Генетико-эволюционные и таксономические взаимоотношения у видов-двойников Drosophila группы virilis (стр. 3 из 4)
| № вида | Виды | № вида | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| 1 | D. virilis | 4 | 7 | 7 | 7 | 6 | |
| 2 | D. lummei | 3 | 4 | 5 | 8 | 7 | |
| 3 | D. l. littoralis | 6 | 3 | 3 | 7 | 6 | |
| 4 | D. l. imeretensis | 7 | 5 | 1 | 7 | 6 | |
| 5 | D. montana | 6 | 5 | 6 | 6 | 6 | |
| 6 | D. ezoana | 5 | 5 | 4 | 6 | 5 | |
Примечание. Ниже диагонали – гены, по каждому из которых ошибка в определении вида не превышала 1 %; выше диагонали – все гены, по которым имеется возможность установить видовую принадлежность особей (включая высокодиагностические)
Некоторые гены еще не достигли уровня диагностических, хотя и по ним с высокой вероятностью можно определить, к какому виду относится та или иная особь группы virilis (табл. 3). Количество таких генов вместе с диагностическими по каждой паре видов приведены в табл. 3 выше диагонали.
Для точной оценки уровня генетической дифференциации видов-двойниковDrosophila группы virilis мы использовали коэффициент генетической дистанции Неи (Nei, 1972), который учитывает различия по всем исследованным локусам, а не только по диагностическим и сильноразличающимся. Значения коэффициентов генетической дистанции полученные нами для 5 палеарктических видов группы virilis приведены в табл. 4. Как и следовало ожидать исходя из сравнения аллельных частот, наименьшие значения коэффициентов дистанции Неи выявлены между аллопатрическими подвидами D. l. littoralis и D. l. imeretensis средняя величина DN для которых равна 0.141 (табл. 4). Дистанция Неи между D. virilis и D. lummei входящих в одну филаду составила 0,334. Наибольшие значения коэффициентов дистанции Неи у видов из разных филад – D. virilis и D. l. littoralisсредняя величина DN равна 0.909. Следовательно, у двух видов двойников произошло более 90 аллельных замен на 100 локусов.
Таблица 4. Значения коэффициентов генетической дистанции Неи для шести представителей Drosophila группы virilis Палеарктики
| Виды | D. lummei | D. l. littoralis | D. l. imeretensis | D. montana | D. ezoana |
| D. virilis | 0.334 | 0.909 | 0.843 | 0.608 | 0.627 |
| D. lummei | 0.645 | 0.580 | 0.764 | 0.636 | |
| D. l. littoralis | 0.141 | 0.687 | 0.617 | ||
| D. l. imeretensis | 0.668 | 0.511 | |||
| D. montana | 0.684 |
Для наглядного изображения полученных результатов на базе данных табл. 4 с использованием невзвешенного парно-группового метода кластерного анализа (UPGMA) построена дендрограмма, иллюстрирующая степень генетической дифференциации у 6 исследованных видов-двойниковDrosophila группы virilis (рис. 6). Из дендрограммы хорошо видно, что D. ezoana, D. montana, и D. littoralis, которые входят в филаду montanaзамыкаются в собственный кластер, отделённый от представителей филады virilis. Дистанция Ней как между видами филады montana, так и видами из разных филад, превышает значение 0,55 (табл. 4). Иными словами разница в генотипах между этими видами превысила 50%. Вместе со столь внушительной разницей появилась и практически полная репродуктивная изоляция, так как среди немногочисленных межвидовых гибридов фертильны только некоторые самки. Причём, особи D. littoralis, D. montana, и D. ezoana в природных популяциях часто встречаются вместе, однако нам ни разу не удалось обнаружить межвидовых гибридов. Это говорит о том, что наряду с постзиготической репродуктивной изоляцией между этими видами уже сформировались и действуют презиготические изолирующие механизмы.
Сходная ситуация имеет место и при сравнении видов и разных филад. В этом случае разница в геномах превышает 70% (табл. 4) и среди межвидовых гибридов фертильны только отдельные самки. Следовательно, мы наблюдаем 5-ый уровень генетической дифференциации, когда после завершения процесса видообразования генетические различия и репродуктивный барьер продолжают углубляться, но морфологические отличия ещё крайне не значительны и визуально не обнаруживаются.
Установленные нами на основании генетической близости филогенетические взаимоотношения 5 видов-двойников Drosophila группы virilis (рис.6) в целом согласуются с результатами цитологического анализа (Throckmorton, 1982), по которым виды группы virilis распадаются на две филады и возникают путём классической дивергентной эволюции. В тоже время, исходя из наших данных (рис. 6), распад общей предковой формы произошёл около миллиона лет назад сразу на 3 ветви: ветвь virilis, которая затем претерпела собственную эволюцию на территории Евразии; ветвь littoralis, позднее распавшуюся на D. littoralis и D. ezoana и широко распространившиеся по всей Полеарктике; и, наконец, ветвь montana, которая дала D. montana, обитающую как в Еразии, так и в Северной Америке.
В ходе исследования природных популяций Drosophila группы virilis выявлено 5 уровней генетической дифференциации табл.5. На первом уровне находятся географически связанные популяции, поток генов между которыми нивелирует все генетические различия; на втором уровне находятся географически изолированные популяции одного вида; на третьем – кавказский и северный подвиды D. littoralis, у которых появились первые признаки репродуктивного барьера; на четвертом – двойниковые виды D. virilis и D. lummeiиз одной филады, меду которыми ещё возможны фертильные гибриды обоего пола; и, наконец, на пятом уровне находятся виды-двойники из разных филад, репродуктивный барьер между которыми сформировался почти полностью. Показано, что эволюционный процесс у евроазиатских видов группы virilis начался более миллиона лет назад с распада сразу на 3 ветви: virilis, littoralis и montana, которые затем эволюционировали самостоятельно.
Таблица 5. Генетическая дифференциация между популяциями Drosophila группы virilis, находящихся на разных уровнях эволюционной дивергенции. Уровни 3 и 4 отвечают значениям коэффициентов генетической дистанции Неи для шести представителей Палеарктики
| Уровни сравнения | Значения дистанции Неи | |
| 1. | Географически связанные популяции | 0.022 |
| 2. | Географически разделенные популяции | 0.065 |
| 3. | Подвиды | 0.141 |
| 4. | Молодые виды-двойники одной филады | 0.334 |
| 5. | Виды-двойники разных филад | 0.682 |
3. Электрофоретический ключ для типировки взрослых особей
Изоферментные маркеры постепенно начали применяться и для выяснения ряда таксономических вопросов (Ayala, Powell, 1972; Pinsker, Buruga, 1982; Geiger, Scholl, 1985). Ранее предпринимались попытки построения электрофоретических ключей, которые позволяют быстро и надежно устанавливать видовую принадлежность отдельных особей (Miles, 1979; Berlocher, 1980; Hovard, Furth, 1986; Menken, Ulenberg, 1986).
На основании представленного выше электрофоретического анализа изоферментов нами составлен точный и относительно недорогой определительный ключ, позволяющий легко и быстро идентифицировать особей пяти палеарктических видов-двойников Drosophila группы virilis.
Из таблицы аллельных частот (табл. 2) хорошо видно, что локус Adh делит виды на две группы. К первой относятся виды, входящие в филаду virilis – D. lummei и D. virilis, у которых встречается только аллель 1.00. Вторую группу составляют три вида филады montana, практически все особи которых несут аллель 1.40.
Ген, кодирующий фосфоглюкомутазу, является наиболее изменчивым из трех локусов, тем не менее он позволяет нам легко отличить особей D. virilis, гомозиготных или гетерозиготных только по аллелям 1.00 и 1.20, от представителей D. lummei, гомозиготных по аллелю 0.80 или гетерозиготных по аллелям 0.80/1.00.
По ME можно легко протипировать особей D. montana, имеющих "медленные" электрофоретические фенотипы, а также особей D. l. littoralis и D. l. imeretensis, которые отличаются своими аллелями не только от остальных видов группы, но и между собой.
На рис. 7 дана схема, показывающая основные электрофоретические фенотипы исследованных нами видов-двойников группы virilis. Представлены фенотипы, которые встречаются в природных популяциях не реже чем один на тысячу особей. На основании данных содержащихся в табл. 2 и рис. 7 нами составлен электрофоретический ключ, позволяющий быстро и надежно определять особей пяти видов-двойников. Необходимым условием использования данного ключа является наличие особей вида-стандарта. В нашем ключе стандартом является D. virilis, которая легко культивируется в лабораторных условиях.
На начальном этапе использования ключа анализируется фермент ADH (табл. 6). На одном электрофоретическом блоке вместе с образцами мух неизвестных видов ставится стандартный образец. Если электрофоретический фенотип определяемой мухи совпадает со стандартом, то данная особь относится либо к D. virilis, либо к D. lummei. Следует отметить, что стандартный фенотип по ADH может встретиться также и у D. littoialis (см. табл. 2), однако вероятность этого события не превышает 4 х 10-6. Иными словами, при определении видовой принадлежности одного миллиона особей D. littoralisна данном этапе ошибочно будут определены только 4 мухи (т.е. ошибка менее 0,0004%). Для того чтобы точно установить видовую принадлежность особей, стандартных по ADH, следует проанализировать их фенотип по фосфоглюкомутазе. Если электрофоретический фенотип по PGM у таких особей совпадает или выше стандарта, то это D. virilis, а если ниже стандарта, то – D. lummei. При этом ошибка определения на данном этапе не превышает 0,05%.Особи, оказавшиеся нестандартными по ADH, должны быть исследованы по ферменту малик-энзиму. Мухи, стандартные по ME, относятся к D. ezoana, показавшие более медленный фенотип – к D. montana, а более быстрый – к D. littoralis. Причем особи, относящиеся к подвиду D. l. littoralis, отличаются от D. l. imeretensis более быстрым электрофоретическим фенотипом по малик-энзиму.