CC BY
48
2008
Известия ТИНРО
Том 155
УДК 575.17:597.553.2
С.П. Пустовойт*
Институт биологических проблем Севера Дальневосточного отделения Российской академии наук, 685000, г. Магадан, ул. Портовая, 18
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ САМЦОВ И САМОК ГОРБУШИ (ONCORHYNCHUS GORBUSCHA)
С использованием индексов фиксации Нея оценено влияние генетических различий между самками и самцами горбуши на уровень генетического разнообразия популяции. В течение каждого из четырех лет исследований (2001, 2003, 2004, 2005 гг.) не обнаружено статистически значимой связи в распределении частот аллелей у самок и самцов в выборках нерестового хода в р. Ола (Тауйская губа, Охотское море). Генетическая дифференциация выборок самок снизилась, тогда как самцы сохранили одинаковый в течение трех нечетных поколений уровень генетической дифференциации. Поскольку самки и самцы имеют неодинаковое значение генетической дифференциации, то различается и их вклад в суммарное значение генетической дифференциации популяции горбуши. Гетерозигот-ность некоторых локусов в разные годы больше у самок, чем у самцов, тогда как для других локусов ситуация обратная. Среднее, по 5 локусам, значение гетерози-готности больше у самцов только в 2001 г. Генетические параметры темпоральных группировок имеют некоторые особенности у рыб разного пола.
Ключевые слова: горбуша, генетическое разнообразие самок и самцов, генетический мониторинг.
Pustovoit S.P. Genetic diversity of females and males of the pink salmon Oncorhynchus gorbuscha // Izv. TINRO. — 2008. — Vol. 155. — P. 120-130.
Nei's fixation indices are used to estimate the influence of genetic differences between females and males of pink salmon. Statistically significant relationship in distribution of allelic frequencies in females and males was not revealed for the samples collected during spawning runs in Ola river (northern Okhotsk Sea) in 2001, 2003, 2004, and 2005. The genetic differentiation (F ) in samples of females has decreased, whereas males present the same level in three odd-year generations. So far as the females and males have different FST values, their contributions to the total value of genetic differentiation within population are different. Heterozygosity of some loci in different years is higher for females than for males, whereas the other loci show a reverse pattern. The average heterozygosity is higher for females, with exclusion of 2001 when it was higher for males. Genetic parameters of temporal groupings appear to be sex-specific.
Key words: pink salmon, genetic differentiation, genetic monitoring.
Введение
Ранее нами проанализированы некоторые результаты генетического мониторинга популяций горбуши из рек Тауйской губы, северное побережье Охотско-
* Пустовойт Сергей Павлович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected].
го моря (Агапова и др., 2003, 2007; Голованов и др., 2006). В частности, показано, что для горбуши данного региона характерна заметная внутрипопуляционная изменчивость, превышающая межпопуляционную. Каковы же факторы, поддерживающие внутрипопуляционное генетическое разнообразие североохотоморс-кой горбуши? Основное внимание исследователей (Гагальчий, 1986; Глубоковс-кий и др., 1989; Животовский и др., 1989; Картавцев и др., 1992; Макоедов и др., 1993; Агапова, Пустовойт, 1999; Брыков и др., 1999а, б; Пустовойт, 1999; Noll et al., 2001; Ефремов, 2002; Churikov, Gharrett, 2002; Hawkins et al., 2002; Гордеева и др., 2003; Варнавская, 2005; Салменкова и др., 2006; Бачевская и др., 2007) сосредоточено на оценке величины пространственной (в случае сбора материала на большом участке ареала) и темпоральной (для выборок разного времени нерестового хода в отдельных реках) генетической дифференциации (FST). В настоящее время в теоретических работах (Геодакян, 1998, 2000; Devlin, Nagahama, 2002; Попадьин, 2003; Аноприенко, Закиян, 2004) уделяется серьезное внимание генетическим особенностям самок и самцов. Однако только в последние годы начались исследования влияния генетических различий между полами на уровень генетического разнообразия популяций горбуши (Агапова и др., 2003, 2007; Голованов и др., 2006; Пустовойт, 2006).
Цель работы — оценить величину генетических различий между самками и самцами горбуши из одной популяции, что может позволить определить степень влияния указанных различий на генетическое разнообразие популяции.
Материалы и методы
Для собственного анализа нами выбрана популяция р. Ола — наиболее многочисленная популяция горбуши в Тауйской губе (Марченко и др., 2004). Основное внимание уделено нечетным поколениям горбуши, так как обильные подходы в эти годы позволяют собрать достаточно представительные выборки. Материал собирался в устье р. Ола на временном наблюдательном пункте Мага-данНИРО в течение всего нерестового хода горбуши. Анализ проводился раз в пятидневку, рыбу случайным образом (с условием сохранения естественного соотношения полов) отбирали из промыслового закидного невода. Количество анализов определялось продолжительностью нерестового хода, поэтому в нечетные годы последний анализ приходился на конец июля, а в 2004 г. — на середину июля. Даты проведения анализов указаны в табл. 1-4, всего исследовано в 2001 г. 254/187 экз. (здесь и далее указаны самки/самцы), 2003 г. — 317/183, 2004 г. — 137/113, 2005 г. — 230/170 экз. горбуши.
С использованием метода электрофореза в блоках 5 %-ного полиакрил-амидного геля и последующего гистохимического окрашивания (Manchenko, 1994) выявляли активность следующих локусов: глицерол-3-фосфатдегидрогеназа (G3PDH*, 1.1.1.8.), малатдегидрогеназа (sMDH-B1,2*, 1.1.1.40.), 6-фосфоглюко-натдегидрогеназа (PGDH*, 1.1.1.44.), формальдегиддегидрогеназа (FDHG*, 1.2.1.1.) и фосфоглюкомутаза (PGM-2*, 5.4.2.2.). Локусы и аллели обозначали в соответствии с номенклатурой генов, кодирующих белки у рыб (Shaklee et al., 1990). Генетическую интерпретацию зимограмм локуса sMDH-B1,2* проводили в соответствии с моделью наличия двух дуплицированных локусов с двумя аллелями, белковые продукты которых обладают одинаковой электрофоретической подвижностью (Гагальчий, 1 986).
Гетерозиготность и индексы фиксации локусов находили по методу Нея (Nei, Chesser, 1983), для нахождения FST использовали поправку Чессера (Van den Bussche et al., 1986). Фиксационные индексы Нея находятся из соотношений наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности, где FIS — оценка отклонения числа наблюдаемых гетерозигот от количества ожидаемых в пределах выборки, FIT — то же для всех выборок, а FST показывает степень генетической дифференциации выборок. Статистическую значимость различий между наблюдаемой и ожидае-
мой численностью гетерозигот в выборке находили по формуле %2 = FIS2n, где n — численность выборки. Наличие генетической гетерогенности темпоральных выборок выявляли при помощи другой модификации теста %2 (Животовский, 1 991). Средняя гетерозиготность локуса в нескольких выборках подсчитывалась как средняя взвешенная, статистическая ошибка — по величине взвешенной средней дисперсии. Статистическую значимость различий значений гетерозигот-ности между выборками самок и самцов находили при помощи одностороннего теста Стьюдента. Величину корреляции частот генов между выборками рыб разного пола оценивали при помощи рангового коэффициента корреляции Спирме-на. Статистическую значимость различий в величинах частот генов между самками и самцами определяли тестом Уилкоксона. Указанный анализ выполнялся с использованием статистической программы STATISTICA (Боровиков, 2001).
Результаты и их обсуждение
Частоты аллелей в выборках самок и самцов горбуши приведены в табл. 14. На рис. 1, 2 показаны значения частот генов в выборках горбуши нечетных
лет. Нет статистически значимой гетерогенности частот генов в выборках разного времени нерестового хода как у самок, так и у самцов (см. значения %2 в табл. 1-4). Отсутствие временной гетерогенности в исследованной популяции связано с очень низкой генетической дифференциацией горбуши. Обычно статистически значимо не различаются не только выборки из одной популяции, но и популяции обширных регионов (Noll et al., 2001; Ефремов, 2002; Hawkins et al., 2002).
!S
Рис. 1. Распределение аллель-ных частот локусов G3PDH* (а), sMDH-B1,2* (б) и PGDH* (в) в темпоральных выборках популяции горбуши р. Ола. Цифры после F (самки) или M (самцы) обозначают год сбора материала
Fig. 1. D istribution of allele frequencies of loci G3PD H* (a), sMDH-B1,2* (б) and PGDH* (в) in temporal samples of populations of pink salmon in Ola river. Figures after F (female) or M (male) designate year of data collection
Дата
Рис. 2. Распределение ал-лельных частот локусов FDHG* (а) и PGM-2* (б) в темпоральных выборках популяции горбуши р. Ола. Цифры после F (самки) или M (самцы) обозначают год сбора материала
Fig. 2. D istribution of allele frequencies of loci FDHG* (a) and PGM-2* (б) in temporal samples of populations of pink salmon in Ola river. Figures after F (female) or M (male) designate year of data collection
Дата
Распределение частот генов в выборках разного времени нерестового хода в течение каждого из трех лет у самок не зависит от таковых значений у самцов (рис. 1, 2). Иначе говоря, межвыборочные колебания частот генов независимы для рыб разного пола. Статистический анализ показал, что корреляция значений частот генов в выборках самок и самцов имеется только в одном случае — при сравнении частот аллеля MDH*100 у самок и самцов 2003 г. (r = 0,947, p = 0,014). Вместе с тем использование теста Уилкоксона не обнаружило статистически значимой разницы в частотах аллелей между рыбами разного пола (исключение — 2001 г., FDGH*, W = 0, h = 0,043) в исследованных выборках. Первое заключение любопытно и нетривиально, второе вполне ожидаемо, поскольку исследована одна популяция.
Значения FIS у самок для трех первых локусов (G3PDH*, sMDH-B1,2*, PGDH*, табл. 5) отрицательны, что говорит о небольшом превышении численности наблюдаемых гетерозигот по сравнению с теоретически рассчитанным количеством (избыток гетерозигот). Прочие два локуса (FDGH*, PGM*) обычно имеют FIS > 0, т.е. наблюдается слабый недостаток гетерозигот. У самцов значения F отрицательны только для двух первых локусов (G3PDH*, sMDH-B1,2*, табл. 5), остальные обнаруживают разные значения в отдельные годы, что не позволяет отметить какую-либо однозначную тенденцию. Во всех случаях нет статистически значимого отклонения наблюдаемых генотипических частот от теоретически рассчитанного по формуле Харди-Вайнберга. Значения FIT принимают положительные или отрицательные величины аналогично с показателем FIS.
В череде трех исследованных нечетных поколений самок отмечено снижение значения FST, найденное по частотам локусов sMDH-B1,2*, PGDH* и FDGH*, тогда как FST у локусов G3PDH* и PGM-2* практически не изменилось. В выборках самцов наблюдались две противоположные тенденции (табл. 5). Часть локусов (G3PDH*, sMDH-B1,2* и FDHG*) имела тенденцию к снижению FST, тогда как у PGM-2* FST возросла на порядок. По частотам исследованных локусов среднее
СО СО от о от СО ОО от о
от ю СО см ю от ю СО ю ю СО О
.а СО 1 1 о см от 1—1 см ОО от см СО
* ^ о о о о сг ^ сг
см <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
£
О ОТ ,—1 ю см о от см СО ю СО ю
Си о ОО ОТ СО ^ о ю ^ от от СО СО о
о 1—1 о 1 1 СО ю СО ОО ю ^ о см 1—1 от
от от от а^ с^ а^ а^ сг от о С5
о" <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
, СО от см о ОО от СО о СО о СО
СО ю СО 1—1 1—1 ю от ю о ^ ^ о
СМ СО ОО СО ю от ^ СО от см ^
о сг о с^ о ^ о сг сг
X <Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
о
о СО от о СО ОО ^ СО
Р-. о см от от СО СО о СО от см от СО ю ю от
о СО о 1—1 от ОО ю СО о ю о о 1—1 СО
от от от ОО а^ а^ ОО от а^ сг от о со
<Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
СО СО ,_! от СО ,_! ,_!
СО СО ю СО о от ОО с^
см ю СО СО 1—1 о ^ о о СО см о ^ СО
С? о о о о сг сг о С2 сг
<Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
Ю см от СО ,_! от
СО ОО ОО 1—1 ОО ю
о !-1 !-1 о !-1 о о о о о о о о
от о о о о о сг С2
X <Э <Э <Э <Э С5 С5 С5
а
а от СО ^ СО СО
съ ю ОО см ОО ю ^ СО
о о о см о о о о о ^ о 1—1
от о о сг сг сг о
<Э <Э С5 С5 С5 С5
ю ,_! от от о ,_! см см СО ю
о СО см см ю ,—1 ю а^ СО ю ОО ,—1 ОО
о ОО ^ ОО СО от ,_1 ,_1 ,_1 о ОО о о
от от от от а^ а^ от сг о
<Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
ОО СО ю ОО ю ОО СО от ю ОО
СО ,—1 см от СО о ОО о ,—1 о
см см ю СО ^ 1—1 ОО от 1 ю ^
о о сг с^ сг С2 сг сг сг сг
<Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
С<1
,—* ОО ^ ^ см ОО ^ СО ю
т ю СО от СО ю см ^ см СО ОО ю
о о ,—1 о ,—1 о о ,—1 о о о о
X а^ о о о о о о о сг о о
а <Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5
£
(Л см см СО СО от ОО см ОО см ^ СО ОО
о СО ОО СО ^ о от о ю ю см от см ОО
о от СО ОО ю ОО ^ ОО ,_1 ОО о СО о !-1
от от от от а^ от а^ о с^ о сэ
<Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
,_! ю СО ю от о от от СО ОО СО
СО 1—1 ю см см ю от от от о 1—1 см
ю о СО СО см от ^ ^ о от СО
о о о ^ о С2 сг сг сг о сг
IX! о <Э <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
I—) съ
СО ю ,—1 см о ОО от .—1
а о от см СО от ^ о ОО ОО !-1 !-1 СО СО
о ю ^ о СО СО ю ,_1 ю о ю 1—1 «э Ю5
от от от от а^ от а^ о от о сэ СО
о" <Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
^ ьо со с^ аз о от а^ 1—1
СО ю ю СО СО СО СО СО !-1 X
С *—( *—( *—( *—( *—( ^—( *—( ^—( ^—( *—( га я
га я га я га я га я га я X <и га я
о X <и X <и X <и X <и X <и s X <и
с га о 1-0 га о оО
га га га га га га га га га га га га
О о о о о о о о о о н И о о
н С? о сг о сг
га от ю С5 С5
см см СО
значение фиксационного индекса для выборок самок в 2001 г. = = 0,01931) было аналогично таковому для самцов = 0,01979), а в 2005 г. оно стало в два раза меньше у самок = 0,00722) по сравнению с самцами ^ 5Т = 0,01916). Можно заключить, что по частотам исследованных локусов генетическая дифференциация выборок самок снизилась, т.е. выборки самок стали генетически более гомогенны, тогда как выборки самцов сохранили одинаковый в течение трех поколений уровень генетической дифференциации. Следовательно, вклад самок и самцов в суммарное по изученному набору локусов значение генетической дифференциации популяции горбуши р. Ола неодинаков. В 2005 г. FST темпоральных выборок горбуши р. Ола в большей степени поддерживалась самцами, а не самками, как в 2001 г. Различаются оба пола также и при сравнении FST у рыб четного и нечетного поколений: в четный 2004 г. у самок FST = = 0,01633, в два раза больше, чем в 2003 (0,00812) и 2005 (0,00722) гг., тогда как у самцов ситуация противоположная (в
2004 г. FST = 0,0125, в 2003 г. — 0,00958, в
2005 г. FST = 0,01916).
Тенденции в изменении полокусной гете-розиготности (Н) у самок выглядят следующим образом (табл. 5). Отмечен рост в той или иной степени гетерози-готности всех локусов (кроме G3PDH*), поэтому средняя гетерозигот-ность, подсчитанная по частотам 5 локусов, также увеличилась в 2005 г. (0,0958) по сравнению с 2001 г. (0,0700). В отличие от самок, у самцов гетеро-зиготность таких локу-сов, как G3PD Н*, FDGH* и PGM-2*, в выборках 2005 г. снизилась по сравнению с 2001 г. Следовательно, средняя по частотам 5 локусов гетерозигот-ность самцов имела тенденцию к снижению (в 2001 г. Н = 0,1170, в 2005 г. Н = 0,08366). В чем генетическая структура самок и самцов сходна, так э то в их более низкой гетерози-готности в четном поколении по сравнению с нечетным (табл. 5). Следует подчеркнуть, что изменение генетического разнообразия (гетерозиготности) не находится в прямой связи с изменением генетической дифференциации выборок. Насколько статистически достоверна указанная зависимость, можно ответить только при увеличении времени мониторинга, а также расширении числа полиморфных локусов.
га я к ч о га Н
см ш
га Н
со О О см
га ч О
к
Э
^
ю а о и
т о я
га о
о
га о
л н о о ж н о
о а ш н ш
т о
о ^
X о ч
X
3 ж
а
о
к
4 о с
=к
<и
<и ч ч га
3 н о н о га V
СО
о о
см
га О
-о
с
га
сл га
С
-о С
га
о о
О
СЬ о о
X О
а
о
ю о
£ СП
а а
^ ю
о о
см
ИЗ . ю
X
а
о о
X а сь
со
Оо о
о С
га н га
от ю ю ю ОО от ОО см ОО
ОО см ю см ,—1 ю СО см ^ см ОО
СО см ,—1 о со ОО со см ,—1 ,—1 ,—1 СО
о о с^ С2 сг сг с^ С? сг
о" <Э <Э С5 О С5 С5 С5 сэ С5 С5 О С5 С5
СО СО ю СО Ю Ю ю О ^ см
^ ОО ОО ю ,—1 О ,—1 ,—1 С? от см
СО ОО СО ОО ,—1 СО СО ю см о СО ,—1
от от от ОО а^ ОТ от а^ ОО сг а^ О
<Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 О
,_! ОТ ю ^ ОТ ю от , СО со ^ ОО
СМ ю ю см о ОО ,—1 ю ,—1 см ^ ^ ОО СО
ю СО ,—1 ОО см ОО о ю см от о от см
о о сг ^^ сг о С? сг С?
<Э <Э <Э С5 сэ С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 сэ
см ОТ ю ,_, ю см ОО СО ОО ,_, ,_! см
СО ю ОО ю ^ СО ,—1 ,—1 ОО ,—1
СО СО ю СО ОТ СО ю о ^ О
от от от от а^ ОО а^ а^ сг от сг
<Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
,_! СМ О СО см см от СО Ю
ю ОО ,—1 СО ю ОО см ,—1 СО СО
,—1 о см СО см ,—1 см ^ о СО о ,—1 О
о О сг о О сг сг С? о сг сг сг
<Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
от СО СМ с^ СО от
ОО ^ о ,—1 см
о о о о сг о О сг С5 О О сг о СО О о о о о о
<Э С5 о С5 С5 С5 С5
см СО Ю О ю
СО СО СО ^ ,—1 ю
о о см о ,—1 ,—1 о ,—1 ,—| о ,—1 о
о сг О о С? о сг
<Э С5 С5 С5 С5 С5 С5
,_! от ОТ ОО СО СО см от ОО
,—1 СО ю СО СО см ю ОО ^ ^ ,—1
от ,_1 ОО ОО ОО от ОО ,_1 ОО о от О
от от а^ от с^ от а^ а^ сг сг
о" <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
СО от см о СО см СО о о СО о о от ОО
от от от СО СО ю ,—1 СО СО СО ю от ^
,—1 ОО ОО от см ,—1 ОО от см см о
о о сг ^ см о о ^ о сг
<Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 с? С5 сэ С5 С5 С5
ОО СО см см ОО а^ см СО ^
со ,—1 СО ^ ^ СО о ,—1 о ^ СО СО
1—1 1—1 о см ,—1 СО см см 1—1 ,—1
С? о О сг сг о сг сг с? сг о о
<Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
см от СО ОО ,_! СО СО О ОО от о СО см
ОО о СО ОО ю см ОО ,—1 ю СО ю ,—1 СО
СО СО СО ^ СО о о
от от от от с^ от а^ а^ сг а^ о
<Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
см от от ю ^ от от ,_! СО ,_! ОО ,_! СО
см ю ,—1 ю см см ,—1 с^ СО с^ ю ,—1 СО ,—1
ю СО о ю СО СМ о ОО ю ОТ ,—1 ОО ,—1
о о сг сг о сг о сг о о о
<Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5
см от см см см ,_! о СО со СО см
СО ю СО ,—1 ^ СО ,—1 ,—1 О СО ,—1
СО СО СО ю ю СО о ю ,—1
от от от а^ с^ от а^ сг о
<Э <Э <Э С5 С5 С5 С5 С5 С5 С5 о~ С5 С5 С5
со и? с^ аз а^ 1—1
ю СО СО СО СО СО СО СО СО
*—( *—( *—( ^—( ^—( ^—( *—( *—( ^—( *—( га я
га я га я га Я га я га я X <и
X <и X <и X <и X <и X <и s
га о га о со оо
га га га га га га га га га га
О О О О О О О О О О Н Н
^
С? О С? О С?
ОО см' о<3
СМ см
со'
см от
от о
СО
ОО
я
<и
га О
Таблица 3
Частоты аллелей полиморфных локусов и гетерозиготность (h) самок и самцов горбуши р. Ола в 2004 г.
Table 3
Allele frequencies of loci and heterozygosity (h) of pink salmon females and males from Ola river in 2004
Дата Пол(п) G3PDH* 100 h 100 sMDH-Bl,2* 95 h 100 PGDH* 95 90 h FDGH 100 h
4.07 Самка (39) Самец (61) 0,9359 0,9426 0,1199 0,1082 1 0,9959 0 0,0041 0 0,0163 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0
9.07 Самка (66) Самец (34) 0,8788 0,9265 0,2130 0,1363 0,9811 0,9853 0,0151 0,0074 0,0736 0,0576 0,9924 0,9706 0 0 0,0076 0,0294 0,0151 0,0571 0,9924 0,9706 0,0151 0,0571
14.07 Самка (32) Самец (18) 0,9531 0,8889 0,0894 0,1975 1 0,9861 0 0 0 0,0544 0,9375 0,9722 0,0156 0 0,0469 0,0278 0,1186 0,0540 1 1 0 0
Е самка (137) 0,9124 0,0171 0,1598 0,0215 0,9909 0,0041 0,0051 0,0359 0,0200 0,9818 0,0081 0,0037 0,0146 0,0359 0,0373 0,9912 0,0175 0,0050
Е самец (113) 0,9292 0,0171 0,1316 0,0152 0,9912 0,0044 0,0044 0,0349 0,0133 0,9867 0,0076 0 0,0133 0,0263 0,0185 0,9964 0,0073 0,0190
Самка/%2 1,87 1,23 4,64 0,41
Самец/%2 0,62 0,30 1,71 0,0002
Таблица 4
Частоты аллелей полиморфных локусов и гетерозиготность (h) самок и самцов горбуши р. Ола в 2005 г.
Table 4
Allele frequencies of loci and heterozygosity (h) of pink salmon females and males from Ola river in 2005
Дата Пол(п) G3PDH* 100 h sMDH-Bl,2 100 95 * h 100 PGDH* 95 90 h FDGH* 100 h PGM-2* 100 h
6.07 Самка (47) Самец (53) 0,9681 0,9717 0,0618 0,0550 0,9521 0,9623 0,0159 0,0189 0,1782 0,1423 1 1 0 0 0 0 0 0 0,9255 0,9717 0,1379 0,0550 0,9681 0,9057 0,0618 0,1709
11.07 Самка (58) Самец (42) 0,9828 0,9286 0,0339 0,1327 0,9741 0,9643 0,0043 0,0060 0,099 0,1354 0,9914 0,9643 0 0 0,0086 0,0357 0,0171 0,0689 0,9138 0,9048 0,1576 0,1723 0,9655 0,9762 0,0666 0,0465
16.07 Самка (57) Самец (43) 0,9561 0,9535 0,0839 0,0887 0,9737 0,9767 0,0132 0,0058 0,1012 0,0898 0,9737 0,9651 0,0088 0 0,0175 0,0349 0,0515 0,0673 0,9123 0,9651 0,1600 0,0673 0,9386 0,9767 0,1153 0,0454
22.07 Самка (68) Самец (32) 0,9493 1 0,0963 0 0,9706 0,9609 0 0 0,1126 0,1473 0,9706 1 0,0074 0 0,0221 0 0,0574 0 0,9559 0,9688 0,0844 0,0606 0,8971 0,9531 0,1847 0,0894
^ СО ^ ОО СМ -н С? 05 59 92 о о
О о <э<э
0,9391 0,0112 0,9500 0,0118 3,73 3,45
см со СО ^ 31 ^ о Г- от ОТ 82 о о
о" о" <э<э
0,9283 0,0120 0,9529 0,0115 8 2,93
38 ^ СО 31 о о 82 ^ ОО 31 о о
<э<э <э<э
0 3 ,01 ,01
0, 0,
0 ,0 0
0,
0,9826 0,0061 0,9824 0,0071 1,96 3,15
—< ^ 68 21 ^ о 32 53 31 ^ о
<э<э <э<э
8 0 ,0 7 7 0 ,0
0, 0,
0,9685 0,0081 0,9662 0,0098 0,16 0,0005
СМ 13 —< О О 60 38 72 о о
<э<э <э<э
08 38 60 от о 84 10 61 от о 3,86 4 0 ,0
о"<э о"<э 0
X самка (230) X самец (170) а к м а О 1к я е м а и
Ранее (Горшков, Горшкова, 1988) на примере западно-камчатской популяции горбуши р. Утка показано, что половые особенности являются одним из источников (наряду с онтогенетической и брачной изменчивостью) внутрипопуля-ционного морфологического разнообразия. Причем для морфологического разнообразия основным источником является брачная и половая изменчивость, из-за одновозрастной структуры популяций горбуши размерная изменчивость имеет малое значение. Для генетического разнообразия значимым может быть половая изменчивость, возникающая из-за генетических отличий самок и самцов. Результаты нашей работы показали, что половая изменчивость действительно является существенным источником для внутрипопуляционного генетического разнообразия. Важным является не только и не столько величина межполовых отличий, сколько то, что найденные отличия неодинаковы в разные годы. Кроме того, горбуша облавливается в реке не только по правилам рыболовства, но и незаконным браконьерским способом. По последней причине соотношение полов на нерестилищах зачастую противоположно наблюдающемуся в устье р. Ола. Браконьерами вылавливаются прежде всего самки, что создает их дефицит на нерестовых участках. Как известно, малочисленный пол существенно влияет на эффективную величину популяции и, соответственно, на ее генетическую структуру.
Другим результатом изучения популяции горбуши р. Утка явилось то, что изменчивость размерно-весовых признаков в целом выше у самцов, а не у самок (Горшков, Горшкова, 1988). Аналогичный результат получен нами для популяции горбуши р. Ола: морфологическое разнообразие самцов больше, чем у самок (Агапова и др., 2003, 2007). Для генетического разнообразия столь однозначной закономерности нет. Гетерозигот-ность некоторых локусов в разные годы больше у самок, чем у самцов, тогда как для других локусов ситуация обратная. Среднее по 5 локусам значение Н статистически значимо больше у самцов только в 2001 г. (1 = 2,73, р < 0,05). Таким образом, более высокая морфологическая изменчивость самцов по сравнению с самками не сопровождается аналогичной закономерностью для генетического разнообразия.
Заключение
Итак, в нашей работе показано, что генетические параметры темпоральных группировок популяции горбуши имеют заметные особенности у рыб разного пола. Важно подчеркнуть, что размах и вектор таких различий зависит от конкретного локуса, что не позволяет охарактеризовать однозначно такую связь фразой: генетическая изменчивость (дифференциация) самцов всегда больше/меньше, чем у самок. Дальнейшие исследования, возможно, уточнят найденные закономерности, но сейчас очевидны различия в генетической структуре самок и самцов горбуши. Отмеченные межполовые различия невелики прежде всего из-за свойственной данному виду низкой генетической дифференциации. Возможно, по этой
Таблица 5
Индексы фиксации (F , FIT, FST) Нея и показатели ожидаемой гетерозиготности (Н, в скобках статистическая ошибка)
для горбуши р. Ола (числитель — самки, знаменатель — самцы)
Table 5
Nei's fixation indices and expected heterozygosity (H, statistical error) of pink salmon of Ola river
(numerator — females, denominator — males)
Локус 2001 2003 2004 2005 2001 2003 2004 2005
Fis Fit
G3PDH* -0,03483 -0,05273 -0,03672 -0,03603 -0,01494 -0,07812 -0,03276 -0,04774 -0,03181 -0,02657 -0,03275 -0,03603 -0,00083 -0,07096 -0,02730 -0,02759
sMDH-Bl,2* -0,01473 -0,05080 -0,05049 -0,03171 -0,01610 -0,00253 -0,04496 -0,04422 -0,01243 -0,03215 -0,04314 -0,02871 0,00237 0,00069 -0,04042 -0,04182
PGDH* -0,07286 -0,03430 -0,00907 0,00006 -0,03546 -0,01221 -0,01164 -0,02616 -0,00194 -0,00362 -0,00343 0,00767 -0,00755 -0,00289 -0,00437 -0,00742
FDGH* 0,14026 0,05582 0,05461 -0,05721 0,00591 -0,01328 0,06940 -0,05718 0,15124 0,07717 -0,04957 -0,04114 0,01213 0,00623 0,07355 -0,03946
PGM-2* 0,23194 0,04833 -0,00452 -0,00132 0,13776 -0,08182 0,24142 0,05215 0,01497 0,03166 0,15056 -0,03953
Fst H
G3PDH* 0,00305 0,02485 0,00383 0,00388 0,01390 0,00664 0,00529 0,01924 0,0793 0,0916 0,0758 0,0836 0,1598 0,1316 0,0712 0,0736
sMDH-Bl,2* 0,00228 0,01775 0,00700 0,00285 0,01818 0,00321 0,00434 0,00246 0,0577 0,1415 0,1260 0,1099 0,0359 0,0349 0,1261 0,1353
PGDH* 0,06610 0,02966 0,00560 0,00761 0,02696 0,00921 0,00718 0,01826 0,0273 0,0421 0,0312 0,0163 0,0359 0,0263 0,0343 0,0348
FDGH* 0,01277 0,02262 0,00478 0,01521 0,00626 0,01926 0,00446 0,01677 0,0900 0,1740 0,1043 0,0984 0,0175 0,0073 0,1332 0,0279
PGM-2* 0,01234 0,00409 0,01940 0,03293 0,01484 0,03909 0,0959 0,1360 0,1127 0,178 0,1144 0,0950
Среднее для всех локусов 0,01931 0,01979 0,00812 0,01250 0,01633 0,00958 0,00722 0,01916 0,0700 (0,0079) 0,1170 (0,0153) 0,0900 (0,0072) 0,08752 (0,0099) 0,0623 (0,0119) 0,06200 (0,0083) 0,0958 (0,0086) 0,08366 (0,0108)
Примечание. H — полокусная гетерозиготность.
причине в выполненных ранее исследованиях не рассматривался вопрос о межполовых генетических различиях у горбуши (Гагальчий, 1986; Глубоковский и др., 1989; Животовский и др., 1989; Картавцев и др., 1992; Алтухов, 1997; Агапова, Пустовойт, 1999; Пустовойт, 1999; Ефремов, 2002; Салменкова и др., 2006). Среди видов рода тихоокеанские лососи, размножающихся в реках азиатского побережья Тихого океана, только у нерки были проведены исследования особенностей генетической изменчивости у рыб разного пола (Алтухов, 1 997). Генетические различия между самками и самцами имеются и у горбуши, что позволяет считать перспективным изучение данной стороны генетической структуры ее популяции. Существенно, что в отдельные годы наблюдаются колебания полового соотношения — это может иметь большое значение для общего уровня генетического разнообразия популяции.
Автор благодарит сотрудников МагданНИРО И.С. Голованова и С.Л. Марченко за помощь в сборе материала и предоставленные данные о половом составе горбуши р. Ола.
Список литературы
Агапова Г.А., Голованов И.С., Марченко С.Л., Пустовойт С.П. Биологическое разнообразие самок и самцов североохотоморской горбуши Oncorhynchus gorbuscha // Изв. ТИНРО. — 2007. — Т. 149. — С. 205-218.
Агапова Г.А., Голованов И.С., Марченко С.Л., Пустовойт С.П. Биоразнообразие североохотоморской горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) // Чтения памяти В.Я. Леванидова. — Владивосток, 2003. — Вып. 2. — С. 523-530.
Агапова Г.А., Пустовойт С.П. Генетическая и фенетическая изменчивость популяций азиатской горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) // Экология. — 1999. — № 1. — С. 42-48.
Алтухов Ю.П. Популяционная генетика лососевых рыб : монография / Ю.П. Алтухов, Е.А. Салменкова, В.Т. Омельченко. — М. : Наука, 1997. — 288 с.
Аноприенко О.В., Закиян С.М. Эволюция половых хромосом млекопитающих: взаимодействие генетических и эпигенетических факторов // Генетика. — 2004. — Т. 40, № 8. — С. 1013-1033.
Бачевская Л.Т., Агапова Г.А., Пустовойт С.П. Межпопуляционная дифференциация и внутрипопуляционная структура кеты Oncorhynchus keta, горбуши O. gorbuscha и нерки O. nerka Северо-Востока России // Вестн. СВНЦ ДВО РАН. — 2007. — № 2. — С. 18-24.
Боровиков В. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов : монография. — СПб. : Питер, 2001. — 656 с.
Брыков В.А., Полякова Н.Е., Скурихина Л.А. и др. Популяционно-генетичес-кая структура горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) по результатам рестриктаз-ного анализа митохондриальной ДНК: временная гетерогенность в период нерестового хода // Генетика. — 1999а. — Т. 35, № 5. — С. 666-673.
Брыков В.А., Полякова Н.Е., Скурихина Л.А. и др. Популяционно-генетичес-кая структура горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) по результатам рестриктаз-ного анализа митохондриальной ДНК: динамика изменчивости в поколениях // Генетика. — 1999б. — Т. 35, № 5. — С. 657-665.
Варнавская Н.В. Геногеография по аллозимным локусам у тихоокеанских лососей // Популяционная биология, генетика и систематика гидробионтов. — Петропавловск-Камчатский : КамчатНИРО, 2005. — Т. 1. — С. 28-62.
Гагальчий Н.Г. Биохимический полиморфизм камчатской горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walb.). Сообщение II. Частоты аллелей полиморфных локусов в генерации четного года // Генетика. — 1986. — Т. 22, № 12. — С. 2839-2846.
Геодакян В.А. Эволюционная роль половых хромосом (новая концепция) // Генетика. — 1998. — Т. 34, № 8. — С. 1171-1184.
Геодакян В.А. Эволюционные хромосомы и эволюционный половой диморфизм // Изв. РАН. Сер. биол. — 2000. — № 2. — С. 133-148.
Глубоковский М.К., Животовский Л.А., Викторовский Р.М. и др. Популяционная организация горбуши // Генетика. — 1989. — Т. 25, № 7. — С. 1275-1285.
Голованов И.С., Марченко С.Л., Пустовойт С.П. Генетическое разнообразие североохотоморских популяций горбуши // Геология, география и биологическое разнообразие Северо-Востока России. — Магадан : СВНЦ ДВО РАН, 2006. — С. 325-327.
Гордеева Н.В., Салменкова Е.А., Алтухов Ю.П. и др. Генетические изменения у горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) в ходе акклиматизации в бассейне Белого моря // Генетика. — 2003. — Т. 39, № 3. — С. 402-412.
Горшков С.А., Горшкова Г.В. Некоторые особенности внутривидовой структуры у горбуши — Oncorhynchus gorbuscha (Salmoniformes, Salmonidae) 1. Основные источники морфобиологического разнообразия // Зоол. журн. — 1988. — Т. 67, вып. 3. — С. 384-395.
Ефремов В.В. Аллозимная изменчивость горбуши Oncorhynchus gorbuscha Сахалина // Вопр. ихтиол. — 2002. — Т. 42, № 3. — С. 409-417.
Животовский Л.А. Популяционная биометрия : монография. — М. : Наука, 1991. — 269 с.
Животовский Л.А., Глубоковский М.К., Викторовский Р.М. и др. Генетическая дифференциация горбуши // Генетика. — 1989. — Т. 25, № 7. — С. 1261.
Картавцев Ю.Ф., Ефремов В.В., Смирнов Н.В. и др. Анализ генетических распределений по аллозимным локусам в популяциях горбуши Oncorhynchus gorbuscha // Вопр. ихтиол. — 1992. — Т. 32, № 1. — С. 70-78.
Макоедов А.Н., Пустовойт С.П., Ермоленко Л.Н. и др. Популяционно-гене-тическое исследование горбуши, размножающейся в реках Северо-Востока России // Генетика. — 1993. — Т. 29, № 8. — С. 1366-1374.
Марченко С.Л., Голованов И.С., Хованский И.Е. Эффективность воспроизводства горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) р.Ола (северное побережье Охотского моря) // Сб. науч. тр. МагаданНИРО. — 2004. — Вып. 2. — С. 227-236.
Попадьин К.Ю. Эволюция полового размножения: роль вредных мутаций и мобильных элементов // Журн. общ. биол. — 2003. — Т. 64, № 6. — С. 463-478.
Пустовойт С.П. Анализ морфологических различий гомо- и гетерозиготных самок и самцов горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) популяции р. Ола (северное побережье Охотского моря) // Цитология и генетика. — 2006. — Т. 40, № 5. — С. 3-9.
Пустовойт С.П. Генетическое разнообразие популяций североохотоморской горбуши Oncorhynchus gorbuscha // Вопр. ихтиол. — 1999. — Т. 39, № 4. — С. 521-526.
Салменкова Е.А., Гордеева Н.В., Омельченко В.Т. и др. Генетическая дифференциация горбуши Oncorhynchus gorbuscha Walbaum в азиатской части ареала // Генетика. — 2006. — Т. 42, № 10. — С. 1371-1387.
Churikov D., Gharrett A.J. Comparative phylogeography of the two pink salmon broodlines: an analysis based on a mitochondrial DNA genealogy // Molecular Ecology. — 2002. — Vol. 11. — P. 1077-1101.
Devlin R.H., Nagahama Y. Sex determination and sex differentiation in fish. An overview of genetic and physiological, and environmental influences // Aquaculture. — 2002. — Vol. 2008, № 3-4. — P. 191-364.
Hawkins S.L., Varnavskaya N.V., Matzak E.A. et al. Population structure of odd-broodline Asian pink salmon and its contrast to the even-broodline structure // J. Fish Biology. — 2002. — Vol. 60. — P. 370-388.
Manchenko G.P. Detection of enzymes on electrophoretic gels: A handbook. — Boca Raton, FL : CRC Press. Inc., 1994. — 440 p.
Nei M., Chesser R.K. Estimation of fixation indices and gene diversiries // Ann. Hum. Genet. — 1983. — Vol. 47. — P. 253-259.
Noll C., Varnavskaya N.V., Matzak E.A. et al. Analysis of contemporary genetic structure of even-broodyear populations of Asian and western Alaskan pink salmon, Oncorhynchus gorbuscha // Fish. Bull. — 2001. — Vol. 99. — P. 123-138.
Shaklee J.B., Allendorf F.W., Morizot D.C., Whitt G.S. Gene nomenclature for protein-coding loci in fish // Transac. Amer. Fish. Soc. — 1990. — Vol. 119, № 1. — P. 2-15.
Van den Bussche R.A., Hamilton M.J., Chesser R.K. Problems of estimating gene diversity among populations // The Texas J. Science. — 1986. — Vol. 38, № 3. — Р. 281-287.
Поступила в редакцию 6.02.08 г.
