Рівні плоїдності щипівок різних географічних популяцій, характеристика ступеню їх насиченості поліплоїдними гібридами. Генотипна структура поліплоїдних біотипів за сполученнями та характером гібридних спектрів, опис їх структури за батьківськими видами.
Аннотация к работе
При дослідженні генетичних процесів, що відбуваються у природних популяціях, особливий інтерес викликає аналіз гібридизації, яка призводить до аномалій мейозу і як наслідок ? порушень стандартного способу статевого розмноження, геномних мутацій, проявів генетичної нестабільності у нащадків. Однією з таких модельних груп для дослідників Старого Світу стали щипівки транспалеарктичного роду Cobitis, представленого серією видів різного ступеня генетичної дивергенції, які досить легко гібридизують, що призводить до появи низки поліплоїдних форм (Ueno, Ojima, 1976; Васильев, Васильева, 1982; Васильев, 1985, 1990; Межжерин, Чудакорова, 2002; Межжерин, Лисецкая, 2004; Лисецька, 2004; Bohlen, Rab, 2001; Vasileva, 2000; Boron, 2003; Janko et al., 2005; 2007 та інші). Незважаючи на використання усього сучасного арсеналу методів генетичних досліджень природних популяцій: каріологічних (Ueno, Ojima, 1976; Васильев, Васильева, 1982; Васильев, 1990; Boron, 2003; Lusk et al., 2003; Лебедева, 2007), біохімічного генного маркування (Васильев и др., 1990; Осинов и др., 1990; Межжерин, Чудакорова, 2002; Межжерин, Лисецкая, 2004; Slechtova et al., 2000; Bohlen, Rab, 2001; Bohlen et al., 2002) і мінливості нуклеотидної послідовності ДНК (Perdices, Doadrio, 2001; Janko et al., 2003; 2005 a, b; 2007; Saitoh et al., 2004; Culling et al., 2006; Perdices et al., 2008), дослідники не дійшли однозначного висновку не тільки щодо походження, характеру й механізмів поширення поліплоїдних форм щипівок у Європі, але навіть єдиної точки зору відносно систематики диплоїдних видів. Так, комплексні дослідження європейських щипівок стосувалися головним чином басейну Волги (Васильев, Васильева, 1982; Васильев и др., 1990; Осинов и др., 1990; Лебедева, 2007), Середнього й Верхнього Дунаю (Slechtova et al., 2000; Bohlen, Rab, 2001; Lusk et al., 2003; Ivanova et al., 2003; Slechtova et al., 2003), а також Вісли й Одеру (Boron, 2003; Bohlen et al., 2002; Janko et al., 2007). Детальні дослідження генетичної структури й гібридизації щипівок України були зосереджені головним чином на Середньому Дніпрі (Межжерин и др., 2001; Межжерин, Чудакорова, 2001; Межжерин, Чудакорова, 2002; Межжерин, Лисецкая, 2004; Лисецкая, Межжерин, 2004) та стосувалися популяцій ще кількох річок Півдня України (Васильев, 1990; Васильева, Васильев, 1998; Janko et al., 2005 b; Janko et al., 2007), а по найбільш цікавих з точки зору філогеографії південно-західних і західних річкових басейнах, де вочевидь зосереджена найвища різноманітність видів і гібридних біотипів, були фрагментарними й базувалися на незначних за обсягом вибірках і швидше ставили нові запитання, ніж давали відповіді на старі.Шляхом біохімічного генного маркування в дослідженому регіоні ідентифіковано наступні диплоїдні види: С. elongatoides і С. tanaitica на Нижньому Дунаї, С. taenia всюди, крім Дунаю, і неописаний вид С. species в ізольованих водоймах Північного Заходу України. Між видами постійно йде гібридизація: час від часу з утворенням алодиплоїдних самок між С. elongatoides і С. tanaitica на Нижньому Дунаї; інтрогресивна ? між С. taenia і С. tanaitica на півдні й сході України (Нижньому Дніпрі й Сіверському Донці) і С. taenia і С. species на Верхньому Дніпрі. 2 (3) elongatoides - taenia s. l. і С. elongatoides - 2 (3) taenia s. l., які мають неоднозначні тенденції поширення. У Центральній Європі виявлені два осередки утворення біотипів: південний (Нижній Дунай), де виникли біотипи за участю тільки С. elongatoides і С. tanaitica, і північний (Верхній Дунай), де утворювалися біотипи за обовязковою участю С. taenia і можливою С. tanaitica і С. species. Біотипи з південного осередку мають обмежене поширення ? по низовях Дністра й Дніпра, тоді як північні біотипи масово заселили водойми Північно-Західної України, Середнього й Верхнього Дніпра, Сіверського Донця.
Вывод
Природна гібридизація щипівок роду Cobitis ? унікальна модель еволюційно-генетичних процесів хребетних тварин. Дисертаційне дослідження суттєво доповнює знання з цієї проблеми. Ключовими є наступні моменти. В популяціях щипівок постійно відбувається гібридизація: між близькими видами ? інтрогресивна, а між віддаленими ? з утворенням алодиплоїдів. Не дивлячись на високу різноманітність біотипів щипівок у цьому комплексі відсутні гібриди-амфідиплоїди. Гіногенетичні схрещування супроводжуються переносом генетичного матеріалу самців, в результаті чого у потомків проявляється генетична нестабільність, що зрештою обумовлює різний потенціал біотипів до розселення.
1. Щипівки роду Cobitis басейну Дніпра, Дністра, Дунаю й Західного Бугу представлені особинами: диплоїдних видів (25%), алодиплоїдами (1,3%), алотриплоїдами (69%) і алополіплоїдами більш високого рівня плоїдності (5%).
2. Шляхом біохімічного генного маркування в дослідженому регіоні ідентифіковано наступні диплоїдні види: С. elongatoides і С. tanaitica на Нижньому Дунаї, С. taenia всюди, крім Дунаю, і неописаний вид С. species в ізольованих водоймах Північного Заходу України.
3. Між видами постійно йде гібридизація: час від часу з утворенням алодиплоїдних самок між С. elongatoides і С. tanaitica на Нижньому Дунаї; інтрогресивна ? між С. taenia і С. tanaitica на півдні й сході України (Нижньому Дніпрі й Сіверському Донці) і С. taenia і С. species на Верхньому Дніпрі. Факт інтрогресивної гібридизації між цими трьома вікарними видами дає підставу для обєднання їх у єдиний надвидовий комплекс С. (superspecies taenia).
4. Переважна більшість досліджених поліплоїдних біотипів утворилися при послідовній гібридизації С. elongatoides з одного боку і представників С. (superspecies taenia) з іншого, і, по суті, зводяться до двох альтернативних груп: С. 2 (3) elongatoides - taenia s. l. і С. elongatoides - 2 (3) taenia s. l., які мають неоднозначні тенденції поширення. Крім того, виявлені ще й невідомі гібридні комплекси: досить масовий С. aff. melanoleuca - 2 (3) tanaitica ? у водоймах Північного Заходу і рідкісний С. elongatoides - 2 tanaitica - species ? на Нижньому Дунаї.
5. Алодиплоїдні, алотриплоїдні та алотетраплоїдні особини ? це переважно самки. Частка самців в їх загальній вибірці становить не більше 1%. Причому неможливо чітко вказати, серед яких біотипів ця частка вища.
6. У Центральній Європі виявлені два осередки утворення біотипів: південний (Нижній Дунай), де виникли біотипи за участю тільки С. elongatoides і С. tanaitica, і північний (Верхній Дунай), де утворювалися біотипи за обовязковою участю С. taenia і можливою С. tanaitica і С. species. Біотипи з південного осередку мають обмежене поширення ? по низовях Дністра й Дніпра, тоді як північні біотипи масово заселили водойми Північно-Західної України, Середнього й Верхнього Дніпра, Сіверського Донця.
7. З девяти апріорно можливих триплоїдних біотипів, що могли виникнути при гібридизації C. elongatoides з одного боку і представників С. (superspecies taenia) з іншого, ідентифіковано сім з девяти триплоїдних, а з 19 тетраплоїдних ? шість. Не виявлені триплоїдні біотипи С. 2 elongatides - taenia і C. 2 elongatoides - species, які, мабуть, украй нечисленні, а серед тетраплоїдів ? гібриди-парноплоїди з двома хромосомними наборами С. elongatoides і, відповідно, двома від представників C. (superspecies taenia).
8. Гіногенез щипівок не є процесом генетично нейтральним. На це вказує присутність поліплоїдних особин з різного роду аномальними спектрами, а також незначного числа поліплоїдів з рекомбінацією генетичного матеріалу, чого в принципі не може бути при нормальній псевдогамії. Характерно, що всі вони відзначені в популяціях, у яких домінують особини біотипу С. 2 elongatoides - tanaitica.
9. При інкорпорації генетичного матеріалу в ряді гіногенетичних схрещувань у популяціях можуть відбуватися спрямовані генетичні зміни, які призводять до появи нащадків з різного роду аномаліями генетичної структури. Причому масштаб цих змін буде тим сильнішим, чим більш генетично відрізняються диплоїдні самці від поліплоїдних самок. Саме ця обставина і обумовила низьку здатність до експансії біотипів південного походження C. 2 (3) elongatoides - tanaitica і C. elongatoides - 2 tanaitica у східні регіони, де панує номінативний вид С. taenia.
10. Аналіз розподілу диплоїдних і поліплоїдних щипівок у спільних поселеннях показав, що він носить невипадковий характер і є «відцентровим». Стабільними є полярні угруповання, що практично повністю складаються з диплоїдів, чисті популяції яких опановують периферійні місця перебування; і з явним домінуванням поліплоїдних біотипів, що захопили, за рідкісним винятком, всі великі водотоки України.
публікації за темою дисертації
1. Межжерин С. В. Генетические доказательства существования нового диплоидно-полиплоидного комплекса рыб Cobitis elongatoides - C. taenia (Cypriniformes, Cobitidae) в фауне Украины / С. В. Межжерин, Л. И. Павленко // Доповіді Національної академії наук України. ? 2004. ? № 10. ? С. 170-174.
2. Межжерин С. В. Генетическая структура диплоидно-полиплоидного комплекса щиповок Cobitis (Cypriniformes, Cobitidae) низовий Дуная / С. В. Межжерин, Л. И. Павленко // Цитология и генетика. ? 2007. ? 41, №1. ? C.56-65.
3. Межжерин С. В. Случай гибридизации у щиповок (Osteichties: Cobitidae: Cobitis), обусловивший генетическую нестабильность и экспансию / С. В. Межжерин, Л. И. Павленко // Цитология и генетика. ? 2007. ? 41, №4. ? C.26-35
4. Межжерин С. В. Щиповки комплекса Cobitis elongatoides - taenia северо-западного Причерноморья как модель филогеографических построений / С. В. Межжерин, Л. И. Павленко, Н. В. Роженко, Д. Б. Верлатый // Доповіді Національної академії наук України. ? 2007. ? №7. ? С. 171-175.
5. Павленко Л. И. Диплоидно-полиплоидный комплекс щиповок Cobitis taenia - С. elongatoides -С. tanaitica (Cypriniformes, Cobitidae) в фауне Украины. / Л. И. Павленко // Сучасні проблеми біології, екології та хімії : зб. матеріалів Міжнародної конференції. ? Т.1. ? Запоріжжя, 2007. ? С.243-244.
6. Межжерин С. В. О конкурентном взаимодействии родственных амфи- и апомиктических видов: анализ на примере двух комплексов рыб фауны Украины / С. В. Межжерин, С. В. Кокодий, Л. И. Павленко //Досягнення і проблеми генетики, селекції та біотехнології : зб. наукових праць. ? Київ : Логос. ? Т.1. ? 2007. ? С.141-145. анотація
Павленко Л. І. „Генетична структура та гібридизація диплоїдно-поліплоїдних щипівок роду Cobitis (Cypriniformes, Cobitidae) в Україні” ? Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 ? генетика. Інститут клітинної біології і генетичної інженерії НАН України, м. Київ, 2008.
За допомогою біохімічного генного маркування і цитометричного аналізу отримані дані з генетичної структури диплоїдно-поліплоїдного комплеку щипівок роду Cobitis (Cypriniformes, Cobitidae) Нижнього Дністра, Дніпра, Дунаю, басейнів Південного і Західного Бугу та Середнього Дніпра. Показано, що у вибірках переважають поліплоїди (75%), які в основному є самками, а частка диплоїдів складає 25%, і вони представлені трьома описаними видами ? Cobitis elongatoides, Cobitis taenia, Cobitis tanaitica та одним неописаним С. species з озер Північно-Західної України, між якими відбувається гібридизація. Серед поліплоїдів виявлено сім типів алотриплоїдів і шість алотетраплоїдів. Постулюються два осередки утворення біотипів: південний (Нижній Дунай) та північний (Верхній Дунай, Одер, Рейн). Підтверджено, що гіногенез у щипівок не є подією генетично нейтральною, про що свідчить наявність особин з рекомбінацією генетичного матеріалу та з аномальними спектрами. Показано, що в сумісних поселеннях розподіл диплоїдів і поліплоїдів має „відцентровий” характер.
Павленко Л. И. „Генетическая структура и гибридизация диплоидно-полиплоидных щиповок рода Cobitis (Cypriniformes, Cobitidae) в Украине” ? Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 ? генетика. Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, г. Киев, 2008.
С помощью биохимического генного маркирования и цитометрического анализа получены данные по генетической структуре диплоидно-полиплоидного комплекса щиповок рода Cobitis (Cypriniformes, Cobitidae) бассейнов Нижнего Днестра, Днепра и Дуная, Южного и Западного Буга.
Показано, что в выборках преобладают полиплоиды, которые составляют около 75% и в основном представлены самками, а доля самцов среди полиплоидов не превышает 1%. Диплоиды представлены четырьмя видами. Это три представителя Cobitis (superspecies taenia): щиповка обыкновенная Cobitis taenia (бассейн Днепра и Южного Буга); щиповка донская Cobitis tanaitica (бассейн Дуная), неизвестный вид Cobitis species (озера Северо-Западной Украины), между которыми происходит интрогрессивная гибридизация, а также щиповка дунайская Cobitis elongatoides (бассейн Дуная), которая гибридизирует с вышеназванными видами с образованием аллодиплоидов.
Выявлено 16 полиплоидных биотипов (семь типов аллотриплоидов и шесть аллотетраплоидов), 14 из них образовались при участии C. elongatoides и представителей С. (superspecies taenia). Два других биотипа (три- и тетраплоидный) образовались при возвратной гибридизации С. aff. melanoleuca і C. tanaitica. Доказано, что несмотря на высокое разнообразие полиплоидных биотипов, в данном комплексе отсутствуют аллотетраплоиды с симметрическим распределением геномов родительских видов.
Постулируются два очага образования биотипов: южный (Нижний Дунай), где возникли биотипы с участием С. elongatoides и С. tanaitica, и северный (Верхний Дунай, Одер, Рейн), где образовывались биотипы при обязательном участии С. elongatoides и С. taenia и возможном С. tanaitica и С. species.
Приводятся доказательства неравномерного географического распределения аллополиплоидов. Биотипы C. elongatoides - 2 (3) (superspecies taenia) доминируют в водоемах Центральной, Северной и Восточной Украины, где живет номинативный вид, альтернативные биотипы C. 2 (3) elongatoides - tanaitica распространены в водоемах Южной и Западной Украины.
Подтверждается, что гиногенез у щиповок не является событием генетически нейтральным, что приводит к наличию особей с рекомбинацией генетического материала и с аномальными спектрами и свидетельствует о генетической нестабильности. Показано, что в совместных поселениях щиповок распределение диплоидов и полиплоидов имеет „центробежный” характер, то есть стабильными являются популяции либо практически полностью состоящие из диплоидов, либо со значительным доминированием полиплоидных биотипов.
Pavlenko L. І. „Genetic structure and hybridization of diploid-polyploid complex of spined loaches genus Cobitis (Cypriniformes, Cobitidae) in Ukraine" ? Manuscript. Thesis for obtaining a scientific degree of a candidate of biological sciences on a speciality 03.00.15 ? genetics. Institute of Cell Biology and Genetic Engineering, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2008.
Data on genetic structure of diploid-polyploid complex of spined loaches of Cobitis species (Cypriniformes, Cobitidae) of the Lower Dnister, Dnieper, Danube, basins of the Southern and Western Bug and Middle Dnieper were obtained with the help of biochemical genic marking and cytometric analysis. It is shown that polyploids (75 %), which are basically females, dominate in the samplings, the part of diploids makes 25% and they are represented by three above-mentioned species - Cobitis elongatoides, Cobitis taenia, Cobitis tanaitica and one unknown С. species from the lakes of the northwestern Ukraine, which undergo hybridization. 7 types of allotriploids and 6 types of allotetraploids were discovered among polyploids. Two cores of biotype formation are postulated: southern (the Lower Danube) and northern (the Upper Danube, Oder and Rhine). It is confirmed that gynogenesis of spined loaches is not a generically neutral event, that is testified by existence of individuals with recombination of genetic material and abnormal spectra. It is shown that in joint settlements distribution of diploids and polyploids has „centrifugal” nature.