Научная статья на тему 'ОЦЕНКА ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ АРТЕМИИ В ВОДОЕМАХ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЕВРОАЗИАТСКОГО ГАПЛОТИПНОГО КОМПЛЕКСА'

ОЦЕНКА ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ АРТЕМИИ В ВОДОЕМАХ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЕВРОАЗИАТСКОГО ГАПЛОТИПНОГО КОМПЛЕКСА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
19
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АРТЕМИЯ / ГЕН ЦИТОХРОМОКСИДАЗА (COI) / СЕКВЕНИРОВАНИЕ / МЕТАГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ / ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ / ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ / ГАПЛОТИП / ЕВРОАЗИАТСКИЕ ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И БИСЕКСУАЛЬНЫЕ ПОПУЛЯЦИИ / КУРГАНСКАЯ ОБЛАСТЬ / ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ / АРАЛ / КРЫМ / АЛТАЙСКИЙ КРАЙ / ARTEMIA / CYTOCHROME OXIDASE (COI) GENE / SEQUENCING / METAGENOMIC ANALYSIS / GENETIC IDENTIFICATION / GENETIC DIVERSITY / HAPLOTYPE / EURASIAN PARTHENOGENETIC AND BISEXUAL POPULATIONS / KURGAN REGION / WESTERN SIBERIA / ARAL / CRIMEA / ALTAI TERRITORY

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Бойко Е.Г., Литвиненко Л.И., Мюге Л.Н., Мюге Н.С.

В работе представлены данные по исследованию генетического разнообразия артемии, обитающей в водоемах северной части Евразии (Западная Сибирь, Крым, Арал). Всего исследовано 56 проб цист, отобранных в период 2009-2019 гг. из 32 водоемов, в которых 3 популяции были бисексуальные (Сиваш, Бурсоль, Шкло), Сасык (Крым) с неизвестным типом размножения, остальные партеногенетические. Анализ гаплотипического разнообразия по участку гена COI в исследованных пробах выявил наличие 1 152 346 парных чтений. Выявлено 17 массовых гаплотипов и 60 уникальных, представленных в 1-2 исследованных популяциях. Выявлен присутствующий почти во всех пробах гаплотип Art_COI_1 с частотой встречаемости 62,15+3,07. Второй из наиболее распространенных гаплотипов Art_COI_2 с частотой встречаемости 9,80+2,69 обнаружен в 37 пробах. Анализ распределения гена COI митохондриальной ДНК артемии исследованных популяций выявил существенное отличие двух выборок из озер Алтайского края Бурсоль (2017 г.) и Малое Шкло (2019 г.) с половым типом размножения. Основное распределение гаплотипов приходилось на Art_COI_52, Art_COI_55, Art_COI_63, Art_COI_78, Art_COI_86, Art_COI_91 с их доминированием по частоте, которые редко встречались в остальных исследованных популяциях. Распределение гаплотипов в пробе цист из озера Сиваш аналогично всем остальным партеногенетическим популяциям. Кластеризация гаплотипического состава цист показала четкую географическую территориальность объединения в 3 группы: 1 Курганская область, 2 самая многочисленная (Западная Сибирь, Арал и Крым), 3 Алтайский край, озера Ульжай и Гашково. Кластеризация с использованием инструментов программы Statistica показала четкое выделение кластера (озера Шкло и Бурсоль), предположительно относящегося к видуA. sinica или A. sorgeloosi, а также вхождение бисексуальной популяции из залива Сиваш, предположительно относящейся к A. urmiana, в многочисленный кластер партеногенетических популяций.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Бойко Е.Г., Литвиненко Л.И., Мюге Л.Н., Мюге Н.С.

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

THE EVOLUTION OF THE POPULATION-GENETIC STRUCTURE OF ARTEMIA IN THE WATER RESERVOIRS OF THE NORTHERN PART OF THE EURASIAN HAPLOTYPE COMPLEX

This article presents the data concerning the genetic diversity of artemia living in the reservoirs of the northern part of Eurasia (the Western Siberia, the Crimea, the Aral Sea). For the period of 2009-2019 the 56 samples of cysts taken from 32 reservoirs have been examined in which 3 populations are bisexual (Sivash, Bursol, Shklo), Sasyk (the Crimea) and they have unknown type of reproduction, the rest of them has a parthenogenetic one. The analysis of haplotypic diversity according to the COI gene site in the studied samples reveales the presence of 1152346-paired readings. According to the filtration of quality 17 mass haplotypes are identified, it comprises 5% of the total number of sequences obtained in the sample, and 60 ones are unique represented in more than 0.5% of the studied populations. The Art_COI_1 haplotype is presented in almost all samples with the frequency of 62.15+3.07. The second common haplotypes Art_COI_2 with the frequency of occurrence is 9.80+2.69 and it is observed in 37 samples. The analysis of the distribution of the COI gene of mitochondrial DNA of artemia in the studied populations shows a significant difference between two samples taken from the lakes of the Altai Territory Lake Bursol (2017) and Maloe Shklo (2019) with the sexual type of reproduction. The main distribution of haplotypes is in Art_COI_52, Art_COI_55, Art_COI_63, Art_COI_78, Art_COI_86, Art_COI_91, with their frequency dominance which are rarely found in the rest of the studied populations. The main distribution of haplotypes is related to the sample of cysts received from Lake Sivash is similar to all other parthenogenetic populations. Clustering of the haplotypic composition of cysts shows a clear geographical territory of the association related to 3 groups: group 1 isKurgan region, group 2 is the most numerous one ( the Western Siberia, Aral and the Crimea), 3 Altai Krai, Ulzhai and Gashkovo lakes. This clustering using the tools of the Statistica program shows a clear allocation of a cluster (Lakes Shklo and Bursol), presumably belonging to the species A. sinica (or A. sorgeloosi n sp.), as well as the entry of a bisexual population from the Gulf of Sivash, presumably belonging to A. urmiana into a large cluster of parthenogenetic populations.

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ АРТЕМИИ В ВОДОЕМАХ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЕВРОАЗИАТСКОГО ГАПЛОТИПНОГО КОМПЛЕКСА»

БОЙКО Елена Григорьевна

кандидат биологических наук, ректор, доцент кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень

ЛИТВИНЕНКО Людмила Ильинична

доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории экологии и рыбохозяйственных исследований, профессор кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень

МЮГЕ Любовь Николаевна

старший специалист, ФГБНУ ВНИРО

МЮГЕ Николай Сергеевич

кандидат биологических наук, начальник отдела молекулярной генетики, ФГБНУ ВНИРО

III Mil III INI Mil III INI Mil III INI Mil III INI Mil III INI Mil III Mil III INI Mil III INI Mil III INI INI M

УДК 574.5 (575.86) статья поступила 19.10.2023

1.5.20. Биологические ресурсы

DOI 10.35524/2687-0436_2023_04_06

ОЦЕНКА ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ АРТЕМИИ В ВОДОЕМАХ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЕВРОАЗИАТСКОГО ГАПЛОТИПНОГО КОМПЛЕКСА

THE EVOLUTION OF THE POPULATION-GENETIC STRUCTURE OF ARTEMIA IN THE WATER RESERUOIRS OF THE NORTHERN PART OF THE EURASIAN HAPLOTYPE COMPLEX

В работе представлены данные по исследованию генетического разнообразия артемии, обитающей в водоемах северной части Евразии (Западная Сибирь, Крым, Арал). Всего исследовано 56 проб цист, отобранных в период 2009-2019 гг. из 32 водоемов, в которых 3 популяции были бисексуальные (Сиваш, Бурсоль, Шкло), Сасык (Крым) - с неизвестным типом размножения, остальные - партено-генетические. Анализ гаплотипического разнообразия по участку гена COI в исследованных пробах выявил наличие 1 152 346 парных чтений. Выявлено 17 массовых гаплотипов и 60 уникальных, представленных в 1-2 исследованных популяциях. Выявлен присутствующий почти во всех пробах гаплотип Art_COI_1 с частотой встречаемости 62,15+3,07. Второй из наиболее распространенных гаплотипов Art_COI_2 с частотой встречаемости 9,80+2,69 обнаружен в 37 пробах. Анализ распределения гена COI митохондриальной ДНК артемии исследованных популяций выявил существенное отличие двух выборок из озер Алтайского края - Бурсоль (2017 г.) и Малое Шкло (2019 г.) с половым типом размножения. Основное распределение гаплотипов приходилось на Art_COI_52, Art_COI_55, Art_COI_63, Art_COI_78, Art_COI_86, Art_COI_91 с их доминированием по частоте, которые редко встречались в остальных исследованных популяциях. Распределение гаплотипов в пробе цист из озера Сиваш аналогично всем остальным партеногенетическим популяциям. Кластеризация гаплотипического состава цист показала четкую географическую территориальность объединения в 3 группы: 1 - Курганская область, 2 - самая многочисленная (Западная Сибирь, Арал и Крым), 3 - Алтайский край, озера Уль-жай и Гашково. Кластеризация с использованием инструментов программы Statistica показала четкое выделение кластера (озера Шкло и Бурсоль), предположительно относящегося к виду

A. sinica или A. sorgeloosi, а также вхождение бисексуальной популяции из залива Сиваш, предположительно относящейся к A. urmiana, в многочисленный кластер партеногенетических популяций.

Ключевые слова: артемия, ген цитохромоксидаза (COI), секвенирование, метагеномный анализ, генетическая идентификация, генетическое разнообразие, гаплотип, евроазиатские партеногенетиче-ские и бисексуальные популяции, Курганская область, Западная Сибирь, Арал, Крым, Алтайский край

Key words: Artemia, cytochrome oxidase (COI) gene, sequencing, metagenomic analysis, genetic identification, genetic diversity, haplotype, Eurasian parthenogenetic and bisexual populations, Kurgan region, Western Siberia, Aral, Crimea, Altai Territory

Актуальность. Генетические исследования артемии ведутся уже более полувека. За это время доказано существование нескольких бисексуальных видов, причем один из них (Artemiapersimilis Piccinelli and Prosdocimi, 1968) отличается от других количеством хромосом. Полностью расшифрован геном A. franciscana Kellogg, 1906 [1], полный митохондриальный геном Artemia franciscana [2], Artemia sinica Cai, 1989 [3] (Asem et al., 2019), Artemia tibetiana Abatzopoulos, 1998 и Artemia urmiana Gunther, 1899 [4]. Известно также, что виды артемии представлены бисексуальными популяциями с диплоидным набором хромосом (2n). При этом преобладающее большинство популяций Восточного полушария являются полифилетическими облигатными партеногенетическими популяциями с разным числом плоидности (2n, 3n, 4n, 5n) [5]. Идентификация видов Западного полушария (A. franciscana и A. persimilis Piccinelli & Prosdocimi, 1968) и таких видов Восточного полушария, как A. salina Linnaeus, 1758 и A. sinica молекулярно-генетическими анализами затруднений, как правило, не вызывает. В отношении идентификации видов A.urmiana, A.tibetiana и партеногенетических популяций, относящихся к «Евроазиатскому гаплотипному комплексу», имеются некоторые трудности, связанные с относительно недавним расхождением их от общего предка в позднем плиоцене (5,41 млн лет назад) [6]. Установлено, что диплоидные и триплоидные популяции близки к виду A.urmiana, тетра- и пентаплоидные - к виду A. sinica [5]. Таким образом, исследования разных авторов, основанные как на анализе митохондриальных, так и ядерных маркеров показали трудности в идентификации A. urmiana, обитающей в Крыму и ди- и триплоидных партеногенетических популяций. Эти популяции нуждаются в дальнейшем изучении с особым акцентом на статус репродуктивного режима (бисексуальный или партеногенез). Идентификация партеногенетической артемии на уровне популяций в водоемах северной части Евроазиатского гаплотипного комплекса является не только сложной научной задачей, но и насущной потребностью для предотвращения ННН-промысла цист артемии на территории России, Казахстана и Узбекистана.

Целью настоящих исследований является изучение популяционно-генетиче-ской структуры артемии в водоемах северной части Евроазиатского гаплотипного комплекса.

Материалы и методы исследований. Материалом для исследования послужили цисты артемии разных лет сбора из Арала (Узбекистан) и водоемов России (8 озер - Алтайский край, 6 - Новосибирская, 2 - Омская, 1 - Тюменская, 13 -Курганская области, 2 - Крым). Всего проанализировано 56 проб.

Обработка проб проведена сотрудниками отдела молекулярной генетики ФГБНУ «ВНИРО» на основе изучения метагенома - совокупного генома сообщества с использованием метабаркодинга, идентификации таксономического состава сообщества артемии из одного озера путем амплификации и секвенирования фрагмента гена COI митохондриальной ДНК.

Выделение ДНК проводилось из навески массой 100 мг (количество «живых цист» в каждой пробе составляло более 2000 экз.). Каждую навеску цист помещали в стерильную алюминиевую фольгу. Разрушение оболочек цист проводилось путем сильного удара молотком по фольге с навеской цист, лежащей на гладкой стальной поверхности. Выборочно проводился визуальный контроль степени разрушения оболочек цист с использованием бинокулярного микроскопа МБС-10. Кашица из разрушенных таким образом цист помещалась целиком в лизирующий буфер, и далее выделение ДНК проводилось по стандартной методике.

Для амплификации фрагмента гена COI были разработаны праймеры: COIintF_Art_ILL (ctacacgacgctcttccgatctACTCTCCTTTTAGCTAGATCTATRGT) и HCO2198_Art_ILL(cagacgtgtgctcttccgatctAyACtTCaGGyTGrCCaAARAAcCA),

специфичные для различных видов рода Artemia и имеющие специфические последовательности, комплементарные Illumina TruSeq адаптерам.

Продукты амплификации COI для каждой кумулятивной пробы смешивались и в ходе второго этапа ПЦР в ампликон внедрялись TruSeq адаптеры с индивидуальными для каждой пробы индексами.

Очистка полученных библиотек проводилась на магнитных частицах Ampure с использованием протокола производителя, молярность библиотеки оценивалась на флуориметре Quibit v3 с набором HSDNA. Проведение метагеномного анализа проведено на приборе Illumina MiSeq в отделе Молекулярной генетики ЦА ВНИРО с использованием ячейки MiSeq NANO v2 с длиной парных чтений 250 +250 пар нуклеотидов (п.н.). Биоинформационная обработка полученных чтений проводилась с использованием пакета USEARCH vil [7] с учетом рекомендованных процедур на сайте создателя программы1.

Статистический и кластерный анализы проводились с использованием программ Excel и Statistica.

Работа выполнена в рамках государственного задания Тюменского филиала ФГБНУ «ВНИРО» («Госрыбцентр») по прикладной теме «Совершенствование системы регулирования промысла и повышение эффективности использования ресурсов промысловых беспозвоночных гипергалинных водоёмов Российской Федерации» (№ 076-00005-20 ПР).

Результаты исследований и их обсуждение. По месторасположению анализируемых популяций артемии (рис. 1) можно выделить три центра сосредоточения озер: Крым, Западная Сибирь и Арал. Исследованные озера находятся в пределах 44° и 55° северной широты и 33° и 79° восточной долготы. Расстояние между наиболее удаленными озерами составляет 3300 км.

Рис. 1. Карта с исследованными популяциями артемии из озер России

и Арала (Узбекистан)

1 Usearch : Ultra-fast sequence analysis : сайт. - URL: https://drive5.com/usearch/. - Текст : электронный.

Анализируемые артемиевые водоемы отличаются по площади акватории и глубине (табл. 1), а также солености рапы. В трех водоемах (Бурсоль, Малое Шкло, Сиваш) на период отбора проб цист зафиксированы бисексуальные популяции, в озере Сасык-Сиваш тип размножения не известен. Все остальные популяции -партеногенетические.

Таблица 1

Расположение и некоторая характеристика исследованных популяций артемии

№ пробы Название водоема Координаты Год сбора цист S, га Средняя глубина, м Солёность*, г/л Тип раз-мно-жения

Российская Федерация

Алтайский край

1, 2, 3, 82 Большое Яровое 52°52ГЫ", 78°36'Е 2017, 2018, 2019, 2019.1 6670 4,5 155 (135-204) п

14, 83 Малое Яровое 53°02ГЫ", 79°07'Е 2017, 2019 3500 2,4 220 (180-280) п

13 Кулундин-ское 52°59ГЫ", 79°31'Е 2018 72000 2,3 100 (40-180) п

15, 81 Кучукское 52°42ТС, 79°47'Е 2017, 2019 18100 1,2 270 (216-320) п

34 Бурлинское 53°08г№, 79°25'Е 2017 3160 0,9 180-254 б

35 Малиновое 51°44г№, 79°44'Е 2017 1140 0,7 126-275 п

36 Шукыртуз 52°22ГЫ", 79°24'Е 2017 520 0,4 180-240 п

84 Малое Шкло 52°57ГЫ", 79°05'Е 2019 154 1,0 160-180 б

Новосибирская область

44 Горькое 54°23ГЫ", 78°01'Е 2018 104 0,6 158-180 п

47 Малый Баган 53°52ТС, 77°10'Е 2018 132 0,7 308 (230-406) п

48 Соленое 53°50ТС, 77°16'Е 2018 144 0,6 306(272-370) п

49 Соленое 53°58ТС, 77°38'Е 2018 122 0,6 329 (268-468) п

33 Каратаево 54°3ГЫ", 77°26'Е 2015 225 0,5 134 (87-180) п

28 Сахалин 54°28ГЫ", 76°57'Е 2015 240 0,5 220 (122-406) п

Омская область

19, 20, 21 Ульжай 54°15г№, 75°06'Е 2012, 2015, 2018 864 0,6 110 (49-235) п

4, 5, 6 Эбейты 54°38г№, 71°42'Е 2009, 2013, 2017 8330 0,8 207 (86-396) п

Тюменская область

38, 39, 40 Сиверга 55°24ГЫ", 68°44'Е 2012, 2013, 2015 5213 0,6 42-115 п

Курганская область

41 Горькое (Карасье) 55°24ГЫ", 68°18'Е 2018 159 0,8 115-254 п

10, 11, 12 Малое Медвежье 55°12ГЫ", 68°03'Е 2011, 2015, 2017 14480 0,8 208 (124-321) п

7, 8, 9 Большое Медвежье 55°11г№, 67°59'Е 2010, 2014, 2017 3810 0,8 200 (110-293) п

Окончание таблицы 1

№ пробы Название водоема Координаты Год сбора цист S, га Средняя глубина, м Солёность*, г/л Тип размножения

27 Ново-Георгиевское 55°18N, 67°52'E 2013 185 0,8 102 (65-176) п

45 Горькое 55°35N, 67°23'E 2018 108 0,4 43-75 п

29 Филатово 54°48N, 67°02'E 2015 2364 0,5 104 (50-175) п

42, 43 Б. Курей-ное(Терен-коль) 54°56N, 66°56'E 2015,2018 371 0,6 45-148 п

37 Требушин-ное 55°02N, 66°55'E 2015 308 0,8 29-130 п

22, 23, 24 Соленое (Невидимое) 55°08N, 66°55'E 2011, 2014, 2015 718 0,7 116(66-185) п

25, 26 Актобан 55°19N, 66°19'E 2017, 2019 587 0,4 (57-417) п

30, 31, 32 Гашково 54°41N, 64°31'E 2017, 2018, 2019 351 0,9 124 (53-172) п

16, 17, 18 Сорочье (Вишня-ковское) 54°44N, 63°47'E 2009, 2011, 2015 220 0,8 192 (68-371) п

46 Горькое (Окунево) 54°37N, 63°11'E 2015 75 1 47-79 п

Крым

51 Сиваш 46°07'N, 34°03'E 2016 256000 1,0 50 (22-87) б

52 Сасык 45°10'N, 33°30'E 2017 7530 0,5 (90-160) -

Республика Узбекистан

50 Арал (ст. 2) 44°27'N, 58°16'E 2017 350000 15 150(100-200) п

Примечание: * соленость среднемноголетняя, в скобках пределы солености за ряд лет; кластер А (см. рис. ниже) - жирным курсивом, кластер В - жирным шрифтом; кластер Б - остальные.

В ходе секвенирования участка гена COI в исследованных пробах получено 1152346 парных чтений. После фильтрации по качеству выявлено 17 массовых гаплотипов, которые были представлены более 5% от всего числа полученных последовательностей и присутствовали в большом числе популяций, а также 60 уникальных, представленных в 1-2 исследованных популяциях.

На рисунке 2 показано распределение встречаемости выявленных гаплотипов исследованных популяций артемии.

Распределение массовых гаплотипов показало, что из выявленных 17 гаплотипов восемь являются доминирующими в исследованных популяциях артемии. Единственный гаплотип, который присутствует во всех пробах, это гаплотип Art_COI_1 с частотой встречаемости 62,15+3,07, с доминирующей концентрацией в более половины исследованных популяций, за исключением озер Эбейты (2013, 2017), Б. Медвежье (2017), М. Медвежье (2017), Гашково (2017, 2018), Бурсоль (2017), Малиновое (2017), М. Шкло (2019).

Второй из наиболее распространенных гаплотипов Art_COI_2 с частотой встречаемости 9,80+2,69 обнаружен в 37 исследованных популяциях артемии, доминируя по частоте в озерах Ульжай (2012, 2015) и Гашково (2017).

Рис. 2. Распределение встречаемости выявленных гаплотипов исследованных популяций артемии

Доминирующими гаплотипами в других популяциях являются Art_COI_5 (озера Б. Медвежье (2017), М. Медвежье (2017)), Art_COI_6 (озеро Эбейты (2013, 2017)), Art_COI_24 (озеро Малиновое (2017)), Art_COI_27 (озеро Гашково (2018)), Art_COI_52 (озеро Бурсоль (2017)), Art_COI_78 (озеро М. Шкло (2019)).

Анализ распределения гена COI митохондриальной ДНК артемии в исследованных популяциях выявил существенное отличие двух выборок из озер Алтайского края - озера Бурсоль (2017) и Малое Шкло (2019). Основное распределение гаплотипов в них приходится на Art_COI_52, Art_COI_55, Art_COI_63, Art_COI_78, Art_COI_86, Art_COI_91. Доминирование этих гаплотипов по частоте редко встречалось в остальных исследованных популяциях. Рачки этих двух популяций размножались половым путем. При этом распределение гаплотипов у исследованной популяции из озера Сиваш, рачки которой также размножались половым путем, было аналогичным всем остальным с партеногенетическим способом размножения. Этот факт требует дополнительных исследований, поскольку культивирование рачков из этой же пробы цист озера Сиваш показало соотношение самок и самцов, что соответствовало 91:36 (28% самцов в пробе). Возможно, при достаточно близком расположении между собой крымских озер происходит смешение партеногенетических и бисексуальных популяций.

Гаплотипический состав как в количественном, так и в качественном соотношении у артемии озер Большое Яровое, Малое Яровое, Эбейты, Большое Медвежье, Малое Медвежье, Вишняковское (Сорочье), Ульжай, Соленое, Кучукское, Соленое (Невидимое), Актобан, Гашково, Сиверга, Большое Курейное (Теренколь) за несколько лет практически не менялся по годам. Это связано, прежде всего, с большим размером популяций артемии, в том числе за счет покоящихся цист, скопления которых на дне водоемов и погруженных в грунт и солевые отложения могут быть значительны. Это приводит к инертности гаплотипического разнообразия каждого из озер.

Результаты кластеризации изученных популяций рачков методом UMAP представлены на рисунке 3.

1 г 1 4 1 * ? ■

Рис. 3. Результаты кластеризации гаплотипического состава цист изученных популяций артемии методом UMAP на три кластера: А, Б, В

Кластеризация демонстрирует четкое деление артемии исследованных озер на три отдельные группы. Первая группа представлена выборками артемии из озер исключительно Курганской области: Б. Медвежье (2010, 2014, 2017), М. Медвежье (2011, 2015, 2017), Соленое (Невидимое) (2014), Ново-Георгиевское (2013). Наиболее многочисленной оказалась вторая группа озер, которая включает 35 точек сбора материала (цист артемии) для исследования, в том числе из Узбекистана и Крыма. Третья группа включает артемию преимущественно из озер Алтайского края и Омской области (Бурсоль, Малое Шкло 2019, Ульжай (2012, 2015, 2018), Кучукское 2019, Шукуртуз 2017, Малое Яровое 2017, 2019, Кулундинское 2018).

Все исследованные популяции относятся к артемии с партеногенетическим типом размножения, за исключением рачков из залива Сиваш (Крым), озер Малое Шкло и Бурсоль (Алтайский край). Интересно, что двуполая артемия из озер Малое Шкло и Бурсоль четко отделилась от всех других популяций при кластеризации гаплотипов с использованием программы Statistica, представленной на рисунке 4, при этом бисексуальная популяция из озера Сиваш не выделилась по примененным маркерам.

Значительное расстояние между анализируемыми популяциями предполагает наличие разобщенности в потоке генов. Известно несколько основных путей

80

60

40

20

Дендрограшла для 56 перемен. Невзвешенное попарное среднее Евклидово расстояние

э £

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

о

Ф

X сс о н-о о го О-

Ат1:ег™а иптиапа?

— <ПсО Г— СП«-а СМ со г»-»- да »-—СО «Л чгг "¡Г ЛО СО »Л дасО оО и->

,оаооооооооооН!Ьооо6ооооооооооо

1гч|<-ч| С-) ГМ СМСМ ГМ Сч|СМ СМ СМ СМ^ СМ СМСМСМ СМ СМСМ СМСМСМ СМ СМСМСЧ СМ С4!

— Ч-— »-"О'

о

->а

ГП ГтУп ЛГ74

оо1Л го гм!4- ио т— анп со иосо ю дасо г^- г*.

ЭО|о ОО О О оо О ОО О 2 о о О ОО о о оо о о ■МС^ф-М СМ Су СМ О! см СМ СМ СМСМ сч емсу су счсм см ^ см

¿¿¿¿о ¿.¿.¿¿.с «¿смет 3 X ¿ЦХЮ -I = ГГ7ГГ ->с о.<С<Ст <-> ш ет со сх^ с

« •'-оЩ^-ш 00 5 Н^0003«

О5

Шоио

Рис. 4. Дендрограмма гаплотипического состава цист изученных популяций артемии

географического распространения артемии, в числе которых водоплавающие перелетные птицы (шилоклювки, розовый фламинго, пеганка и другие утиные). Миграции птиц на рассматриваемой территории проходят в меридиональном направлении, причем для крымских озер свойственен средиземно-черноморский путь миграции, для Арала - западноазиатско-африканский, для водоемов Сибири - западноазиатско-африканский и центрально-азиатский [8]. Этим, возможно, и объясняется наличие видов A. sinica на восточной части ареала артемии и A. urmiana - на западной. Расстояние между озером Сватиково (Дус-Холь), где обнаружен вид A. sinica [9-13] в Тыве (Россия), и бисексуальными популяциями A. sinica из Внутренней Монголии (Китай) составляет около 1160 км, от озера Урмия (Иран) до озера Кояшское -1200 км, где обнаружен вид A. urmiana, до водоема Сиваш - 1300 км. При этом расстояние между артемиевыми водоемами западной и восточной части анализируемой территории - в 3 раза больше. Таким образом, сомнения некоторых ученых [14] в достоверности наличия вида А. sinica в водоемах восточной части российского ареала, основанные только на анализе расхождения молекулярных часов, не оправданы не только с географической точки зрения, но и полученными в ходе этого исследования результатами. Оказалось, что популяция артемии из озера Сиваш (бисексуальный тип размножения которой был определен не только в пробах планктона, но и при лабораторном выращивании рачков из цист) кластеризуется по гену С01 вместе с партеногенетическими популяциями, что было также показано в более ранних исследованиях [15]. В то время, как две бисексуальные популяции на восточной части ареала (Малое Шкло и Бурсоль) объединились в отдельный кластер, что, возможно, свидетельствует о принадлежности их к виду A. sinica, либо, согласно последним данным [16], к виду Artemia sorgeloosi.

Заключение. Таким образом, проведенные исследования гена COI мито-хондриальной ДНК являются пригодными для генетической идентификации и определения гаплотического разнообразия артемии в разных ареалах обитания. Однако следует отметить, что с учетом малого количества выборок и полученных гаплотипов серьезные выводы делать преждевременно. Для дальнейшего изучения генетического разнообразия артемии в изучаемых водоемах необходимо расширить район исследований и число исследуемых выборок, сопоставляя полученные результаты метабаркодинга по гену COI с биологией артемии, включая функциональную структуру ареала. На данный момент существующие генетические методы не позволяют достаточно надежно идентифицировать популяции артемии северной части Евразии по цистам, за исключением бисексуальных популяций Алтайского края, вероятно, относящихся к виду A. sinica или A. sorgeloosi.

Библиографический список

1. The genome of the extremophile Artemia provides insight into strategies to cope with extreme environments / S. De Vos, S. Rombauts, L. Coussement [and etc.]. - Text ; unmediated // BMC Genomics 22. - 2021. - № 635. - Р. 2-26.

2. The complete mitochondrial DNA sequence of the crustacean Artemia franciscana / J. R. Valverde, B. Batuecas, C. Moratilla [and etc.]. - Text i unmediated // J. Mol. Evol. - 1994. - 39. - P. 400-408.

3. The complete mitochondrial genome of Artemia sinica Cai, 1989 (Crustacea i Anostraca) using next-generation sequencing / A. Asem, W. Lia, P.-Zh. Wang [and etc.]. - Text i unmediated // Mitochondrial DNA part B. - 2019. - V. 4. - № 1. - P. 746-747.

4. Mitochondrial genome sequences of Artemia tibetiana and Artemia urmiana . Assessing molecular changes for high plateau adaptation / H. X. Zhang, Q. B. Luo, J. Sun [and etc.]. - Text i unmediated // Sci. China Life Sci. - 2013. - 56. - P. 440-452.

5. Asem, A. Genetic variation and evolutionary origins of parthenogenetic Artemia (Crustacea : Anostraca) with different ploidies / A. Asem, A. Eimanifar, S.-C. Sun. -Text : unmediated // Zoologica Scripta. - 2016. - 45. - P. 421-436.

6. Eimanifar, A. Geographical distribution and evolutionary divergence times of Asian populations of the brine shrimp Artemia (Crustacea, Anostraca) / A. Eimanifar, G. Van Stappen, M. Wink. - Text : unmediated // Zoological Journal of the Linnean Society. - 2015. - 174. - P. 447-458.

7. Edgar, R. C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST / R. C. Edgar. - Text : unmediated // Bioinformatics. - 2010. - 26 (29). - P. 2460-2461.

8. Boere, G. C. The flyway concept : what it is and what it isn't / G. C. Boere, D. A. Stroud. - Text : unmediated // Waterbirds around the world ; eds. G. C. Boere, C. A. Galbraith, D. A. Stroud. - Edinburgh, UK : The Stationery Office, 2006. - P. 40-47.

9. Литвиненко, Л. И. Артемия в озерах Западной Сибири / Л. И. Литвиненко, А. И. Литвиненко, Е. Г. Бойко. - Новосибирск : Наука, 2009. - 304 с. - Текст : непосредственный.

10. Бойко, Е. Г. Биоразнообразие и применение в аквакультуре гипергалинного рачка Artemia / Е. Г. Бойко, А. А. Волков. - Текст : непосредственный // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2009. - № 8. - С. 52-59.

11. Бойко, Е. Г. Видовая и популяционная идентификация артемии (Artemia sp.) в водоемах Российской Федерации / Е. Г. Бойко, Н. С. Мюге. - Текст : непосредственный // X Съезд Гидробиологического общества при РАН. Тезисы докладов. - Владивосток : Дальнаука, 2009. - С. 495.

12. Boyko, E. G .The biodiversity of shrimp genus Artemia from Russian lakes : morfometric, cytogenetics and DNA-analysis / E. G. Boyko. L. I. Litvinenko, A. I. Litvinenko. - Text : unmediated // Acta Geologica Sinica (English Edition). - 2014. -V. 88 (supp.1). - Р. 58-60.

13. Litvinenko, L. I. Brine shrimp Artemia in Western Siberia lakes / L. I. Litvinenko, A. I. Litvinenko, E. G. Boyko. - Novosibirsk : Nauka, 2016. - 295 с. - Text : unmediated.

14. An overview on the nomenclatural and phylogenetic problems of native Asian brine shrimps of the genus Artemia Leach, 1819 (Crustacea, Anostraca) / A. Asem, A. Eimanifar, N. Rastegar-Pouyani [and etc.]. - Text : unmediated // Zookeys. - 2020. -902. - Р. 1-15. - DOI 10.3897/zookeys.902.34593.

15. К вопросу идентификации популяционной принадлежности артемии водоемов России по цистам / Л. И. Литвиненко, Е. Г. Бойко, К. В. Куцанов [и др.]. - Текст : непосредственный // Вестник рыбохозяйственной науки. - Тюмень : Госрыбцентр, 2018. - Т. 5. - № 1 (17). - С. 4-25.

16. Phylogenetic analysis of problematic Asian species of Artemia Leach, 1819 (Crustacea, Anostraca), with the descriptions of two new species / A. Asem, C. Yang, А. Eimanifar [and etc.]. - Text : unmediated // Crustacean Biology. - 2023. - 43. - P. 1-25. - DOI org/10.1093/jcbiol/ruad002.

References

1. The genome of the extremophile Artemia provides insight into strategies to cope with extreme environments / S. De Vos, S. Rombauts, L. Coussement [and etc.]. - Text : unmediated // BMC Genomics 22. - 2021. - № 635. - R. 2-26.

2. The complete mitochondrial DNA sequence of the crustacean Artemia franciscana / J. R. Valverde, B. Batuecas, C. Moratilla [and etc.]. - Text : unmediated // J. Mol. Evol. - 1994. - 39. - P. 400-408.

3. The complete mitochondrial genome of Artemia sinica Cai, 1989 (Crustacea : Anostraca) using next-generation sequencing / A. Asem, W. Lia, P.-Zh. Wang [and etc.]. - Text : unmediated // Mitochondrial DNA part B. - 2019. - V. 4. - № 1. - P. 746-747.

4. Mitochondrial genome sequences of Artemia tibetiana and Artemia urmiana : Assessing molecular changes for high plateau adaptation / H. X. Zhang, Q. B. Luo, J. Sun [and etc.]. - Text : unmediated // Sci. China Life Sci. - 2013. - 56. - P. 440-452.

5. Asem, A. Genetic variation and evolutionary origins of parthenogenetic Artemia (Crustacea : Anostraca) with different ploidies / A. Asem, A. Eimanifar, S.-C. Sun. -Text : unmediated // Zoologica Scripta. - 2016. - 45. - P. 421-436.

6. Eimanifar, A. Geographical distribution and evolutionary divergence times of Asian populations of the brine shrimp Artemia (Crustacea, Anostraca) / A. Eimanifar, G. Van Stappen, M. Wink. - Text : unmediated // Zoological Journal of the Linnean Society. - 2015. - 174. - P. 447-458.

7. Edgar, R. C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST / R. C. Edgar. - Text : unmediated // Bioinformatics. - 2010. - 26 (29). - P. 2460-2461.

8. Boere, G. C. The flyway concept : what it is and what it isn't / G. C. Boere, D. A. Stroud. - Text : unmediated // Waterbirds around the world ; eds. G. C. Boere, C. A. Galbraith, D. A. Stroud. - Edinburgh, UK : The Stationery Office, 2006. - P. 40-47.

9. Litvinenko, L. I. Artemiya v ozerah Zapadnoj Sibiri / L. I. Litvinenko, A. I. Litvinenko, E. G. Bojko. - Novosibirsk : Nauka, 2009. - 304 s. - Tekst : neposredstvennyj.

10. Bojko, E. G. Bioraznoobrazie i primenenie v akvakul'ture gipergalinnogo rachka Artemia / E. G. Bojko, A. A. Volkov. - Tekst : neposredstvennyj // Sibirskij vestnik sel'skohozyajstvennoj nauki. - 2009. - № 8. - S. 52-59.

11. Bojko, E. G. Vidovaya i populyacionnaya identifikaciya artemii (Artemia sp.) v vodoemah Rossijskoj Federacii / E. G. Bojko, N. S. Myuge. - Tekst : neposredstvennyj // X S"ezd Gidrobiologicheskogo obshchestva pri RAN. Tezisy dokladov. - Vladivostok : Dal'nauka, 2009. - S. 495.

12. Boyko, E. G .The biodiversity of shrimp genus Artemia from Russian lakes : morfometric, cytogenetics and DNA-analysis / E. G. Boyko. L. I. Litvinenko, A. I. Litvinenko. - Text : unmediated // Acta Geologica Sinica (English Edition). - 2014. - V. 88 (supp.1). - R. 58-60.

13. Litvinenko, L. I. Brine shrimp Artemia in Western Siberia lakes / L. I. Litvinenko, A. I. Litvinenko, E. G. Boyko. - Novosibirsk : Nauka, 2016. - 295 s. - Text : unmediated.

14. An overview on the nomenclatural and phylogenetic problems of native Asian brine shrimps of the genus Artemia Leach, 1819 (Crustacea, Anostraca) / A. Asem, A. Eimanifar, N. Rastegar-Pouyani [and etc.]. - Text : unmediated // Zookeys. - 2020. - 902. - R. 1-15. - DOI 10.3897/zookeys.902.34593.

15. K voprosu identifikacii populyacionnoj prinadlezhnosti artemii vodoemov Rossii po cistam / L. I. Litvinenko, E. G. Bojko, K. V. Kucanov [i dr.]. - Tekst : neposredstvennyj // Vestnik rybohozyajstvennoj nauki. - Tyumen' : Gosrybcentr, 2018. - T. 5. - № 1 (17). - S. 4-25.

16. Phylogenetic analysis of problematic Asian species of Artemia Leach, 1819 (Crustacea, Anostraca), with the descriptions of two new species / A. Asem, C. Yang, A. Eimanifar [and etc.]. - Text : unmediated // Crustacean Biology. - 2023. - 43. - P. 1-25. - DOI org/10.1093/jcbiol/ruad002.

BOIKO Elena Grigorievna

rector, vice-professor of the department of water bioresources and aquaculture, Northern Trans-Ural State Agricultural University E-mail: boyko@gausz.ru

LITVINENKO Lyudmila Ilyinichna

The chief researcher of the Laboratory of ecology and fisheries research, professor of the department of water bioresources and aquaculture, Northern Trans-Ural State Agricultural University E-mail: litvinenkoli@gausz.ru

MUGUE Lyubov Nikolaevna

Senior specialist of the Federal State Budgetary Institution VNIRO E-mail: shurshunyal@yandex.ru

MUGUE Nikolay Sergeevich

Head of the Department of Molecular Genetics, Federal State Budgetary Institution VNIRO E-mail: mugue@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.