CC BY
82
Труды ИБВВ РАН, вып. 73(76), 2016
УДК57.06.592/599
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ТАКСОНОМИЧЕСКОЙ РЕВИЗИИ ПРЕСНОВОДНЫХ МОЛЛЮСКОВ
И. С. Ворошилова
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: [email protected]
В систематике существуют две противоположные тенденции — дробление и объединение таксонов. В отечественной системе пресноводных моллюсков в настоящее время преобладает первая из этих тенденций, тогда как в зарубежных исследованиях — вторая. В публикации рассмотрены проблемы и перспективы применения молекулярно-генетических методов для таксономической ревизии моллюсков. Ключевые слова: пресноводные моллюски, ДНК, систематика.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение естественной фильтрации вод, питания водных и некоторых наземных животных, накопления токсических соединений в их тканях, функционирования паразитарных систем — это далеко не полный перечень исследований, в ходе которых возникает необходимость определения видовой принадлежности пресноводных моллюсков. Противоречия между систематическими школами, существенные изменения числа видов и родов этой группы гидробионтов становятся серьезной проблемой для широкого круга специалистов.
Необычайное разнообразие формы и окраски раковины моллюсков на протяжении всего периода изучения было и остается одной из основных трудностей, возникающих при попытках провести их классификацию. Проблема влияния условий среды обитания на форму раковин отчетливо поставлена уже в работах XIX века (Жадин, 1928). Поскольку конхиологические признаки могут существенно варьировать, наряду с ними стали изучать анатомические особенности строения половой, выделительной, пищеварительной систем. Кроме того, в практику исследований вошли и другие методы: физиологические, кариологи-ческие, биохимические, иммунологические, межвидовое скрещивание в экспериментальных условиях, анализ нуклеотидных последовательностей ДНК.
Поскольку провести отчетливую грань между видовыми различиями и внутривидовыми вариациями сложно, это приводит к двум крайностям в систематике — дроблению или, напротив, к признанию небольшого числа полиморфных видов с широким ареалом, характеризующихся высоким уровнем внутривидового разнообразия. Последняя из этих двух тенденций преобладает в современных зарубежных публикациях.
Альтернативой европейскому подходу стала отечественная система классификации пресноводных моллюсков, созданная под руководством Я.И. Старобогатова. Ярослав Игоревич считал, что полиморфные виды с широким ареалом, выделяемые западными исследователями, представляют собой комплексы, состоящие из самостоятельных таксонов (Винар-ский, Андреева, 2007). В качестве одного из наиболее надежных классификационных признаков он предложил использовать форму фронтального сечения раковины. Выбор этого диагностического признака основан на том, что рост раковин моллюсков происходит закономерно, путем приращения подобных частей (Thompson, 1959). Для изучения моллюсков предложен компараторный метод (Логвинен-ко, Старобогатов, 1971), суть которого заключается в том, что формы раковин сравнивают путем сопоставления контуров фронтального (или максимально выпуклого) сечения раковин с помощью рисовального аппарата (Логвинен-ко, Старобогатов, 1971; Богатов, 2014).
Путем детального анализа анатомических признаков и с помощью компараторного метода пересмотрено систематическое положение многих таксонов. Самые масштабные изменения проведены на уровне видов и родов. Зарубежные исследователи считают предложенную систему излишне дробной: например, если в составе надсем. Pisidioidea они признают около 30 видов, то в отечественной системе их насчитывается более 200 (Корню-шин, 1996). Число таксонов пресноводных моллюсков в двух альтернативных системах существенно отличается, во многих случаях сопоставить результаты фаунистических исследований сложно или даже невозможно. Поскольку в настоящее время в систематике пресноводных моллюсков наиболее актуальны вопросы о числе видов, в предлагаемой публи-
кации считаю необходимым обратить внимание на возможные способы решения этой проблемы. Современные представления о филогенетических взаимосвязях крупных таксонов не рассмотрены, поскольку они обсуждаются в ряде зарубежных работ ^Ьагша й а1., 2012; Ооп2аг1е2, 2015).
ОБОСОБЛЕННОСТЬ И ДИВЕРГЕНЦИЯ ТАКСОНОВ
В рамках биологической концепции, в соответствии с которой сформировалась отечественная система видов пресноводных моллюсков, одной из основных характеристик вида считают его обособленность, проявляющуюся в способности сохранять свой генофонд (Мауг, 1969; Старобогатов, 1985). Учитывая наличие межвидовой гибридизации, Ярослав Игоревич формулировал это понятие как "неспособность двух популяций разных видов слиться в одну за сколь угодно долгое время при отсутствии каких-либо внешних препятствий к скрещиванию" (Старобогатов, 1985). Несмотря на то, что обособленность и репродуктивная изоляция тесно связаны между собой, эти понятия не совсем совпадают. Репродуктивная изоляция может возникать в результате географической удаленности популяций или при наличии физических барьеров. В случае преодоления этих препятствий скрещивание возможно. По сути, репродуктивная изоляция — это основа для возникновения обособленности. Тогда как обособленность — это результат индивидуального развития ди-вергировавших групп, который проявляется в том, что у каждого из таксонов формируется свой уникальный генофонд и существуют механизмы, препятствующие их смешиванию в одно целое. Необходимо обратить внимание на то что, оценивая обособленность, мы не определяем наличие или отсутствие репродуктивной изоляции, а изучаем результаты работы изолирующих механизмов.
На практике оценка этого критерия в естественных условиях без применения генетических маркеров становится непростой задачей. Морфологический метод оценки обособленности заключается в выявлении достоверных различий по морфологическим признакам между синтопичными выборками, взятыми из одного местообитания (Старобогатов, 1968). В том случае, если признак выбран удачно, то различия по единственному признаку между двумя синтопичными выборками, по мнению Я.И. Старобогатова (1968), могут свидетельствовать о принадлежности особей к разным видам. М.В. Винарский и С.И. Андреева (2007) совершенно справедливо отметили, что в та-
ком случае исследователи не имеют оснований отвергать предположение о полиморфизме. Обособленность таких групп, по мнению указанных выше авторов, необходимо подтверждать с использованием дополнительных признаков.
Для видов, обитающих раздельно, обычно оценивают морфологический хиатус, подразумевающий наличие разрыва в ряде переходов от одной формы к другой (Старобогатов, 1968; Мауг, 1969). Такой подход не лишен проблем, связанных с отсутствием хиатуса при межвидовой гибридизации, а также вследствие полиморфизма морфологических признаков. Идентификация видовой принадлежности моллюсков с нетипичными диагностическими признаками, так же, как и выявление гибридных особей — задачи, которые могут быть решены путем применения генетических маркеров (Ворошилова и др., 2010; Ворошилова, 2015). В ходе работы иногда возникают ситуации, когда исследователи, применяющие морфологические и генетические признаки, приходят к разным выводам в отношении видовой принадлежности особей. Подобные результаты могут быть следствием следующих причин:
1. Методические ошибки в проведении генетического анализа (Абрамсон, 2009, 2013).
2. Исследуемые таксоны представляют собой ранние стадии дивергенции и не могут быть выявлены путем построения филогенетических деревьев, поскольку возможна неполная сортировка генеалогических линий мито-хондриальной ДНК (мтДНК) (Абрамсон, 2007, 2009).
3. Последствия межвидовой гибридизации и варьирование диагностических признаков. Крайние варианты вариационного ряда могут быть ошибочно приняты за представителей других видов (Старобогатов, 1968). Кроме того, не все морфологические признаки, традиционно применяемые для идентификации видовой принадлежности типичных особей, подходят для определения моллюсков с нетипичными признаками. В ходе исследований дрейссенид и дальневосточных жемчужниц путем сопоставления результатов определения каждой особи по морфологическим и генетическим признакам, удалось внести некоторые коррективы в диагностические ключи. Если идентификацию видовой принадлежности проводить с учетом таких уточнений, то выводы по морфологическим и генетическим признакам, в подавляющем большинстве случаев совпадают (Ворошилова, 2015; Во1о1юу е! а1., 2015).
4. Преувеличено диагностическое значение одних морфологических признаков, тогда
как недооценено значение других. Поскольку расхождения между результатами морфологического определения и генетического анализа встречается в практике исследований пресноводных моллюсков, важно сохранять или хотя бы фотографировать раковины и придерживаться их единой нумерации с образцами тканей для генетического анализа.
Следует отметить, что в отличие от морфологических признаков генетический материал, используемый, в том числе для молекулярной систематики, менее подвержен влиянию внешних условий. Например, даже такое сильное воздействие, как высокий уровень радиоактивного излучения в результате Чернобыльской катастрофы, не привело к возникновению новых аллельных вариантов аллозим-ных локусов у полиморфной дрейссены Втвгъ-sena ро1ушотрЬа. При сравнении участков с разным уровнем радиоактивного излучения отмечено лишь изменение частот существовавших ранее аллельных вариантов там, где был аварийный сброс горячей воды (Бей80У е! а1., 1992).
Новые варианты нуклеотидных последовательностей эукариот, возникают преимущественно в результате случайной ошибки репликации ДНК и рекомбинации. Особь с му-тантным вариантом ДНК может оказаться нежизнеспособной и погибает. У жизнеспособных особей мутация может быть нейтральной или "вредной", но совместимой с жизнью, или же "полезной" в определенных условиях. Согласно нейтральной теории эволюции (Ктига, 1968) подавляющее большинство мутаций селективно нейтральны и их судьба определяется стохастическими процессами. В то время как морфологические признаки обычно представляют собой результат работы нескольких генов, экспрессия которых может изменяться за счет работы регуляторных механизмов. Благодаря работе последних возможно возникновение адаптивных вариантов внешних признаков, без изменения наследственной информации. Вполне возможно, что таким образом в новых условиях происходит формирование адаптивной формы (морфотипа), которая может существенно отличаться по морфологическим признакам и быть выделена в отдельный вид. Генетические маркеры и морфологические признаки представляют собой разные функциональные части единого целого, поэтому и эволюционируют с разной скоростью. Соответственно, если результаты таксономической ревизии по морфологическим и генетическим признакам не совпадают, это не повод отрицать результаты того или иного метода,
необходимо выяснить причину таких несовпадений.
Первые наиболее масштабные популяци-онные исследования генофондов были выполнены с применением аллозимного электрофореза, однако в 1960-1990 гг., в период становления отечественной системы классификации пресноводных моллюсков, в России генетический анализ популяций этой группы гидробио-нтов проводили сравнительно редко, преимущественно для унионид (Кодолова, Логвиненко 1973, 1974). Современные молекулярно-генетические исследования, целью которых стало определение таксономического положения групп, в подавляющем большинстве случаев проводят методами кладистического анализа. Основная задача такого исследования — выделение монофилетических групп путем построения филогенетических деревьев. Следует отметить, что в рамках кладистического подхода выделение клад проводится прежде всего на основе сходства или различия признаков, маркирующих общее происхождение по принципу наиболее близкого общего предка (MRCA).
Популярность такого подхода обусловлена тем, что методология построения филогенетических деревьев хорошо обоснована статистически, сама процедура анализа ДНК алгоритмизирована. На первый взгляд, полученные выводы должны быть максимально объективными. Однако существует ряд методических проблем, которые могут существенно влиять на топологию дерева (Павлинов, 2005; Абрамсон, 2009, 2013). Если их не учитывать, в конечном итоге, даже с хорошей статистической поддержкой филогенетическое дерево может не быть истинным (Алешин, 2007).
В ходе таксономической ревизии этим методом возможны неоднозначные ситуации. Например, К. Степиен с соавторами (Stepien et al., 2013) по результатам анализа филогенетического дерева, построенного на основе данных о полиморфизме фрагмента митохондриального гена первой субъединицы цитохром оксидазы (COI) предложили выделить D. anatolica в отдельный вид, а D. p. gallandi указывать как D. polymorpha. Различия средних значений дивергенции между нуклеотидными последовательностями D. p. polymorpha, D. p. anatolica, D. p. gallandi невелики, а максимальные их значения внутри подвида D. p. polymorpha совпадают с минимальными между D. p. polymorpha-D. p. anatolica (таблица). Следовательно, D. anatolica можно рассматривать только как эволюционно молодой вид или подвид D. p. anatolica, но не в качестве отдельного, хорошо дифференцированного вида.
Популяционные исследования полиморфной дрейссены в широком географическом масштабе впервые проведены Мэй с соавторами (May et al., 2006; Gelembiuk et al., 2006). Анализ распределения частот и медианной сети гаплотипов этого локуса показал, что эндемичные для Турции подвиды D. p. anatolica (обитает в озерах Анталии) и D. p. gallandi (в озерах бассейна Мраморного моря) обособлены, поскольку гаплотипы турецких подвидов не обнаружены в популяциях D. p. polymorpha, обитающих в водных объектах Европы и Северной Америки, а варианты мтДНК, характерные для D. p. polymorpha не найдены у представителей турецких подвидов. Таким образом, подвид D. p. gallandi генетически обособлен, но при этом он не может быть выделен в качестве вида на основании разли-
чий между нуклеотидными последовательностями COI (таблица).
Второй пример — изменение таксономического статуса D. r. bugensis. Предполагается, что дивергенция клювовидной и бугской дрейссен (D. rostriformis, D. r. bugensis) происходила после вселения D. rostriformis из Каспийского в Эвкснинский бассейн. В пресные воды Днепро-Бугского лимана дрейссена попала значительно позже, в результате трансгрессии, вызванной вторжением средиземноморских вод (Яковлев и др., 2012). Учитывая экологические особенности и историю формирования, одни исследователи считают ее эво-люционно молодым видом D. bugensis (Старо-богатов, 1994; Rosenberg, Ludyanskiy, 1994; Яковлев и др., 2012), тогда как другие — подвидом D. r. bugensis (Мордухай-Болтовской, 1960; Невесская, 1963; Бабак, 1983).
Таблица. Различия между нуклеотидными последовательностями D. p. polymorpha, D. p. anatolica, D. p. gallandi и D. r. bugensis, D. rostriformis по фрагменту митохондриального гена COI
Сравниваемые таксоны Max и min значения различий между нуклеотидными последовательностями, среднее арифметическое ± ошибка средней
D. p. polymorpha - 0.19-1.16
D. p. polymorpha 0.52±0.06
D. p. polymorpha- 1.16-1.35
D. p. anatolica 1.31±0.04
D. p. polymorpha- 0.19-0.97
D. p. gallandi 0.70±0.06
D. r. bugensis- D. r. bugensis 0.19-0.57 0.38±0.08
D. r. bugensis-D. rostriformis 0.38-0.57 0.51±0.05
Примечание. Генетические различия рассчитаны между нуклеотидными последовательностями (517 п.н.) подвидов D. polymorpha, номера которых указаны в публикации К. Степиен с соавторами для филогенетического анализа (Stepien et. al., 2013, табл. 26.2) и фрагментами этого гена (525 п.н.) D. r. bugensis и D. rostriformis, номера NCBI: AF510504, AF510505-AF510507, JQ435816, DQ840133, AF479637, JX099436, U47650 (National Center ..., 2015).
Нуклеотидные последовательности ми-тохондриальных генов СО1 и 16S рРНК D. r. bugensis отличаются от D. rostriformis менее чем на 1%. При этом значения максимальных различий между гаплотипами COI одного подвида D. r. bugensis совпадают с таковыми между подвидами D. r. bugensis-D. rostriformis (таблица). Тем не менее, ни один из вариантов 16S рРНК, характерных для вида D. rostriformis, обитающего в Каспийском море, не обнаружен в пресноводных популяциях D. r. bugensis (Ворошилова, 2015). Следовательно, D. r. bugensis и D. rostriformis генетически обособлены, однако различия между нуклеотидными последовательностями этих таксонов слишком малы для того, чтобы считать их разными видами.
Таким образом, D. p. anatolica, D. p. gallandi, D. p. polymorpha, D. г. bugensis представляют собой генетически обособленные группы, каждый из которых имеет свою эволюционную историю, становление групп проходило в совершенно разных условиях. Следует отметить, что только два из них (D. p. polymorpha и D. г. bugensis) обладают инвазионными свойствами. Очевидно, что в плане изучения направлений инвазий необходимо отличать D. p. polymorpha от D. p. anatolica и D. p. gallandi, а также D. г. bugensis от D. rostriformis.
Естественно, что не все указанные формы дрейссенид можно считать отдельными видами, поэтому применение внутривидовых категорий, основанных на разной степени генетической обособленности видов, было бы
компромиссным решением в подобных ситуациях. Наиболее подходят для этой цели маркеры митохондриальной ДНК. Несмотря на то, что моллюски представляют собой одну из немногих групп, где известно наследование мтДНК по отцовской линии и случаи рекомбинации между женским и мужским митоти-пами, даже у них преобладает материнское наследование без рекомбинации. Ниже рассмотрены стадии генетической обособленности, которые в основном соответствуют таксономическим категориям в рамках биологической концепции вида (Мауг, 1969) и субвидовым категориям в обзоре М.В. Винарского (2015). Необходимо подчеркнуть, что под генетической обособленностью в этой публикации подразумевается наличие уникального состава вариантов нуклеотидных последовательностей ДНК, характерного для каждого из таксонов.
Стадии внутривидовой обособленности
Морфотипы — группа особей, изначально выделенная как вид, но ее обособленность не подтверждена генетически. В отдельных поселениях моллюсков преобладают те же варианты ДНК, что и в материнской популяции. Соответственно идентификация морфо-типа возможна морфологическими или физиологическими методами. Наряду с общими гап-лотипами могут присутствовать и уникальные варианты, характерные именно для этого поселения.
Необходимо подчеркнуть, что определение морфотипов часто бывает очень сложной задачей и должно выполняться преимущественно специалистами, имеющими опыт работы с определенной группой пресноводных моллюсков. Тогда как идентификация остальных категорий, рассмотренных ниже, необходима для широкого круга специалистов.
Подвиды и эволюционно молодые виды. Эта стадия микроэволюции характеризуется тем, что репродуктивная изоляция возникает в результате географических или иных барьеров и существует достаточно длительное время, необходимое для того, чтобы поселение моллюсков было генетически обособлено, то есть представлено вариантами нуклеотидных последовательностей ДНК, отсутствующими в популяциях исходного вида. В случае исчезновения барьеров, в зоне контакта между новой группой и особями исходного вида возможна гибридизация и интрогрессия, тем не менее, подвиды обособлены в большей части своего ареала (Майр, 1971). Отличие этой категории от предыдущей состоит в том, что подвиды
можно идентифицировать генетическими методами.
Необходимо отметить, что не все генетически обособленные группы следует считать подвидами. Частоты гаплотипов исследуемой популяции могут отличаться от донорной в том случае, если в новых условиях исходно оказалось небольшое число особей (эффект основателя), популяция прошла период катастрофического снижения численности (эффект бутылочного горлышка) или в результате дрейфа генов. Соответственно, генетическая обособленность, без учета других характеристик (морфологических, физиологических и др.), не может быть основанием для выделения подвидов или эволюционно молодых видов.
Ложные генетические различия между морфотипом и донорным видом могут быть выявлены, если внутривидовое генетическое разнообразие материнского вида изучено недостаточно (малый объем выборок при неравномерном охвате ареала). Подобные примеры рассмотрены в обзорах Н.И. Абрамсон (2007, 2009), как иллюстрация одного из "подводных камней", которые необходимо учитывать в филогенетических исследованиях. Следует отметить, что граница между подвидом и эво-люционно молодым видом условна и во многом определяется представлениями исследователя о том, что считать видом.
Хорошо дифференцированные виды — это стадия дивергенции, когда в зоне совместного обитания в нормальных условиях отсутствует гибридизация (или происходит редко).
Филогенетические линии, алловиды и криптические виды представляют собой группы, которые сложно или невозможно идентифицировать по морфологическим признакам, уровень различий между особями по генетическим маркерам сопоставим с таковыми между хорошо обособленными видами. Для выявления различий между филогенетическими линиями и криптическими видами автору этого обзора представляется наиболее целесообразным применение интегративного подхода (Integration by congruence), подразумевающего анализ разных групп признаков (Padial et al., 2010).
Надвиды (комплексные виды) — это стадия обособленности, когда в состав одного таксона входят несколько филогенетических линий (алловидов).
В настоящее время применение генетических методов в систематике сводится преимущественно к анализу филогенетических деревьев, построенных на основе различий
между нуклеотидными последовательностями. Как показано в обзоре Н.И. Абрамсон (2009), монографии М.В. Винарского (2013) и примерах, указанных выше, дивергенция нуклеотид-ных последовательностей не всегда может быть надежным критерием принадлежности к разным видам. Построение филогенетических деревьев, с моей точки зрения, представляет собой всего лишь способ предварительного анализа, позволяющий выявлять только заключительные стадии видообразования.
Для построения хорошо обоснованной классификаций необходимо изучать все стадии дивергенции, оценивать не только различия между последовательностями, но и обособленность таксонов. В качестве способа диагностики последней можно применять методы филогеографии, в частности изучение распределения частот гаплотипов митохондриальной ДНК по ареалу вида. При этом традиционную схему можно дополнить анализом, заключающимся в определении наличия или отсутствия уникальных для таксона вариантов ДНК. Примечательны в этом плане работы Мэй с соавторами (May et al., 2006; Gelembiuk et al., 2006), они анализировали отдельно каждый из дробных таксонов, выделенных по морфологическим признакам. Несмотря на то, что сами авторы не оценивали обособленность, это можно сделать по их данным, которые очень наглядно представлены.
Необходимо отметить, что для изучения генетической обособленности в дополнение к секвенированию можно использовать и другие способы анализа. Идентификация отдельных позиций нуклеотидов, диагностичных для таксона, возможна с помощью более дешёвых методов, например, аллель-специфической ПЦР или рестриктного анализа. Подобный подход в качестве дополнения к другим методам, реализованным предыдущими исследователями, был применен для изучения генетической обособленности D. r. bugensis и D. rostriformis (Ворошилова, 2015).
Предполагаю, что изучение генетической обособленности таксонов поможет найти компромисс между сторонниками разных концепций вида и решить некоторые из кажущихся противоречий между результатами таксономических ревизий по морфологическим и генетическим признакам. Изучение структуры вида, подразумевающее при необходимости его подразделение на филогенетические линии, подвиды, морфотипы и их детальный анализ позволит учитывать и в дальнейшем использовать результаты предыдущих таксономических ревизий. В этом плане дробную
систему видов моллюсков, предложенную школой Я.И. Старобогатова, по сути можно считать первым шагом на пути создания новой таксономической системы моллюсков. Вторым этапом может стать сопоставление результатов детального морфологического анализа дробных видов и их генетической дивергенции, а также стадии обособленности. На основе подобного анализа видовой статус таких дробных видов может быть подтвержден или же изменен. Следующий этап - изучение распространения и систематизация морфотипов, входящих в состав вида. Вполне возможно, что практическое применение такого подхода позволит в дальнейшем избежать увеличения числа видов, и создать относительно стабильную классификацию моллюсков.
МАРКЕРЫ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК
Из генетических маркеров, применяемых в настоящее время, нуклеотидные последовательности мтДНК имеют более высокую скорость эволюции по сравнению с ядерными маркерами. Именно благодаря этой особенности они наиболее эффективны при изучении микроэволюции (Avise, 2004; Абрамсон, 2009; Galtier et al., 2009; Sharma et al., 2012). Основное преимущество этих маркеров заключается в том, что мтДНК передается клонально (по материнской линии), все сайты разделяют общую родословную. Следовательно, полиморфные варианты нуклеотидных последовательностей, в отличие от морфологических признаков, даже в случае межвидовой гибридизации не бывают промежуточными.
Считается, что для моллюсков характерно двойное наследование (doubly uniparental inheritance, DUI) митохондриальной ДНК. В гонадах самцов содержится М-тип мтДНК, который передается по мужской линии, в соматических тканях обеих полов и гонадах самок присутствует женский F-тип (Fisher, Skibinski, 1990; Hoeh et al., 1991 и мн. др.). Таким образом, у самок моллюсков преобладает обычное для эукариот материнское наследование мтДНК. Однако у самок известны и случаи нахождения М-типа в чрезвычайно малых количествах. В соматических тканях самцов преобладает F-тип, но может присутствовать и M-тип. Количество мужского типа мтДНК в соматических тканях самцов тем больше, чем ближе они расположены к гонадам (Zouros, 2013).
Различия между мужским и женским типом по фрагменту гена COI у пресноводных моллюсков достигают 34-35% (Soroka, 2008), мужской тип мтДНК эволюционирует гораздо быстрее, чем женский (Zouros, 2013). Ранее считалось, что митохондриальная ДНК не ре-
комбинирует, однако у мидий обнаружены рекомбинантные F-M гаплотипы (Ladoukakis, Zouros, 2001). Скорее всего, такие варианты ДНК крайне редки и вряд ли могут стать серьезной проблемой при анализе нуклеотидных последовательностей. Несмотря на теоретически возможную рекомбинацию и гетероплаз-мию, при выделении ДНК из мышечных тканей, максимально удаленных от гонад, как правило, амплифицируется женский тип мтДНК. Случаи амплификации рекомбинант-ного или мужского митотипа могут быть выявлены путем секвенирования. Следует отметить, что этот способ наследования мтДНК обнаружен далеко не у всех моллюсков. Из пресноводных видов, обитающих на территории России, проблема актуальна для унионид и жемчужниц (Theologidis, 2008).
В подавляющем большинстве мутации, возникающие в митохондриальной ДНК, нейтральны, либо близки к нейтральным и накапливаются в популяциях. Следовательно, анализ митохондриальных последовательностей позволяет изучать дивергенцию таксонов (Avise, 2004). В литературе встречаются сведения о том, что мутации мтДНК в редких случаях могут быть адаптивными (Galtier et al., 2009). Если они фиксируются в популяциях, то при небольших объемах выборок возможно ошибочное обнаружение обособленности.
Из маркеров митохондриальной ДНК чаще всего анализируют первичные последовательности фрагментов генов СО1, цитохрома b (cyt b), 16S рРНК. Необходимо отметить, что для генетических маркеров так же, как и для морфологических признаков, объем изученного материала должен быть взаимосвязан с тем, насколько выражен полиморфизм по исследуемому признаку. Наиболее консервативен 16S рРНК, тогда как для cyt b характерен значительный внутривидовой полиморфизм. Следовательно, для каждого маркера оптимальный объем исследуемого материала будет разным, а при выборе более быстро эволюционирующего участка ДНК (например, cyt b и др.), необходимо увеличивать объем выборки.
Одна из основных проблем применения маркеров митохондриальной ДНК связана с наличием гибридизации в совместных поселениях моллюсков. Так как гибриды и их потомки наследуют материнский гаплотип, в популяциях могут встречаться моллюски с вариантами митохондриальной ДНК, характерной для представителей другого таксона. Для изучения гибридного происхождения обычно дополнительно используют ядерные или аллозимные маркеры. Кроме того, избежать ошибочных вы-
водов можно путем увеличения объема выборок и сбора проб в тех участках ареала, где представители каждого из предполагаемых видов обитают отдельно друг от друга.
МАРКЕРЫ ЯДЕРНОЙ ДНК
Из нуклеотидных последовательностей ядерной ДНК в настоящее время наиболее часто используют многокопийные рибосомные гены (18S и 28S рРНК) и межгенные спейсеры (ITS1, ITS2), которые имеют разные темпы эволюции, возможно их применение для изучения разных уровней филогении. Считается, что они эволюционируют согласованно (Hillis, Davis, 1988), и в ходе эволюции происходит гомогенизация последовательностей (Dover, 1994). Соответственно, в некоторых случаях возможно прочтение консенсусных последовательностей многокопийных участков ДНК без молекулярного клонирования. К сожалению, применение этих маркеров имеет свои ограничения.
Первая проблема связана с тем, что у отдельных групп моллюсков в участках ДНК с высоким содержанием гуанина и цитозина внутримолекулярные взаимодействия способствуют амплификации химерных последовательностей и возникают проблемы с получением нужного продукта ПЦР (полимеразная цепная реакция). Считается, что в таких случаях возрастает вероятность загрязнения исследуемого фрагмента продуктами амплификации кормовых объектов и паразитов, поскольку стандартные праймеры для синтеза 18S рРНК сконструированы для консервативных участков ДНК (Meyer et al., 2010). Ген 18S рРНК эволюционирует медленнее, чем 28S рРНК и межгенные спейсеры, поэтому проблема полиморфизма менее актуальна, чем при использовании других последовательностей рибосомного кластера. Маркер может быть достаточно эффективным для того, чтобы различать хорошо ди-вергировавшие виды (Bargues, Mas-Coma, 1997; Bargues et al., 1997; Bolotov et al., 2015), но не во всех случаях подходит для определения таксономической принадлежности близкородственных видов (Bargues, Mas-Coma, 2005).
Вторая проблема применения ядерных маркеров — существование полиморфных вариантов нуклеотидных последовательностей, возникающих в результате рекомбинации. В случае межвидовой гибридизации и последующих рекомбинациях сложно предсказать направления гомогенизации нуклеотидных последовательностей (Feliner, Rossefy, 2007). Например, для D. polymorpha описано два варианта 28 S рРНК, обозначенные как типы А (NCBI: AF131006) и В (NCBI: AF131007). D. polymorpha (тип А) образует единый кла-
стер с представителем другого подрода D. r. bugensis (Park, Ó Foighil, 2000). Внутривидовые различия между последовательностями достигают 8%, тогда как межвидовые (D. polymorpha и D. r. bugensis) — 3% (NCBI: AF131006, AF131008). Авторы указанной выше работы объясняют такой результат наличием сетчатой эволюции. Хотя эта проблема не стала причиной каких-либо изменений в систематике дрейссенид, тем не менее, при проведении исследований необходимо учитывать существование подобных вариантов нуклео-тидных последовательностей.
Поскольку межгенные спейсеры ITS не являются кодирующими, они эволюционируют значительно быстрее по сравнению с генами рибосомного кластера и считаются маркерами, более подходящими для изучения дивергенции близких видов (Bargues, Mas-Coma, 2005 и мн. др.). Тем не менее, можно предположить, что темпы эволюции межгенного спейсера могут существенно различаться у разных систематических групп. Например, у представителей надсемейства Pisidioidea этот участок ДНК консервативен (Lee, Ó Foighil, 2003).
Особенность этого маркера в том, что амплифицированные фрагменты разных видов различаются не только по последовательностям нуклеотидов, но и по длине продуктов ПЦР. Это очень удобно для определения видовой принадлежности особей и идентификации межвидовых гибридов по длине продуктов амплификации (Aguilar et al., 1999; Rauscher et al., 2002 и мн. др.), но может стать серьезной проблемой в ходе построения филогенетических деревьев. Существенные различия по длине продукта амплификации отмечены у разных таксонов: максимальные межвидовые различия у прудовиков достигают 121 п.н. (370-491п.н.) (Bargues, Mas-Coma, 2005), а у ITS1 сфериид — 178 п.н. (504-682 п.н.) (Lee, Ó Foighil, 2003). При таких различиях по длине провести выравнивание очень проблематично, следовательно, а ошибки в выравнивании неизбежно приведут к ложной топологии филогенетического дерева, полученного на его основе.
Для растений и некоторых групп водных беспозвоночных проводят сравнение вторичной структуры этого участка ДНК (Grajales et al., 2007; Keller et al., 2008), но этот подход пока не популярен в филогенетических исследованиях моллюсков. Более рациональным решением в такой ситуации, с моей точки зрения, будет использование только одного из двух межгенных спейсеров (ITS1 или ITS2), не столь сильно варьирующего по длине, или другого маркера. Тем более что в последние
годы их выбор значительно увеличился благодаря внедрению в практику филогенетических исследований для беспозвоночных протеин-кодирующих локусов (Audzijonyte, Vrijenhoek, 2010; Sharma et al., 2012).
Известны случаи внутрииндивидуально-го полиморфизма по этому маркеру (Insua, 2003; Armbruster, Korte, 2006). Например, 12 особей жемчужницы Cumberlandia monodonta (Say, 1828) из р. Клинч (США) содержат 57 вариантов нуклеотидных последовательностей ITS. Максимальные различия между внутривидовыми вариантами составляют 8%. Обсуждая полученные результаты, автор работы (Elderkin, 2009) делает заключение о том, что маркер необходимо осторожно применять в филогенетических исследованиях.
В тех случаях, когда различия по длине сравниваемых участков ДНК не столь велики, и в ходе согласованной эволюции произошла гомогенизация, то первичные последовательности межгенных спейсеров могут быть неплохими маркерами для сравнения близкородственных видов. Тем не менее, при наличии внутривидового полиморфизма в географически удаленных популяциях могут фиксироваться разные внутривидовые варианты (Dover, 1982; Elder, Turner, 1995), сравнение которых при малых выборках может привести к ошибочным выводам.
Несмотря на указанные выше недостатки, последовательности рибосомного кластера пока остаются основными ядерными маркерами, необходимыми как дополнение к митохон-дриальным при рассмотрении соответствий между дробными отечественными и комплексными зарубежными видами, а также идентификация гибридного происхождения особей. Вполне возможно, что среди малоко-пийных ядерных генов будут найдены более надежным маркеры для этих целей (Feliner, Rossefy, 2007; Audzijonyte, Vrijenhoek, 2010; Sharma et al., 2012).
Конечно, в плане понимания механизмов формирования обособленности видов важны исследования генов, отвечающих за формирование репродуктивной изоляции (Wu, Ting, 2004). Однако маловероятно, что подобные гены будут лучшими филогенетическими маркерами, поскольку репродуктивная изоляция может быть связана не с одним геном. Кроме того, вполне возможно, что ее возникновение происходит не только благодаря их дивергенции, но и в результате изменения работы регу-ляторных механизмов. Например, даже внутривидовое скрещивание в экспериментальных условиях без дополнительной стимуляции
возможно не для всех видов. А в результате искусственной стимуляции получают гибриды таких видов моллюсков и рыб, которые в естественных условиях обособлены (Nichols, Black, 1994; Артамонова, Махров, 2015).
Секвенирование РНК так же, как и полногеномный анализ с точки зрения некоторых исследователей могут быть полезны для целей таксономии (Gonzales et al., 2015). Однако вследствие высокой стоимости подобных работ, в ближайшее время эти методы вряд ли найдут широкое применение для изучения низших уровней иерархии в классификации пресноводных моллюсков.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Учитывая, что организм представляет собой единое целое, эволюция всех признаков связана между собой. Соответственно, противоречия между результатами применения морфологических, физиологических, генетических и других методов, а также и классификационных подходов — это всего лишь следствие наших ограниченных знаний о закономерностях эволюции. Поэтому создать стабильную и удобную для практического применения систему можно только в результате изучения всех стадий видообразования, а также совместного применения разных методов анализа. Естественно, что подобные исследования потребуют значительных затрат времени, сил и финансирования.
Если для исследуемой группы актуальны проблемы, сходные с теми, которые в настоящее время присутствуют в систематике пресноводных моллюсков, то выбор быстрого способа изучения биоразнообразия, таких как, например, турбо-таксономии (turbo-taxonomy), хотя и имеет положительную сторону (быстрое пополнение баз данных), неминуемо приведет к тупику. Сторонники турбо-таксономии предлагают провести быструю
инвентаризацию фауны. Вся информация публикуется в журналах с открытым доступом, а фотографии и нуклеотидные последовательности образцов, определенных специалистами, депонируют в общедоступные базы данных. Время при таком подходе экономят за счет упрощения диагностических ключей по морфологическим признакам, поскольку определение видовой принадлежности образцов основано преимущественно на ДНК-штрихкодировании (Riedel et al., 2013).
В ходе применения такого подхода для изучения разнообразия моллюсков могут возникнуть следующие проблемы. 1. Сложности, обусловленные наличием разных таксономических подходов в систематике исследуемой группы. Например, нуклеотидные последовательности известны только для крупных полиморфных видов. Дробные таксоны, которые рассматривают в составе таких видов, могут отличаться друг от друга генетически. 2. Причиной ошибочной идентификации видовой принадлежности особей могут быть недостаточные сведения о морфологическом и генетическом полиморфизме в разных частях ареалов видов. Необходимо подчеркнуть, что без учета генетического полиморфизма и межвидовой гибридизации, даже при идентификации видовой принадлежности ДНК-штрих-кодированием возможны серьезные проблемы. Отказ от анализа морфологического и генетического полиморфизма может привести как к описанию несуществующих в реальности новых видов, так и наоборот, к неоправданному их объединению. Таким образом, быстрые методы анализа биоразнообразия (ДНК-штрихкодирование, турбо-таксономия) эффективны в тех случаях, когда при построении классификации учтены особенности микроэволюции исследуемой группы.
Благодарности. Автор искренне признателен анонимному рецензенту, Е.А. Боровиковой, А.А. Фролову за ценные замечания и рекомендации по тексту рукописи, а также А.А. Махрову, В.С. Артамоновой за обсуждение некоторых вопросов, рассмотренных в этой публикации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Абрамсон Н.И. Филогеография: итоги, проблемы, перспективы // Вестник ВОГиС. 2007. Vol. 11. № 2. P. 307331. Abramson N.I. Filogeografiya: itogi, problemy, perspektivy // Vestnik VOGiS. 2007. Vol. 11. № 2. P. 307-331 [Abramson N.I. Phylogeography: results, issues and perspectives. Vavilov J. of Genetics and Breeding. 2007. Vol. 11. № 2. P. 307-331.] In Russian Абрамсон Н.И. Молекулярные маркеры, филогеография и поиск критерия разграничения видов // Тр. Зоол. инта РАН. 2009. Прил. № 1. C. 185-198. Abramson N.I. Molekulyarnye markery, filogeografiya i poisk kriteriya razgranicheniya vidov // Tr. Zool. in-ta RAN 2009. Pril. № 1. C. 185-198 [Abramson N.I. Molecular markers, phylogeography and search for the criteria for deliminting species// Proc. Zool. Inst., Rus. Acad. Sci. 2009. Suppl. № 1. С. 185-198.] In Russian
Абрамсон Н.И. Молекулярная и традиционная филогенетика. На пути к взаимопониманию // Тр. Зоол. института РАН ин-та. 2013. Прил. № 2. С. 219-229. Abramson N.I. Molekulyarnaya i traditsionnaya filogenetika. Na puti k vzaimoponimaniyu // Tr. Zool. instituta RAN in-ta. 2013. Pril. № 2. S. 219-229. [Abramson N.I. Molecular and
conventional phylogenetic. Towards the common ground // Proc. Zool. Inst., Rus. Acad. Sci. 2013. Suppl. № 2. Р. 219-229.] In Russian
Алёшин В.В., Константинова А.В., Михайлов К.В., et al. Нужно ли много генов для филогенетического дерева? // Биохимия. 2007. Т. 72. № 12. С. 1610-1623. (Aleshin V.V., Konstantinova A.V., Mikhailov K.V., Nikitin M.A., Petrov N.B. Do we need many genes for phylogenetic inference? // Biochemistry (Mosc). 2007. Vol. 72. № 12. P. 1313-1323)
Артамонова В.С., Махров А.А. Генетические методы в лососеводстве и форелеводстве: от традиционной селекции до нанобиотехнологий. М.: КМК. 2015. 128 с. Artamonova V.S., Makhrov A.A. Geneticheskie metody v lososevodstve i forelevodstve: ot traditsionnoy selektsii do nanobiotekhnologiy. M.: KMK. 2015. 128 s. [Artamonova V.S., Makhrov A.A. Genetic Methods in Salmon and Trout Breeding: From Traditional Selection to Nano-biotechnologies. M.: KMK Scientific Press. 2015. 128 p.] In Russian Бабак Е. В. Плиоценовые и четвертичные дрейссениды Эвксинского бассейна // Тр. Палеонтол. ин-та АН СССР. 1983. Т. 204. 104 с. Babak E. V. Pliotsenovye i chetvertichnye dreyssenidy Evksinskogo basseyna // Tr. Paleontol. in-ta AN SSSR. 1983. T. 204. 104 s. [Babak E.V. The Pliocene and Quaternary Dreissenidae of the Evsinsk Basin // Tr. Paleontol. Institute AN SSSR. 1983. Vol. 204. 104 p.] In Russian Богатов В. В. Есть ли будущее у компараторного метода при диагностике крупных двустворчатых моллюсков? (Bivalvia: Unionida) // Изв. РАН Сер. Биол. 2014. №3. с. 309-320. (Bogatov V.V. Does the comparator method has a future in diagnosing large bivalves (Bivalvia: Unionida)? // Biol. Bull. 2014. № 3. Р. 309-320. D0I:10.7868/S0002332914030035) Винарский М.В., Андреева С.И. К вопросу о виде у пресноводных моллюсков: история и современность // Теоретические и практические проблемы изучения сообществ беспозвоночных: памяти Я.И. Старобогатова. Москва: КМК, 2007. С.130-147. Vinarskiy M.V., Andreeva S.I. K voprosu o vide u presnovodnykh mollyuskov: istoriya i sovremennost' // Teoreticheskie i prakticheskie problemy izucheniya soobshchestv bespozvonochnykh: pamyati Ya.I. Starobogatova. Moskva: KMK, 2007. S.130-147. [Vinarski M.V., Andreeva S.I. On the species question in freshwater molluscs: a historical prospect and recent state //Theoretical and practical problems of studying of invertebrates associations: In memory Ya.I. Starobogatov. Mos^w: KMK, 2007. P. 130-147] In Russian Винарский М.В. Изменчивость пресноводных легочных моллюсков (таксономический аспект). Омск: ОмГПУ, 2013. 268 с. Vinarskiy M.V. Izmenchivost' presnovodnykh legochnykh mollyuskov (taksonomicheskiy aspekt). Omsk: OmGPU, 2013. 268 s. [Vinarski M.V. Variability in freshwater Pulmonate mollusks (a taxonomic perspective) Omsk: OmSPU Press, 2013. 268 p.] In Russian Винарский М. В. Судьба категории подвида в зоологической систематике. 2. Современность // Журн. Общ. Биол.. 2015. T. 76. № 2. С. 99-110. (Vinarski M. V. The fate of subspecies category in zoological systematics. 2. The present // J. General Biol. 2015. Vol. 76. № 2. P. 99-110. DOI: 10.1134/S2079086415050060) Ворошилова И.С., Артамонова В.С., Махров А.А., et al. Гибридизация двух видов дрейссен Dreissena polymor-pha (Pallas, 1771) and Dreissena bugensis (Andrusov, 1897) в естественных условиях // Изв. РАН Сер. Биол. 2010. №5, С. 631-636. (Voroshilova I. S., Artamonova V. S., Makhrov A. A., Slyn'ko Yu. V. Natural Hybridization of Two Mussel Species Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) and Dreissena bugensis (Andrusov, 1897) // Biol. Bull. 2010. Vol. 37. № 5. Р. 542-547. DOI: 10.1134/S1062359010050158) Ворошилова И.С. Морфологическая и генетическая идентификация пресноводных дрейссенид: Dreissena poly-morpha (Pallas, 1771), D. rostriformis bugensis Andrusov, 1897 (Dreissenidae, Bivalvia) // Рос. Журн. Биол. Инвазий. 2015. № 4. C. 42-51. (Voroshilova I. S. Morpholocical and genetic identification of freshwater dreissenid mussels: Dreissena polymorpha (Pallas, 1771), D. rostriformis bugensis Andrusov, 1897 (Bivalvia) // Rus. J. Biol. Invas. 2016. № 1. (in press))
Жадин В.И. Исследования по экологии и изменчивости Vivipara fasciata Müll. Саратов: Главнаука, 1928. 94 с. Zhadin V.I. Issledovaniya po ekologii i izmenchivosti Vivipara fasciata Müll. Saratov: Glavnauka, 1928. 94 s. [Zhadin V.I. Researches of ecology and variability of Vivipara fasciata Müll. Saratov: Glavnauka, 1928. 94 p.] In Russian
Кодолова О.П., Логвиненко Б.М. Сравнение разных популяций двустворчатых моллюсков Unio pictorum L. и U. tumidus Retz. (Unionidae) по системам миогенов и морфологии раковины // Зоол. журн. 1973. T. 52. № 7. С. 987-988. Kodolova O.P., Logvinenko B.M. Sravnenie raznykh populyatsiy dvustvorchatykh mollyuskov Unio pictorum L. i U. tumidus Retz. (Unionidae) po sistemam miogenov i morfologii rakoviny // Zool. zhurn. 1973. T. 52. № 7. S. 987-988 [Kodolova O.P., Logvinenko B.M. Comparison of different populations of bivalves Unio pictorum L. and U. tumidus Retz. (Unionidae) by miogenic systems and shell morphology // Zool. J. 1973. Vol. 52. № 7. P. 987-988.] In Russian
Кодолова О.П., Логвиненко Б.М. Сравнение разных популяций двустворчатых моллюсков рода Anodonta (Un-ionidae) по системам миогенов и морфологии раковины // Зоол. журн. 1974. T. 53. № 4. С. 531-545. Kodolova O.P., Logvinenko B.M. Sravnenie raznykh populyatsiy dvustvorchatykh mollyuskov roda Anodonta (Unionidae) po sistemam miogenov i morfologii rakoviny // Zool. zhurn. 1974. T. 53. № 4. S. 531-545. [Kodolova O.P., Logvinenko B.M. Comparison of different populations of bivalves from genus Anodonta (Unionidae) by myogenic systems and shell morphology // Zool. J. 1974. Vol. 53. № 4. P. 531-545.] In Russian Корнюшин А.В. Двустворчатые моллюски надсемейства Pisidioidea Палеарктики (фауна, систематика, филогения). Киев, 1996. 175 с. Kornyushin A.V. Dvustvorchatye mollyuski nadsemeystva Pisidioidea Palearktiki (fauna,
sistematika, filogeniya). Kiev, 1996. 175 s. [Korniushin A.V. Bivalve molluscs of the superfamily Pisidioidea in the Palaearctic region (Fauna, sistematics, phylogeny). Kiev, 1996. 175 p.] In Russian Логвиненко Б. М., Старобогатов Я. И. Кривизна фронтального сечения створки как систематический признак у двустворчатых моллюсков // Науч. докл. высш. шк. Биол. науки. 1971. № 5. С. 7-11. Logvinenko B. M., Star-obogatov Ya. I. Krivizna frontal'nogo secheniya stvorki kak sistematicheskiy priznak u dvustvorchatykh mollyuskov // Nauch. dokl. vyssh. shk. Biol. nauki. 1971. № 5. S. 7-11. [Logvinenko B. M., Starobogatov Ya. I. Curvature of frontal section of the valve as taxonomical character in bivalve molluscs // Nauch. dokl. vyssh. shk. biol. Nauki 1971. № 5. P. 7 -11.] In Russian Мордухай-Болтовской Ф. Д. Каспийская фауна в Азово-Черноморском бассейне. М.; Л.: АН СССР, 1960. 287 с. Mordukhay-Boltovskoy F. D. Kaspiyskaya fauna v Azovo-Chernomorskom basseyne. M.; L.: AN SSSR, 1960. 286 s. [Mordukhay-Boltovskoy F. D. Caspian fauna in Azov and Black Sea basin. M.; L.: AN SSSR, 1960. 287 p.] In Russian
Невесская Л. А. Позднечетвертичные двустворчатые моллюски Черного моря, их систематика и экология // Тр. Палеонтол. ин-та АН СССР. 1965. Т. 105. 390 с. Nevesskaya L. A. Pozdnechetvertichnye dvustvorchatye mollyuski Chernogo morya, ikh sistematika i ekologiya // Tr. Paleontol. in-ta AN SSSR. 1965. T. 105. 390 s. [Nevesskaya L.A. Late Quaternary bivalve mollusks of the Black Sea, their systematics and ecology. Tr. Paleontol. Inst. AN SSSR. 1965. Vol. 105. 390 p.] In Russian Павлинов И.Я. Введение в современную филогенетику (кладогенетический аспект). Москва: КМК, 2005. 391 c. Pavlinov I.Ya. Vvedenie v sovremennuyu filogenetiku (kladogeneticheskiy aspekt). M.: KMK, 2005. 391 s. [Pavli-nov I. Ya. Introduction to contemporary phylogenetics (a cladogenetic aspect). M.: KMK, 2005. 391 p.] In Russian Старобогатов Я.И. Проблема видообразования // Итоги Науки и техники. Серия "Общая геология". 1985. Т. 20. 94 с. Starobogatov Ya.I. Problema vidoobrazovaniya // Itogi Nauki i tekhniki. Seriya "Obshchaya geologiya". 1985. T. 20. 94 s. [Starobogatov Ya.I. The problem of speciation // Summary of Science and technology. A ser. "General Geology". 1985. Vol. 20. 94 p.] In Russian Старобогатов Я.И. Практические приемы систематики и вопрос о критерии вида // Зоол. Журн. Т. 47. № 6. С. 875-886. Starobogatov Ya.I. Prakticheskie priemy sistematiki i vopros o kriterii vida // Zool. Zhurn. T. 47. Vyp. 6. S. 875-886. [Starobogatov Ya. I. Practical methods of systematics and the problem of the species criteria // Rus. J. Zool. Vol. 47. №. 6. Р. 875-886.] In Russian Старобогатов Я. И. Систематика и палеонтология // В кн.: Дрейссена: Систематика, экология, практическое значение. М.: Наука, 1994. С. 18-46. Starobogatov Ya.I. Sistematika i paleontologiya // V kn.: Dreyssena: Sistematika, ekologiya, prakticheskoe znachenie. M.: Nauka, 1994. S. 18-46. [Starobogatov Ya.I. Taxonomy and paleontology. In: Freshwater Zebra Mussel: Dreissena polymorpha (Pall.) (Bivalvia, Dreissenidae): Systematics, Ecology, Practical Meaning (ed. Starobogatov YI). M.: Nauka, 1994. P. 18-46.] In Russian Яковлев В.Н., Ворошилова И.С., Павлова В.В. Инвазии дрейссенид (D. bugensis и D. polymorpha): эволюционный аспект // Бассейн Волги в XXI веке: структура и функционирование экосистем водохранилищ. Матер. Всерос. конф. Борок, 22-26 октября, 2016. Ижевск: Издатель Пермяков С. А., 2012. С. 371-374.Yakovlev V.N., Voroshilova I.S., Pavlova V.V. Invazii dreyssenid (D. bugensis i D. polymorpha): evolyutsionnyy aspekt // Basseyn Volgi v XXI veke: struktura i funktsionirovanie ekosistem vodokhranilishch. Mater. Vseros. konf. Borok, 22-26 oktyabrya, 2016. Izhevsk: Izdatel' Permyakov S. A., 2012. S. 371-374. [Yakovlev V. N., Voroshilova I. S., Pavlova, V. V. Invasions of dreissenids (D. bugensis and D. polymorpha): an evolutionary aspect // Proc. Rus. Conf. The Volga River basin in the XXI century: the structure and functioning of reservoir ecosystems. Borok. 2226 October, 2012. Izhevsk: Permyakov S. A., 2012. S. 371-374] In Russian Aguilar J.F., Rossello J.A., Feliner G.N. Nuclear ribosomal DNA (nrDNA) concerted evolution in natural and artificial hybrids of Armeria (Plumbaginaceae) // Mol. Ecol. 1999. V. 8. P. 1341-1346. DOI: 10.1046/j.1365-294X.1999.00690.x
Armbruster G.F.J., Korte A. Genomic nucleotide variation in the ITS1 rDNA spacer of land snails // J. Moll. Stud.
2006. Vol. 72. P. 211-219. DOI: 10.1093/mollus/eyi056 Audzijonyte A., Vrijenhoek R. C. Three nuclear genes for phylogenetic, SNP and population genetic studies of molluscs and other invertebrates // Mol. Ecol. Res. 2010. Vol. 10. P. 200-204. DOI: 10.1111/j.1755-0998.2009.02737.x Avise J. C. Molecular Markers, Natural History and Evolution. Second Ed. Sunderland: Massachusetts Sinauer Associates, Ins. Publ., 2004. 684 p.
Bargues M.D., Mas-Coma S. Phylogenetic analysis of lymnaeid snails based on 18S rDNA sequences // Mol. Biol.
Evol. 1997. Vol. 14. P. 569-577. Bargues M.D., Mangold A.J., Munoz-Antoli C., et al. SSU rDNA characterization of lymnaeid snails transmitting human fascioliasis in South and Central America // J. Parasitol. 1997. Vol. 83. P. 1086-1092. Bargues M.D., Mas-Coma S. Reviewing lymnaeid vectors of fascioliasis by ribosomal DNA sequence analyses
// J. Helminthol. 2005. Vol. 79. P. 257-267. DOI: 10.1079/JOH2005297 Bolotov I.N., Bespalaya Y.V., Vikhrev I.V., et al. Taxonomy and Distribution of Freshwater Pearl Mussels (Unionoida: Margaritiferidae) of the Russian Far East // PLoS ONE. 2015. Vol. 10. № 5. e0122408. DOI: 10.1371/journal.pone.0122408 David D.C., Savini D. Molecular approaches to bivalvie populations studies: a review // Analele tiinifice ale Universitii „Alexandra Ioan Cuza", Seciunea Genetic i Biologie Molecular, Vol. XII. 2011. P. 1-13.
Dover G.A. Molecular drive: a cohesive mode of species evolution // Nature. 1982. Vol. 299. P. 111-116. DOI:10.1038/299111a0
Elderkin C.L. Intragenomic variation in the rDNA internal transcribed spacer (ITS1) in the freshwater mussel Cumber-
landia monodonta (Say, 1828) // J. Moll. Stud. 2009. Vol. 75. P. 419-421. DOI: 10.1093/mollus/eyp043 Elder J.F., Turner B.J. Concerted evolution of repetitive DNA sequences in eukaryotes // Quarterly Rev. of Biol. 1995. Vol. 70. P. 297-320.
Feliner G.N., Rossefy J.A. Better the devil to know? Guidelines for insightful utilization of nrDNA ITS in species-level evolutionary studies in plants // Mol. Phyl. Evol. 2007. Vol. 44. № 2. P. 911-919. DOI:10.1016/j.ympev.2007.01.013 Fetisov A.N., Rubanovich A.V., Slipchenko T.S., et al. The structure of Dreissena polymorpha populations from basins
adjacent to the Chernobyl atomic power station // The Science of the Total Environment. 1992. Vol. 112. P. 115-124. Fisher C., Skibinski D. O. F. Sex-biased mitochondrial heteroplasmy in the marine mussel Mytilus // Proc. R. Soc., B.
1990. Vol. 242. P. 149-156. DOI: 10.1098/rspb.1990.0118 Galtier N., Nabholz, B., Glemin S., et al. Mitochondrial DNA as a marker of molecular diversity: a reappraisal // Mol.
Ecol. 2009. Vol. 18. P. 4541-4550 DOI: 10.1111/j.1365-294X.2009.04380.x Gelembiuk G.W., May G.E., Lee C.E. Phylogeography and systematics of zebra mussels and related species // Molecular Ecology. 2006. Vol. 15. Р. 1033-1050. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2006.02816.x Gonzarlez V.L, Andrade S.C.S, Bieler R., et al. Phylogenetic backbone for Bivalvia: an RNA-seq approach // Proc. R.
Soc. B. 2015. Vol. 282. P. 1-6. DOI: 10.1098/rspb.2014.2332 Grajales A., Aguilar C., Sánchez J.A. Phylogenetic reconstruction using secondary structures of Internal Transcribed Spacer 2 (ITS2, rDNA): finding the molecular and morphological gap in Caribbean gorgonian corals // BMC Evol. Biol. 2007. Vol. Т № 90. P. 1-9. DOI:10.1186/1471-2148-7-90 Hillis D.M., Davis S.K. Ribosomal DNA: Intraspecific Holymorphism, Conserted Evolution, and Phylogeny Reconstruction // Syst. Zool. 1988. Vol. 37. P. 63-66. DOI: 10.2307/2413191 Hoeh W.R., Blakey K.H., Brown W.M. Heteroplasmy suggests limited biparental inheritance in Mytilus mitochondrial
DNA // Science. 1991. Vol. 251. P. 1488-1490. DOI: 10.1126/science.1672472 Insua A., Lopezpinon M. J., Freire R. Sequence analysis of the ribosomal DNA internal transcribed spacer region in some scallop species (Mollusca: Bivalvia: Pectinidae) // Genome. 2003. Vol. 46. P. 595-604. DOI: 10.1139/g03-045 Keller A., Schleicher T., Forster F. et al. ITS2 data corroborate a monophyletic chlorophycean DO-group
(Sphaeropleales) // BMC Evol. Biol. 2008. Vol. 8. № 218. P. 1-12. DOI: 10.1186/1471-2148-8-218 Kimura M. Evolutionary Rate at the Molecular Level // Nature 1968. Vol. 217. P. 624-626. DOI:10.1038/217624a0 Ladoukakis E. D., Zouros E. Direct evidence for homologous recombination in mussel (Mytilus galloprovincialis) mitochondrial DNA // Mol. Biol. Evol. 2001. Vol. 18. P. 1168-1175. Lee T., Ó Foighil D. Phylogenetic structure of the Sphaeriinae, a global clade of freshwater bivalve molluscs, inferred from nuclear (ITS-1) and mitochondrial (16S) ribosomal gene sequences // Zool. J. Linn. Soc. 2003. Vol. 137. P. 245-260.
May G.E., Gelembiuk G.W., Panov V.E., et al. Molecular ecology of zebra mussel invasions // Molecular Ecology.
2006. Vol. 15. Р. 1021-1031. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2006.02814.x Mayer E. Principles of Systematic Zoologi New York: McGraw-Hill, 1969. 428 р.
Meyer A., Todt C., Mikkelsen N. T., et al. Fast evolving 18S rRNA sequences from Solenogastres (Mollusca) resist standard PCR amplification and give new insights into mollusk substitution rate heterogeneity // BMC Evolutionary Biology. 2010. Vol. 10. № 70. DOI:10.1186/1471-2148-10-70 National Center for Biotechnology Information (Электронный ресурс) // http://ncbi.nlm.nih.gov. Nichols S.J., Black M.G. Identification of larvae: The zebra mussel (Dreissenapolymorpha), quagga mussel (Dreissena
rosteriformis bugensis) and Asian clam (Corbicula fluminea) // Can. J. Zool. 1994. Vol. 72. № 3. P. 406-417. Padial J.M., Miralles A., De la Riva I., et al. The integrative future of taxonomy // Frontiers in Zoology. 2010. Vol. 7.
№ 16. P. 1-14. DOI: 10.1186/1742-9994-7-16 Park J.K., O' Foighil D. Sphaeriid and corbiculid clams represent separate heterodont bivalve radiations into freshwater
environments // Mol. Phylogenet. Evol. 2000. Vol. 14. № 1. P. 75-88. Rauscher J.T., Doyle J. J., Brown A.H.D. Internal transcribed spacer repeat-specific primers and the analysis of hybridization in the Glycine tomentella (Leguminosae) polyploid complex // Mol. Ecol. 2002. Vol. 11. P. 2691-2702. DOI: 10.1046/j.1365-294X.2002.01640.x Riedel A., Sagata K., Suhardjono Y.R. et al. Integrative taxonomy on the fast track - towards more sustainability in biodiversity research // Frontiers in Zoology. 2013. Vol. 10. № 15. DOI: 10.1186/1742-9994-10-15 Rosenberg G., Ludyanskiy M.L. A nomenclatural review of Dreissena (Bivalvia: Dreissenidae), with identification of the quagga mussel as Dreissena bugensis // Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1994. Vol. 51. P. 1474-1484. DOI: 10.1139/f94-147
Soroka М. Doubly Uniparental Inheritance of Mitochondrial DNA in the Freshwater Bivalve Anodonta woodiana (Bivalvia: Unionidae) // Folia biologica. 2008. Vol. 56. № 1-2. P. 91-95. DOI: 10.3409/fb56_1-2.91-95 Stepien C.A., Grigorovich I.A., Gray M.A. et al. Evolutionary, Biogeographic, and Population Genetic Relationships of Dreissenid Mussels, with Revision of Component Taxa. Ch. 26 // Quagga and zebra mussels: biology, impacts, and control /eds. T. F. Nalepa, D. W. Schloesser. London, New York: CRC Press, 2013. P. 403-444.
Sharma P.P., González V.L., Kawauchi G.Y. et al. Phylogenetic analysis of four nuclear protein-encoding genes largely corroborates the traditional classification of Bivalvia (Mollusca) // Mol. Phylogenet. Evol. 2012. Vol. 65. P. 64-74. DOI: 10.1016/j.ympev.2012.05.025 Theologidis I., Fodelianakis S., Gaspar M.B. et al. Doubly uniparental inheritance (DUI) if mitochondrial DNA in Donax trunculus (Bivalvia: Donacidae) and the problem of its sporadic detection in Bivalvia // Evol. Int. J. Org. Evol. 2008. Vol. 62. P. 959-970. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1558-5646.2008.00329.x Thompson A.W. Groth and Form. Cambridge; New York: Univ. Press, 1946. 1116 p.
Wu Ch.-I., Ting Ch.-T. Genes and speciation // Nature Rev Gen. 2004. Vol. 5. P. 114-122. D0I:10.1038/nrg1269 Zouros E. Biparental Inheritance Through Uniparental Transmission: The Doubly Uniparental Inheritance (DUI) of Mitochondrial DNA // Evolutionary Biology. 2013. Vol. 40. № 1. P. 1-31 DOI: 10.1007/s11692-012-9195-2
PROBLEMS AND PROSPECTS OF MOLECULAR-GENETIC METHODS APPLICATION FOR TAXONOMIC REVISION OF FRESHWATER MOLLUSKS
I. S. Voroshilova
Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences Russia, 152742 Yaroslavl, Nekouz, Borok
At present there are two opposing trends in taxonomy — splitting and combining of the taxa. Currently the first of these trends dominates in the Russian systematics of freshwater mollusks, while the second trend prevails in investigations of foreign authors. The problems and prospects of molecular-genetic methods application for taxonomic revision of freshwater mollusks are discussed in this review. Key words: freshwater mollusks, DNA, systematics.
