CC BY
105
УДК 575.17
А.М. Русакова1, Г.Н. Артемов1, В.Н. Стегний1, 2
Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университета» (г. Томск)
2Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
ИНВЕРСИОННЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ МАЛЯРИЙНОГО КОМАРА (Anopheles messeae Fall.) ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АРЕАЛА
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.»
(ГК № 02.740.11.0278; ГК № П801; ГК №П914).
Проведено цитогенетическое исследование природных популяций Anopheles messeae Fall. восточной части видового ареала: две популяции г. Красноярска, популяция г. Иркутска и популяция г. Гусиноозерска (Республика Бурятия). Установлено, что в изученных популяциях доминировали особи с хромосомными вариантами XL11 и 2Я0а Различие популяций наблюдалось по частотам инверсионных генотипов в 3R хромосоме: в популяции г. Красноярска преобладали комары с вариантом 3R0a а в популяции г. Гусиноозёрска - с вариантом 3R11. По хромосоме 3L в популяциях г. Красноярска доминировали особи с хромосомным вариантом 3L0a а г. Гусиноозерска - с вариантом 3L11. В выборках г. Красноярска обнаружены малярийные комары An. beklemishevi. Частотное распределение инверсионных генотипов в изученной части ареала An. messeae остаётся неизменным в течение длительного времени.
Ключевые слова: инверсионный полиморфизм; малярийные комары; Anopheles.
Введение
Многочисленные цитогенетические исследования представителей отряда Díptera показали, что распространённой формой хромосомного полиморфизма популяций в данной систематической группе является полиморфизм по парацентрическим инверсиям [1-3]. Сезонная цикличность и клинальное распределение частот инверсий по ареалам полиморфных видов двукрылых насекомых служат доказательством адаптивной роли инверсионного полиморфизма в природе [4-8].
Малярийные комары Anopheles комплекса maculipennis являются удобным объектом для цитогенетических исследований. Этот комплекс включает девять видов, в том числе вид Anopheles messeae Fall., который имеет огромный ареал и населяет почти всю бореальную область Палеарктики. An. messeae относится к полиморфным видам и имеет пять инверсий, широко распространённых по ареалу в гомо- и гетерозиготном состояниях [9-10]. Частоты инверсий в популяциях An. messeae связаны с климатическими и экологическими условиями обитания комаров и имеют клинальный характер, что позволяет сделать вывод о важной роли инверсий в видовой системе генетической адаптации этих насекомых [9-10].
В последние несколько лет появились сведения об изменении границ видового ареала и частот инверсий в популяциях комаров комплекса тасиїіреп-и/5. Исследователи связывают подобные изменения с потеплением климата [11-12]. На наш взгляд, приведенная в литературе информация недостаточна для оценки воздействия глобального изменения температуры на структуру популяций малярийных комаров. Малярийный комар Ап. те55еае с его обширным ареалом и подробно изученным инверсионным полиморфизмом чрезвычайно удобен для этих целей. Популяционно-генетический анализ этого вида необходимо проводить, охватывая популяции всего видового ареала, а также в сравнении с ранее проведенными исследованиями.
Целью настоящей работы является сравнительный цитогенетический анализ инверсионного полиморфизма малярийных комаров Ап. те55еае из нескольких географически разобщённых природных популяций восточной части ареала вида.
Материалы и методики исследования
В настоящей работе проведен цитогенетический анализ природных популяций малярийных комаров Ап. те55еае следующих географических районов: Красноярский край (две популяции), Иркутская область, Республика Бурятия. Места сбора, дата и объём выборок малярийных комаров представлены в таблице.
Место, дата сбора и объём выборок малярийных комаров
Место сбора Дата сбора Число изученных особей, экз.
Красноярский край (г. Красноярск)
с. Старцево (№ 1) 04.08.2008 5
п. Емельяново (№ 2) 05.08.2008 8
Иркутская область, ст. Вересовка (г. Иркутск) 08.08. 2008 73
Республика Бурятия (г. Гусиноозёрск) 09.08.2008 43
Выборки малярийных комаров из Красноярского края были объединены, так как не имели статистически значимых отличий (р < 0,05) по частотам инверсионных генотипов всех хромосом.
Для проведения цитогенетического анализа фиксировали яичники на 2— 4-й стадии развития по Cella [13]. Препараты политенных хромосом готовили по стандартной лактоацетоорсеиновой методике [2] и анализировали под микроскопом Axiostar plus («Zeiss», Германия). Цитогенетическую диагностику видов и обозначение инверсий проводили с использованием стандартных карт политенных хромосом [6, 10, 14].
Статистическая обработка и построение графиков выполнены в программе Statsoft Statistica for Windows 6.0. Статистическую значимость отличий оценивали с помощью t-критерия Стьюдента и теста Манна-Уитни. Данные на рис. 1 представлены в виде частот особей с указанием ошибки доли выборочности.
Результаты исследований и обсуждение
В четырех выборках малярийных комаров были найдены особи, принадлежащие к двум видам: An. messeae и An. beklemishevi. Причем An. bek-
Іеті5ке\п был обнаружен только в выборке г. Красноярска, где проходит восточная граница его ареала [14-15]. Ап. messeae обнаружен во всех выборках, результат анализа распределения частот инверсионных генотипов этого комара представлен на рис. 1.
і -
15 0,8 -
Ю
ІЗ 0,6 -
0
1 °’4-1:1 0,2 -
0 -
□ _00 И_01 Щ_11 I
1 -
»5 0,8 -
ю
8 0,6 -<з
К 0,4 -§
с! 0,2 -0 -
гЪ г-ї-і Г1"!
ъ -*1
Красноярск
Иркутск
Гусиноозёрск
I Щ_00 и_01 □ _11 I
а
Красноярск
Иркутск
Гусиноозёрск
I Щ_00 и_01 □ _111
1 -
»5 0,8 -
8 0,6 -
<3
К 0,4 -
£ 0,2 -
0 -
Красноярск
Пі ті
Иркутск
Гусиноозёрск
I П_00
XI
2К
3К
31.
11
Рис. 1. Распределение частот инверсионных генотипов в природных популяциях Ап. теззеае:
00, 01, 11 - инверсионные генотипы; ХЬ, 2Я, 3Я, 3Ь - хромосомні
В популяциях г. Красноярска (№ 1, № 2) выявлено три инверсионных генотипа: ХЬ00, ХЬ0і и ХЬц. Особи с генотипом ХЬц преобладали с частотой 64%. В популяциях гг. Иркутска и Гусиноозерска все комары имели генотип ХЬц. По
хромосоме 2R в четырех популяциях распределение частот генотипов было сходным: доминировали особи с генотипом 2Rq0 (88-90%), около 10% имели генотип 2R0i, в то время как комаров с 2Rh не было ни в одной выборке (см. рис. 1). По 3R наблюдали замещение альтернативных гомозигот в долготном направлении. В западных популяциях (Красноярск (№ 1, № 2)) кариотип 3Rh отсутствует, тогда как в восточной популяции (г. Гусиноозёрск) этот вариант представлен уже у 80% особей (см. рис. 1). В популяциях гг. Красноярска и Иркутска по 3L хромосоме преобладает генотип 3L00, при этом в г. Иркутске доля гетерозигот 3L01 значительно больше (рис. 1). В популяции г. Гусиноозёрска представлены все инверсионные генотипы по 3L хромосоме. Генотип 3L11, не обнаруженный в популяциях гг. Красноярска и Иркутска, в г. Гусиноозёрске составляет 36%. Анализ цитогенетических данных выявил статистические отличия популяций An. messeae только по частотам инверсий в третьей хромосоме. Так, по 3R хромосоме отличаются популяции гг. Иркутска и Гусиноозёрска, а по 3L хромосоме - популяции г. Красноярска от популяций гг. Иркутска и Гусиноозёрска.
Полученные результаты в целом согласуются с исследованиями, проведенными в 1970-х гг., когда в западной части ареала преобладали гомозиготы XL00, а в восточной - XLn; в центральных и южных популяциях доминировали гомозиготы 2Roo; по инверсии 3Ri с запада на восток ареала наблюдалось постепенное замещение гомозигот 3Roo на 3Rh; гомозиготы 3L00 и гетерозиготы 3L01 преобладали в большей части изученных популяций, но к северу и востоку ареала увеличивалась доля гомозигот 3Ln [9-10].
Таким образом, частотное распределение инверсионных вариантов устойчиво во времени, что позволяет утверждать о стационарности видового ка-риофонда An. messeae в восточной части ареала.
Литература
1. Keyl H.G. Chromosomenevolution bei Chironomus. Chromosomenumbauten und phulogenetishe
Beriehungen der Arten // Chromosoma. 1962. Vol. 13. P. 464-495.
2. Кабанова В.М., Карташова Н.Н., Стегний В.Н. Кариологическое исследование природных
популяций малярийного комара в Среднем Приобье. Сообщение I. Характеристика карио-типа Anopheles maculipennis messeae // Цитология. 1972. Т. 14, № 5. С. 630-636.
3. Чубарева Л.А. Хромосомный полиморфизм в природных популяциях кровососущих мошек
и некоторых других двукрылых насекомых // Цитология. 1974. Т. 6, № 3. С. 267-280.
4. Дубинин Н.Д., Тиняков Г.Г. Климат и распространение инверсий по ареалу вида Droso-
phila funebris // Доклады АН СССР. 1947. Т. 56, № 9. С. 965-968.
5. Dobzhansky Th. Genetics of natural populations. XXVII. The genetic changes in populations of Dro-
sophila pseudoobscura in America soutwest Evolution // Genetics. 1958. Vol. 44. P. 280-293.
6. Стегний В.Н., Кабанова В.М., Новиков Ю.М. Кариотипические исследования малярий-
ного комара // Цитология. 1976. Т. 18, № 6. С. 760-766.
7. Плешкова Г.Н., Стегний В.Н., Новиков Ю.М., Кабанова В.М. Инверсионный полимор-
физм малярийного комара Anopheles messeae. Сообщение III. Временная динамика концентраций инверсий в популяции центра ареала // Генетика. 1978. Т. 14, № 12. С. 2169-2176.
8. Перевозкин В.П. Научно-практическое руководство по малярии. Томск: Изд-во Том. ун-
та, 2007. С. 105.
9. Стегний В.Н., Кабанова В.М., Новиков Ю.М., Плешкова Г.Н. Инверсионный полимор-
физм малярийного комара Anopheles messeae. Сообщение I. Распространение инверсий по ареалу вида // Генетика. 1976. Т. 12, № 4. С. 47-55.
10. Стегний В.Н. Инверсионный полиморфизм малярийного комара Anopheles messeae. Сообщение IV. Стационарность частотного распределения инверсий по ареалу вида // Генетика. 1983. Т. 19, № 3. С. 466-473.
11. Новиков Ю.М. Эффекты глобального потепления: направленная динамика пропорции вида Anopheles и цитогенетическая структура таксона Anopheles messeae Fall Западной Сибири // Материалы научных чтений «Проблемы эволюционной цитогенетики, селекции и интродукции». Томск: Изд-во Том. ун-та, 1997. С. 39.
12. Маркович Н.Я. Реакция биоты на потепление климата в Европе // Медицинская паразитология и паразитарные болезни. 2003. Т. 15. С. 23-26.
13. Руководство по медицинской энтомологии / Под ред. В.П. Дербеневой-Уховой. М.: Медицина, 1974. 360 с.
14. Стегний В.Н., Новиков Ю.М., Кабанова В.М. Цитогенетический анализ и распространение малярийного комара Anopheles beklemishevi // Зоологический журнал. 1978. Т. 57, № 6. С. 871-876.
15. Стегний В.Н. Популяционная генетика и эволюция малярийных комаров. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1991. С. 135.
Поступила в редакцию 15.02.2011 г.
Antonina M. Rusakova1, Gleb N. Artemov1, Vladimir N. Stegniy1, 2
1Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia 2Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
THE INVERSION POLYMORPHISM OF NATURAL POPULATIONS OF MALARIAL
MOSQUITO Anopheles messeae IN EAST PART OF A SPECIFIC AREAL
In the present study the cytogenetic investigation of four Anopheles messeae natural populations (two from Krasnoyarsk region, one from Irkutsk region and one from Gusinoozersk in Buryat Republic) in east species areal has been conducted. The two sample species from Krasnoyarsk region have been united in one since they had no statistically significant differences (p<0,05) of frequency of inversion genotypes of all chromosomes. For cytogenetics analysis the lactoacetoorsein preparations of polytenic chromosomes of ovarian’s nurse cells have been made. For cytogenetics diagnostics of species and identification of inversions the standard maps of polytene chromosomes were used. Statistical significance of differences was estimated by means of a Student's t-test and Mann-Whitney U-test by using Statistica 6.0. The results of the research of four samples presented in the given work have shown the presence of An. beklemishevi and An. messeae. The An. beklemishevi has been only found in samples of Krasnoyarsk, where eastern boundary of its areal passes. The An. messeae has been found in all samples. In Krasnoyarsk populations three variants of inversions genotypes: XL0 XL01 и XL11 have been revealed. The XL11 variant prevailed (64%). In Irkutsk and Gusinoozersk populations all individuals have XL11 chromosome genotype. Frequency distribution of inversion genotypes of chromosome 2 in four populations was similar: 2R00 were predominating in all populations. The 2R11 were not observed. Replacement of alternative homozygotes at 3R in a longitudinal direction was observed. In the western populations (Krasnoyarsk) the karyotype 3R11 is absent, whereas in east population (Gusinoozersk) this variant is presented with 80 % of individuals. 3L00 predominate in Krasnoyarsk and Irkutsk populations, but in Irkutsk a share of 3L01 heterozygote is much more.
In population of Gusinoozersk all inversion genotypes of 3L chromosome are presented . The 3L11 genotype, which is not found in populations of Krasnoyarsk and Irkutsk, in Gusinoozersk was 36 %. The analysis of the cytogenetic data has revealed statistical differences of populations An. messeae only on frequencies of inversions in the third chromosome. Populations of Irkutsk and Gusinoozersk differ on 3R chromosome. Population of Krasnoyarsk differs from Irkutsk and Gusinoozersk population on 3L chromosome.
Key words: inversion polymorphism; malarial mosquito; Anopheles messeae.
Received February 15, 2011
