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
(CT)n,- (СТG)n-, (GGCA)n-, (GAТA)n-, (GACA)n- и (САС)n-мотивы,
среди потомков первого поколения. Частота обнаруженных мутаций варьировала в пределах от 12 до 17% в зависимости от используемого зонда [Малышева и др., 2005; Malysheva et al., 2007].
Мутантные фингерпринтные фенотипы, выявляемые у потомков, отличались от материнских по электрофоретической подвижности одного или нескольких фрагментов и встречались также в популяционной выборке. Обнаруженные мутации
в семьях
положительно коррелируют с высокой популяционной изменчивостью этих маркеров [Tokarskaya et al., 2001; Tokarskaya et
al., 2004; Малышева и др., 2005; Malysheva et al., 2007]. Изменчивость и клональное разнообразие фингерпринтных фенотипов в популяциях и семьях D. armeniaca, по крайней мере, частично может объясняться RFLP-мутациями в ДНК, содержащих микросателлитные повторы.
Новые данные по молекулярной структуре и изменчивости
микросателлитных локусов Du215, Du281
и Du323 у представителей партеногенетического вида рептилий D. armeniaca были
получены и проанализированы с помощью монолокусной ПЦР.
Для анализа использовано 129 коллекционных образцов ДНК
ящериц D. armeniaca из четырнадцати популяций Армении и одной из Украины (рис. 11).
Локус специфический ПЦР-анализ показал, что все исследованные особи D. armeniaca являются гетерозиготами по микросателлитным локусам Du215, Du281 и
Du323. Межаллельные
отличия связаны со структурой микросателлитного кластера
и однонуклеотидными вариациями (SNVs) в прилежащих участках ДНК. Ранее, при анализе полиморфизма различных микросателлитных локусов у партеновидов D. dahli и D. unisexualis,
был обнаружен сходный тип межаллельных вариаций [Ryskov,
2008; Vergun et al., 2014]. В исследованной выборке D. armeniaca
было выявлено три аллеля локуса Du215, четыре аллеля локуса
Du281, три аллеля локуса Du323 (табл. 11).
Из данных таблицы 11 видно, что все три
аллеля локуса
Du215 имеют сложно организованные микросателлиты, содержащие GATA- и GACA-повторы. Аллели этого локуса в прилежащей к микросателлиту зоне содержали однонуклеотидные замены, сочетание которых формировало аллель-специфические
g 71 G
Таблица 11
À.À. Â
ЕРГУН
Gene Bank
ac. №
*
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
на флангах
Фиксированные
C (–23), T (+39) HM013992
нуклеотидные замены
3’ T (+15) HM070259
4
3’ T (+15) HM070260
4
3’ A (–23), C (+39) HM013994
(GAT)(GATA)
2
(GAT)(GATA)
2
(GATA)(GCAA)3’ T (–58), G (–38), C (–19) GU972533
(GATA)(GCAA)3’ T (–58), G (–38), C (–19) GU972534
5
5
(GAT)(GATA)(GGTA)
(GAT)(GATA)(GGTA)
10
(GACA)
(GACA)
8
7
ТРУКТУРНЫЕ РАЗЛИЧИЯ АЛЛЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
С
Последовательность микросателлитного кластера
9
3’ C (+15) HM070261
3’ C (+15) HM070262
9
3’ A (–58), C (–38), C (–19) GU972535
5
...(GGTA)(GATA)
2
8
...(GGTA)(GATA)
...(GATA)
...(GATA)
2
2
2
4
3’
3’ C (–23), T (+39) HM013993
4
4
(GA)
(GA)
2
2
(GAT)(GATA)(GA)
3
(GAT)(GATA)
(GAT)(GATA)
11
10
...(GATA)
...(GATA)
...(GATA)(GGT)(GATA)
6
6
5
(н.п.)
Длина
МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ ЛОКУСОВ DU215, DU281 И DU323 ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКОГО ВИДА D. armeniaca
Аллель
Du215(arm)1 236 5’(GAT)(GACA)(GATA)
Du215(arm)2 232 5’(GAT)(GACA)(GATA)
Du215(arm)3 192 5’(GAT)(GATA)
Du281(arm)1 229 5’(CA)
Du281(arm)2 225 5’(CA)
Du281(arm)3 187 5’(CA)
Du281(arm)4 183 5’(CA)
Du323(arm)1 215 5’(AC)
Du323(arm)2 211 5’(AC)
Du323(arm)3 184 5’(AC)
g 72 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
гаплотипы — T-G-C (аллели 1 и 2) и A-C-T (аллель 3). В соответствии с этим, аллели локуса Du215 можно разделить на две
группы, причем для каждой группы имеется ассоциация со
цифическим по строению микросателлитом. Аллели локуса
спе-
Du281
различаются как по структуре микросателлитного кластера, так
и однонуклеотидными вариациями на фиксированных позициях
вне кластера, согласно которым их также можно разделить на
две группы. В одну группу входят два аллеля с однонуклеотидной заменой Т. Эти аллели различаются по числу повторяющихся
звеньев в составе сложно организованного (GATA)
-микросател-
n
литного кластера (табл. 11). Вторую группу образуют третий
и четвертый аллель локуса Du281, который имеет другую
и
однонуклеотидную вариацию C
(GATA)
-микросателлит.
n
Аллели локуса Du323 различаются
ассоциированный простой
сочетанием SNVs на фиксированных позициях вне микросателлитов, образующих две группы гаплотипов — С-Т и А-С. Обе
группы имеют два независимых микросателлитных кластера —
и сложно организованный (GATA)n. Аллели с гаплотипом
(AC)
n
C-T содержат микросателлитный кластер (AC)
A
лотипом
-C-кластер (AC)5. Наблюдается отличие групп алле-
, а аллель с гап-
6
лей по структуре и количеству GATA-повторов, а также имеется ассоциация конкретных гаплотипов и микросателлитов.
В большинстве микросателлитных ДНК были обнаружены несовершенные вставки, такие, как GGTA, GAT, GCAA.
Они могли появиться в результате сдвига рамки считывания на
неполное мономерное звено, рекомбинационных событий, мутаций типа транзиций и трансверсий [Strand et al., 1993; Pearson, Sinden, 1996]. Аллельные различия, связанные с изменением
числа повторов в микросателлитном кластере, могут объясняться
эффектом проскальзывания ДНК-полимеразы в процессе репликации ДНК [Schlöt-terer, Tautz, 1992; Weber, Wong, 1993;
Wells, 1996]. Большинство таких изменений у D. armeniaca соответствует одноступенчатой модели мутационной изменчивости микросателлитных ДНК [Ohta, Kimura, 1973] или ее модифицированному варианту [Di Rienzo et al., 1994]. Очевидно, что
при анализе межаллельных различий микросателлитных ДНК
у партеновидов следует учитывать не только их наследование
от разных родительских бисексуальных видов, но
и возможные
g 73 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
мутации при клональном воспроизводстве. Ранее микросателлитные мутации, возникающие в ходе последующего клонального воспроизводства, были детектированы у D. unisexualis [Ba-
daeva et al., 2008].
Как отмечалось выше, партеновид D. armeniaca возник в
ре-
зультате межвидовой гибридизации особей двуполых видов
D. mixta (материнский вид) и D. valentini (отцовский вид) [Moritz et al., 1992]. Следовательно, аллельные варианты изученных
локусов у D. armeniaca были наследованы от соответствующих
родительских видов. Чтобы определить, какие из этих аллелей
имеют отцовское, а какие материнское происхождение, нами
были получены и секвенированы аллели гомеологичных локусов ряда особей родительских видов (табл. 12).
В таблице 12 представлены нуклеотидные последователь-
ности
различающихся участков аллелей четырех гомеологичных локусов особей родительских видов. Аллели бисексуальных
видов весьма разнообразны по структуре микросателлитов и также содержат однонуклеотидные вариации на фиксированных позициях в участках, фланкирующих микросателлитный кластер.
По сочетанию этих вариаций и специфической структуре микросателлита можно определить, от какого родительского вида унаследован тот
или иной аллель каждого локуса у партеновида.
Так, в локусе Du215 аллели с гаплотипом Т-G-C наследуется от
материнского вида D. mixta, а аллель с гаплотипом A-С-Т перешел от отцовского вида D. valentini. В случае локуса Du281 партеновида аллели с вариабельным нуклеотидом T наследованы от
материнского, а аллели с нуклеотидом C — от отцовского вида.
В локусе Du323 партеновида аллели с гаплотипом С-Т наследованы от отцовского вида D. valentini, а аллель с гаплотипом
А-С – от материнского вида D. mixta.
Популяции D. armeniaca отличаются между собой по частоте
встречаемости и сочетанию некоторых аллелей. Аллели Du215/2
и Du215/3 равномерно распределены во всех популяциях. Аллель
Du215/1 оказался редким и обнаружен только в
двух популяциях. Среди аллелей локуса Du281 два широко представлены во
всех или большинстве популяций (Du281/2, 4) и обнаружены
у многих
особей. Два аллеля (Du281/1, 3) являлись редкими
и вы-
явлены только в нескольких популяциях. Локус Du323 во всех
g 74 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
*
Таблица 12
C (+15)
ЗАМЕНЫ НА ФЛАНГАХ
ИКСИРОВАННЫЕ НУКЛЕОТИДНЫЕ
Ф
ТРУКТУРНЫЕ РАЗЛИЧИЯ АЛЛЕЛЕЙ
С
ОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ МИКРОСАТЕЛЛИТНОГО КЛАСТЕРА
П
3’ T (+15)
4
(GAT)(GATA)
2
(GATA)(GCAA) 3’ T (–61), G (–41), C (–22)
5
(GACA)
(GAT)(GATA)(GGTA)
7
9
3’ A (–61), C (–41),T (–22)
5
3’ T (+15)
4
(GAT)(GATA)
2
(GAT)(GATA)(GGTA)
8
3’ C (+15)
3’ C (+15)
3’
12
11
10
3’ A (–23), C (+28)
4
GAT(GATA) TAT(GA)
3
3’ C (–23), T (+28)
3’ C (–23), T (+28)
4
4
GAT(GA)
GAT(GA)
15
14
3’ C (+15)
3’ A (+15)
9
8
…(GATA)(GGT)(GATA)
…(GATA)
…(GATA)
5
6
6
3’ C (–23), T (+28)
4
TAT(GA)
2
GAT(GATA)
10
…(GATA)
6
Darevskia
3’ C (–23), T (+28)
4
TAT(GA)
2
3’ C (–23), T (+28)
4
GAT(GATA)
4
TAT(GA)
2
(GACA)(GATA)
GAT(GATA)
5
5
…(GATA)
…(GATA)
6
6
3’ C (–23), T (+28)
4
TAT(GA)
2
GAT(GATA)
4
…(GATA)
6
.)
П
.
ЛИНА
Н
(
Д
ЛЛЕЛЬ
МИКРОСАТЕЛЛИТНЫХ ЛОКУСОВ DU215, DU281 И DU323 ДВУПОЛЫХ ВИДОВ D. MIXTA И D. VALENTINI
А
Du215(val)1 192 5’ (GATA)
Du215(mix)1 232 5’ (GACA)(GATA)
Du281(mix)1 225 5’(GGTA)(GATA)
Du281(mix)2 221 5’(GGTA)(GATA)
Du281(val)1 199 5’ (GATA)
Du281(val)2 195 5’ (GATA)
Du281(val)3 191 5’ (GATA)
Du281(val)4 187 5’ (GATA)
Du281(val)5 183 5’ (GATA)
Du323(val)1 220 5’ (AC)
Du323(val)2 216 5’ (AC)
Du323(val)3 211 5’ (AC)
Du323(val)4 211 5’ (AC)
Du323(val)5 164 5’ (AC)
Du323(mix)1 184 5’ (AC)
Du323(val)6 188 5’ (AC)
g 75 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
популяциях представлен двумя аллелями Du323/3 и Du323/2.
Аллель Du323/1 является редким и имеется у большинства особей популяции Меградзор. Проведенный анализ показал, что
наибольшее количество аллелей и их сочетаний встречается
у особей популяций Артик и Украина. Тогда как наиболее генетически гомогенными являются популяции Тэж и Такярлу.
Индивидуальные генотипы для всех исследуемых особей были установлены по сочетанию аллельных вариантов трех микросателллитных локусов. Всего у D. armeniaca выявлено 7 генотипов, различающихся по частоте встречаемости в популяциях
и географическому распределению (табл.13). Особи
с идентичным генотипом образуют отдельные клональные линии. Один
клон (генотип 1) был наиболее распространенным — встречался
у 99 особей (76,7% от общего числа особей) во всех популяциях.
Другой генотип (генотип 2) представлен 15 особями (11,6% от
общего числа особей) в двух популяциях. Остальные клоны (генотипы 3–7) оказались редкими, представлены одной (генотипы
6−7) или несколькими (генотипы 3−
5) особями и были геогра-
фически изолированными [Гирнык и др., 2014]. Наиболее высокий уровень генотипического разнообразия (5 генотипов) был
выявлен в украинской популяции, что связано с её интродукцией в новые условия обитания.
Таким образом, генотипирование с помощью трех микросателлитных локусов позволило выявить в выборке 129 особей партеновида D. armeniaca семь клональных
линий, что значительно
больше, чем по данным аллозимного анализа. Следует учитывать, что привлечение новых микросателлитных локусов для
генотипирования может дать новую информацию о сценариях
происхождения партеновидов и их эволюции.
Особый интерес представляет проблема ассимиляции ящериц D. armeniaca в новых условиях обитания. Такой эксперимент
был поставлен в 1963 году И.С. Даревским
и Н.Н. Щербаком,
которые интродуцировали 129 особей из популяции Семеновский перевал Армении в Житомирскую область Украины, в каньон реки Тетерев [Даревский, Щербак, 1968]. Выбор этого обьекта
представляется особенно удачным, поскольку возможные генетические изменения при воздействии новых факторов внешней
среды легче детектировать у особей с клональным типом
на-
следстования. Несмотря на гибель большей части переселенцев
g 76 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
генотипов)
типом (частота
с данным гено-
Кол-во особей
Таблица 13
Популяции
Darevskia
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
ЕНОТИПИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ПОПУЛЯЦИЙ D. ARMENIACA
Г
Комбинация
аллельных вариантов
Генотип
1 Du215(2+3)+Du281(2+4)+Du323(2+3) 2 18 1 6 1 1 2 12 4 7 1 3 8 21 8 4 99 (0,767)
2 Du215(2+3)+Du281(2+3)+Du323(2+3) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 8 15 (0,116)
3 Du215(2+3)+Du281(2+4)+Du323(1+3) 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 8 (0,062)
4 Du215(1+3)+Du281(2+3)+Du323(2+3) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 (0,0232)
5 Du215(2+3)+Du281(1+4)+Du323(2+3) 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 2 (0,0155)
6 Du215(1+3)+Du281(2+4)+Du323(2+3) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 (0,00775)
7 Du215(2+3)+Du281(2+3)+Du323(1+3) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 (0,00775)
2(66,7) 1(0) 1(0) 2(28,6) 1(0) 1(0) 2(22,2) 1(0) 1(0) 1(0) 2(25) 1(0) 2(22,2) 1(0) 1(0) 5(29,4) 7 (5,4)
Генотипическое
разнообразие (%)
Общее количество особей 3 18 1 7 1 1 9 12 4 7 8 3 9 21 8 17 129
1 — Алаверды 5 — Лчап 9 — Папанино (окр. г. Дилижан) 13 — Степанаван
4 — Кучак 8 — Медведь-гора 12 — Сотк 16 — Украинская популяция (возле реки Тетерев)
2 — Артик 6 — Лчашен 10 — Пушкинский перевал 14 — Такярлу
3 — Гош 7 — Меградзор 11 — Семеновский перевал 15 — Тэж
g 77 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
в период первой зимовки, к 1998 году популяция успешно восстановилась в численности. Наблюдения ящериц интродуцированной популяции, проведенные сотрудниками зоологического
музея НАН Украины, показали, что переселенцы заселили весь
скальный участок на берегу реки Тетерев и прилегающие территории [Доценко, 2007; Доценко и др., 2008]. При этом, отмечена
значительная неравномерность в распространении ящериц на
разных участках в зависимости от степени инсоляции. В целом
плотность ящериц этой популяции превышала таковую на Кавказе. На сегодня общая численность D. armeniaca на Украине
составляет несколько десятков тысяч особей [Доценко, 2007].
Используя небольшую выборку переселенцев D. armeniaca,
было проведено их микросателлитное генотипирование по разработанной нами методике [Vergun et al., 2014]. Для сравнения
были взяты генотипы
ящериц D. armeniaca из различных популяций Армении, включая исходную популяцию Семеновский
перевал [Омельченко и др., 2016]. Полученные данные представлены в таблице 14. Генотип 1 является преобладающим в суммарной выборке D. armeniaca из Армении. Однако распределение генотипов в популяции Семеновский перевал значительно
отличается — в данной популяции генотип 1 является минорным, а преобладающим — уникальный
генотип 2. Преобладание
генотипа 2 также наблюдается в образцах из украинской популяции, что отражает ее происхождение от исходной популяции Семеновский перевал. Украинская популяция демонстрирует выраженные процессы генетической дифференциации, заключающиеся в появлении новых генотипов и изменении соотношения
генотипов, унаследованных от исходной армянской популяции.
Так, на Украине появились отсутствующие в
Армении генотипы
4 и 7, что, видимо, является отражением процесса, приводящего
к
возникновению
de novo
мутантных аллелей [Осипов
и др., 2015].
Можно предположить, что изменения в генотипической структуре интродуцентов, по-видимому, связаны со специфическими
условиями развития этой популяции, в частности, погодных факторов, особенностей зимовки и различных факторов воздействия человека. Однако, необходимы новые исследования с использованием более многочисленной выборки интродуцентов.
g 78 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
Таблица 14
ИСЛО ОСОБЕЙ
Ч
СХОДНАЯ
И
УММАРНАЯ
С
(%)
ПОПУЛЯЦИЙ
ДРУГИХ АРМЯНСКИХ
ВЫБОРКА ИЗ ГРУППЫ
(%)
ЕМЕНОВСКИЙ
ПОПУЛЯЦИЯ
ПЕРЕВАЛ
С
(%)
0 0 2 (1,94%)
КРАИНУ
У
НА
ЕРЕМЕЩЕННАЯ
ПОПУЛЯЦИЯ
П
8 (50%) 7 (87,5%) 0
3 (18,75%) 1 (12,5%) 93 (90,29%)
1 (6,25%) 0 7 (6,8%)
3 (18,75%) 0 0
0 0 1 (0,97%)
1 (6,25%) 0 0
ЛЛЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА ГЕНОТИПА
ПОПУЛЯЦИИ И ГРУППЕ ДРУГИХ АРМЯНСКИХ ПОПУЛЯЦИЙ ЯЩЕРИЦ D. ARMENIACA
Du215(arm)2+Du215(arm)3+Du281(arm)2+Du281(arm)4+
Du323(arm)2+Du323(arm)3
Du215(arm)2+Du215(arm)3+Du281(arm)2+Du281(arm)3+
Du323(arm)2+Du323(arm)3
Du215(arm)2+Du215(arm)3+Du281(arm)2+Du281(arm)4+
Du323(arm)1+Du323(arm)3
Du215(arm)1+Du215(arm)3+Du281(arm)2+Du281(arm)3+
Du323(arm)2+Du323(arm)3
Du215(arm)2+Du215(arm)3+Du281(arm)1+Du281(arm)4+
Du323(arm)2+Du323(arm)3
Du215(arm)1+Du215(arm)3+Du281(arm)2+Du281(arm)4+
Du323(arm)2+Du323(arm)3
Du215(arm)2+Du215(arm)3+Du281(arm)2+Du281(arm)3+
А
АСПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕНОТИПОВ В ИСХОДНОЙ (СЕМЕНОВСКИЙ ПЕРЕВАЛ, АРМЕНИЯ), ПЕРЕМЕЩЕННОЙ (УКРАИНА)
Р
ЕНОТИП
Г
1
2
3
4
5
6
Du323(arm)1+Du323(arm)3
7
g 79 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема гибридогенного видообразования является одной
из актуальных и фундаментальных в современной биологии.
Межвидовые скрещивания с образованием новых видов являются редким событием у позвоночных. К наиболее загадочным
последствиям таких скрещиваний у них относятся случаи возникновения однополых видов, в частности, партеногенетических видов с клональным типом воспроизводства. Определение клонального разнообразия
тетным в исследованиях партеновидов. Важной научно-практической задачей в исследовании таких животных является разработка методов их идентификации и видовой дифференциации.
Для этого могут быть использованы различные маркеры ядерного и митохондриального геномов, и применены различные
молекулярные методы, основанные на использовании этих маркеров. Спектр методов включает в себя такие подходы, как, например, аллозимный анализ, RAPD-PCR, ДНК-фингерпринтинг,
цитогенетический анализ. Однако к наиболее эффективным
генетическим маркерам относятся микросателлитные ДНК, диспергированные по геному и обладающие высокой скоростью
изменчивости. Молекулярно-генетические исследования индивидуальных микросателлитсодержащих локусов позволяют получить более полные данные относительно наблюдаемой гене
тической вариабельности и формирования клонов у однополых
скальных ящериц, а также о количестве возможных актов межвидовой гибридизации родительских двуполых видов, приведших к возникновению и становлению партеновида.
В настоящем исследовании более подробно представлены
авторские результаты молекулярно-генетического анализа аллельного полиморфизма трех (GATA)
сов Du281, Du215 и Du323 в популяциях партеновидов Darevskia
и путей его формирования является приори-
-микросателлитных локу-
n
-
g 80 G
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]