Молекулярная филогения и морфологические характеристики эндемичного Байкальского рода Baikalobia (Plathelminthes, Tricladida, Dendrocoelidae) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 577.21.06

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЛОГЕНИЯ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭНДЕМИЧНОГО БАЙКАЛЬСКОГО РОДА БЛІКЛЬОБІЛ (РЬАТИЕЬМШТИЕ8, ТМСЬАБГОА, БЕШКОСОЕЬГОАЕ)

© А.Г. Порфирьев, Л. Л. Фролова, А.И. Голубев, А. А. Ризванов

Ключевые слова: ген 18S рРНК; планарии рода Baikalobia; озеро Байкал; молекулярная филогения.

В статье проведен сравнительный анализ молекулярной филогении и морфологических характеристик планарий рода Baikalobia (Plathelminthes, Tricladida, Dendrocoelidae) озера Байкал. На основе молекулярного анализа гена 18S рРНК рода Baikalobia впервые показано независимое филогенетическое положение двух форм планарий -Baikalobia sp. и B. pseudoguttata. Выводы об автохтонном происхождении рода Baikalobia согласуются с гипотезой, выдвинутой другими исследователями.

ВВЕДЕНИЕ

Планарии эндемичного рода Baikalobia имеют существенные морфологические отличия от других родов планарий озера Байкал, в частности, наличие в половом аппарате мускульно-железистых органов или аденодактилей. Этот признак уже учитывался при построении филогенетических схем для планарий данного рода в работах Н.А. Порфирьевой (1973, 1977). Автором высказано предположение о независимом происхождении и эволюции планарий рода Baikalobia среди других групп байкальских планарий, основанное на результатах сравнительно-морфологического анализа полового аппарата и анализе кариотипов видов, составляющих этот род [1-3].

Впервые филогенетический анализ гена 18S рРНК трех видов из рода Baikalobia был проведен в 1996 г., в результате которого показано, что на межвидовом уровне представители рода Baikalobia образуют моно-филетическую группу. В заключение авторами была выдвинута гипотеза об автохтонном характере возникновения аденодактильных Baikalobia из безаденодак-тильных дендроцелид внутри самого озера Байкал [4]. Данная работа была посвящена проверке гипотезы, выдвинутой вышеуказанными авторами с целью уточнения межвидовых отношений внутри этой группы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе использованы нуклеотидные последовательности 18S рРНК пяти видов планарий рода Baikalobia'. Baikalobia guttata, Baikalobia pseudoguttata, Baikalobia copulatrix, Baikalobia variegata, Baikalobia sp. (табл. 1) и 18 видов из разных родов байкальских пла-нарий (табл. 2).

Множественное выравнивание нуклеотидных последовательностей проведено с помощью программы T-coffee (http://www.ebi.ac.uk/Tools/t-coffee/). Построение филогенетических деревьев выполнено методом ближайших соседей (NJ) программой NEIGHBOR из пакета программ PHYLIP. В качестве внешней группы для

Таблица 1

Исследуемые виды рода Baikalobia по гену 18S рРНК

Вид Код Авторы

Baikalobia pseudoguttata FJ479639 A.A. Rizvanov, L. L. Frolova, A.G. Porfiriev, N.I. Lannick [5]

Baikalobia variegata FJ479640

Baikalobia sp. FJ479638

Baikalobia copulatrix FJ479641

Baikalobia guttata Bgu К.Д. Кузнеделов, О.А. Тимошкин, В.П. Кумарев [4]

Таблица 2 Используемые виды из разных родов байкальских планарий по гену 18S рРНК

Вид Код Авторы

Arhicotylus stringulatus FJ472581 O.A. Timoshkin, A.G. Porfiriev, A.A. Rizvanov, N.I. Lannick, L.L. Frolova [5]

Arhicotylus elegans FJ472582

Dendrocoelopsis sp. FJ472583 A. Shumeev, A.G. Porfiriev, A.A. Rizvanov, N.I. Lannick, L.L. Frolova [5]

Archicotylus planus Apl К.Д. Кузнеделов, О.А. Тимошкин, В.П. Кумарев [4]

Archicotylus sp. Asp

Armilla livanovi Ali

Bdellocephala angarensis angarensis Baa

Bdellocephala angarensis bathyalis Bab

Bdellocephala angarensis melanocinerea Bam

Bdellocephala annandalei Ban

Bdellocephala brunnea Bbr

Hyperbulbina grubei Hgr

Hyperbulbina grubei Hgr

Protocotylus flavus Pfl

Protocotylus sp. Psp

Rimacephalus pulvinar Rpu

Sorocelis hepatizon She

Sorocelis nigrofasciata Sni

построения дерева исследуемых видов рода Baikalobia был выбран дивергентный вид Armilla livanovi (Ali) (рис. 2), общих видов - Bdellocephala angarensis angarensis (Baa), B. angarensis bathyalis (Bab), B. angarensis melanocinerea (Bam), B. annandalei (Ban), B. brunnea (Bbr) (рис. 4). Статистическая надежность узлов молекулярного дерева оценивалась с использованием бутстреп-анализа. Около каждого узла указана его надежность в значении числа псевдореплик из 1000. Просмотр филогенетических деревьев выполнен программой TreeView.

рода Baikalobia. Основные морфологические характеристики планарий Baikalobia и их обозначения приведены в табл. 3 и 4.

На филогенетическом дереве род Baikalobia разделился на две обособленные группы (рис. 2). Виды B. variegata и Baikalobia sp. объединились в общий кластер с высоким уровнем бутстреп-поддержки - 907.

По данным молекулярного анализа планарии B. variegata и Baikalobia sp. являются близкородственными формами по сравнению с остальными видами данного рода (рис. 3).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Филогенетический анализ внутриродового уровня Baikalobia. Изученные планарии относятся к байкальскому эндемичному роду Baikalobia из семейства Dendrocoelidae (рис. 1). К роду относятся следующие виды: Baikalobia guttata (Gerstfeldt, 1858), B. pseu-doguttata (Porfiriev, Zaytceva et Timoshkin, 2008), B. copulatrix (Korotneff, 1912),

B. variegatа (Korotneff, 1912), B. raddei (H. Sabussov, 1903). Перечисленные виды широко распространены по Байкалу, за исключением редкого вида B. raddei, и населяют литоральную часть озера. В дополнение к общеизвестным видам нами была исследована цветовая вариация Baikalobia sp. с неопределенным таксономическим статусом, внутренняя морфология которой значительно отличается от остальных планарий

Рис. 1. B. variegata: строение глотки, полового аппарата, аденодактиля (авт. А.Г. Порфирьев)

Таблица 3

Морфологические характеристики планарий Baikolobia

A B C

вид a b a b a b c

B. guttata □ □ • О A Д ▲

B. pseudoguttata □ □ • О ▲ Д Д

Baikalobia sp. ■ ■ • • Д Д ▲

B. copulatrix □ ■ • • Д Д ▲

B. variegata □ □ o • Д Д ▲

B. raddei □ 0 • • ▲ Д Д

Таблица 4

Обозначения морфологических характеристик (к табл. 3)__________________________

А,а аденодактиль, состояние наличие □ отсутствие ■

A,b количество аденодактилей < 2 и 2 □ > 2 ■

B,a папилла цилиндрическая О коническая •

B,b семеводы впадают вместе о независимо •

C,a Дополнительный продольный слой в глотке наличие д отсутствие ▲

C,b глотка цилиндрическая д - -

С,с длина глотки < 1500 мкм д > 1500 мкм А

Рис. 2. Филогенетическое дерево по гену 18S рРНК по планариям Baikalobia, построенное методом ближайших соседей (NJ)

A B C

a b a b a b c

□ □ • О ▲ Д ▲

□ ■ • • Л Д А

□ □ • О ▲ д д

■ ■ • • Л д А

□ □ о • А д А

Рис. 3. Сравнение филогенетического дерева с морфологическими характеристиками для планарий рода Baikalobia

B. variegata и Baikalobia sp.: Морфологические характеристики полового аппарата столь различны между видами Baikalobia sp. и B. variegata, что не могут указывать на тесное родство этих форм. Это связано с отсутствием аденодактиля в половом аппарате формы -Baikalobia sp., что особенно принципиально несвойственно остальным планариям этого рода, которые сгруппированы вокруг этого вида на дереве. Отсюда можно сделать предварительное заключение, что отсутствие аденодактиля у Baikalobia sp. в половом аппарате является вторичным упрощением, т. е. у предко-вых форм данного таксона он мог присутствовать в половом аппарате. Напротив, строение глоток у Baika-

lobia sp. и B. variegata весьма схоже. Более тесное родство между этими видами, на наш взгляд, может быть связано с окраской планарий и иными характеристиками, которые еще предстоит исследовать.

Таким образом, несмотря на объединение форм B. variegata и Baikalobia sp. в одну кладу, полного единства во внутренней морфологии между ними нет.

B. pseudoguttata и B. copulatrix: Виды объединились в общую группу, несмотря на различия в морфологическом описании этих форм. Вид B. pseudoguttata обладает двумя аденодактилями, семеводами, впадающими вместе в семенной пузырек, а также у данного вида отсутствует внутренний продольный слой мышц

634

■ 668

1000

244

■ 578

624

232

249

363

■ 385

358

607

522

448

903

948

452

413

664

531

Dendrocoelopsis sp. Baa Bab Bam Bbr Ban

A stringulatus

A. elegans

Bgu

B. pseudoguttata Б. copulatrix

Б. variegata Baikalobia sp.

Psp

Hgr

Pfl

Pap

She

Rpu

Asp

Apl

Ali

Sni

Рис. 4. Филогенетическое дерево по гену 188 рРНК по планариям разных родов, построенное методом ближайших соседей (№)

во внешней стенке глотки. Для сравнения у B. copula-trix присутствуют 8-9 аденодактилей, семеводы раздельно впадают в семенной пузырек. К тому же размеры и окраска этих двух видов сильно различаются. Конечно, нельзя исключать и того, что виды B. pseudogutta-ta и B. copulatrix в действительности могут быть близкородственными формами, т. к. кластер, в который они объединились, имеет высокое значение бутстреп-поддержки - 900.

B. guttata: Вид занимает особое положение в филогенетической реконструкции, приближаясь к положению аут-группы, или группы, стоящей близко к «корневому» предку рода Baikalobia. Таким образом, исключительное положение данного вида можно отчасти объяснить, что подобные формы, похожие на B. guttata, могли являться гипотетическими предковыми формами рода Baikalobia.

Филогенетический анализ межродового уровня.

На филогенетическом дереве среди планарий других родов озера Байкал, род Baikalobia образует монофиле-тическую группу с оценкой статистической достоверности - 624 (рис. 4).

Оценка бутстреп-поддержки равна 244 из 1000 псевдореплик при сравнении с группой Archicotylus (A. stringulatus и A. elegans) и 232 из 1000 псевдореплик при сравнении с группой родов Papilloplana, Hyperbulbina, Sorocelis, Rimacephalus.

Таким образом, ближайших родственных групп на межродовом уровне для планарий Baikalobia не обнаружено. Тем не менее, несмотря на низкую статистическую оценку бутстреп-поддержки, планарии рода Baikalobia имеют общий корень со всеми остальными родами безаденодактильных планарий Байкала. Вероятное объяснение связано с высоким уровнем дивергенции, произошедшей в течение эволюции данной группы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последнее время систематика рода Baikalobia частично изменилась. Было выявлено, что среди цветовых вариаций планарий Baikalobia имелись самостоятельные виды [6]. В 2008 г. был описан самостоятельный вид B. pseudoguttata (Porfiriev, Zaytseva et Timosh-kin, 2005), который является близкородственным виду B. guttata по данным сравнительной морфологии. Этот вывод подтверждается и результатами нашей работы -молекулярной реконструкцией филогенетических отношений по гену 18S рРНК.

Кроме этого, проверено предположение, что еще одна цветовая вариация Baikalobia sp. является также самостоятельным видом. По предварительным результатам сравнительной морфологии, эта форма не обладает аденодактилями, что в корне отличает ее от всех остальных планарий Baikalobia, и филогенетический анализ по гену 18S рРНК Baikalobia sp. подтверждает эту гипотезу.

Отсутствие в нашей работе одноаденодактильного редкого вида B. raddei из рода Baikalobia предполагает дальнейшее исследование в этом направлении. Для нас представляет научный интерес, какое положение на филогенетическом дереве займет данный вид, который у предыдущих исследователей в ранних филогенетических реконструкциях фигурировал как предковая форма рода Baikalobia.

О происхождении планарий рода Baikalobia уже высказывались различные предположения [2, 4]. К. Д. Куз-неделов и О. А. Тимошкин (1996) считали, что все виды рода Baikalobia имеют автохтонный характер происхождения от безаденодактильных дендроцелид внутри озера Байкал. Наша филогенетическая реконструкция (рис. 4)

отношений планарий Baikalobia c другими планариями озера Байкал полностью подтверждает данный вывод.

ЛИТЕРАТУРА

1. ПорфирьеваН.А. Фауна планарий озера Байкал. Казань, 1973. 190 с.

2. Порфирьева Н.А. Планарии озера Байкал. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1977. 208 с.

3. Умылина Т.М. Мейотические хромосомы планарий Baikalobia (Tricladida, Paludicola) // Зоол. ж. 1973. Т. 52. Вып. 2. С. 261-263.

4. Кузнеделов К.Д., Тимошкин О.А., Кумарев В.П. Молекулярная филогения планарий (Turbellaria, Tricladida, Paludicola) озера Байкал, установленная сравнительным анализом нуклеотидных последовательностей 18S рибосомной РНК // Молекулярная биология. 1996. Т. 30. Вып. 6. С. 1316-1325.

5. Базы данных нуклеотидных последовательностей на сайте NCBI: GenB ank/EMBL/DDB J (http://www.ncbi. nlm. nih. gov).

6. Порфирьев А.Г., Зайцева Е.П., Тимошкин О.А. Морфология, систематика и особенности экологии Baikalobia pseudoguttata sp. nov. (Plathelminthes, Tricladida, Paludicola) из озера Байкал. Аннотированный список фауны озера Байкал и его водосборного бассейна // Водоемы и водотоки юга Восточной Сибири и Северной Монголии. Новосибирск: Наука, 2008. Т. 2. Кн. 1. С. 707-720.

БЛАГОДАРНОСТИ: Авторы приносят особую благодарность заведующему лабораторией водных беспозвоночных Лимнологического института Сибирского отделения РАН (Иркутск), доктору биологических наук О.А. Тимошкину за консультации в области исследования триклад.

Поступила в редакцию 15 февраля 2009 г.

Porfiryev A.G., Frolova L.L., Golubev A.I., Rizvanov A.A. Molecular phylogeny and morphological characteristics of endemic Baikal genus Baikalobia (Plathelminthes, Tricladida, Dendro-coelidae). In this article the comparative analysis is made both for molecular phylogeny and morphological characteristics of plana-rians of genus Baikalobia (Plathelminthes, Tricladida, Dendrocoe-lidae) from the lake Baikal. On the basis of molecular analysis of gene 18S rRNA of genus Baikalobia the independent status of two species of planarians - Baikalobia sp. and B. pseudoguttata is shown. Conclusions about native-born of genus Baikalobia adjust with the same hypothesis of other authors.

Key words: gene 18S rRNA; planarians of the Baikalobia genus; lake Baikal; molecular phylogeny.