Филогения молей-чехлоносок трибы Casignetellini (Lepidoptera, Coleophoridae) на основе молекулярно-генетических данных Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК: 575.17:598.126.3

ФИЛОГЕНИЯ МОЛЕЙ-ЧЕХЛОНОСОК ТРИБЫ CASIGNETELLINI (LEPIDOPTERA, COLEOPHORIDAE) НА ОСНОВЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ

В. В. Аникин, А. Г. Дёмин, М. В. Кнушевицкая

Саратовский государственный университет E-mail: anikinvasiliiv@mail.ru

Ранее проведенные авторами исследования показали эволюционную близость родов Perygra, Casignetella и Ecebalia, а также на молекулярно-генетическом уровне подтвердили валидность трибы Casignetellini в границах, предложенных ранее специалистами энтомологами [1, 2].

Ключевые слова: филогения, моли-чехлоноски, Casignetellini, COI, триба, молекулярная систематика.

Phylogeny of Casebearer Moths of Tribe Casignetellini (Lepidoptera, Coleophoridae) on the Basis of Molecular-genetic Data

V. V. Anikin, A. G. Demin, M. V. Knushevitsky

Previously conducted research by the authors showed evolutionary proximity between the genus of Perygra, Casignetella and Ecebalia, as well as on molecular-genetic level have confirmed the validity of the tribe Casignetellini in the borders, previously proposed by the entomologists [1, 2].

Key words: phylogeny, casebearer moths, Lepidoptera, Coleophoridae, trube Casignetellini, COI sequence data analysis.

Введение

Объектом исследования данной работы является рода трибы Casignetellini из семейства молей-чехлоносок - Coleophoridae, принадлежащее к надсемейству выемчатокрылых молей (Gelechioidea). Coleophoridae - исключительно сложная в таксономическом отношении группа чешуекрылых. Новой вехой изучения молей-чехлоносок стало применение методов молекулярной филогении. У современных систематиков на вооружении имеется метод, который позволяет избегать излишней предвзятости и реконструировать последовательность эволюционных событий, искать молекулярные границы таксонов, в частности в границах семейства молей-чехлоносок.

Материал и методы

Определение нуклеотидной последовательности гена COI было проведено для 23 видов молей-чехлоносок трибы Casignetel-lini на основании типового материала из коллекции лаборатории систематики насекомых Зоологического института РАН (г. Санкт-Пе-

тербург) и фондов Зоологического музея Саратовского государственного университета ( сборы В. В. Аникина).

Для проведения молекулярно-генетического анализа использовались коллекционные образцы молей-чехлоносок возрастом от 3 до 50 лет. Часть образцов была фиксирована в 70% этиловом спирте, часть хранилась в высушенном состоянии без фиксатора.

Секвенирование 5'-концевого фрагмента гена COI выполнялось на базе Канадского центра ДНК-штрихкодирования Института биоразнообразия Университета штата Онтарио в городе Гуэльфе (Canadian Centre for DNA Barcording Biodiversity Institute of Ontario University of Guelph) в рамках научной программы «Barcode of Life», проекты: «Coleophoridae of the Old World» [MPAEB], «Microlepidoptera of the Palearctic 1» [MPEA] и «Microlepidoptera of the Palearctic 2» [MPEB], руководитель - Дж.-Ф. Ландри (Jaen-Francois Landry). Выделение ДНК, амплификация гена COI и его секвенирование проводили по стандартным методикам [3] c использованием праймеров LepF1-LepR1 [4]. При сравнении видов использованы данные GenBank (http://www. ncbi.nlm.nih.gov/genbank/) и Канадского центра ДНК-штрихкодирования по гену COI.

Коррекцию полученных последовательностей выполняли в программе BioEdit Sequence Alignment Editor (http://www.mbio.ncsu.edu/ bioedit/bioedit.html). Для множественного выравнивания использовали программу ClustalW (www.genebee.ru).

При проведении филогенетической реконструкции использовалось 44 сиквена гена COI. Авторами лично были получены сиквенсы гена 23 видов молей-чехлоносок (таблица). ^квенсы гена 21 представителя чешуекрылых были привлечены из общедоступной базы данных - GenBank (таблица). Названия видов, приведенные в таблице, соответствуют дробной классификации по авторам Капуше [5], Фальковичу [б] и Аникину [7]. Буквой «С» обозначены виды, родовое название которых имеет синоним Coleophora. In

© Аникин В. В., Дёмин А. Г., Кнушевицкая М. В., 2014

press - обозначены виды, ранее описанные как Coleophora, но в настоящий момент выводимые нами в обособленные от Coleophora рода.

Выбор наиболее оптимальной эволюционной модели и филогенетические реконструкции

проводили в пакете программ MEGA5.2 (http:// www.megasoftware.net/index.php). Оценка достоверности полученной топологии выполнялась с использованием bootstrap-теста в 1000 повтор-ностях [8].

Сиквенсы гена COI, использованные для построения филограммы

Видовое название Номер Видовое название Номер Видовое название Номер

Сиквенсы гена COI, полученные авторами лично

Casignetella absinthii C MPEA377-08 Casignetella nutantella C MPEA263-08 Ecebalia versurella in press MPEA268-08

Casignetella argentula C MPEA399-08 Casignetella peribenanderi C MPEA575-08 Ecebalia vestianella C MPEA259-08

Casignetella corsicella C MPEA443-08 Casignetella silenella C MPEA616-08 Ecebalia virgaureae C MPEA058-07

Casignetella directella C MPEA456-08 Casignetella striatipennella C MPEA629-08 Perygra adjunctella C MPEA378-08

Casignetella graminicolella C MPEA480-08 Ecebalia pappiferella C MPEA567-08 Perygra glaucicolella in press MPEA257-08

Casignetella kyffhusana C MPEA746-08 Ecebalia saxicolella C MPEA301-08 Perygra maritimella C MPEA281-08

Casignetella lineosyridella in press MPEA522-08 Ecebalia squamosella C MPEA622-08 Perygra otidipennella C MPEA048-07

Casignetella nubivagella C MPEA035-07 Ecebalia therinella C MPEA809-08

Заимствованные сиквенсы гена COI

Ecebalia acutipennella in press EU409076 Ecebalia detractella in press GU091005 Ecebalia simulans in press GU096381

Ecebalia asterophagella in press GU096286 Ecebalia dextrella C EU409086 Perygra bispinatella in press GU095706

Ecebalia atriplicis C EU409107 Ecebalia duplicis in press EU409088 Perygra fagicorticella in press GU095714

Ecebalia benestrigatella in press GU095757 Ecebalia lineapulvella in press GU091010 Perygra glissandella in press GU096309

Ecebalia bidens in press EU409078 Ecebalia puberuloides in press EU409094 Perygra latronella in press GU095727

Ecebalia borea in press GU096290 Ecebalia salinoidella in press EU409096 Perygra quadrilineella in press GU095752

Ecebalia brunneipennis in press GU096291 Ecebalia sexdentatella in press GU096379 Casignetella mcdunnoughiella in press GU096329

Результаты и их обсуждение

Длина анализируемого фрагмента гена COI составила 648 п.о. (с 49 по 697 п.о.). Из анализируемых 648 нуклеотидных сайтов 218 оказались вариабельными, 149 парсимониально информативными. Среднее соотношение тран-зиций к трансверсиям внутри семейства Coleo-

phoridae равно 1,29. Преобладание транзиций над трансверсиями свидетельствует об отсутствии насыщения последовательности заменами, что позволяет использовать все положения кодона для реконструкции родственных связей.

Филогенетическая схема реконструирована методом Minimum Evolution (ME) [9], для расчета

генетических дистанций использовался алгоритм Maximum Composite Likelihood (MCL) [10], специализированный для построения больших филогенетических схем с использованием дистантных методов. Вариация скоростей эволюции между сайтами моделировалась с использованием гамма-распределения G (параметр распределения = 1). Для получения инициирующего дерева использовался алгоритм объединения ближайших соседей (Neighbor-joining). Финальное дерево было вычислено методом Close-Neighbor-Interchange (CNI).

Полученная филограмма описывает родственные связи представителей трех родов Ece-balia, Perygra и Casignetella - в границах трибы Casignetellini, выделенных ранее исследователями на основе морфологических и молекулярных признаков [1, 2, 7], но не используемых в системе семейства энтомологами западноевропейской школы лепидоптерологов. На филограмме виды Ecebalia, Perygra и Casignetella формируют обособленные друг от друга монофилетические кластеры, что подтверждает эволюционную и

таксономическую значимость морфологических признаков, лежащих в основе выделения этих родов (рис. 1). Наибольшую статистическую поддержку имеют кластеры, образованные представителями родов Perygra (99) и Casignetella (97). Кластер рода Ecebalia выделен менее четко (поддержка 54), что свидетельствует о вероятности существования нескольких эволюционных линий в пределах данного рода. Базальное положение на филограмме занимают представители рода Perygra. Их личинки обитают только на растениях рода Ситник (Juncus, Juncaceae) (рис. 2). Исключение составляют личинки вида P. otidipennella, обитающего на растениях рода Lusula - наиболее близком родственнике рода Juncus в семействе Juncaceae. Предковый вид, давший начало роду Perygra, вероятно, являлся моно- или олигофагом, обитавшим исключительно на растениях рода Jun-cus. Подобное предположение объясняет высокую генетическую обособленность представителей Perygra от остальных родов Casignetellini, а также исключительно узкую трофическую специализацию (большинство видов моно- или олигофаги).

Ecebalia bidens EU409078 Ecebalia puberuloides EU409094 Ecebalia dupiicis EU4090S8 Ecebaliaatriplicis EU409107 Ecebalia dextrella EU4090a6

Ecebalia squamosella МРЕА622-Ш Ecebalia virgaureae MPEA058-07 Ecebalia vestianella MPEA259-08 Ecebalia detractella GU09100S

Ecebalia versurella MPEA268-08 Ecebalia brunnelpennis GLF096291 Ecebalia pappiferella MPEA567-08 Ecebalia lineapulvella GU091010 99 ' Ecebalia simulans GU096331

Ecebalia salinoldelia EU409096 Ecebalia saxicolella MPEA301-08 SSJ Ecebalia asterophagella GU096286 Ecebalia borea GU096290

Ecebalia acutlpennella ELWÖ9076 Ecebalia therinelia MPEA809-03 J Ecebalia benestrlgatella GU095757 sg Ecebalia sexdentatella GU096379 Casignetella mcdunnoughlella GU096329

Casignetella striatlpennella MPEA629-08 Casignetella lineosyridella MPEA522-08 Casignetella argentula MPEA399-03

Casignetella kyffhusana MPEA74EMM S£L[ Casignetella gramlnicolella МРЕА430-Ш Casignetella nutantella MPEA263-08 Casignetella sllenelia MPEA616-0S Casignetella abeinthii MPEA377-08 Casignetella perlbenanderi МРЕА575-Ш

Casignetella corsicella MPEA443-0B Casignetella directella MPEA456-03 Casignetella nubi\agella MPEA035-07

Perygra adjunctella MPEA373-08 Perygra maritimella MPEA2S1-08

Perygra tjuadriilneella GU095752

Perygra fagicörticelia GU095714 " Perygra latroneila GU095727 Perygra otidipennella MPEA048-O7 Perygra glaucicolella МРЕА257-СЙ

Perygra bispinatella GU095706 Perygra gilssandella GU096309 J

Ecebalia

Casignetella

Perygra

Рис. 1. ME-филограмма трибы Casignetellini, демонстрирующая эволюционные связи представителей родов Ecebalia, Perygra и Casignetella, основанная на данных анализа изменчивости частичной нуклеотидной последовательности

гена COI

44

Научный отдел

a bidens E11409078

a puberuloides EU409094 a duplicis EU409088 a atríplicis EU409107 a dextrelia EU409086 a squamosella МРЕА622-08 a virgaureae MPEA05S-07 a vestianella МРЕА25&-03 a detractella GUÜ91005 a versurella МРЕА268-08 a brunneipennls GU096291 a pappiferella МРЕА567-08 a iineapulvella GU091010 a simulans GU096381 a salinoidella EU409096 a saxicolella МРЕА301-08 a asterophagella GU096286 a borea GUÜ96290 a acutipennella EU409076 a therínella MPEA809-08 a benestrigatella GU095757 a sexdentatella GU096379

Aster umbellatus Solidago puberula Aster, Solidago

Atriplex, Haiimione, Sallcomla, Suaeda

Symphyotrichum

Erigeron

Solidago, Aster

Chenopodlum, Atriplex

Chenopodium

Atriplex, Chenopodlum

Antennaria, Gnaphalium

Amaranthus

Antennaria

Atriplex

Chenopodium, Atriplex Aster

Polygonum scadens Carlina. Carduus, Cirsium Juncus canadensis

Asteraceae

Asteraceae

Asteraceae

Amaranthaceae

Asteraceae

Asteraceae

Asteraceae

Amaranthaceae

Amaranthaceae

Amaranthaceae

Asteraceae

Amaranthaceae

Asteraceae

Amaranthaceae

Amaranthaceae

Asteraceae

Polygonaceae

Asteraceae

Casignetella mcdunnoughiella GU096329 Casignetella striatipennella MPEA62&-0& Casignetella lineosyridella MPEA522-08 Casignetella argentula MPEA399-08 Casignetella kyffliusana MPEA746-08 Casignetella graminicolella МРЕА48Ф-08 Casignetella nutantella MPEA263-08 Casignetella silenella MPEA616-08 Casignetella absinthli MPEA377-08 Casignetella peribenanderi MPEA575-08 Casignetella nublvagella MPEA035-07 Casignetella directella MPEA45ÉM38 Casignetella nubivegella MPEA035-07 Perygra adjunctella MPEA378-08 Perygra maritimella MPEA281-08 Perygra quadrilineella GU095752 Perygra faglcorticella GU095714 Perygra latronella GU095727 Perygra otidipennella МРЕА048Ю7 Perygra glaucicolella MPEA257-08 Perygra bisplnatella GUÜ95706 Perygra gllssandella GU096309

Cerastlum, Stellaria Stellaria, Cerastium

Achillea

Gypsophila fastlglata

Sllene, Oberna Silene, Oberna, Viscaria Artemisia absinthium

Carduus, Cirsium, Arctium, Carlina, Centaurea I Arenaria, Cerastium, Dianthus, Dryas

Artemisia, Helichrysum

Anthyllis_

Juncus gerardil Juncus June LIS

Juncus compactus

Juncus

Luz u la

June LIS

Juncus canadensis Juncus balticus

Gypsophila Minuartia Saponaria Silene

Caryophyllaceae Caryophyllaceae

Asteraceae Caryophyllaceae

Caryophyllaceae

Caryophyllaceae

Asteraceae

Asteraceae

Caryophyllaceae

Asteraceae

Fabaceae

Juncaceae Juncaceae Juncaceae Juncaceae Juncaceae Juncaceae Juncaceae Juncaceae Juncaceae

Рис. 2. Связь представителей трибы Casignetellini с растениями-хозяевами

Виды рода Casignetella отличает более широкая трофическая специализация (см. рис. 2). Большая их часть обитает на травянистых растениях из одного или нескольких родов, относящихся либо к семейству Caryophyllaceae либо Asteraceae. Исключение составляет C. nubivagella, обитающий на травянистых растениях семейства Fabaceae. При этом виды, обитающие на растениях одного семейства, часто группируются вместе: C. mcdunnoughiella и C. striatipennella (Caryophyllaceae), C. nutantella и C. silenella (Caryophyllaceae), C. absinthii и C. peribenanderi (Asteraceae), что свидетельствует о существовании тесной связи между эволюцией этих видов и приуроченностью их предковых форм к определенной таксономической группе растений.

Виды рода Ecebalia на стадии личинки являются как моно-, так и полифагами. Кластер данного рода условно можно разделить на два подкластера: E. bidens - E. saxicolella и E. asterophagella - E. sexdentatella (см. рис. 1, 2). Личинки видов, входящих в первый подкластер, обитают на травянистых растениях из семейств Asteraceae и Amarantaceae. Экологическая специализация видов (для личинок которых достоверно известны растения-хозяева), входящих во второй подкластер, шире. Их личинки обитают на растениях из семейств Polygonaceae, Asteraceae и Juncaceae. Кроме того, личинки E. sexdentatella

и E. therinella обитают на растениях-хозяевах из родов Juncus и Carlina, Carduus, Cirsium, что сближает их соответственно с видами родов Perygra и Casignetella. Возможно, подкластер E. asterophagella - E. sexdentatella с генетической точки зрения представляет собой отдельную эволюционную линию, занимающую промежуточное положение между видами E. bidens -E. saxicolella, с одной стороны, и видами родов Casignetella и Perygra - с другой.

Полученные данные позволяют выдвинуть предположения относительно экологической специализации предковой группы видов, давшей начало современным таксонам трибы Casigne-tellini. Личиночные стадии всех представителей, относящихся к трибе Casignetellini, в описанных нами ранее границах (статья N° 1) обитают только на травянистых растениях. Очевидно, предполагаемые предковые виды Casignetellini также были связаны исключительно с травянистыми растениями. Учитывая наличие в кластерах родов Peryrga и Ecebalia видов, личинки которых обитают на растениях рода Juncus (Asteraceae) (моли-чехлоноски других родов не связаны с родом Juncus), а также видов, личинки которых обитают на растениях из родов Carlina, Carduus и Cirsium, можно предположить, что предковая для трибы Casignetellini группа видов могла быть связана с растениями из семейств Asteraceae и Junculaceae.

Список литературы

1. Strand E. Miscellanea nomenclatorica zoologica et pa-laeontologica // Archiv für Naturgeschichte. 1928 [1926]. Bd. 92 A, № 8. P. 30-75.

2. Аникин В. В. Эколого-географический анализ фауны чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) России : ав-тореф. дис. ... д-ра биол. наук. Тольятти, 2002. 38 с.

3. Hebert P. D. N., Cywinska A., Ball Sh. L., Waard de J. R. Biological identifications through DNA barcords // Proc. R. Soc. London B. 2003. Vol. 270. P. 313-321.

4. Ivanova N. V., deWaard J., Hebert P. D. N. An inexpensive, automation-friendly protocol for recovering high-quality DNA // Molecular Ecology Notes. 2006. Vol. 6. P. 998-1002.

5. Câpuçe I. Recherches morphologiques et systématiques sur la famille des Coleophoridae (Lepidoptera). Bucarest, 1971. 116 p.

6. Фалькович М. И. Новые роды палеарктических чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) // Энтомол. обозр. 1972. Т. 51, вып. 2. С. 369-386.

7. Аникин В. В. Эколого-географические особенности распространения чехлоносок (Lepidoptera, Coleo-phoridae) фауны России // Поволж. экол. журн. 2002. № 3.С. 187-198.

8. Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies : An approach using the bootstrap // Evolution. 1985. Vol. 39. P. 783-791.

9. Rzhetsky A., NeiM. A simple method for estimating and testing minimum evolution trees // Molecular Biology and Evolution. 1992. Vol. 9. P. 945-967.

10. Tamura K., Nei M., Kumar S. Prospects for inferring very large phylogenies by using the neighbor-joining method // Proc. of the National Academy of Sciences (USA). 2004. Vol. 101. P. 11030-11035.

УДК 598.8(470.44)

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗИМОРОДКА ОБЫКНОВЕННОГО (ALCEDO АТТНIS) НА СЕВЕРЕ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

В. Г. Табачишин1, Н. М. Силкина2, М. В. Ермохин2

Саратовский филиал Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН E-mail: tabachishinvg@sevin.ru 2Саратовский государственный университет E-mail: ecoton@rambler.ru

Проанализированы морфометрические параметры зимородка обыкновенного (Alcedo atthis (Linnaeus, 1758)) из гнездовых популяций в долинах рек бассейнов Дона и Волги на территории северной части Нижнего Поволжья. Половой диморфизм A. atthis выражен слабо и только в популяциях в бассейне реки Дон (по длине цевки). Установлено значительное сходство этих параметров в исследованных популяциях с таковыми в Западной Европе и европейской части России. Исследованные популяции A. atthis отличаются меньшей длиной крыла самцов и самок, а также большей длиной цевки у самок. Ключевые слова: Alcedo atthis, морфометрические признаки, половой диморфизм, Саратовская область.

Morphometric Features of Alcedo atthis in the Northern Lower-Volga Region

V. G. Tabachishin, N. M. Silkina, M. V. Yermokhin

Morphometric parameters of Alcedo atthis from its breeding populations in the valleys of the Don and Volga river basins in the northern Lower-Volga region are analyzed. The sexual dimorphism of A. atthis is expressed weakly and within the populations in the Don River basin only (by tarsus length). Substantial similarity of these parameters in the populations studied with those in Western Europe and European Russia was found. The surveyed populations of A. atthis

feature a shorter wing length in males and females and a longer tarsus in females.

Key words: Alcedo atthis, morphometric features, sexual dimorphism, Saratov region.

Зимородок обыкновенный на севере Нижнего Поволжья - обычный вид, гнездящийся в долинах рек бассейна Волги и Дона [1, 2]. Этот вид представлен в регионе номинативным подвидом - A. a. atthis. Во многих смежных регионах его морфометрические особенности изучены достаточно хорошо и обобщены в ряде публикаций [3-7]. Однако в Саратовской области такие исследования ранее не проводились.

Цель данного сообщения - анализ межпопу -ляционных различий зимородка обыкновенного по основным морфологическим признакам в гнездовых популяциях долин рек бассейна Волги и Дона.

Материал и методы

Материалом для данного исследования послужили коллекционные сборы зимородка обык-

© Табачишин В. Г., Силкина Н. М., Ермохин М. В., 2014