Оценка степени межвидовых генетических различий сибирского белого (Grus leucogeranus Pallas} и канадского журавлей (Grus canadensis tabida) на основе вариабельности фрагмента D-петли митохондриальной ДНК Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ПОНОМАРЕВ, ТАТАРИНОВА, БУБЯКИНА, АЛЕКСЕЕВ, МОРОЗОВ, МАСЛОБОЕВ А, КАШЕНЦЕВА

Литература

1. Кузьмина-Медова Е.Л. Тропические и субтропические лианы в ЦСБС // Декоративные растения для зеленого строительства. - Новосибирск: Наука, 1986.-С. 107-119.

2. Кутас E.H. Поведение растений в интерьерах кинотеатров Ленинграда в различных условиях освещения // Бюл. Гл. ботан. сада, 1980. - Вып. 117. -С.48-54.

3. Токин Б.П. Губители микробов - фитонциды. -М: Сов. Россия, 1960. - 198 с.

4. Токин Б.П. Что такое фитонциды? // Экспериментальные исследования, вопросы теории и практики. - Киев, 1975. - С.5-20.

5. Гродзинский A.M., Лебеда А.Ф. Перспективы развития научно-исследовательских работ по медицинской ботанике в системе ботанических садов Ук-

раины // I респ. конф. по медицинской ботанике. -Киев, 1984. - С.3-7.

6. Цыбуля Н.В., Казначеев C.B. Антимикробное действие интактных растений семейства миртовых // II респ. конф. по медицинской ботанике. - Киев, 1988. -С. 414-415.

7. Цыбуля Н.В. О бактерицидных свойствах фитонцидов мирта обыкновенного // Изв. СО АН СССР. - 1990.-Вып. 2. - С.72-76.

8. Цыбуля Н.В., Фершалова Т.Д. Фитонцидные растения в интерьере (оздоравливание воздуха с помощью растений). - Новосибирск: Кн. изд-во, 2000. -112 с.

9. Kpomoea З.Е., Одегова М.А., Середкина И.Н. Озеленение интерьеров жилых помещений и производственных зданий города Якутска // Декоративные растения для озеленения населенных пунктов Якутии. -Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР Д 980. - С. 89-102.

УДК 577.21:598.322

Оценка степени межвидовых генетических различий сибирского белого (Grus leucogeranus Pallas) и канадского журавлей (Grus canadensis tabida) на основе вариабельности фрагмента D-петли митохондриальной ДНК

А.Г. Пономарев, Т.Д. Татаринова, В.В. Бубякина, В.А. Алексеев, И.В. Морозов, Н.Ю. Маслобоева, Т.А. Кашенцева

Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей фрагмента D-петли митохондриальной ДНК сибирского белого и канадского журавлей выявил 89 вариабельных сайтов. Соотношение транзиций к трансверсиям составляет 2,9. Полученные данные свидетельствуют о возможности использования фрагмента D-петли митохондриальной ДНК - генетического маркера, сконструированного для анализа генетического разнообразия стерхов, в целях изучения внутривидового полиморфизма канадских журавлей. Это позволяет изучить генетическую структуру популяции канадского журавля, внесенного в Красную Книгу Якутии.

A comparative analysis of nucleotide sequences of mitochondrial DNA D-loop region of the Siberian crane and Sandhill crane revealed 89 variable sites. The transition : transversion ratio is 2,9. The data evidences a possibility of using a mitochondrial DNA D-loop fragment - genetic marker developed for the Siberian crane genetic diversity analysis to study Sandhill crane intraspecific polymorphism. This will allow to investigate the population genetic structure of the Sandhill crane listed in the Red Book of Yakutia.

Введение

Сибирский белый журавль (Grus leucogeranus Pallas) - один из редких видов мировой

ПОНОМАРЕВ Анатолий Гаврильевич - к.б.н., с.н.с. ИБПК СО РАН; ТАТАРИНОВА Татьяна Дмитриевна - к.б.н., с.н.с. ИБПК СО РАН; БУБЯКИНА Виктория Витальевна - к.б.н., с.н.с. ИБПК СО РАН; АЛЕКСЕЕВ Владислав Амирович - студент 5 курса 20

фауны, представлен в природе 2 географически изолированными западно-сибирской и восточносибирской популяциями. Западно-Сибирская популяция стерха гнездится в бассейнах рр. Куно-

БГФ ЯГУ; МОРОЗОВ Игорь Владимирович - к.б.н., рук.группы ИХБФМ СО РАН (г. Новосибирск); МАСЛОБОЕВА Надежда Юрьевна - студентка 4 курса ФЕН НГУ; КАШЕНЦЕВА Татьяна Анатольевна - к.б.н., дир. питомника редких видов журавлей.

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ МЕЖВИДОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РАЗЛИЧИЙ

ват и У ват [1, 2]. Известные места её зимовок расположены в Северо-Западной Индии и Северном Иране. Численность этой популяции не превышает 20 особей, по классификации Красной книги России она отнесена к категории 1 (виды и популяции, находящиеся под угрозой исчезновения). Восточно-сибирская популяция гнездится на северо-востоке Якутии [3] и зимует в Восточном Китае на оз. Поянг. Численность её составляет 99,3% от общей численности стерха (около 3000 птиц), рассматривается как устойчивая группировка, определяющая выживание вида [4, 5]. По классификации Красной книги России, она отнесена к категории 3 (редкие виды и популяции).

Канадский журавль (Grus canadensis) населяет весь Североамериканский континент, от тундр Канадской Арктики до побережий Мексиканского залива и Кубы. Помимо Америки, этот вид гнездится в Азии, где населяет тундры северо-востока Сибири от устья р. Алазеи до Чукотского полуострова и Корякин. В тундровой зоне Якутии его численность на местах гнездования достигает 3700 особей [5]. По наблюдениям Н.И. Гермогенова и М.В. Владимирцевой впервые установлен факт его гнездования на левобережье р. Индигирки, что на 250 км западнее известной границы ареала в низовьях р. Алазеи [5].

Стерх и канадский журавль внесены в Красную книгу Якутии [5]. В связи с необходимостью разработки стратегии сохранения уникального биоразнообразия журавлей Якутии встает вопрос об исследовании их генетического разнообразия. Анализ вариабельности D-петли ми-тохондриальной ДНК применен для оценки генетического разнообразия исчезающего американского журавля (Grus americana) [6], островной и континентальной популяций японского журавля (Grus japonensis) [7]. Целью данной работы явился анализ применимости разработанного нами при исследовании стерха генетического маркера - фрагмента D-петли митохонд-риальной ДНК [8] - для оценки генетического полиморфизма канадского журавля. В качестве объекта исследования выбран один из подвидов канадского журавля Grus canadensis tabida.

Материалы и методы

Материалом для выделения ДНК служили образцы крови журавлей из питомника Окского государственного биосферного заповедника. Восточно-сибирская и западно-сибирская попу-

ляции представлены 3 и 2 стерхами соответственно. 2 особи канадского журавля привезены из США.

Тотальную ДНК выделяли из цельной крови с использованием SDS и протеиназы К. Получение фрагментов D-петли митохондриальной ДНК размером 490 нуклеотидов с помощью по-лимеразной цепной реакции и секвенирование ДНК описаны ранее [8]. Выравнивание нуклео-тидных последовательностей выполнено по программе DNA-STAR, основанной на алгоритме Clustal W.

Результаты и обсуждение

Оригинальные праймеры, сконструированные для изучения межпопуляционной дифференциации стерхов, несмотря на значительную эволюционную дивергенцию между Grus leucogeranus и Grus canadensis [9], успешно использованы в полимеразной цепной реакции для получения фрагментов D-петли митохондриальной ДНК канадского журавля. 2 изученные особи канадского журавля обладают дифференцированными гаплотипами. Проведено сравнение нуклеотидной последовательности фрагмента 1> петли канадского журавля с таковой сибирского белого журавля. Выявлено, что нуклеотидные замены на протяжении всего участка D-петли распределены не равномерно. Наибольшее количество их обнаружено на участке от начала до 360-го нуклеотида (рисунок). Причина локализации замен в определенных участках митохондриальной ДНК, возможно, обусловлена селективной природой мутаций.

Количество вариабельных сайтов между последовательностями на данном участке мито-ходриальной ДНК равно 89. Сравнительный анализ характера нуклеотидных замен фрагмента D-петли (табл. 1) показывает, что общее число транзиций (61) намного превышает число

| Ю

I о

Распределение нуклеотидных замен в сегментах размером 20 нуклеотидов фрагмента D-петли Grus leucogeranus и Grus canadensis tabida

Нуклеотидные позиции

ПОНОМАРЕВ, ТАТАРИНОВА, БУБЖИНА, АЛЕКСЕЕВ, МОРОЗОВ, МАСЛОБОЕВА, КАШЕНЦЕВА

Таблица 1

Нуклеотидные замены, выявленные при сравнительном анализе фрагмента ])-петли митохондриальной ДНК сибирского белого (Grus leucageranus Pallas) и канадского (GVh.v canadensis tabida) журавлей

1 Тип замены Количество % %

Транзиции С-Т 32 35.95

A-G 29 32,58 68,53

Трансверсии Т-А 4 4,49

T-G 5 5,61 23,59

А-С 11 12,36

C-G 1 1,12

Делеции 1 1,12 7,86

Инсерции 6 6,74

N 89 100% 100%

Таблица 2

Нуклеотидные замены, выявленные при сравнении фрагмента D-петли митохондриальной ДНК сибирского белого журавля (Grus leucageranus Pallas)

Тип замены Количество % %

Транзиции С-Т 3 33,3 88,8

A-G 5 55,5

Трансверсии Т-А - -

T-G - - -

А-С - -

C-G - -

Делеции - - 11,1

Инсерции 1 11,1

N 9 100% 100%

трансверсий (21). Отношение транзиций к трансверсиям составляет 2,9. Наиболее часто встречающиеся транзиции типа С-Т составляют 35,95%, а трансверсии типа С-А - 12,36% от общего количества замен, в то же время трансверсии типа Т-А и Ст-Т малочисленны. Самыми редкими типами замен являются О-С трансверсии (табл. 1). Выявленные различия нуклеотид-ных последовательностей фрагмента Б-петли митохондриальной ДНК сибирского белого и канадского журавлей отчетливо отражают характеристики их видовой принадлежности.

Анализ межпопуляционной дивергенции особей западно-сибирской и восточно-сибирской популяций сибирского белого журавля (табл.2) показал, что нуклеотидные замены в исследуемом участке Б-петли представлены транзиция-ми (88,8%), причем преобладают транзиции типа А-О (55,5%). Замены типа трансверсий, наблюдавшиеся при межвидовом сравнении, от-

сутствуют. Подобный характер замен в митохондриальной ДНК свидетельствует о близком эволюционном родстве и наличии общего предка 2 изученных популяций стерха.

Полученные в работе данные позволяют сделать вывод о возможности использования фрагмента D-петли митохондриальной ДНК -генетического маркера, разработанного для анализа генетического разнообразия Grus leucogeranus, в целях изучения полиморфизма популяции канадского журавля Grus canadensis, гнездящейся в Якутии и внесенной в Красную Книгу РС(Я).

Литература

1. Сорокин А.Г., Котюков Ю.В. Журавли в СССР / Под ред. И.А. Нейфельдт. - Л.: Наука, 1982. -С. 15-18.

2. Сорокин А.Г., Маркин Ю.М., Панченко В.Г., Шилина А.П. Современное состояние и работы по сохранению западной и центральной популяций стерха // Научный вестник. - Салехард, 2000. - С. 74— 84.

3. Флинт В.Е., Кищинский А.А. Стерх Grus leucogeranus Pall, в Якутии // Зоол. журн. - 1975. -№8.-С. 1197-1212.

4. Дегтярев А.Г., Лабутин Ю.В. Сибирский журавль в Якутии: ареал, миграция, количество // Зоол. журн. - 1991. - Т. 70. - С. 63-75.

5. Гермогенов Н.И. Современное состояние изученности и охраны журавлей в Якутии // Журавли Евразии. - М.: Рабочая группа по журавлям Евразии, 2002.-С. 106-111.

6. Glenn Т.С., Stephan W., Braun M.J. Effects of a population bottleneck on Whooping crane mitochondrial DNA variation И Conserv. Biol. - 1999. - V. 13. -P. 1097-1107.

7. Hasegawa O., Takada S., Yoshida M.C., Abe S. Variation of mitochondrial control region sequences in three crane species, the red-crowned crane Grus japonen-sis, the common crane G. grus and the hooded crane G. monacha // Zoological Science. - 1999. - V. 16. -P. 685-692.

8. Ponomarev A.G., Tatarinova T.D., Bubyakina V.V. et al. Genetic diversity in Siberian crane (Grus leucogeranus) based on mitochondrial DNA D-loop polymorphism // Doklady Biological Sciences. - 2004. -V. 397.-P. 321-323.

9. Krajewski C., Fetzner J.J. W. Phylogeny of cranes (Gruiformes: Gruidae) based on cytochrome-b DNA sequences // Auk. - 1994. - V. Ill. - P. 351-365.