CC BY
53
MORPHOLOGICAL DIAGNOSTICS OF LARVA CHIRONOMUS MEIGEN, 1803 AND CAMPTOCHIRONOMUS KIEFFER, 1918 FROM THE CENTRAL CAUCASUS AND CISCAUCASIA
N. V. Polukonova*, M. K. Karmokov**
* Saratov State Medical University, ** Institute of ecology of mountain territories KBSC RAS,
Nalchik
A key is made up by the larva for 21 species, including 19 species of Chironomus and two - Camptochironomus from Central Caucasus and Ciscaucasia.
РЕЗУЛЬТАТЫ ДНК-ШТРИХКОДИРОВАНИЯ ТИПОВЫХ ЭКЗЕМПЛЯРОВ МОЛЕЙ-ЧЕХЛОНОСОК (LEPIDOPTERA, COLEOPHORIDAE), ХРАНЯЩИХСЯ В ЭНТОМОЛОГИЧЕСКИХ
КОЛЛЕКЦИЯХ ЗООЛОГИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА РАН И САРАТОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
В. В. Аникин, М. В. Кнушевицкая
Саратовский государственный университет
Новой вехой изучения молей-чехлоносок стало применение методов молекулярной филогении, уже доказавших свою эффективность при исследовании многих сложных в таксономическом отношении групп насекомых, таких как хирономиды, пчелы, муравьи и т.д. В основе молекулярной филогении лежат представления о равномерности скоростей эволюции консервативных нуклеотидных последовательностей (и белков), таких, например, как гены «домашнего хозяйства» в пределах конкретных эволюционных линий. Таким образом, у современных систематиков появился новый метод, который позволяет избегать излишней предвзятости и реконструировать последовательность эволюционных событий, искать молекулярные границы таксонов, определять систематическое местоположение впервые описанных видов и т.д. (Ефимов и др., 2006; Аникин, Кнушевицкая, 2011, 2012).
Огромным преимуществом использования методов молекулярной филогении на основе ДНК-штрихкодирования, особенно при изучении таких всесветно распространенных групп насекомых, как моли-чехлоноски, является возможность установления времени их дивергенции (гипотеза молекулярных часов). Важной составляющей этого метода является выбор «эталонных» образцов для секвенирования, и на первом месте, безусловно, оказывается типовой материал видов. Именно такому материалу отдается первенство в проведении анализов ДНК-штрихкодирования во всех мировых центрах «баркодин-га жизни», занимающихся вопросами генотипирования видов животных и растений из дикой природы.
Установление нуклеотидной последовательности гена COI было проведено для 32 видов молей-чехлоносок на основании типового материала из коллекции лаборатории систематики насекомых Зоологического института
РАН (г. Санкт-Петербург) и фондов Зоологического музея Саратовского государственного университета (сборы В. В. Аникина). Уникальность этого материала заключается в его «неповторимости» и отсутствии данных видов в фондах зарубежных музеев естественной истории, как в Европе, так и в Северной Америке. В своё время именно по этому типовому материалу были исследованы хетотаксиальные признаки личинок видов этих родов. Причем В. В. Аникиным и О. В. Синичкиной были получены результаты, подтверждающие наличие четко выделенных ранее таксонов в семействе на основе хетотаксиальных признаков гусениц для представителей почти 40 различных родов и триб (Аникин, Синичкина, 1999, 2001; Аникин, 2002; Синичкина, Аникин, 2003 и др.).
Большая часть материала - виды целого ряда палеарктических родов отправлялась (с 2008 по 2011 г.) на выделение и секвенирование ДНК по гену COI в Канадский центр ДНК-штрихкодирования Иститута биоразнообразия Университета штата Онтарио в городе Гуэльфе (Canadian Centre for DNA Barcording Biodiversity Institute of Ontario University of Guelph) в рамках научной программы «Barcode of Life», проект: «Coleophoridae of the Old World» [MPAEB], руководитель - Дж.-Ф. Ландри (Jaen-Francois Landry). Выделение ДНК, амплификацию CJI и его секвенирование проводили по стандартным методикам (Hebert et al., 2003) c использованием праймеров LepF1-LepR1 (Ivanova et al., 2006). При сравнении видов использованы полученные сиквен-сы из базы данных Канадского центра ДНК-штрихкодирования (www/barcodinglife.org) по гену COI.
Выбор оптимальной эволюционной модели и построение кладограммы с использованием метода максимального правдоподобия проводили в пакете прикладных программ MEGA 5,05: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (Tamura et al., 2011). Была использована эволюционная модель GTR +G+I. Для оценки устойчивости филогенетических реконструкций использовался бутст-реп-тест (1000 псевдореплик для ML).
Построение филогенетических деревьев производили с использованием методов минимальной эволюции (Minimum Evolution, ME) и максимальной парсимонии (Maximum Parsimony, MP) в программе MEGA 5 (Tamura et al., 2011). При проведении анализа ME коррекция генетических дистанций производилась с использованием модели Maximum Composite Likelihood. Для оценки устойчивости филогенетических реконструкций использовался бутстреп-тест (2000 псевдореплик для метода ME и 1000 псевдореплик для метода MP).
Авторы выражают глубокую признательность сотрудникам Института биоразнообразия - директору, профессору Полу Эберу (Prof. Paul D. N. Hebert), руководителям лабораторий - А. В. Борисенко (Dr. Alex Borisenko) и Е. В. Захарову (Dr. Evgeny Zakhaov), сотрудникам Канадской национальной коллекции насекомых, паукообразных и нематод (Canadian National Collection of Insects, Arachnids and Nematodes, Canada, Ottava) - Джо-ну-Франкусу Ландри (Dr. J.-F. Landry) и Вазрику Назри (Dr. V. Nazri) за осуществление молекулярной части работы и завлабораторией систематики
насекомых ЗИН РАН (С.-Петербург) С. Ю. Синёву - за возможность работы с коллекционными фондами института по данному семейству.
«Старые образцы» (в основном типовые экземпляры или сборы 6080-х гг. прошлого столетия) имаго бабочек целого ряда видов можно использовать для молекулярно-генетического анализа (рис. 1).
Linear Regression: Length vs Age
650 600 550 500 450
о.
n 400
В 350
e1 boo
a1
-1 250 200 150 100 50 0
* * + 4 #* + +
+ ____
4- + + *
+ * *
» + н- +
* +
* *ф *■ * *
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Age (years)
Рис. 1. Зависимость длины нуклеотидной последовательности (число нп) от возраста образца
В работе приводится только одно дерево по положению кодонов 1, 2, 3, т. к. именно оно является информативным и наглядным по представлению распределения видов молей-чехлоносок по таксонам (рис. 2). На филограмме виды приведены в составе двух родов, согласно использованному протоколу базы данных Канадского центра. Это объясняется тем, что большинство (около 95%) видов семейства «принадлежат» к роду Coleophora Hbn., 1S22, который западными лепидоптерологами причислен к «wastebasket-таксонам». Этот термин (Hallam, Wignall, 1997) используется в отношении таксонов, чьи виды имеют сходную морфологию и с трудом поддаются классификации. Используемая многими европейскими энтомологами система Coleophoridae не включает таксонов родового и надродового рангов, и многие исследователи и научные учреждения придерживаются именно такой системы. Системы родовых таксонов, разработанные рядом специалистов именно по этой группе (Capuse, 1971, 1973; Фалькович, 1972, 19S7, 2003), отвергались многими энтомологами, а новые таксоны сводились в синонимы (Sattler, Tremewan, 1974, 197S; Vives Moreno, 19SS и др.), что обесценивало многолетнюю работу исследователей
-Coleophora manifestal[1]IMPAEB054-11|Coleophoridae
-Coleophora betaeI[2]IMPAEBD68-11IColeophoridae
-Coleophora keireukiI[3]IMPAE3 0D3-11IColeophoridae
-Coleophora azishtellaI[4]IMPAEE011-11IColeophoridae
-Coleophora nairica|[5]IMPAEB00S-11|Coleophoridae
-Coleophora 'namatal [ 6 ] |MPAEBO62-11|Coleophoridae
-Coleophora galli'.'oral [7] | MPAEB01 9-11 | Coleophoridae
_ _Coleophora amentastra I [ В ] IMPAEBDD6-11 I Coleophoridae
-Coleophora loxodonl[S]IMPAEBD65-11|Coleophoridae
-Coleophora galligena [1С'] |MPAEB033-11|Coleophoridae
-Coleophora elephantellaI[11]IMPAEB035-11|Coleophoridae
I-Augasma atraphaxidelluml [12] IMPAE3 024-11IColeophoridae
- rAugasma atraphaxidellum| [13] MPAEB004-111Coleophoridae
Coleophora caroxyli|[14]IMPAEB016-11 Coleophoridae Augasma atraphaxidelluml [15] IMPAE3 02 3-11IColeophoridae Augasma atraphaxidelluml [IS]IMPAE303 0-111Coleophoridae
- -Coleophora petraea | [ 1 7 ] | MPAEB02 0-11 | Coleophoridae
-Coleophora tytri|[lB]|MPAEB021-11|Coleophoridae
-Coleophora aelleniael[13]IMPAEB023-11|Coleophoridae
-Coleophora atlantil[20]|MPAEB0S0-11|Coleophoridae
_ -Coleophora cocr.leata [ 21 ] IHPAEB064-111 Coleophoridae
L -Coleophora tsherkesil [22] IMPAEB028-11 | Coleophoridae
-Coleophora macrura|[23]|MPAEB036-11|Coleophoridae
-Coleophora diogenesI[24]IMFAE3D25-11IColeophoridae
-Coleophora maturellaI[25]IMPAEB027-11IColeophoridae
-Coleophora c=. ijomerel la I [ 2 6 ]|MPAEB050-11|Coleophoridae
-Coleophora katj.nellal [ 27 ] IMPAEB04 3-111 Coleophoridae
-Coleophora glycyrrhizae| [29] IMPAE3 014-11IColeophoridae
-Coleophora coriaceaI[29]IMFAE3D4S-11IColeophoridae
|_ -Coleophora calligoniI[30]IMPAEB031-11|Coleophoridae
-Coleophora lotil[31]|MPAEB066-11|Coleophoridae
-Coleophora balearical[32]IMPAEB059-11|Coleophoridae
-Coleophora aliquant а I[33] MPAEB057-11|Coleophoridae
-Coleophora tundrosaI[34]IMFAE3D55-11|Coleophoridae
Coleophora ammodytaI[35]IMFAE3D26-11IColeophoridae
Рис. 2. Филограмма семейства Coleophoridae типовых видов различных родов, основанная на гене COI-5p
по этой группе. Наши исследования направлены на поддержание «новой» системы в принятых рамках зарубежными и российскими специалистами (И. Ка-пуше (I. Capuse, Румыния), М. И. Фалькович, С. Я. Резник, В. В. Аникин, О. В. Синичкина (Россия), Ю. И. Будашкин (Украина)).
Расположение видов по кластерам демонстрирует хорошо выделяемые таксономические группы как по родам, так и по трибам. Более детальный анализ полученных данных сиквенсов и «увеличение» видов в филограмме по семейству возможны в случае привлечения других сиквенсов видов из других родов и подсемейств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Аникин В. В. Эколого-географический анализ фауны чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) России: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Тольятти, 2002. 3S с.
Аникин В. В., Синичкина О. В. Хетотаксия гусениц чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) // Самарская лука. Самара, 1999. № 9/10. С. 2б4-272.
Аникин В. В., Синичкина О. В. Особенности морфологии головы гусениц Coleophoridae (Lepidoptera) // Энтомол. и паразитол. исследования в Поволжье: сб. науч. тр. Саратов, 2001. Вып. 1. С. 30-32.
Аникин В. В., Кнушевицкая М. В. Степень изученности представителей семейства мо-лей-чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) на базе молекулярных исследований // // Энто-мол. и паразитол. исследования в Поволжье: сб. науч. тр. Саратов, 2011. Вып. 9. С. 23-25.
Аникин В. В., Кнушевицкая М. В. Применение молекулярных методов исследований в систематике и филогении молей-чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) // Материалы XIV съезда Русского энтомологического общества. Санкт-Петербург, 27 августа - 1 сентября 2012 г. СПб., 2012. С. 22.
Ефимов Р. В., Аникин В. В., Дёмин А. Г. Секвенирование митохондриального гена ци-тохромоксидазы 1 (СО1) Metriotes lutarea (Hw., 1S2S)(Lepidoptera, Coleophoridae) // // Энто-мол. и паразитол. исследования в Поволжье: сб. науч. тр. Саратов, 200б. Вып. 5. С. S-10.
Синичкина О. В., Аникин В. В. Использование хетотаксии гусениц в систематике молей-чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения: сб. науч. ст. Саратов, 2003. Вып. б. С. 50-59.
Фалькович М. И. Новые роды палеарктических чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) // Энтомол. обозрение. 1972. Т. 51, вып. 2. С. 369-3S6.
Фалькович М. И. Новые роды чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) пустынной зоны Палеарктики // Энтомол. обозрение. 19S7. Т. 66, вып. 4. С. S17-S26.
Фалькович М. И. О системе чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae), с описанием новых таксонов // Энтомол. обозрение. 2003. Т. S2, вып. 4. С. 860-885.
Capuce I. Recherches morphologiques et systématiques sur la famille des Coleophoridae (Lepidoptera). Bucarest, 1971. 116 p.
Capuce I. Sur la taxonomie de la famille des Coleophoridae (Clés de détermination des taxa superspécifiques). Bucarest, 1973. 24 p.
Hallam A., Wignall P. B. Mass extinctions and their aftermath. Oxford [England], 1997. P. 107.
Hebert P. D. N., Cywinska A., Ball Sh. L., Waard de J. R. Biological identifications through DNA barcords // Proc. R. Soc. London B. 2003. Vol. 270. P. 313-321.
Ivanova N. V., Waard de J., Hebert P. D. N. An inexpensive, automation-friendly protocol for recovering high-quality DNA // Molecular Ecology Notes. 200б. Vol. б. P. 99S-1002.
Tamura K., Peterson D., Peterson N., Stecher G., Nei M., Kumar S. MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and
Maximum Parsimony Methods // Molecular Biology and Evolution (submitted). 2011. Vol. 28, № 10. P. 2731-2739.
Sattler K., Tremewan W. G. A Catalogue of the family-group and genus-group names of the Coleophoridae (Lepidoptera) // Bul. of the British Museum (Natural History). Entomology Seris. 1974. Vol. 30. P. 183-214.
Sattler K., Tremewan W. G. A supplementary catalogue of the family-group and genus-group names of Coleophoridae (Lepidoptera) // Bul. of the British Museum (Natural History). Entomology Series. 1978. Vol. 37. P. 73-96.
Vives Moreno A. Catalogo mundial sistematico y de distribucion de la Familia Coleophoridae Hübner, [1825] (Insecta: Lepidoptera) // Boletin de Sanidad Vegetal. 1988. Fuera de Serie 12. 196 p.
THE RESULTS OF DNA BARCODING TYPE SPECIMENS CASEBEARER MOTHS
(LEPIDOPTERA, COLEOPHORIDAE), STORED IN INSECTS COLLECTIONS OF THE ZOOLOGICAL INSTITUTE OF RAS AND SARATOV STATE UNIVERSITY
V. V. Anikin, M. V. Knushevistskaya
Saratov State University
Established nucleotide sequence of the gene COI for 32 species of moths case-bearer based on the type material from the collection of the Insect Systematic Laboratory of Zoological Institute (St. Petersburg) and the funds of the Zoological Museum, Saratov State University. Originality of this material lies in its "uniqueness" and the absence of these species in funds foreign museums of natural history, both in Europe and in North America.
The location of the clusters shows a well-defined taxonomic groups as by genus, and by tribes. A more detailed analysis of the sequencing data and "increase" phylograms species from the family is possible in the case of sequence involving other species from other genera and subfamilies.
