Генетико-эволюционные и таксономические взаимоотношения у видов-двойников Drosophila группы virilis (стр. 1 из 4)

Более полувека виды-двойники Drosophila группы virilis являются одними из основных объектов для различных генетических исследований. Представители этой группы двойниковых видов успешно использовались в качестве модельной системы для изучения процессов видообразования (Patterson, Stone, 1952; Майр,1963; Гончаренко и др., 1989), генетики развития (Корочкин и др., 1975), молекулярной эволюции (Nei, 1971; Throckmorton, 1982; Spicer, Bell, 2002), а также таксономии и систематики (Гончаренко, Емельянов, 1990; Goncharenko, Emeljanov,1992). В пределах группы virilis в настоящее время насчитывается 14 видов-двойников, которые подразделяются на две филады – филада virilis и montana. Несмотря на то, что виды Drosophila группы virilis широко использовались в генетических экспериментах многие вопросы касающиеся таксономических и эволюционно-филогенетических взаимоотношений между ними остаются предметом дискуссий.

Целью данной работы является анализ генетико-эволюционных и таксономических взаимоотношений у видов-двойников Drosophila группы virilis, обитающих в природных популяциях Палеарктики с использованием генов, кодирующих различные изоферменты.

1. Материалы и методы

Ареалы распространение палеарктических видов-двойников Drosophila группы virilis обитающих в природных популяциях на территории России, Беларуси и сопредельных стран, а также месторасположение проанализированных популяций показаны на рис. 1. D. virilis Sturtevant встречается только в южных районах Палеарктики на винных и соковых заводах. По данному виду проанализированы особи из 3 популяций (Украина – Закарпатье, Россия – Краснодарский край). Другие 4 вида обитают в естественных лесах, вблизи незагрязненных рек и водоемов. D. lummei Hackman распространена севернее D. virilis, однако ареалы этих двух видов отчасти перекрываются в районах Закарпатья, Кавказа и Японских островов. Особи D. lummei взяты для анализа из 7 популяций (Молдавия, Беларусь, Финляндия, Россия – Краснодарский край, Московская и Новосибирская обл.). D. montana Stone, Griffen, Patterson, по-видимому, имеет типичный бореомонтанный ареал. Выборка особей этого вида была сделана в 4 популяциях (Украина – Карпаты, Россия – Краснодарский край, Карелия, Камчатка). Представители вида D. ezoana Takada, Okada отловлены и проанализированы нами в 5 популяциях (Алтай, Приморский край, Камчатка, Сахалин). Подвид D. littoralis littoralis Meigen исследован в 20 популяциях (Украина, Беларусь, Финляндия, Кыргызстан, Россия – Карелия, Алтай, Московская и Новосибирская обл.,). Особи другого подвида – D. littoralis imeretensis Goncharenko, Mitrofanov, Sokolov, обитающего только на Кавказе, исследованы в 8 популяциях (Россия – Краснодарский край, Грузия).

Название и расположение популяций Drosophila группы virilis*. D.virilis: г. Краснодар, КК, 1981**; г. Северский, КК, 1981; г. Мукачево, Укр, 1986. D. lummei: вблизи г. Тирасполь, Мл, 1984; вблизи г. Геленджик, КК, 1982; вблизи г. Гомель, Бл, 1983-1986; вблизи г. Орша, Бл, 1985; вблизи г. Москва, МО; вблизи г. Оулу, Фн; р. Обь в 100 км южнее г. Новосибирск, НО, 1985-1988. D. montana; вблизи г. Геленджик, КК, 1982; вблизи г. Мукачево, Укр, 1986; Карельское побережье Белого моря, Кр, 1985; р. Камчатка в 200 км от устья, КО, 1988. D. ezoana: р. Катунь, АК, 1988; Уссурийский заповедник, ПК, 1987; заповедник "Кедровая Падь", ПК, 1987; р. Камчатка в 200 км от устья, КО, 1988; вблизи г. Южносахалинск, СО, 1990. D. l. littoralis: вблизи г. Мукачево, Укр, 1986; р. Латорица в 10 км восточнее Мукачево, Укр, 1985; г. Воловец, Укр, 1986; вблизи г. Черновцы, Укр, 1985; Галые болота восточнее г. Гомель, Бл, 1981-1984; ручей в 10-км южнее г. Гомель, Бл, 1984-1987; вблизи г. Речица, Бл, 1985; п. Гаголи, недалеко от устья р. Березина, Бл, 1985; вблизи г. Орша, Бл, 1985; вблизи г. Цесие, Лт, 1989; национальный парк "Гауя", Лт, 1989; вблизи п. Кропотово, МО; вблизи г. Оулу, Фн; Карельское побережье Белого моря, КР, 1985; вблизи г. Талас, Кз, 1986-1987; Таш-Арык в 15 км восточнее г. Талас, Кз, 1987; Киргизский хребет р. Кен-Кол, Кз, 1986; Чаткальский хребет в верховьях р. Чаткал, Кз, 1988; р. Обь в 100 км южнее г. Новосибирск, НО,1887-1989; р. Катунь, АК, 1989. D. l. imeretensis: вблизи г. Геленджик, КК, 1982; п. Лермонтовка побережье Черного моря, КК, 1981; п. Мирный в 45 км севернее п. Лермонтовка, КК, 1981; п. Убинка в 60 км севернее п. Лермонтовка, КК, 1982; р. Безымянка в 30 км севернее п. Лермонтовка; вблизи п. Гумати, Гр; вблизи п. Мцхета, Гр; п. Кеда восточное побережье Черного моря, Гр.

Отловленных взрослых самок отсаживали в отдельные пробирки для откладки яиц, а самцов подвергали электрофоретическому исследованию. Через несколько дней после откладки яиц самок также анализировали на изоферментный состав. Для определения генотипа самца, оплодотворившего самку, исследовали от 2 до 10 взрослых потомков от каждой самки. Данные по популяциям Грузии, Московской обл. и Финляндии получены на основании анализа лабораторных линий. В этих случаях считалось, что каждая линия несет только один геном дикого типа.

Взрослые особи палеарктических видов Drosophila группы virilis исследовались методом электрофореза. Каждая особь гомогенизировалась в 25 мкл дистиллированной воды или гелевого буфера. Электрофоретическое фракционирование гомогенизированных экстрактов индивидуальных особей проводилось нами по 11 ферментам в 13-14% крахмальном геле с использованием двух буферных систем: А) трис-ЭДТА-боратная, рН 8.6; В) трис-цитрат, рН 6.2. Все параметры электрофоретического фракционирования, а также экстракция и гистохимическое выявление ферментов подробно приведены нами ранее (Гончаренко и др., 1984; Гончаренко, 1987; Goncharenkoetal., 1985). Название ферментов, их кодовый номер, предпочитаемая для анализа буферная система, а также количество используемых локусов приведены в табл.1. Каждая муха была исследована по 15 генам, кодирующим 11 ферментов (табл.1.). Обозначение выявленных электрофоретических вариантов дано по общепринятой номенклатуре Пракаша с соавторами (Prakash et al., 1969), в соответствии с которой наиболее часто встречающийся электроморф по каждому локусу у D. virilis и кодирующий его аллель обозначались символом 1.00, а все другие аллельные варианты, встреченные у проанализированных нами видов Drosophila группы virilis обозначены цифровыми символами в зависимости от их электрофоретической подвижности относительно 1.00. Нулевые аллели обозначены символом 0.

Таблица 1. Ферменты и количество локусов, использованные для анализа видов-двойников Drosophila группы virilis Палеарктики

Фермент	Аббревиатура	Буферная система	Кодовый номер	Количество локусов
Алкогольдегидрогеназа	ADH	А	1.1.1.1.	1
Гексокиназа	HK	А	2.7.1.1.	2
Изоцитратдегидрогеназа	IDH	В	1.1.1.42.	1
Кислая фосфатаза	ACPH	А	3.1.3.2.	1
Малатдегидрогеназа	MDH	В	1.1.1.37.	2
Малик	ME	А	1.1.1.40	1
Октанолдегидрогеназа	ODH	А	1.1.1.1.	1
Фосфоглюкомутаза	PGM	А	2.7.5.1.	1
Эстераза	EST	А	3.1.1.1.	3
Фумараза	FUM	А	4.2.1.2.	1
α-Глицерофосфатдегидрогеназа	GPDH	В	1.1.1.8.	1

Для оценки генетической близости и дифференциации среди представителей Drosophila группы virilis использовался коэффициент генетической дистанции Неи, D_N (Nei, 1972), который учитывает различия в аллельных частотах всех проанализированных локусов:

D_N= – lnI_N ,

где x_ij и y_ij — частоты i-того аллеля j-того локуса сравниваемых таксонов.

Если D_N равно 0, то таксоны идентичны. Чем больше значение D_N, тем менее они родственны. Считается, что коэффициент дистанции Неи дает наиболее точные оценки генетической дифференциации, и поэтому он широко используется практически всеми исследователями. Дендрограмма отражающая картину генетических взаимоотношений между исследованными видами Drosophila группы virilis на основании коэффициентов D_N была построена путем невзвешенного парногруппового метода кластерного анализа(UPGMA) (Sneath, Sokal, 1973).

Еще одним достоинством коэффициента генетической дистанции Неи (D_N) является то, что он позволяет рассчитывать время дивергенции (t) таксонов различного ранга исходя из следующего соотношения:

где с – доля аминокислотных замещений, которая может быть определена посредством электрофореза, n – общее количество кодонов, связанных с синтезом полипептида, и λ – средняя скорость аминокислотных замещений (Nei, 1971). Согласно Неи (1971), t = 7.4 ´ 10⁵D_N. Имеется также другая оценка временной шкалы, предложенная Неи в более поздней работе, где t = 5 ´ 10⁶D_N (Nei, 1975).

2. Результаты и обсуждение

В ходе электрофоретического исследования особей пяти видов Drosophila группы virilis из 47 природных популяций удалось выявить 89 различных электрофоретических вариантов. В результате проведенного нами всестороннего генетического анализа было установлено, что эти 89 электрофоретических вариантов, выявленных по 11 ферментным системам у представителей Drosophila группы virilis, находятся под генетическим контролем 15 локусов. Наглядное изображение электрофоретических спектров диагностических локусов кислой фосфотазы-1, эстеразы и малик энзима у исследованных видовDrosophila группы virilis с выявленными электрофоретическими вариантами приведено на рис. 2, 3 и 4. Все обнаруженные нами 89 аллельных вариантов шести видов-двойников Drosophila группы virilis из природных популяций и их относительная электрофоретическая подвижность схематически изображены на рис. 5.