); 3 — Папанино (окр. г. Дилижан);
4 — Спитак
Darevskia
этого вида, обитающая на высоте около 2000 м на юго-восточном берегу озера Севан. Эта реликтовая популяция занимает
незначительные по площади выходы базальтовых скал, находящихся примерно в двух километрах от озера, в окрестностях
села Загалу. От ближайших популяций в предгорьях реки Куры
(окрестности озера Гей-Гель в Азербайджане) она
отделена Севанским и Варденисским горными хребтами, поднимающимися
на высоту до 3000 м и более и являющимися непреодолимой для
D. rostombekowi географической преградой. Принимая во внимание достаточно древнюю геологическую историю формирования Севанской котловины, можно с большой долей уверенности
предположить, что ящерица Ростомбекова смогла проникнуть
в Севанскую котловину с севера во
время ксеротермического
периода (постледниковая эпоха), сопровождавшегося значительным потеплением климата и изменением горных и ландшафтных
зон. Таким образом, возраст изолированной на берегу озера Севан популяции ящерицы Ростомбекова составляет приблизительно 10 000-12 000 лет. Учитывая, что по имеющимся данным, продолжительность жизни скальных ящериц не превышает 5-6 лет,
можно подсчитать, что за все
время изоляции на берегу высокогорного озера Севан в этой реликтовой популяции D. rostom-
bekowi сменилось около 2000 поколений ящериц. Следовательно,
приблизительный возраст гибридного происхождения ящерицы Ростомбекова составляет, как минимум 12 000–15 000 лет.
Таким образом, этот вид значительно старше, чем предполагалось ранее [Darevsky et al., 1985].
g 49 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
Согласно ранним исследованиям, все особи D. rostombekowi
были генетически идентичны по 35 аллозимным локусам, то есть
в изученных популяциях D. rostombekowi был обнаружен только
один клон [Osipov et al., 2016]. Несмотря на генетическую однородность D. rostombekowi, среди исследованных особей обнаружено большое разнообразие по морфологическим признакам. Это было большой неожиданностью, так как модель генетического и морфологического
разнообразия гибридных партеногенетических видов утверждает, что морфологически различные клоны должны различаться и генетически. Подобная ситуация была обнаружена у партеногенетических ящериц Cnemido-
phorus tesselatus [MacCulloch et al., 1997]. Полученные данные
на основании анализа изменчивости мини- и микросателлитных
фингерпринтных маркеров и RAPD-маркеров ДНК в популяциях
D. rostombekowi указывали на межпопуляционную дифференциацию. Оценки внутри- и межпопуляционных сравнений
выявили низкую внутрипопуляционную изменчивость и одновременно значительные генетические отличия реликтовой популяции побережья озера Севан от популяций Северной Армении
[Мартиросян и др., 2002; Малышева и др., 2006]. Сравнительный анализ последовательностей митохондриального гена cyt b
(1044 п.н.) ящериц D. rostombekowi из Северо-
Западной Армении, изолированной популяции побережья озера Севан, и двуполых видов (D. raddei и D. nairensis) из разных популяций вы-
явил единое происхождение от материнского вида D. raddei из
одной из южных армянских популяций — популяции в Егегнадзоре [Fu et al., 2000а; Малышева и др., 2006]. В то же время,
у всех исследованных особей популяции Севан по
гену цитохрома b этими авторами была выявлена единичная нуклеотидная замена (транзиция С→Т в положении 535 п.н.), что свидетельствовало о существовании второго митотипа у D. rostombe-
kowi, специфичного для популяции Загалу. Более того, по данным мультилокусного анализа фингерпринтных и RAPD маркеров исследованные особи D. rostombekowi разделялись на две
группы: в
первую попадали особи популяции Загалу, а во вторую — все особи популяций северной Армении (Спитак, Гош,
Папанино) [Мартиросян, 2002; Малышева, 2006]. Таким образом, данные анализа ядерных и митохондриальных маркеров
ДНК изменили устоявшиеся представления о существовании
g 50 G
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]