CC BY
59
COMPARATIVE MORPHOLOGICAL ANALYSIS OF TWO SPECIES OF CAMPTOCHIRONOMUS KIEFFER, 1918 (DIPTERA, CHIRONOMIDAE) -
C. TENTANS (FABRICIUS, 1805) AND C. PALLIDIVITTATUS EDWARDS, 1929 FROM
LOWER VOLGA REGION
N. V. Polukonova
Saratov State Medical University
Morphological analysis of two spesies Camptochironomus Kieffer, 1918 (Chironomidae, Diptera) - C. tentans (Fabricius) 1805 and C. pallidivittatus Edwards, 1929 from Lower Volga region are represent.
Key words: morphological analysis, larvae, pupae, imago, Camptochironomus, C. tentans, C. pallidivittatus.
УДК 575.17:598.126.3
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЛОГЕНИЯ РОДА DAMOPHILA (LEPIDOPTERA,
COLEOPHORIDAE) НА ОСНОВЕ ДАННЫХ АНАЛИЗА ГЕНА COI
М. В. Кнушевицкая, В. В. Аникин, А. Г. Дёмин
Саратовский государственный университет
Проведенные авторами исследования показали эволюционную близость видов Damophila mayrella, D. paramayrella, а также D. hieronella, сформировавшихся с учетом данных о времени формирования рода Trifolium не ранее плиоцена. Эволюционно «старые» из современных видов рода - D. trifolii и
D. deauratella, сформировавшиеся в середине миоцена.
Ключевые слова: филогения, моли-чехлоноски, Damophila, COI, молекулярная систематика.
Род Damophila является одним из наиболее примечательных таксонов семейства молей-чехлоносок Coleophoridae (Lepidoptera). В его состав входят виды, личинки которых представлены монофагами и олигофагами, обитающими почти исключительно на растениях рода Trifolium. Такая узкая специализация за редким исключением (Perygra, Orghidania, Protocryptus) несвойственна для большинства родов молей-чехлоносок и может быть свидетельством коэволюционного формирования видов Damophila и клевера. Протестировать данную гипотезу возможно путем реконструирования молекулярно-генетических связей видов, объединяемых в род Damophila. Полученные данные позволят оценить вероятность монофилетического происхождения рода, а также в случае положительного результата провести датировку времени формирования его видов с применением гипотезы молекулярных часов.
Одним из наиболее удобных филогенетических маркеров для проведения молекулярно-генетических реконструкций является ген первой субъединицы цитохром С оксидазы (COI) мтДНК. COI относится к генам домашнего хозяйства, что обусловливает консервативность длины его последовательности. Вариабельность гена обусловлена только точечными мутациями по типу замен, частота возникновения которых в среднем в 10 раз превышает таковую у ядерных генов. Изменения нуклеотидной последовательности по типу кроссинговера, делеции и вставок отсутствуют, что позволяет легко анализировать генетические связи как близких, так и эволюционно удаленных родов. Всё это позволяет с успехом применять ген COI для установления родственных связей широкого круга организмов, в том числе таксонов отряда Lepidoptera.
Материалы и методы
Определение нуклеотидной последовательности гена COI было впервые проведено для 5 видов молей-чехлоносок рода Damophila (Coleophoridae), а также видов, составивших внешнюю группу: Metapista stramentella, Razowskia flaviella, Helophorea ledi, Stabilaria univittella, Helvalbia lineolea, на основании типового материала из коллекции лаборатории систематики насекомых Зоологического института РАН (г. С.-Петербург) и фондов Зоологического музея Саратовского госуниверситета (сборы В. В. Аникина).
Секвенирование 5'-концевого фрагмента гена COI выполнялось на базе Канадского центра ДНК-штрихкодирования Иститута биоразнообразия Университета штата Онтарио в городе Гуэльфе (Canadian Centre for DNA Barcording Biodiversity Institute of Ontario University of Guelph) в рамках научной программы «Barcode of Life», проекты: «Coleophoridae of the Old World» [MPAEB], «Microlepidoptera of the Palearctic 1» [MPEA] и «Microlepidoptera of the Palearctic 2» [MPEB], руководитель - Дж.-Ф. Ландри (Jaen-Francois Landry). Выделение ДНК, амплификация гена COI и его секвенирование проводили по стандартным методикам (Hebert et al., 2003) c использованием праймеров LepF1-LepR1 (Ivanova et al., 2006). При сравнении видов использованы данные GenBank
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank) и Канадского центра ДНК-штрихкодирования по гену COI.
Всего для проведения филогенетической реконструкции использовалось 13 сиквенсов гена COI (таблица). ^кве^ы гена 3 представителей молей-чехлоносок были привлечены из общедоступной базы данных - GenBank (таблица). Названия видов, приведенные в таблице, соответствуют дробной классификации авторов Капуше (Capuse, 1971, 1973, 1975), Фальковича (1972, 1987, 2003, 2005) и Аникина (2002).
Сиквенсы гена COI, использованные для филогенетического реконструирования
Сиквенсы, полученные авторами лично
Видовое название Номер Видовое название Номер
Damophila alcyonipennella MPEA369-08 Dumitrescumia hydrolapathella MPEA498-08
Damophila frischella MPEA051-07 Stabilaria univittella MPEA648-08
Damophila hieronella MPEA221-08 Helophorea ledi MPEA519-08
Damophila mayrella MPEA764-08 Helvalbia lineolea MPEA521-08
Damophila paramayrella MPEA296-08 Razowskia flaviella MPEA261-08
Сиквенсы, заимствованные из базы данных GenBank
Видовое название Номер Авторы сиквенса
Razowskia flaviella ELACA1960-12 Lic. Jaen-Francois Landry
Damophila deauratella HM866799 iBOL Working Group, deWaard J. 2011
Damophila trifolii FJ412320 deWaard et al., 2009
Выравнивание нуклеотидных последовательностей, расчет генетических дистанций, выбор наиболее оптимальной эволюционной модели, расчет времени дивергенции с использованием модели строгих молекулярных часов и филогенетические реконструкции проводили в пакете программ MEGA6.06 (http://www.megasoftware.net/index.php). Оценка достоверности полученной топологии выполнялась с использованием bootstrap-теста в 1000 повторностях (Felsenstein, 1985).
Филогенетическая схема реконструирована методом Minimum Evolution (ME) (Rzhetsky, Nei, 1992), для расчета генетических дистанций использовался алгоритм Maximum Composite Likelihood (MCL) (Tamura et al., 2004). Вариация скоростей эволюции между сайтами моделировалась с использованием гамма-распределения G (параметр распределения = 1). Для получения инициирующего дерева использовался алгоритм объединения ближайших соседей (Neighbor-joining). Финальное дерево было вычислено методом Close-Neighbor-Interchange (CNI).
Хронограмма была получена методом Maximum Likelihood (ML) с применением эволюционной модели Tamuta-Nei 93 с гамма-распределением и инвариантными сайтами. Для оценки времени дивергенции полученное ML-дерево было линеаризированно с сохранением разброса временных интервалов. Расчет времени дивергенции проводился с использованием метода молекулярных часов, реализованного в программе Mega6.06 (Tamura et al., 2012) на основе данных о времени возникновения рода Tripholium ~ 16-23 млн л.н. (Ellison et al., 2006).
Авторы выражают признательность сотрудникам Института биоразнообразия - директору, профессору Полу Эберу (Prof. Paul D. N. Hebert), руководителям лабораторий - А. В. Борисенко (Dr. Alex Borisenko) и Е. В. Захарову (Dr. Evgeny Zakharov), сотрудникам Канадской национальной коллекции насекомых, паукообразных и нематод (Canadian National Collection of Insects, Arachnids and Nematodes, Canada, Ottava) - Джону-Франкусу Ландри (Dr. J.-F. Landry) и Вазрику Назри (Dr. V. Nazri) за осуществление молекулярной части работы и завлабораторией систематики насекомых ЗИН РАН (С.-Петербург) С. Ю. Синёву за возможность работы с коллекционными фондами института по данному семейству.
Результаты и их обсуждение
На полученной филограмме (рис. 1), а также хронограмме (рис. 2) представители рода Damophila формируют кластер, хорошо обособленный от видов внешней группы (поддержка 99%), что подтверждает естественный характер выделения данного рода в пределах семейства Coleophoridae и указывает на наличие вероятной эволюционной связи между формированием рода Damophila и растений рода Trifolium.
Рис. 1. ME-филограмма родственных связей видов Damophila, полученная на основе анализа изменчивости гена COI. В узлах филограммы указаны значения bootstrap-
поддержки
Наиболее молодыми из исследованных представителей рода являются эволюционно близкие виды D. mayrella, D. paramayrella, а также D. Hieronella, сформировавшиеся с учетом данных о времени формирования рода Trifolium не ранее плиоцена (рис. 2). Базальное положение в кластере рода занимают ветви наиболее «старых» современных видов рода - D. trifolii и D. deauratella, сформировавшиеся в середине миоцена (рис. 2).
0.02
3.50
9.64
12.4И 13.63 16.24
23.00
14.07
23.42
20.77
0.01
Damophila mayrella МРЕА764-08 DamopMa paramayrella MPEA296-0S DamopMa hieronella MPEA221-08 DamopMa alcyonipeimella MPEA3 69-08 Da 1Ш O p h i I а DamopMa frischella MPEA051-07 DamopMa trifolii FJ412320 DamopMa deaurateüa HM866799 Metapista stramentena MPEA626-0S ^ MetapÍSÍЭ Razowskia flaviella ELACA1960-12
Rasowskia
Razowskia flaviella MPEA261 -08 Helvalbia lineolea MPEA521-08 □ Helvalbia Helophorea ledi MPEA519-08 ^ HвIOphОГеа Stabilaria univitteDaMPEA648-0S ^ StaЫ1апа
Рис. 2. ML-хронограмма родственных связей видов Damophila, полученная на основе анализа изменчивости гена COI. В узлах хронограммы указано среднее значение
времени дивергенции, млн лет
При этом вид D. trifolii является единственным представителем рода, личинки которого не обитают на клевере, предпочитая ближайшего его родственника - растение рода Melilotus (Fabaceae) (Ellison et al., 2006) (рис. 3). Это обстоятельство позволяет предположить, что предковый таксон, давший впоследствии начало роду Damophila на стадии личинки, скорее всего, имел более широкую трофическую специализацию, связанную с общей предковой группой родов Trifolium и Melilotus трибы Trifolieae. Из многообразия молей-чехлоносок ближайшими к Damophila являются Metapista stramentella и Razowskia flaviella, также на стадии личинки связанные с травянистыми растениями семейства Fabaceae (см. рис. 3).
as
99
с:
Damophila may relia MPEA764-08 Damophila paramayrella MPEA296-0S Damophila hieronella MPEA221-0& Damophila alcyonipennella MPEA369-0S Damophila MPEA051-07 Damophila trifolii FJ412320 Damophila deauratella HM 355799_
Trifolium repens
Trifolium ochroleucon
Trifolium angustifolium
Trifolium
Trifolium
Melilotus
Trifolium pratense
Fabaceae Fabaceae Fabaceae Fahaceae Fabaceae Fabaceae Fabaceae
Metapista stramentella MPEA626-0S Astragalus onobrychis
Fabaceae
69
С
99
Razowskia flaviella ELACA1960-12 Coronilla
Razowskia flaviella MPEA2Ô1-03 Cöronilla
Fabaceae Fabaceae
Helvalbia lineolea MPEAS21-08
Baliota. Lamium. Marrubium. Phlomis, Stachys_
Lamiaceae
56
Helophorea ledi MPEA519-08
Ledum, Chamaedaphne
Ericaceae
75
hsr1
Stabilaria univittella MPEA64EHDS
Рис. 3. ME-филограмма родственных связей видов Damophila, демонстрирующая связь видов молей чехлоносок с растениями-хозяевами: # - виды, связанные с травянистыми растенияМИ, - виды, связанные с древесными растениями. Слева направо от филограммы указаны: виды молей-чехлоносок; рода растений хозяев; семейства, к
которым принадлежат растения-хозяева
Таким образом, можно заключить, что предполагаемый предок рода Damophila мог быть связан исключительно с растениями семейства Fabaceae, что косвенно подтверждает вероятность коэволюции родов Damophila и Trifolium.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Аникин В. В. Эколого-географические особенности распространения чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) фауны России // Поволж. экол. журн. 2002. № 3. С. 187-198. [Anikin V. V. The ecologo-biotopical distribution of casebearers (Lepidoptera, Coleophoridae) in different types of Russian landscapes // Povolzhskiy journal of ecology. 2002. № 3. P. 187-198. (In Russian).]
Фалькович М. И. Новые роды палеарктических чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) // Энтомол. обозрение. 1972. Т. 51, №. 2. С. 369-386. [Falkovitsh M. I. New genera of Palaearctic casebearer moths (Lepidoptera, Coleophoridae) // Entomol. Review. 1972. Vol. 51, №. 2. P. 369-386. (In Russian).]
Фалькович М. И. Новые роды чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) пустынной зоны Палеарктики // Энтомол. обозрение. 1987. Т. 66, №. 4. С. 817-826. [Falkovitsh M. I. New genera of the casebearer moths (Lepidoptera, Coleophoridae) from the desert zone of the Palaearctic region // Entomol. Review. 1987. Vol. 66, №. 4. Р. 817-826. (In Russian).]
Фалькович М. И. О системе чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae), с описанием новых таксонов // Энтомол. обозрение. 2003. Т. 82, № 4. С. 860-885. [Falkovitsh M. I. On the classification of the casebearers (Lepidoptera, Coleophoridae), with descriptions of new taxa // Entomol. Review. 2003. Vol. 82, № 4. P. 860-885. (In Russian).]
Фалькович М. И. Новые таксоны чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) пустынной зоны Палеарктики // Энтомол. обозрение. 2005. Т. 84. № 1. С. 167-176. [Falkovitsh M. I. New taxa of casebarer moths (Lepidoptera, Coleophoridae) from the desert zone of the Palaearctic region // Entomol. Review. 2005. Vol. 84, № 1. Р. 167-176. (In Russian).]
24
Capuse I. Recherches morphologiques sur la famille des Coleophoridae (Lepidoptera). Bucarest, 1971. 66 pp.
Capuse I. Sur la taxonomie de la famille des Coleophoridae (Clés de détermination des taxa superspécifiques). Bucarest, 1973. 24 pp.
Capuse I. Complément systématique à la famille des Coleophoridae (Lepidoptera) // Fragmenta Entomologica. 1975. Vol. 11. P. 1-64.
deWaard J.R., Landry J.-F., Schmidt B.C., Derhousoff J., McLean J.A., Humble L.M. In the dark in a large urban park: DNA barcodes illuminate cryptic and introduced moth species // Biodiversity and Conservation. 2009. Vol. 18, № 14. P. 3825-3839.
Ellison N. W., Liston A., Steiner J. J., Williams W. M., Taylor N. L. Molecular phylogenetics of the clover genus (Trifolium—Leguminosae) // Molecular Phylogenetics and Evolution. 2006. Vol. 39. P. 688-705.
Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap //Evolution. 1985. Vol. 39. P. 783-791.
Hebert P. D. N., Cywinska A., Ball S. L., Waard J. R. Biological identifications through DNA barcodes // The Royal Society. 2003. Vol. 270. P. 313-321.
URL:http://www.megasoftware.net (дата обращения: 22.10.2013).
URL:http://www.ncbi.nlm.nih . gov/genbank (дата обращения: 20.10.2013).
Ivanova N. V., de Waard J. R., Hebert P. D. N. An inexpensive, automation-friendly protocol for recovering high-quality DNA // Molecular Ecology. 2006. № 6. P. 998-1002.
Rzhetsky A., NeiM. A simple method for estimating and testing minimum evolution trees // Molecular Biology and Evolution. 1992. Vol. 9. P. 945-967.
Tamura K., Battistuzzi F. U., Billing-Ross P., Murillo O., Filipski A., Kumar S. Estimating divergence times in large molecular phylogenies // PNAS. 2012. pnas.1213199109.
Tamura K, Nei M, Kumar S. Prospects for inferring very large phylogenies by using the neighbor-joining method // Proc. of the National Academy of Sciences (USA). 2004. Vol. 101. P. 11030-11035.
MOLECULAR PHYLOGENY OF CASEBEARER MOTHS OF THE GENUS DAMOPHILA (LEPIDOPTERA, COLEOPHORIDAE) ON THE BASIS OF COI SEQUENCE DATA ANALYSIS
M. V. Knushevitsky, V. V. Anikin, A. G. Demin
Saratov State University
Previously conducted research by the authors showed evolutionary proximity between the species of Damophila mayrella, D. рaramayrella and also D. hieronella formed, taking into account data of the formation time of the genus Trifolium not earlier Pliocene. Evolutionary "old" modern species - D. trifolii and D. deauratella formed in the middle of Miocene.
Key words: phylogeny, casebearer moths, Lepidoptera, Coleophoridae, genus Damophila, COI sequence data analysis.
