CC BY
0УДК 597.4/.5:574.24:575.17
В. О. Молчан1, Е. Г. Скуратович1, О. Э. Соловей1, И. С. Юрченко2, Д. О. Шатило2, Г. В. Сергеев3, К. В. Гомель1, Е. Э. Хейдорова1, М. Е. Никифоров1
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ПОПУЛЯЦИЙ ЩУКИ ОБЫКНОВЕННОЙ (ESOXLUCIUS) И ОКУНЯ РЕЧНОГО (PERCA FLUVIATILIS), ОБИТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И НА ИНТАКТНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
Государственное научно-производственное объединение «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по биоресурсам» Республика Беларусь, 220072, г. Минск, ул. Академическая, 27 e-mail: molchan_vladislav@mail.ru Государственное природоохранное научно-исследовательское учреждение «Полесский государственный радиационно-экологический заповедник» Республика Беларусь, 247618, г. Хойники, ул. Терешковой, 7 Государственное научное учреждение «Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси» Республика Беларусь, 220141, г. Минск, ул. Академика В. Ф. Купревича, 5/2
В статье рассмотрены первые результаты сравнительной оценки генетического разнообразия по митохон-дриальному маркеру D-loop в популяциях щуки обыкновенной (Esox lucius) и окуня речного (Percafluviatilis) из водоемов Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, находящегося в зоне отчуждения ЧАЭС, и национального парка «Припятский», свободного от загрязнения радионуклидами. Впервые выявлены и описаны различия основных генетических показателей и гаплотипического состава исследованных популяций, в том числе в ряду поколений. Отмечено, что при среднем уровне удельной активности радиоактивного цезия, превышающем 130 Бк/кг, показатели генетического разнообразия заметно выше в возрастных выборках рыб из заповедника, что справедливо для популяций как щуки, так и окуня.
Ключевые слова: хроническое облучение, малые дозы радиации, Esox lucius, Percafluviatilis, D-loop, мтДНК, гаплотип, ЧАЭС, Полесский государственный радиационно-экологический заповедник.
Введение
Исследования биологических последствий воздействия радионуклидов окружающей среды на диких животных значительно расширились за последние 10 лет [1-5]. С использованием разнообразных цитогенетических и ДНК маркеров установлено, что основной ответ у млекопитающих (лабораторные мыши, дикие мелкие млекопитающие, крупный рогатый скот) на хроническое действие ионизирующего облучения в низких дозах «заключается не в индукции появления новых генов, а в предпочтительном отборе в поколениях новых генных сочетаний» [6]. Является ли это справедливым для свободноживущих популяций других таксономических групп животных, остается неизученным. На сегодняшний день существует объективная необходимость в вы-
полнении сравнительных популяционно-ге-нетических исследований животных разных таксономических групп в зоне отчуждения ЧАЭС и на незагрязненных радионуклидами территориях для оценки влияния хронического облучения малыми дозами радиации на жизнеспособность и адаптационный потенциал дикой фауны в естественной среде.
Рыбы являются подходящими объектами для определения состояния водных экосистем [7-9] и считаются наиболее значимыми биоиндикаторами для оценки уровня загрязнения водоемов металлами [10], т. к. могут их поглощать и аккумулировать непосредственно из окружающей воды через жабры и кожу или косвенно из других организмов растительного и животного происхождения через пищеварительный тракт при приеме загрязненной
пищи [11]. Токсическое действие негативных факторов особенно выражено на ранних стадиях развития рыб [12] и отрицательно влияет на различные метаболические процессы в развивающихся организмах (в частности, на эмбрионы), приводя к задержке развития, морфологическим и функциональным деформациям или смерти наиболее чувствительных особей [11]. В зоне аварии ЧАЭС продолжают регистрироваться высокие уровни содержания радионуклидов в рыбе [12, 13], накопление которых определяется, среди прочего, типом питания, сезонными изменениями в поведении, возрастом и массой особей различных видов рыб [11].
Оценка влияния хронического облучения на популяционное генетическое разнообразие особенно актуальна для редких и находящихся под угрозой исчезновения животных, однако для таких видов чаще всего возникает проблема получения материала в достаточном количестве. Поэтому для зоны аварии ЧАЭС в отношении оценок возможных популяцион-ных изменений подобраны виды-верификаторы, близкие к редким видам по экологическим требованиям [14]. В индикаторную группу как виды-верификаторы облигатных гидробион-тов нами включены лещ Abramis brama, обыкновенная плотва Rutilus rutilus и обыкновенная щука Esox lucius, наиболее массовые и широко представленные в зоне отчуждения ЧАЭС и на интактных сопредельных территориях.
Для целей настоящего исследования в качестве объектов выбраны щука, а также дополнительный вид — речной окунь Perca fluviatilis, как представитель группы хищных рыб для подтверждения возможных зависимостей геномных ответов в условиях хронического облучения. Оба вида относятся к пелагическим обитателям высокого трофического уровня, являются космополитами и принадлежат к числу рыб, наиболее часто попадающихся в уловах, в том числе в Полесском государственном радиационно-экологическом заповеднике (ПГРЭЗ) [15, 16]. Выбор также обусловлен наличием достаточного объема радиобиологической информации по данным видам [17, 18, 19]. Для указанных модельных видов ранее косвенно подтверждено геноток-сическое действие среды, которое выражается в изменениях ядерно-цитоплазматического
отношения эритроцитов и частоты встречаемости спонтанных микроядер в эритроцитах [20-23], свидетельствующих о компенсаторных явлениях в системе кровообращения животных, вызванных условиями техногенного загрязнения.
Генетическое разнообразие окуня и щуки изучается достаточно активно [24, 25]. Однако до сих пор не предпринималось попыток изучить генетический статус популяций данных видов, обитающих в водоемах на территории ПГРЭЗ. В данной работе представлены первые результаты сравнительной оценки гаплоти-пического и нуклеотидного разнообразия на основе анализа участка D-loop мтДНК в трех популяциях обыкновенной щуки и четырех популяциях речного окуня, обитающих в относительно изолированных водоемах ПГРЭЗ в условиях радиоактивного загрязнения и на интактных, т. е. с низким уровнем загрязнения радионуклидами, территориях.
Материалы и методы
Образцы биоматериала для настоящего исследования были собраны в 2019-2022 гг. в изолированных водоемах, расположенных на территории с высокой степенью радиоактивной нагрузки в ПГРЭЗ (оз. Гнёздное и Николаевский старик) и на интактной территории национального парка «Припят-ский» — оз. Плищин и Червоное. Для выявления степени загрязнения водоемов радионуклидами донные отложения отбирались на расстоянии 50-100 см от уреза воды на глубине 30-50 см и высушивались перед проведением измерений в лабораторных условиях при комнатной температуре. Определение удельной активности 137Cs (цезий) и 90Sr (стронций) в биологических пробах проводили гамма-спектрометрическим и радиохимическим методами в аккредитованной лаборатории спектрометрии и радиохимии ПГРЭЗ с использованием гамма-бета спектрометра МКС-АТ1315 и гамма-спектрометра «Canberra». Удельная активность радионуклидов измерялась в бек-керелях на килограмм (Бк/кг) сырой массы. Относительная погрешность измерения не превышала 30%. Средние уровни загрязнения выбранных стационаров и исследованных выборок рыб основными дозообразующими
радионуклидами в 2021-2023 гг. представлены в таблице 1. Можно отметить, что уровни удельной активности 137Cs в биоматериале рыб коррелировали с уровнями удельной активности радионуклидов в донных отложениях
и плотностью загрязнения водоемов радиоактивным цезием с существенным возрастанием всех показателей в ряду оз. Плищин/оз. Чер-воное — оз. Гнёздное — оз. Николаевский старик.
Таблица 1
Средние уровни загрязнения радионуклидами исследовательских стационаров и выборок
рыб в 2021-2023 гг.
Стационар Удельная активность радионуклидов (Бк/кг) в образцах донных отложений Плотность загрязнения территории (137Cs, кБк/м2) Средняя удельная активность 137Cs в выборках образцов, Бк/кг
137Cs ± SD 90Sr ± SD щуки окуня
Николаевский старик 7 367 ± 1 480 866 ± 189 1 893,61 188,02 190,40
Гнёздное 2145 ± 429 341 ± 86 398,57 83,36 169,00
Червоное 49 ± 10 37 ± 14 13,78 - 26,13
Плищин 27 ± 6 42 ± 14 5,44 19,12 22,13
Для целей настоящего исследования использовано 58 образцов биологического материала щук (оз. Гнёздное — 21; оз. Николаевский старик — 20; оз. Плищин — 17) и 60 — окуня (оз. Гнёздное — 15; оз. Николаевский старик — 15; оз. Плищин — 15; оз. Черво-ное — 15). Изъятие животных проводилось стандартными зоологическими методами по специальным разрешениям в научных целях. Отлов рыб из водоемов зоны отчуждения ЧАЭС проводился сотрудниками ПГРЭЗ; на интактной территории — при содействии рыболовецкой бригады и штатных специалистов национального парка «Припятский».
Определение видов и анализ биологических показателей проводили общепринятыми в ихтиологических исследованиях методами [26, 27]. У добытых рыб устанавливался возраст по числу годовых колец на чешуе [28]. Разновозрастные выборки для сравнительного анализа формировались с учетом продолжительности жизненного цикла рыб: в расчет был принят средний возраст половозрелости для щук и окуней, равный трем годам.
Для генетического анализа отбирались небольшие (до 1 см3) участки мышечной ткани животных и фиксировались в 96%-ом этаноле.
Выделение ДНК проводили с использованием набора компании Jena Bioscience «Animal and Fungi DNA Preparation Kit» согласно протоколу производителя. Качество и количество выделенной ДНК оценивалось на спектрофотометре NanoPhotometer P 330UV/ Vis (IMPLEN, Германия). Амплификацию фрагментов митохондриального локуса D-loop проводили в стандартной ПЦР-смеси (объемом 25 мкл) с соответствующими праймерами (табл. 2) в термоциклере Biorad C1000 Touch по индивидуальным для каждого вида протоколам (табл. 3).
Качество целевых ПЦР-продуктов проверяли путем электрофоретического разделения в 1,4%-ом агарозном геле в буфере на основе бората натрия с pH = 8,0 в присутствии бромистого этидия. Электрофорез проводили с напряжением 100 V в горизонтальной камере Biorad MiniGel. Целевые фрагменты вырезали из геля и очищали от остатков агарозы с помощью набора NucleoSpin Gel and PCR Clean-up (Macherey Nagel, Германия). Реакции секвенирования проводили с использованием набора BrilliantDye3.1 (Nimagen, Нидерланды). Каждый образец анализировался с помощью прямого и обратного праймеров.
Таблица 3
Протоколы амплификации фрагмента митохондриального локуса D-loop для исследуемых
видов рыб
Таблица 2
Характеристики праймеров для амплификации фрагмента митохондриального локуса D-loop
Вид рыбы Наименование праймера Последовательность праймера (5'-3') Размер ампликона, ~ п. н.
Щука CDL-D TAGCTCCCAAAGCTAAGATTC 501
PIDL GCTTGGTGGGTAACGAGTC
Окунь HV2 TTCCCCGGTCTTGTAAACC 521
CSB-D GGAACCAAATGCCAGGAA
Для амплификации локуса D-loop щуки Для амплификации локуса D-loop окуня
T, °С Время Количество циклов T, °С Время Количество циклов
95 4 мин 1х 96 5 мин 1х
94 1 мин 39х 96 1 мин 30х
50 55 сек 54 1 мин
72 1,5 мин 72 2 мин
72 10 мин 1х 72 6 мин 1х
Сиквенс-продукты очищали методом преципитации в растворе этанол/ЭДТА. Последующее разделение сиквенс-продуктов проводили на генетическом анализаторе ABI3130 (в качестве полимера использовался POP7 polymer) в Институте биоорганической химии НАН Беларуси. Анализ секвенограмм проводили с помощью приложений ContigExpress и AlignX программного комплекса Vector NTI 11. После сопоставления секвенограмм, консенсусную последовательность верифицировали с помощью онлайн ресурса BLAST.
Полученные нуклеотидные последовательности анализировали и выравнивали с использованием алгоритма CrustalW в программе MEGA X [29]. При построении деревьев в качестве внешних групп использовались последовательности амурской щуки Esox reichertii (КМ281482.1 и КМ281483.1) и желтого окуня Percaflavescens (OM736839.1 и MH301079.1), депонированные в GenBank NCBI. Анализ внутригруппового генетического разнообра-
зия и распределения гаплотипов проводили в программе DnaSP ver. 6.12.03 [30]. Сеть гаплотипов сконструирована с использованием метода TCS (статистической парсимонии) в PopArt v1.7 (Leigh & Bryant, 2015).
Результаты и их обсуждение
Всего проанализировано 58 и 60 фрагментов мтДНК размером 387 и 344 п. н. у щуки и окуня соответственно, включающих часть контрольного региона (D-loop), а также у окуня — небольшой участок гена тРНК в начале анализируемой последовательности.
Щука обыкновенная (Esox lucius)
Среди 58 проанализированных нуклеотид-ных последовательностей D-loop щуки обнаружено девять гаплотипов: по шесть гаплотипов в оз. Николаевский старик и Гнёздное; три гаплотипа — в оз. Плищин. Пять гаплотипов (Н2, Н3, Н4, Н5, Н6) из всех представленных являются частными, выявленными только в одном из озер в единичном экземпляре.
При этом отмечается повсеместное присутствие гаплотипов Н1 и Н9 при увеличении доли встречаемости частных гаплотипов в водоемах ПГРЭЗ. Гаплотипический состав в популяциях щуки наглядно представлен на рисунке 1.
В результате сравнительного анализа разновозрастных выборок щук из водоемов ПГРЭЗ (табл. 4) выявлены отличия в гаплотипическом составе их популяций в ряду поколений как для оз. Гнёздное, так и для оз. Николаевский старик. Отмечено, что доминирующий га-плотип Н1 (идентичен последовательностям контрольного региона у щук из Швеции и США (МТ667236.1, КМ281488.1), депонированным в GenBank NCBI) является широко распространенным и, по-видимому, маркирует наиболее устойчивые в широком спектре изменений условий обитания вида генотипы. То же можно сказать и в отношении гаплотипа
Н9, т. к. он встречается в оз. Гнёздное во всех исследованных возрастных группах, а в оз. Николаевский старик — у 4-8-летних щук. Если проанализировать данные таблицы 4 в направлении от возрастных особей к более молодым, то можно отметить, что при равнозначных выборках в популяции из одного озера гаплотипический состав разных возрастных групп различается. Вполне вероятно, что немаловажную роль в этом играет действие хронического облучения в среде обитания как в период икрометания, так и на дальнейших постэмбриональных стадиях жизненного цикла рыб. Т. к. в исследовании использовались образцы щук периода, когда выбранные водоемы в течение многих лет не заливались паводковыми водами реки Припять, возможность попадания извне носителей выявленных редких гаплотипов можно считать незначительной.
Гаплотипический состав популяций щук ■ оз. Гнездное ■ оз. Николаевский старик ■ оз. Плищин
Н1 Н1
НЗ Н7 Н2 Н8 Н1
Н9 Н4 HS Н7 Нб Н9 Н5 Н9
Рис. 1. Представленность гаплотипов по локусу D-loop в различных популяциях щуки
Речной окунь (Perca fluviatilis) Среди 60 проанализированных нуклео-тидных последовательностей D-loop окуня обнаружено 10 гаплотипов. Наибольшее количество гаплотипов обнаружено в оз. Плищин и Гнёздное (по пять в каждом). Популяции оз. Червоное и Николаевский старик характеризовались наличием четырех гаплотипов. Семь гаплотипов (На1, На2, Ha4, На5, На6, На8, На10) из всех представленных являются уникальными, не имеющими аналогов на сопредельных территориях по имеющимся на сегодняшний день данным. Анализ участка контрольного региона мтДНК окуня выявил
доминирующую роль гаплотипа На1 в популяциях (53,3 и 73,3%) при наличии большого количества редких гаплотипов (рис. 2).
Установлено, что гаплотипы На7, На3 (С4) и На9 (В13) идентичны уже известным последовательностям контрольного региона окуней, депонированным в GenBank NCBI (табл. 5). Гаплотип На8 был общим для популяций окуня из оз. Гнёздное и Плищин, гаплотипы На3 (С4) и На4 — для популяций из оз. Николаевский старик и Червоное, при этом гаплотип На3 (С4) ранее был обнаружен на территории Беларуси в Мозыре [31]. Также гаплотип На7 был представлен в популяциях окуня из
Таблица 4
Гаплотипический состав популяций щуки в водоемах ПГРЭЗ (разных возрастных периодов) и в интактном водоеме
Водоем Гаплотип Количество образцов Представленность гаплотипов в разных возрастных выборках образцов щуки Аналог в]ЧСВ1
до 3 лет 4-8 лет 9-12 лет
озеро Гнёздное Н1 14 МЯрЮ1682, МЯрЮ1681, МЯрЮ1529, МЯрЮ1528 М11рЮ1827, М11рЮ1822, М11рЮ1482,М11рЮ1310, М11рЮ1548, М11рЮ1680, М11рЮ1678, МЕ1рЮ1527, МКрЮ1369, МЯрЮ1445 нет данных МТ667236.1, КМ281488.1
нз 1 не выявлен МЯрЮ1677 -
Н4 1 МЯрЮ1377 не выявлен -
Н7 1 МЕ1рЮ1702 не выявлен -
Н8 1 МЯрЮ1562 не выявлен -
Н9 3 М11рЮ1311 МКрЮ1679, МЯрЮ1786 -
озеро Николаевский старик Н1 14 МЯрЮ1292, МЯрЮ1635, МЯрЮ1608, МЯрЮ1578, МЯрЮ1574 М11рЮ1606, М11рЮ1568, М11рЮ1419,М11рЮ1394 МЕ1рЮ1848, М11рЮ1775, М11рЮ1774, М11рЮ1599, МЯрЮ1598 МТ667236.1, КМ281488.1
Н2 1 МЯрЮ1573 не выявлен не выявлен -
Н6 1 не выявлен не выявлен МЯрЮ1634 -
Н7 2 не выявлен МЕ1рЮ1905, МЕ1рЮ1418 не выявлен -
Н8 1 не выявлен не выявлен М11рЮ1773 -
Н9 1 не выявлен МЯрЮ1569 не выявлен -
озеро Плищин Н1 15 Р102226, Р102227, Р102225, Р102224, Р102223, Р102222, Р102221, Р102219, Р102218, Р102131, Р102130, Р102129, Р102128, Р102127, РЮ2228 МТ667236.1, КМ281488.1
Н5 1 Р102220 -
Н9 1 РЮ2229 -
Рис. 2. Представленность гаплотипов D-loop в различных популяциях окуня
оз. Червоное, Гнёздное и Николаевский старик и является идентичным известным последовательностям из Дании (МТ410943.1) и Франции (СМ020933.1). В популяции окуня оз. Плищин был обнаружен гаплотип На9 (В13), идентичный последовательности МН028038.1 из оз. Циришс в Латвии. Остальные гаплотипы являются уникальными, причем гаплотипы На2 и На5 встречались только в популяции из оз. Гнёздное, гаплотип На6 и На10 — только в оз. Плищин.
В популяциях окуня, так же как и щуки, отмечаются отличия в гаплотипическом составе в ряду поколений в водоемах ПГРЭЗ (табл. 5). Уверенно можно констатировать, что только гаплотип На1 сохраняет свое присутствие во всех возрастных группах окуней в каждом из водоемов. В основном же возрастные группы окуней отличаются набором характеризующих их редких гаплотипов.
Разнообразие и связь выявленных гаплоти-пов щуки и окуня иллюстрируют парсимони-альные сети на рисунке 3.
В парсимониальной сети гаплотипов щуки обращает на себя внимание гаплотип Н8, который обнаружен только в водоемах ПГРЭЗ и отстоит на три (в отличие от большинства других гаплотипов) замены от доминирующего гаплотипа Н1. В целом структура полученных гаплотипических сетей, построенных по фрагменту контрольного региона щуки и окуня, свидетельствует о возможности постепенного образования редких гаплотипов из центрального (доминирующего), характер-
ного для исследованного вида рыб. Степень выраженности отличий в гаплотипическом составе популяций рыб из водоемов ПГРЭЗ и НП «Припятский» отражается также в показателях их генетического разнообразия, которые представлены в таблице 6.
Из данных таблицы 6 следует, что средние показатели гаплотипического и нуклеотидного разнообразия в популяциях щуки из ПГРЭЗ превышают аналогичные значения в популяции на интактной территории в 2,3-2,4 раза. На примере окуня таких различий не наблюдалось, и упомянутые популяционные показатели в водоемах ПГРЭЗ находятся в пределах значений, установленных для интактной зоны. Однако если проанализировать данные таблицы через призму возрастных особенностей, то можно отметить, что при среднем уровне удельной активности радиоактивного цезия >130 Бк/кг (выше допустимого предела Гигиенического норматива «Критерии оценки радиационного воздействия», утвержденного постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 29 ноября 2022 г. № 829 по содержанию 137Cs в рыбе (130 Бк/кг), а также Приложения 4 Технического регламента Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции» от 9 декабря 2011 г. № 880), показатели гаплотипического и нуклеотидного разнообразия и среднее число нуклеотидных различий заметно (в 2-3 раза) выше в возрастных выборках (>4 лет) по сравнению с молодыми особями (<4 лет), что справедливо для популяций как щуки, так и окуня.
•г ¡-¿Ос '9£ К01 'ояпшэнэг кондоишйи п конйжкяэиощ
озеро Плищин озеро Червоное озеро Николаевский старик озеро Гнёздное Водоем
X 02 к к
К 02 ЧО я я я Я я р и> я я я р и) я к к к к к Гаплотип
М и» 02 02 02 02 02 02 02 02 02 02 02 02 Й 02
О 00 ОЧ -Й- о -Й- -Й- о 00 (Л
Количество
к> -Й- 00 к> к» и) 00
образцов
1
о та
к» о
к»
чо у
о
(Л та
о
о
к» □ н (Л
к» о та и) ОЧ ■ЕГ
00 о О о * -
к» и И О 1—1 И И ^ И Г5
к» го го п (л оо го го в го в Й М
о к» о к> та (Я § (Я § та о .ь. 00 5 Сй § (Я § та о (Я § ^ о о ы СО & п д
(Я (Я (Я (Я (Я Л п ^
о Й Й -Й- ЕЭ Й Й (Л Й Щ
к» го го о го го и) го и)
та к» и И тз ^ И И 00 И и) н
о О О ^ р
о о О 1—1 ^
к» ' 41.
и) ро я
© о о чо V. & 0
к» к» 1—> о н
та к»
о чо щ д
о к» ;л чо та и> о со
ОЧ 9° о ее
о о о ■а
к» к» к» о
чо у. чо ^ чо 00 чо м щ
о о о о о О р
к» к» к» к» к» к»
к» о та та та
ОЧ о ОЧ ОЧ 00 п
ЧО к» (Л о к» ОЧ рч о к» (л о к» к» о 1*) о к» чо рч о к» о 00 -Й- о к» чо о к» о 00 9° 2 ¡я о 00 ^ 2 ¡Я ^ та о и) О м ■а » п н Я £ Н ее £ а о ^
ОЧ о к» о 00 к» •в о И о та о о X » и
о •в 00 чо го Сй р 0 ^ та чо та и) -Й- К) та То к» 42 4- 1 ОЧ о о\ ■а
к» ' о Й О о о о ^ м
та о (Я о & о ^ а
(л (Л □ Й -Й- Ьэ (Л □ □ ОЧ В н о
чо о -й- го и» та о 00 ее
о к» (л к» о о (Л та о о (Л И и) о ОЧ [ 00 та о та о О (Л о Я
-Й- ОЧ (Л <л ОЧ к»
9° щ
о к» та о щ та о
ОЧ о (Л
к» о
□ 2 □ 2 □ 2
щ о о ^ щ о о ^ щ о о со >
к» к» к» 2 я
1 00 1 1 1 о ° § ю ^ и) 1 00 1 о ° § ю ^ и) 1 00 1 1 о ° § ю ^ и) 1 1 1 о ^
о 1*) о -Й- о -Й- И о
00 о о
'>- ГГ '>- ГГ '>- ..'Г
РЭ
а
¡3
к
X О О
я
Кс о о о н рэ
СИ □
о я
¡э
ЙО
С
К Кс
0
1
СИ §
о о
р
и
(-0
Я
сг
><
со о
03
43 рэ
0
н
1
ет
□
о 43
к §
0
чЕ' к
со
к
1
н
РЭ
п
X
о-
><
со §
о о
н е р»
X
и
Я
с
»
сл
имл'т иипкглиои ои{.кс[доон{.кс[ эояээьихэнэд '(!<> п ношощ о д §01
Рис. 3. Парсимониальная сеть гаплотипов по локусу D-loop: А — щука, Б — окунь.
H/Ha — обозначение гаплотипа
Таблица 6
Показатели генетического разнообразия по локусу Б-1оор в популяциях щуки и окуня, обитающих в условиях загрязнения радионуклидами и на интактных территориях
Озеро Группы N H V Е1а Hd (±SD) п k 137Cs, Бк/кг
Щука (Esox lucius)
total 21 6 5 5 0,552 ± 0,122 0,00258 0,990
Гнёздное 0-3 лет 8 5 4 4 0,786 ± 0,151 0,00380 1,464 <130,00
4-8 лет 13 3 3 3 0,410 ± 0,154 0,00187 0,718
total 20 6 4 5 0,516 ± 0,132 0,00210 0,805
Николаевский 0-3 лет 7 2 1 1 0,286 ± 0,196 0,00074 0,286 >130,00
старик 4-8 лет 6 3 2 2 0,733 ± 0,155 0,00243 0,933
9-12 лет 7 3 3 4 0,524 ± 0,209 0,00284 1,095
Плищин total 17 3 3 3 0,228 ± 0,129 0,00092 0,353 <РУ
Окунь (PercafluviatШs)
total 15 5 4 4 0,629 ± 0,125 0,00286 0,990
Гнёздное 0-3 лет 4 2 1 1 0,500 ± 0,265 0,00145 0,500 >130,00
4-6 лет 11 5 4 4 0,782 ± 0,107 0,00389 1,345
Николаевский старик total 15 4 3 3 0,467 ± 0,148 0,00149 0,514
0-3 лет 7 2 1 1 0,286 ± 0,196 0,00083 0,286 >130,00
4-6 лет 8 3 2 2 0,607 ± 0,164 0,00196 0,679
Примечание. total - общая выборка; N — объем выборки, количество последовательностей; H — число гап-лотипов; V — число вариабельных сайтов; Eta — количество мутаций; Hd — гаплотипическое разнообразие c учетом стандартного отклонения (SD); п — нуклеотидное разнообразие; k — среднее число нуклеотидных различий; 137Cs — средняя удельная активность радиоактивного цезия в образцах исследованных выборок; РУ — референтный уровень
Окончание таблицы 6
Озеро Группы N H V Eta Hd (±SD) п k 137Cs, Бк/кг
Червоное total 15 4 З З 0,667 ± 0,099 0,00232 0,800 <РУ
Плищин total 15 5 5 5 0,476 ± 0,155 0,00258 0,876 <РУ
При этом нуклеотидное разнообразие и среднее число нуклеотидных различий в группе моложе 3-4 лет оказались ниже средних показателей, установленных для популяций обоих видов из интакных водоемов. Значения гаплотипического разнообразия у молодой части популяций равны или ниже аналогичного показателя в интактных популяциях. Обращают на себя внимание наиболее выраженные отличия между возрастными группами в оз. Николаевский старик (в 1,6-3,1 раза ниже установленных для интактных водоемов). С учетом того, что оз. Николаевский старик отличается наиболее высокими уровнями загрязнения радионуклидами донных отложений и удельной активности радиоактивного цезия в биоматериале исследованных рыб, выявленные генетические различия могут оказаться не случайными, однако это требует подтверждения на более репрезентативном материале. При этом стоит учитывать, что в загрязненных радионуклидами озерах структура ихтиокомплексов не испытывает такого антропогенного воздействия, которое характерно для эксплуатируемых водоемов, что также может являться одним из значимых факторов выявленных изменений в гаплоти-пическом составе.
Заключение
Результаты проведенного по маркеру Б-1оор мтДНК сравнительного анализа полиморфизма популяций щуки обыкновенной и окуня речного, обитающих в условиях радиактивного загрязнения и на интактных территориях, позволили впервые выявить и описать различия их основных генетических показателей и гаплотипического состава, в том числе в ряду поколений. При сохранении
доминирования наиболее распространенных гаплотипов выявлены уникальные гаплотипы, различающие озерные популяции каждого вида рыб как между собой, так и между внутри-популяционных возрастных групп. Отмечено, что при среднем уровне удельной активности радиоактивного цезия, превышающем 130 Бк/кг, показатели генетического разнообразия заметно выше в возрастных выборках рыб из ПТРЭЗ, что справедливо для популяций как щуки, так и окуня. При этом нуклеотидное разнообразие и среднее число нуклеотидных различий у молодых особей из загрязненных радионуклидами водоемов оказались ниже средних показателей, установленных для популяций обоих видов из интакных зон, при, соответственно, равных (или чуть ниже) показателях гаплотипического разнообразия. Для более полной характеристики особенностей генетической структуры исследованных видов рыб в загрязненных радионуклидами водоемах необходимо сопоставить полученные данные с результатами по другим областям генома, в частности ядерной ДНК.
Список использованных источников
1. Beresford, N. A. Effects of ionizing radiation on wildlife: What knowledge have we gained between the Chernobyl and Fukushima accidents? / N. A. Beresford, D. Copplestone // Integrated Environmental Assessment and Management. - 2011. - Vol. 7. - P. 371-373.
2. Beresford, N. A. Thirty years after the Chernobyl accident: What lessons have we learnt? / N. A. Beresford [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. - 2016. - Vol. 157. - P. 77-89.
3. Addressing ecological effects of radiation on populations and ecosystems to improve
protection of the environment against radiation: Agreed statements from a Consensus Symposium / F. Brechignac [et al.] // Journal of Environmenta Radioactivity. - 2016. - Vol. 158-159. - P. 21-29.
4. Ecological mechanisms can modify radiation effects in a key forest mammal of Chernobyl / T. Mappes [et al.] // Ecosphere. - 2019. - Vol. 10.
- P. 1-11.
5. Genetic and ecological studies of animals in Chernobyl and Fukushima / T. A. Mousseau [et al.] // Journal of Heredity. - 2014. - Vol. 105.
- P. 704-709.
6. Глазко, В. И. Действие ионизирующей радиации на популяционно-генетические параметры млекопитающих / В. И. Глазко, Т. Т. Глазко // Известия ТСХА. - 2008. - Вып. 1. - С. 178-188.
7. Marshall Adams, S. A comparison of health assessment approaches for evaluating the effects of contaminant-related stress on fish populations / S. Marshall Adams, M. G. Ryon // Journal of Aquatic Ecosystem Health. - 1994. - Vol. 3, № 1. - P. 15-25.
8. Whitfield, A. K. Fishes as indicators of environmental and ecological changes within estuaries: a review of progress and some suggestions for the future / A. K. Whitfield, M. Elliott // Journal of Fish Biology. -2002. - Vol. 61. - P. 229-250.
9. Authman, M. M. N. Assessment of metal status in drainage canal water and their bioaccumulation in Oreochromis niloticus fish in relation to human health / M. M. N. Authman, H. H. Abbas, W. T. Abbas // Environmental Monitoring and Assessment. - 2013. - Vol. 185, № 1. - P. 891-907.
10. Rashed, M. N. Monitoring of environmental heavy metals in fish from Nasser Lake / M. N. Rashed // Environment International. - 2001. - Vol. 27, № 1. - P. 27-33.
11. Sfakianakis, D. G. Effect of heavy metals on fish larvae deformities: A review / D. G. Sfakianakis [et al.] // Environmental Research. - 2015. - Vol. 137. - P. 246-255.
12. Vinodhini R. Bioaccumulation of heavy metals in organs of fresh water fish Cyprinus carpio (Common carp) / R. Vinodhini, M. Narayanan // International Journal of Environmental Science & Technology. - 2008. - Vol. 5, № 2. - P. 179-182.
13. Fazio, F. Bioaccumulation of heavy metals in blood and tissue of striped mullet in two Italian lakes / F. Fazio [et al.] // Journal of Aquatic Animal
Health. - 2014. - Vol. 26, № 4. - P. 278-284.
14. Генетический мониторинг популяций диких животных в условиях радиационного загрязнения: концепция и пути ее реализации / Е. Э. Хейдорова [и др.] // Современные проблемы радиобиологии — 2021: материалы международной научной конференции (23-24 сентября 2021 г., Гомель) / Государственное научное учреждение «Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси». - Минск: ИВЦ Минфина, 2021.
- С. 182-186.
15. Жуков, П. И. Рыбы Белоруссии / П. И. Жуков. - Минск, 1965. - 298 с.
16. Жуков, П. И. Справочник по экологии пресноводных рыб / П. И. Жуков. - Мн.: Наука и техника, 1988. - 310 с.
17. Иванцов, Д. Н. Накопление и распределение по органам и тканям долгоживущих радионуклидов 137Cs и 90Sr в организме пресноводных рыб, обитающих в водоемах Полесского государственного радиационно-э-кологического заповедника / Д. Н. Иванцов, А. В. Гулаков // Известия Гомельского гос. ун-та им. Ф. Скорины. Естественные науки.
- 2018. - № 6 (111). - С. 29-35.
18. Иванцов, Д. Н. Накопление 137Cs представителями ихтиофауны водоемов, расположенных на территории Полесского радиационно-экологического заповедника/ Д. Н. Иванцов // Творчество молодых, 2019: сб. науч. работ студентов, магистрантов и аспирантов / ГГУ им. Ф. Скорины; редкол.: Р. В. Бородич [и др.]. - Гомель, 2019. - С. 53-55.
19. Murphy, J. F. Abundance and diversity of aquatic macroinvertebrate communities in lakes exposed to Chernobyl-derived ionising radiation / J. F. Murphy, L. L. Nagorskaya, J. T. Smith // Journal of Environmental Radioactivity. - 2011.
- Vol. 102, № 7. - P. 688-694.
20. Кузина, Т. В. Цитофизиологические особенности крови промысловых рыб Вол-го-каспийского канала: автореф. дисс. канд. биол. наук: 07.00.02 / Т. В. Кузина. - Астрахань, 2011. - 26 c.
21. Лугаськова, Н. В. Адаптивные особенности системы крови окуня и линя в условиях загрязнения и эвтрофикации водоемов / Н. В. Лугаськова, Р. А. Найсыров // Сибирский экологический журнал. - 2001. - Т. 8, № 6. - С. 735-739.
22. Ильинских, Н. Н. Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность / Н. Н. Ильинских, В. В. Новицкий, Н. Н. Ван-чугова. - Томск: Изд-во Томского университета, 1992. - 272 с.
23. Ильин, Д. А. Аспекты формирования микроядер (обзор литературы) / Д. А. Ильин // Естествознание и гуманизм: сб. науч. работ. - Томск, 2005. - Т. 3, № 4. - С. 20-22.
24. Genetic evidence for different migration routes of freshwater fish into Norway revealed by analysis of current perch (Perca fluviatilis) populations in Scandinavia / U. H. Refseth [et al.] // Molecular Ecology. - 1998. - Vol. 7, № 8. - P. 1 015-1 027.
25. Генетическое разнообразие популяций щуки обыкновенной Esox lucius L. из рек северо-востока России / Л. Т. Бачевская [и др.] // Изв. РАН. Сер. биол. - 2019. - Т. 2 019, № 2. - С. 154-161.
26. Методика комплексной оценки состояния сообществ и популяций доминирующих
млекопитающих, амфибий и рыб / С. Н. Гашев [и др.]. - Тюмень: ТюмГУ, 2005. - 94 с.
27. Брюзгин, В. Л. Методы изучения рыб по чешуе, костям и отолитам / В. Л. Брюзгин.
- Киев: Наук. Думка., 1969. - 187 с.
28. Чугунова, Н. И. Руководство по изучению возраста и роста рыб: метод. пособие по ихтиологии / Н. И. Чугунова. - М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 165 с.
29. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across Computing Platforms / S. Kumar [et al.] // Molecular Biology and Evolution. -2018. - Vol. 35. - P. 1 547-1 549.
30. DnaSP 6: DNA Sequence Polymorphism Analysis of Large Data Sets / J. Rozas [et al.] // Molecular Biology and Evolution - 2017. -Vol. 34. - P. 3 299-3 302.
31. Complex phylogeographic relationships among the Eurasian perch (Perca fluviatilis) populations in the eastern part of the Baltic Sea Region / A. Ragauskas [et al.] // Hydrobiologia.
- 2020. - Vol. 847, № 3. - P. 925-938.
V. O. Molchan1, E. G. Skuratovich1, O. E. Solovei1, I. S. Yurchenko2, D. O. Shatilo2, G. V. Sergeev3,
K. V. Homel1, E. E. Kheidorova1, M. E. Nikiforov1
GENETIC DIVERSITY OF NORTHERN PIKE (ESOXLUCIUS) AND EUROPEAN PERCH (PERCA FLUVIATILIS) POPULATIONS LIVING UNDER THE CONDITIONS OF RADIOACTIVE CONTAMINATION AND
IN INTACT TERRITORIES
1 State Scientific and Production Association "Scientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for Bioresources" 27 Akademicheskaya St., 220072 Minsk, the Republic of Belarus e-mail: molchan_vladislav@mail.ru 2State Environmental Research Institution "Polesie State Radiation-Ecological Reserve" 7 Tereshkova St., 247618 Khoiniki, the Republic of Belarus 3State Scientific Institution "Institute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus" 5/2 Academician Kuprevich St., 220141 Minsk, the Republic of Belarus
The article discusses the first results of a comparative assessment of genetic diversity by the mitochondrial D-loop marker in the northern pike (Esox lucius) and European perch (Perca fluviatilis) populations from the reservoirs of the Polesie State Radiation-Ecological Reserve located in the Chernobyl Nuclear Power Plant exclusion zone, and the Pripyatsky National Park free from radionuclide contamination. For the first time, differences in the main genetic indicators and the haplotype composition of the studied populations, including a number of generations, were identified and described. It was noted that with an average level of the specific activity of radiocesium exceeding 130 Bq/kg, genetic diversity indicators are noticeably higher in the age samplings of fish from the Reserve, which is true both for pike and perch populations.
Keywords: chronic exposure, low radiation doses, Esox lucius, Perca fluviatilis, D-loop, mtDNA, gaplotype, the Chernobyl Nuclear Power Plant, the Polesie State Radiation-Ecological Reserve.
Дата поступления в редакцию: 07 февраля 2024 г.
