Научная статья на тему 'Особенности нуклеотидного полиморфизма митохондриального гена COI у комаров-звонцов (Diptera, Chironomidae)'

Особенности нуклеотидного полиморфизма митохондриального гена COI у комаров-звонцов (Diptera, Chironomidae) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
92
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Дёмин А. Г., Полуконова Н. В.

The level of intraand interpopulation, intraand interspesial polymorphism of mitochondrial cytochrome oxidase 1-COI gene of Chironomus was established. The variability range of COI gene in the tribe Chironomini from 3 till 11% of all change between sibling-species, from 11 till 20% between unrelated species of one cytocomplex, more than 20 till 30% between species of different cytocomplexes and more than 30% between different genera of one tribe.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Дёмин А. Г., Полуконова Н. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE FEATURES OF NUCLEOTIDE POLYMORPHISM OF MITOCHONDRIAL GENE COI OF MIDGES (DIPTERA, CHIRONOMIDAE)

The level of intraand interpopulation, intraand interspesial polymorphism of mitochondrial cytochrome oxidase 1-COI gene of Chironomus was established. The variability range of COI gene in the tribe Chironomini from 3 till 11% of all change between sibling-species, from 11 till 20% between unrelated species of one cytocomplex, more than 20 till 30% between species of different cytocomplexes and more than 30% between different genera of one tribe.

Текст научной работы на тему «Особенности нуклеотидного полиморфизма митохондриального гена COI у комаров-звонцов (Diptera, Chironomidae)»

Études ent. par Motschulsky 1: 64. Locus typicus: «aux environs de Pekin». Holo-type (by monotypy): female (ZISP). = Tropaea Mandschurica Staudinger, 1892, syn. nov., in: N. M. Romanoff, Mém. Lépid. б: 331. Locus typicus: "Uss[uri], Shanghai; North-China; Peking".

ОСОБЕННОСТИ НУКЛЕОТИДНОГО ПОЛИМОРФИЗМА

МИТОХОНДРИАЛЬНОГО ГЕНА COI У КОМАРОВ-ЗВОНЦОВ

(DIPTERA, CHIRONOMIDAE)

А.Г. Дёмин*, Н.В. Полуконова**

*Саратовский государственный университет, **Саратовский государственный медицинский университет

Пригодность митохондриального гена цитохром оксидазы I (COI) была показана ранее (Guryev et al., 2001; Martin et al., 2002; Гурьев, 2002; Дёмин, Полуконова, 2007а) для филогенетических реконструкций как близкородственных семейств, родов, так видов и подвидов разных групп насекомых, в том числе и комаров-звонцов (Diptera, Chironomidae). Исследования особенностей полиморфизма этого гена позволит оценить его роль в эволюционном процессе хирономид.

Род Chironomus - один из наиболее эволюционно молодых среди бентосных хирономин. Его виды находятся на разных этапах эколого-морфологической и хромосомной дифференциации, в связи с чем внутри рода в настоящее время принято выделять такие группировки видов, как: морфологические виды-двойники, близкородственные виды (хорошо морфологически различимые, но сходные по кариотипу), гомосеквентные виды (с одинаковыми последовательностями дисков политенных хромосом), а также неродственные виды как одного цитологического комплекса (с определенным сочетанием хромосомных плеч), так и разных.

Цель настоящей работы - сравнить данные по нуклеотидному полиморфизму мтДНК гена COI (на участке 595 н.) представителей Chironomus из разных группировок - морфологических видов-двойников, близкородственных видов, неродственных видов одного и разных цитокомплексов, полученные нами (по видам Ch. usenicus, Ch. curabilis, Ch. plumosus (Дёмин, Полуконова, 20076) и используя данные GenBank по ряду других видов Chironomus и Polypedilum.

Материал и методы

В работе использованы личинки IV возраста из водоемов Саратовской области: Ch. curabilis - р. Сазанлей, Балаковский р-н, 07. 2006 г.; Ch. curabilis - ручей Данилов в Н. Банновке, Красноармейский р-н, 06. 2005 г.; Ch. usenicus - оз. Калач, Новоузенский р-н, 02.2007 г.

Выделение ДНК проводилось коммерческим набором реактивов Di-atomtm DNA Prep 100 в соответствии с протоколом фирмы-изготовителя. Амплификация гена проведена с использованием коммерческого набора реактивов GenePak@PCR Core в соответствии с протоколом фирмы-изготовителя на термоциклере Hybaid. Условия ПЦР: 1 этап - 94° - 1 мин; 2 этап - 5 циклов: a) 94° - 1 мин, b) 45 ° - 1.5 мин, с) 72 ° - 1.5 мин; 3 этап - 35 циклов: a) 94 ° - 1 мин, b) 50 °- 1.5 мин, с) 72 ° - 1 мин; 4 этап - 72 ° - 5 мин.

Праймеры: LCO 5'GGTCAACAAATCATAAAGATATTGG3'

HCO 5'TAAACTTCAGGGTGACCAAAAAATCA3'.

Электрофорез проводился в 1% агарозном геле, в TBE буфере. Секвенирование образцов осуществлялось на базе ВНИРО (г. Москва) в автоматическом режиме на секвенаторе ABI 3100 с прямого и обратного праймера без предварительной очистки амплификатов.

Для коррекции полученных последовательностей использована программа ChromasPro, вырaвнивание проведено в ClustalW.

При сравнении видов использованы данные GeneBank по гену COI: Ch. plumosus (AF192192) , Ch. balatonicus (AF192193), Ch. entis (AF192195), Ch. muratensis (AF192194) и других видов: Ch. heterodentatus (AF192199), Ch. acutiventris (AF192200), Ch. suwai (DQ648206), Ch. cingularis (AF192191), Ch. bernensis (AF192188) и Ch. luridus (AF192203), Ch. pseudothummi (AF192205), Ch. dorsalis (AF192206), Polypedilm nubiferum (DQ648227).

Результаты и обсуждение

Обнаруженные генные мутации у Ch. curabilis и Chironomus группы plumosus в гене мтДНК COI относятся к одному типу - мутации по типу замены. Всего на участке 595 н.п. гена COI у исследованных видов Chironomus обнаружено 80 вариабельных нуклеотидов и 107 нуклеотидных замен (рисунок).

Наиболее распространена замена тимидилового нуклеотида (Т) на цитидиловый (Ц) (29%), которая в 27 случаях из 31 приходится на третий нуклеотид в кодоне и только очень незначительная часть - на первый и второй. Количество трансверсий в два раза превышает число транзиций. Внутрипопуляционный полиморфизм Ch. usenicus связан с одной синонимичной заменой на участке 595 п.н. (G меняется на А в третьем положении), межпопуляционный - Ch. curabilis - с пятью синонимичными заменами.

Для анализа внутри- и межвидового полиморфизма гена COI у Chironomus были выбраны следующие виды: группы видов цитологического комплекса thummi - plumosus (Ch. plumosus, Ch. balatonicus, Ch. muratensis, Ch. entis, Ch. usenicus), obtusidens (Ch. heterodentatus, Ch. acutiventris), отдельные виды цитокомплекса thummi - Ch. suwai, Ch. cingulatus, группа

lacunarius, включающая представителей цитокомплекса lacunarius и modified lacunarius - Ch. bernensis и Ch. commutattus; отдельные виды цитокомплекса pseudothummi - ^. luridus, Ch. pseudothummi, Ch. dorsalis.

В качестве внешней группы выбран Polypedilum nubiferum. В результате сравнения подсчитаны замены в последовательности гена COI (таблица).

Ch. plumos us Ch. curahllls_pmz Ch. cuj:abilis_Ban Ch. usenlcus_Gl.2 Ch. usenlcus_Gl.1 Ch.usenicus_Gl.1. Ch. entls Ch. muz at ens Is Ch.balatonlcus

GGAATAGTAGGGACTT С TTTAAGTАТАС TTATTС GAGCAGAATTAGGAC GACС С GGAAC TTTTAT TGGTGAC GAC CAAATTT

G... G...

. C.. . C.. . C..

. G... . G... . G... . G... . G... . G...

. C. . C.

. T... . T... . T...

. G... . G... . G... . G...

Ch.plumos us Ch. cuzahllls_%siz Ch. cuzabllls_Ban Ch. usenlcus_Gl.2 Ch. usenlcus_Gl.1 Ch. usenlcus_Gl.1. Ch. entls Ch.muzat ens Is Ch.balatonlcus

ATAATGTAGTAGTTACAGCTCACGCATTTATTATAATTTTTTTCATAGTTATGCCAATTTTAATTGGTGGTTTTGGAAATTG

.............................................................................................С......................................................................................................................................................

.............................................................................................С......................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................A......................................................................................

............................................................................................................................................................A......................................................................................

............................................................................................................................................................A......................................................................................

............................................................................................................................................................A......................................................................................

............................................................................................................................................................A......................................................................................

............................................................................................................................................................A......................................................................................

Ch.plumos us Ch. cuj:ajbi.J.is_5as Ch. cuzahllls_B5in Ch. usenlcus_Gl.2 Ch. usenlcus_&1.1 Ch. usenlcus_Gl.1. Ch. entls Ch. muz at ens Is Ch.halatonlс us

ACTCGTAC CTTTAATATTGGGGGC CCCTGATATAGCTTTCCCTCGAATAAATAATATAAGTTTTTGACTTCTTCCCCCATCA

. T... . T... . T... . T... . T... . T...

. C... . C... . C... . C.„ . C... . C...

. C.. . C.. . C.. . C.. . C.. . C.. . C.. . C..

A.. A.. A.. A.. A.. A..

. C. . C.„

. C.

Выравнивание нуклеотидных последовательностей гена COI видов Chironomus группы plumosus и Chironomus curabilis. Обозначения: Ch. Curabilis Saz — р. Сазанлей, Балаковский р-н Саратовской обл., 07. 2006 г.; Ch. curabilis Ban — ручей Данилов в Н. Банновке, Красноармейский р-н Саратовской обл., 06. 2005 г.; Ch. usenicus — оз. Калач, Новоузенский р-н, Саратовской обл., 02.2007 г. (G1.2, G1.1 варианты хромосомных последовательностей плеча G); данные GenBank: Ch. plumosus

(AF192192) , Ch. balatonicus (AF192193), Ch. entis (AF192195), Ch. muratensis (AF192194)

Ch. plumosus Ch. curabilis Ch. curabilis Ban Ch. usenlcus.2 Ch.usenlcus Gl.l Ch. usenicus_Gl . 1. Ch. eniis Ch. лзига i shs Is Ch. balatonicus

CTTACCTTACTCTTTTCAAGTTCATTTGTTGAAAATGGAGCAGGAACAGGATGAACAGTCTATCCCCCTCTTTCTTCAGCTA

.... С............ТС................................................G...

.... С............ТС................................................G...

. АС...............С................................................G...

. АС...............С................................................G...

. АС...............С................................................G...

.А................................С.................................А..

.... С... ТТ... АС............Т...............Т......С......А..

...................ТС......................................................

. Т... .С... . Т... . Т... . Т...

. Т... . Т...

Т......G...

Т......G...

. G... . G...

..............G...... .....А...

...........CG...... .....С...

...........CG...... .....С...

...........CG...... .....С...

& С

......т................................................

......т................................................

Ch. plumosus Ch. curabilis_Saz Ch. cuj:ajbilis_Ban Ch. usenlcus.2 Ch. usenicus_Gl.1 Ch.usenlcus Gl.l. Ch. eniis Ch. лш.г a i e¡3s Is Ch. balatonicus

TTGCTCATAGTGGGGCС ТС TGTTGATTTAGC TATTTTCТС T TTGCATTTAGCGGGAGТС ТС С ТСAATTCTTGGАТС TGTAAA

С.. С.. С..

. е.. . е.. .е.. . е.. . е.. . е..

.А.. .А.. .А.. .А.. .А.. .А.. .А.. .А..

. Т... .А.. .А.. .А.. .А.. .А.. .А..

. G... .А..

.С. .С.

Ch. plumosus Ch. curabilis_5az Ch. cuj:ajbilis_Ban Ch.usenlcus Gl.2 Ch. usenicus_Gl.1 Ch.usenlcus Gl.l. Ch. eniis Ch. лш.г a i e¡3s Is Ch. balatonicus

TTTTATTACTACTGTTATTAATATACGTGCAAAGGATTACTTTAGACCGAATACCCTTATTTGTTTGATGTCAGTTGTTATT

....................................С.........................................................................................................T..............................................................................A.................

....................................С.........................................................................................................T...................................................С........................A.................

................................................................................................................................................T...................................................С........................A.................

................................................................................................................................................T...................................................С........................A.................

................................................................................................................................................T...................................................С........................A.................

....................................С..........................................A...........................................................С...................................................С........................А.................

............................................................................................................А..................................................G.................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................G....................................

Выравнивание нуклеотидных последовательностей гена COI видов Chironomus группы plumosus и Chironomus curabilis.

(Продолжение)

Выравнивание нуклеотидных последовательностей гена COI видов Chironomus группы plumosus и Chironomus curabilis.

(Окончание)

Уровень отличий популяций и видов в разных группировках рода Chironomus

по гену мтДНК - COI

Сравниваемые объекты Число замен от 595 п.н., %

значимых незначимых всего

Индивидуальный полиморфизм особей одной популяции Ch. usenicus 0 (0) 2 (0.34) 2 (0.34)

Межпопуляционный полиморфизм Ch. curabilis 0 (0) 5 (0.84) 5 (0.84)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Межвидовой полиморфизм среди видов-двойников групп plumosus, ob-tusidens и lacunarius 0-3 (0.17-0.50) 18-49 (3.03-8.24) 19-55 (3.19-11.0)

Межвидовой полиморфизм среди неродственных видов внутри цитокомплексов: thummi, lacunarius, modified lacunarius, pseudothummi 1-3 (0.17-0.50) 68-115 (11.43-19.33) 69-118 (11.6019.83)

Межвидовой полиморфизм среди видов разных цитокомплексов: thummi, lacunarius, pseudothummi 2-6 (0.34-1.01) 132-165 (22.18-27.730) 134-171 (22.5228.74)

Межродовой полиморфизм на примере Chironomus и Polypedilum 14 (2.35) 181 (30.42) 195 (32.77)

Значимые замены подсчитывали на основе сравнения аминокислотных последовательностей.

Число значимых замен может слабо различаться или не различаться совсем у видов-двойников, близкородственных видов и видов одного цитологического комплекса. Виды Chironomus внутри цитокомплекса могли отличаться друг от друга, как и виды-двойники, по 1-3-м значимым заменам. Значимые замены гена COI резко возрастают при сравнении видов Chironomus с разным сочетанием хромосомных плеч, т.е. разных цитокомплексов, за исключением модифицированных. Модифицированные цитокомплексы характеризуются уменьшенным числом хромосом на основе присоединения короткого плеча G чаще всего к плечу Е длинной хромосомы. Виды разных родов, таких как Chironomus и Polypedilum, могут иметь до 14 значимых замен.

Число синонимичных нуклеотидных замен увеличивается по мере удаленности видов в группах и групп видов внутри рода - от 2 синонимичных замен у особей внутри популяции и 5 - у особей одного вида разных популяций до 18-49 замен между видами-двойниками, 68-115 -между видами одного цитокомплекса, 132-165 замен - между видами разных цитокомплексов и 181 замены между видами разных родов.

Таким образом, определены диапазоны изменчивости гена СО I в трибе Chironomini - от 3 до 11% всех замен между видами внутри групп видов-двойников и близкородственных видов, от 11 до 20% - между видами одного цитокомплекса, более 20 до 30% - между видами разных цитокомплексов и

более 30% - между разными родами. Установленные диапазоны нуклеотидной изменчивости гена мтДНК - COI вполне адекватно отражают различия между особями внутри- и межвидовых группировок, что свидетельствует о корреляции накопления изменений в этом гене в процессе эволюции комаров-звонцов. Наблюдается прямая корреляция числа синонимичных замен с систематической удаленностью видов, что подтверждает возможность использования мтДНК в филогенетических реконструкциях комаров-звонцов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гурьев В.П. Молекулярная филогения рода Chironomus (Diptera, Nematocera): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 2002. 17 с.

Дёмин А.Г., Полуконова Н.В. Изученность нуклеотидных последовательностей ядерных и митохондриальных генов хирономид (Chironomidae, Diptera) и основные подходы их использования в эволюционном анализе // XXI Любищевские чтения. Современные проблемы эволюции (сборник докладов). Ульяновск, 2007 а. С. 157-168.

Дёмин А.Г., Полуконова Н.В. Изменчивость митохондриального гена COX I у европейских видов Chironomus и Baeotendipes (Chironomidae, Diptera) // Сб. науч.трудов XIII Междунар. школы-конф. молодых учёных «Биология внутренних вод». Борок, 23-26 окт. 2007 г. Борок, 2007 б. С. 64-69.

Guryev V., Makarevich I., Blinov A., Martin J. Phylogeny of the genus Chironomus (Diptera) inferred from DNA sequences of mitochondrial cytochrome b and cytochrome oxidase I // Mol. Phylogenet. Evol. 2001. Vol. 19. P. 9-21.

Martin J., Guryev V., Blinov A. Population variability in Chironomus (Camptochirono-mus) species (Diptera, Nematocera) with a Holarctic distribution: evidence of mitochondrial gene flow // Insect Mol. Biol. 2002. Vol. 11, № 5. P. 387-397.

THE FEATURES OF NUCLEOTIDE POLYMORPHISM OF MITOCHONDRIAL GENE COI OF MIDGES (DIPTERA, CHIRONOMIDAE)

A.G. Demin*, N.V. Polukonova**

*Saratov State University, ** Saratov State Medical University

The level of intra- and interpopulation, intra- and interspesial polymorphism of mitochondrial cytochrome oxidase 1-COI gene of Chironomus was established.

The variability range of COI gene in the tribe Chironomini - from 3 till 11% of all change between sibling-species, from 11 till 20% - between unrelated species of one cytocomplex, more than 20 till 30% between species of different cyto-complexes and more than 30% between different genera of one tribe.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.