CC BY
25
Труды ИБВВ РАН, 2017, вып. 80(83) Transactions of IBIW RAS, 2017, issue 80(83)
УДК 574.2
ВЛИЯНИЕ МИКРОУСЛОВИЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИИ CHIRONOMUS PLUMOSUS ИЗ
РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
В. В. Большаков, Н. А. Шобанов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузскийр-н, Россия, e-mail: [email protected]
В работе представлен предварительный анализ данных по влиянию микроусловий среды обитания Chironomus plumosus на формирование цитогенетической структуры популяции из Рыбинского водохранилища. Найдены базовые последовательности дисков политенных хромосом и их сочетания характерные для всех изученных точек, в результате чего была выделена общая популяция "Рыбинское водохранилище". Для каждой из изученных точек определены характерные последовательности дисков хросом, что связано с особенностями гидрологического и гидрохимического режима водохранилища и его притоков. Благодаря высокуму разнообразию геномных комбинаций популяция "Рыбинское водохранилище" относится к центральному типу.
Ключевые слова: хирономиды, хромосомы, адаптация, ^im^mus plumosus.
ВВЕДЕНИЕ
Давно известно, что разные инверсии обладают различным экологическими оптимума-ми, вследствие чего особи с разным порядком генов по-разному приспосабливаются к условиям существования [Дубинин, 1966 (Dubinin, 1966)]. Создаваемое таким образом разнообразие генотипов является генетическим резервом вида и способствует его адаптации к условиям обитания (Mayr, 1970). Поэтому в центральных популяциях ареала с различными сочетаниями экологических условий наблюдается более высокий процент гетерозиготности, в отличие от популяций со строго специфическими условиями обитания [Стегний, 1993 (Stegniy, 1993); Dobzhansky, 1957]. Проявляется эффект сверхдоминирования, адаптивного преимущества гетерозигот [Дубинин, 1966 (Dubinin, 1966)]. Некоторые рецессивные аллели в гомозиготном состоянии малоадаптивны или даже сублеталь-ны; сохраняются в популяциях потому, что в гетерозиготах они обеспечивают своим носителям превосходство над гомозиготами по доминантным аллелям того же локуса [Чудов, 2002 (Chudov, 2002)]. Это подтверждается экспериментами по выживаемости вида Chironomus plumosus L., в бескислородных условиях, когда гетерозиготные особи pluВ1.2. (St/Bt) проявили более высокую устойчивость к аноксии [Pedersen, 1984].
При сравнении популяций сибирских и западноевропейских популяций C. balatonicus (Devai, Wuelker, Scholl, 1983) и C. muratensis (Ryser, Scholl, Wuelker 1983) было обнаружено существенное различие в их кариофондах: последовательность balD1 совсем не встречается в Западной Сибири, в Венгрии ей обладают 84% личинок, тоже касается и последователь-
ности murD1 не отмеченной в сибирских популяциях в гомозиготе, однако, встречающейся в Швеции у 79% особей [Кикнадзе, Керкис, 1986 (Kiknadze, Kerkis, 1986)]. Подобное наблюдается также у личинок из водоёмов, разделённых всего несколькими километрами. При анализе кариотипов C. plumosus из русловой части Рыбинского водохранилища и прудов в п. Борок не было найдено ни одной общей геномной комбинации. Условно эти популяции разделили на Водохранилищную (характерны последовательности pluB1.2. и pluB2.2.) и Прудовую (только pluB11) [Шобанов, 1994б (Shobanov, 1994b); Shobanov, Bolshakov, 2011)]. Водохранилища, являясь искусственными сооружениями, обладают большой изменчивостью морфометрических, гидрологических, гидрохимических характеристик во времени. При активной сработке в зимнее время площадь Рыбинского водохранилища сокращается вдвое, а объём почти на 70%. Наполнение происходит, в основном, во время весеннего половодья, в это время водохранилище заполняется высокоминерализованной речной водой. В летние месяцы речной сток заметно снижается и речные воды определяются лишь в русловых областях соответствующих рек [Буторин, 1969 (Butorin. 1969); Ривьер, 1986 (River, 1986)]. Поэтому в разных областях водохранилища, благодаря вышеописанным процессам, в соответствии с условиями обитания формируются разнообразные биотопы, особенно в зонах смешения речных вод с водной массой водохранилища. Было показано, что в зонах трансформации и смешения различных водных масс - участках с повышенной гидродинамической активно-
стью, где происходит интенсификация физико-химических и биохимических процессов - наблюдается повышение биомассы и численности гидробионтов [Поддубный, Сухова, 2002 (РоааиЬпуу, 8иЬоуа, 2002)].
Поэтому, для изучения влияния микроусловий на формирование цитогенетической структуры популяции хирономид, нами были изучены личинки C. plumosus собранные из разных районов Рыбинского водохранилища в разные периоды времени.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалом исследования послужили личинки Chironomus plumosus из русловой части Рыбинского водохранилища, собранные в 2013, 2014 и 2015 гг. Глубина в точках сбора составляла от 12 до 16 м, грунт серый ил. Подробное описание точек сбора в таблице 1. Расстояние между точками составляло от 25 до 45 км. Личинок фиксировали в спирт-уксусной смеси (раствор Карнуа) - 3 части 96% этанола и 1 части ледяной уксусной кислоты. Если фиксирующего раствора приходилось менее чем 0.5 мл на 1 особь, производили его 2-4-х кратную смену в течение первых суток (пока он не переставал желтеть в результате вытекания гемолимфы). Далее все манипуляции с подготовкой препаратов проводили с использованием вольфрамовых игл с электролитической заточкой под стереомикроскопом МБС-1. Слюнные железы выделяли, поместив личинку
в чашку Петри с 70% этанолом. Препараты политенных хромосом готовили по методу С.Ю. Дёмина [Дёмин, 1989 (Dyomin, 1989)]. Фотографирование хромосом проводили на микроскопе Jenaval с объективом х40 при помощи фотоаппарата Canon PowerShot A720. При видовой идентификации по кариотипу предпочитали использовать цитофотокарты из Атласа "Кариотипы и морфология личинок трибы Chironomini" [Кикнадзе и др., 1991 (Kiknadze et al., 1991)], и картирование по модернизированной системе Максимовой [Максимова, 1976 (Maksimova, 1976); Шобанов, 1994а (Shobanov, 1994a)]. Инверсионные варианты хромосомных плеч обозначали по Шоба-нову [Шобанов, 1994а (Shobanov, 1994a)]. Расчет цитогенетических расстояний проводили по Нею [Nei, 1972].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате цитогенетического анализа популяции C. plumosus из акватории Рыбинского водохранилища в 2013-2015 гг. была проанализирована 151 личинка (табл. 1), обнаружено 15 последовательностей дисков хромосом (табл. 2), формирующих 64 геномные комбинации (табл. 3).
Хромосома I (АВ). В плече А обнаружено 4 последовательности дисков. Последовательность pluАl (la-12u. Стандарт) [Кикнадзе, Керкис, 1986 (ЮкпааЕе, КегЫ8, 1986); Шобанов, 1994 а, б ^ЬоЬапоу, 1994а, Ь)], обнаружена во всех популяциях, частота её встречаемости 1.0. Последовательность pluА2 (1а-4]. 10i-4k. 10]-12и) встречается как в виде гетеро-зиготы с pluA1, частота встречаемости 0.030.17, так и в виде гомозиготы на одной станции с частотой 0.17. Последовательность pluА3 (1а-М. 8h-10i. 4]-1е. 4k-8g. 10]-12и) встречена нами только в виде гетерозиготы с р1иА1, частота встречаемости 0.17-0.42. Последовательность р1иА4 (1а7е7d-6c. 9Ь-10ь 4]-3к 8^9а. 6Ь-4k. 121-10]. 12т-12и) встречена в ге-терозиготе с р1иА1 в трех популяциях, частота встречаемости 0.08-0.33.
В плече В обнаружено 2 последовательности. Последовательность р1иВ1 (12u-25s. Стандарт), частота встречаемости 0.0-1.0.
На большинстве станций доминирует последовательность pluB2 (12u-15f. 23-15g. 23f-25s), встречается как в виде гетерозиготы с pluBl, с частотой 0.23-0.83, так и в виде гомозиготы с частотой 0.0-0.83.
Хромосома II (CD). В плече С обнаружено 2 последовательности дисков. Последовательность pluCl (14o-25q. Стандарт) доминирует в большинстве популяций, частота встречаемости составляет 0.58-1.0. Последовательность pluC2 (14o-16h. 22f-16i. 22g-25q) встречается как в гетерозиготе с pluC1, частота встречаемости 0.25-0.83, так и в гомозиготном состоянии с частотой 0.0-0.42.
В плече D обнаружено 2 последовательности. Доминирует pluD1 (1a-14o. Стандарт), частота ее встречаемости составляет 0.83-1.0. Последовательность pluD2 (1a-2i. 7i-2j. 7j-14o) встречается в гетерозиготе с pluD1 с частотой 0.0-0.50, и в гомозиготе, с частотой 0.0-0.17.
Хромосома III (EF). В плече E обнаружено 2 последовательности. Доминирует pluE1 (1a-11b. Стандарт), частота её встречаемости составляет 1.0. Последовательность pluE2 (1a-2g. 8c-3a. 8d-11b) встречена только в гетерозиготе, частота встречаемости 0.0-0.50.
Таблица 1. Характеристика изученных популяций
Table 1. Characteristics of investigated populations
Возрастная структура,
Количество количество особей, % ГТЗ на ГМЗ особей HMZ individuals
№ Станция Дата сбора особей Самцы (%) Самки (%) Age structure, number of individuals, % ГК ГТЗ особь
Sampling Date Quantity of Male (%) Female (%) Фаза развития GC HTZ HTZ per
individuals Phase of development individual
I II III IV V VI VII
Коприно N58°04'262" 21.05.2013 6 50 50 50 17 33 6 13 2.2 2
1. E38°18'080" 17.05.2015 12 75 25 25 33 8 17 8 8 11 18 1.5 1
Koprino N58°04'262" 17.09.2015 13 83 17 40 60 12 27 2.1
E38°18'080" фев. 1991* 150 80 20 20 31 10 22 12 4 1 31 1.5
Mo лога N58°12'826" 21.05.2013 6 - - 33 17 17 17 17 5 11 1.8
о E38V27'510" 03.09.2013 12 83 17 30 10 40 20 10 17 1.4 2
z. Mologa N58°12'826" E38V27'510" 17.09.2015 12 88 13 58 33 8 9 21 1.8 3
Средний двор N58°30'444" 21.05.2013 8 88 13 13 25 38 25 8 15 1.9 2
о E38°20'943"
j. SredniyDvor N58°30'444" E38°20'943" 17.09.2015 12 43 57 33 58 8 11 18 1.5 2
21.05.2013 12 11 89 63 13 25 12 22 1.8 2
Брейтово N58°19'319" 15.10.2013 12 71 29 14 29 29 0 29 10 16 1.3 3
л E37°56'944" 07.07.2014 11 90 10 55 9 18 18 11 15 1.4 2
4. Breytovo N58°19'319" 17.05.2015 12 33 67 25 25 25 25 8 25 2.1
E37°56'944" 18.08.2015 11 33 67 25 38 25 13 11 20 1.8 1
17.09.2015 12 82 18 10 50 40 10 22 1.8 2
Количество: ГК - геномные комбинации, ГТЗ - гетерозиготы, ГМЗ - гомозиготы.
*-Шобанов, 19946.
Quantity: GC - genomic combination, HTZ - heterozygous, HMZ - homozygous. * - Shobanov, 1994 b.
Таблица 2. Частота встречаемости (%) зиготических сочетаний в исследуемых популяциях С. plumosus из Рыбинского водохранилища Table 2. Frequency of occurrence (%) zygotic combinations in the studied populations of C. plumosus from Rybinsk Reservoir
Станция
Плечи хромосом Chromosomal arms
Sample Date A В С D E F G
11 12 22 13 14 11 12 22 11 12 22 11 12 22 11 12 11 12 11
1. Коприно 1. Koprino 21.05.13 0.34 0.33 0.33 0.17 0.83 0.33 0.50 0.17 0.67 0.33 0.50 0.50 0.83 0.17 1.00
17.05.15 0.50 0.17 0.33 0.83 0.17 0.42 0.42 0.16 0.58 0.33 0.09 0.75 0.25 1.00 1.00
17.09.15 0.46 0.08 0.38 0.08 0.23 0.77 0.23 0.77 0.77 0.23 0.54 0.46 1.00 1.00
2. Молога 2. Mologa 21.05.13 0.83 0.17 0.33 0.67 0.17 0.83 0.83 0.17 1.00 1.00 1.00
03.09.13 0.50 0.25 0.08 0.17 0.17 0.17 0.67 0.42 0.25 0.33 1.00 0.58 0.42 0.92 0.08 1.00
17.09.15 0.58 0.42 0.25 0.25 0.50 0.17 0.66 0.17 0.67 0.33 0.83 0.17 1.00 1.00
3. Средний 21.05.13 0.63 0.13 0.25 0.13 0.50 0.38 0.38 0.50 0.13 0.50 0.50 1.00 1.00 1.00
двор 3. Sredniy 17.09.15 0.50 0.42 0.08 0.33 0.42 0.25 0.50 0.25 0.25 0.75 0.25 0.83 0.17 1.00 1.00
Dvor
21.05.13 1.00 0.17 0.33 0.50 0.25 0.50 0.25 0.67 0.25 0.08 0.75 0.25 0.75 0.25 1.00
15.10.13 0.58 0.42 0.17 0.33 0.50 0.16 0.42 0.42 1.00 0.83 0.17 1.00 1.00
4. Брейтово 07.07.14 0.75 0.25 0.25 0.33 0.42 0.25 0.42 0.33 0.67 0.33 0.75 0.25 1.00 1.00
4. Breytovo 17.05.15 0.67 0.33 0.25 0.58 0.17 0.25 0.75 0.83 0.17 0.75 0.25 1.00 1.00
18.08.15 0.33 0.50 0.17 0.17 0.33 0.50 0.08 0.25 0.67 0.67 0.33 0.83 0.17 1.00 1.00
17.09.15 0.58 0.42 0.16 0.42 0.42 0.33 0.67 0.83 0.17 0.83 0.17 1.00 1.00
Таблица. 3. Частоты встречаемости геномных комбинаций в популяциях С. plumosus из Рыбинского водохранилища
Table. 3. The frequency of genomic combinations in populations of Ch. plumosus in Rybinsk Reservoir
Станции Коприно Молога Средний двор Брейтово
Sample Koprino Mologa Sredniy Dvor Breytovo
№ п/п 3 5 5 3 3 5 3 5 3 3 4 5 5 5
Комбинация 10 <N 10 <N 10 <N 10 <N 10 <N 10 <N 10 <N 10 <N 10 <N 10 <N 10 2. 10 <N 10 <N 10 <N
Combination iri 0. iri 0. ON 0. iri 0. ON 0. ON 0. iri 0. ON 0. iri 0. Ö t^ 0. iri 0. OO 0. ON 0.
.1 .7 .7 .1 .3 .7 .1 .7 .1 .5 .7 .7 .8 .7
2 2 0 2 2 0
1 A1.1. B1.1. C1.1. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.08
2 A1.1. B1.1. C1.1. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08
3 A1.1. B1.1. C1.1. D2.2. E1.1. F1.1. 0.08
4 A1.1. B1.1. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.33 0.09 0.25
5 A1.1. B1.1. C1.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.09
6 A1.1. B1.1. C2.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.09 0.09
7 A1.1. B1.2. C1.1. D1.1. E1.1. F1.1. 0.17 0.08 0.08 0.08
8 A1.1. B1.2. C1.1. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.09 0.08
9 A1.1. B1.2. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.17 0.08 0.13 0.08 0.08 0.09 0.25 0.09 0.08
10 A1.1. B1.2. C1.1. D1.2. E1.2. F1.1. 0.08
11 A1.1. B1.2. C1.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.17 0.13 0.08 0.17
12 A1.1. B1.2. C1.2. D1.2. E1.2. F1.1. 0.08
13 A1.1. B1.2. C2.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.08
14 A1.1. B1.2. C2.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08
15 A1.1. B1.2. C2.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08
16 A1.1. B1.2. C2.2. D1.1. E1.2. F1.2. 0.08
17 A1.1. B2.2. C1.1. D1.1. E1.1. F1.1. 0.17 0.08 0.13 0.17 0.09 0.17
18 A1.1. B2.2. C1.1. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.17 0.08 0.08
19 A1.1. B2.2. C1.1. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08 0.09
20 A1.1. B2.2. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.17 0.08 0.17 0.13 0.08 0.08 0.09 0.08 0.08
21 A1.1. B2.2. C1.1. D1.1. E1.2. F1.2. 0.08
22 A1.1. B2.2. C1.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.08
23 A1.1. B2.2. C1.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08 0.08 0.08 0.09
24 A1.1. B2.2. C1.2. D1.2. E1.2. F1.1. 0.08
25 A1.1. B2.2. C1.2. D1.2. E1.2. F1.2. 0.08
26 A1.1. B2.2. C2.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.17 0.17 0.17 0.13 0.08 0.08
27 A1.1. B2.2. C2.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.09
28 A1.2. B1.1. C2.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.09
29 A1.2. B1.1. C2.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08
30 A1.2. B1.2. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.17
31 A1.2. B2.2. C1.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08
32 A1.2. B2.2. C1.2. D1.1. E1.2. F1.2. 0.08
33 A1.2. B2.2. C2.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08
34 A1.2. B2.2. C2.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.09
35 A1.3. B1.1. C1.1. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08
36 A1.3. B1.1. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.08
37 A1.3. B1.1. C1.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08 0.17 0.08
38 A1.3. B1.1. C2.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08
39 A1.3. B1.2. C1.1. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.08
40 A1.3. B1.2. C1.1. D1.2. E1.1. F1.1. 0.13 0.09
41 A1.3. B1.2. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.08 0.09
42 A1.3. B1.1. C1.2. D1.2. E1.2. F1.2. 0.17
43 A1.3. B1.2. C1.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.08 0.08 0.08
44 A1.3. B1.2. C1.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08
45 A1.3. B1.2. C2.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.17
46 A1.3. B1.2. C2.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.09
47 A1.3. B1.2. C2.2. D2.2. E1.1. F1.1. 0.09
48 A1.3. B2.2. C1.1. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.08 0.17
49 A1.3. B2.2. C1.1. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.08
50 A1.3. B2.2. C1.1. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08
51 A1.3. B2.2. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.17 0.15 0.08 0.08
52 A1.3. B2.2. C1.2. D1.1. E1.2. F1.1. 0.08 0.09 0.08
53 A1.3. B2.2. C1.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08 0.09
54 A1.3. B2.2. C2.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08 0.09
55 A1.3. B2.2. C2.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.09
56 A1.3. B2.2. C2.2. D2.2. E1.2. F1.1. 0.08
57 A1.4. B1.2. C1.1. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08
58 A1.4. B1.1. C1.2. D1.2. E1.1. F1.1. 0.13
59 A1.4. B1.2. C1.1. D1.2. E1.1. F1.1. 0.08
60 A1.4. B1.2. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.13
61 A1.4. B2.2. C1.1. D1.1. E1.2. F1.1. 0.17
62 A1.4. B2.2. C1.2. D1.2. E1.2. F1.1. 0.17
63 A2.2. B2.2. C1.2. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08
64 A2.2. B2.2. C1.1. D1.1. E1.1. F1.1. 0.08
В плече F обнаружено 2 последовательно- 22m. Стандарт), частота встречаемости 1.0. По-
сти. Доминирует последовательность pluFl (11b- следовательность pluF2 (11b-13d. 16k-13e. 16-
22т) встречена в гетерозиготе с р1иЕ1 в двух популяциях с частотой 0.0-0.25.
Хромосома IV. Плечо О. Мономорфно. Гомологи всегда не спарены. Стандартная последовательность р1и01 (1а-8^).
Изначально выбранные точки планировалось рассматривать как единую популяцию "Рыбинское водохранилище", т.к. все они располагаются в Главном плесе водохранилища, как мы предполагали изначально, в одинаковых условиях. Расстояние между точками составляло от 21 до 45 км. Но, ни в одной популяции не были встречены сразу все последовательности.
Тогда как на дендрограмме цитогенетиче-ских расстояний между отдельными популяциями, рассчитанными с помощью индекса Нэя 1972], наблюдается сложная структура, и выявить какую-либо закономерность невозможно. Личинки из одной точки, но собранные в разное время, по своей цитогенетической структуре могут относиться к другим популяциям. Что подтверждает существование генетического обмена между ними, и, позволяет нам анализировать популяцию "Рыбинское водохранилище" как единую, а изученные точки считать субпопуляциями.
Нами были выделены геномные комбинации, за счёт которых и происходит формирование единой популяции "Рыбинское водохранилище": А1.1. В1.2. С1.2. Б1.1. Е1.1. ПЛ., А1.1. В2.2. С1.2. Б1.1. Е1.1. ПЛ., А1.1. В2.2. С2.2. Б1.1. Е1.1. Б1.1. и А1.1. В2.2. С1.1. Б1.1. Е1.1. Б1.1., частота их встречаемости составляет 25.8%.
Основными хромосомными последовательностями для объединенной популяции, вероятно, обладающими важной адаптивной функцией, являются последовательности с высокой частотой встречаемости. К таковым относятся р1иА1 и р1иА3 - у 98% и 27% особей соответственно. Последовательность р1иВ2, в гомо- и гетерозиготном состоянии встречена нами у 83%, р1иВ1 у 17% особей. Ранее уже неоднократно высказывалось предположение об адаптивной значимости последовательности р1иВ2 для личинок С. plumosus, обитающих на большой глубине [Кик-надзе и др., 1987 (Kiknadze е! а1., 1987); Петрова, 1996 (Реггоуа, 1996); Pedersen, 1984] и русловой части Рыбинского водохранилища в частности [Шобанов, 1994б ^ЬоЬапоу, 1994Ь); 8ЬоЬапоу, Во^Ьакоу, 2011]. Относительно высокая частота встречаемости р1иВ1 может быть связана, прежде всего, с миграционными процессами с берега в весенне-летний период, т.к. личинки с данной последовательностью были обнаружены преимущественно в осенний период - 11%, и лишь 6% в весенний. Элиминация личинок с "неадаптированной" последовательностью может происходить в период метаморфоза, когда малейшие
отклонения различных факторов от нормы в окружающей среде приводят к гибели особи. Наблюдается классическая картина вытеснения неадаптивных последовательностей вследствие отбора под действием неблагоприятных условий; на примере дрозофил показана элиминация неадаптивных, искусственно внесенных в природную популяцию, последовательностей в течение одного сезона с 28%, сначала до 17 и в конце наблюдений до 9% [Дубинин, 1966 (Dubinin, 1966)]. Последовательности pluCl и pluC2 встречаются с частотой у 79 и 72% особей соответственно. Последовательность pluDl обнаружена у 98%, и pluD2 у 25% особей. Последовательность pluEl встречена нами у 100% особей, и pluE2 у 23% особей. Последовательность pluFl обнаружена у 100% особей.
Таким образом, для обобщённой популяции, характерными являются последовательности pluAl, pluA3, pluB2, pluCl, pluC2, pluDl, pluD2, pluEl и pluFl.
Если анализировать каждую изученную точку как самостоятельную популяцию, то можно выделить последовательности характерные для каждой из них. Так последовательность pluA4 обнаружена только на станциях "Молога" и "Средний Двор". Последовательность pluA2 очень редка, однако, на станциях "Молога" и "Коприно" обнаруживается как в гетеро-, так и в гомозиготном состоянии, и аномально часто (у 50% особей) встречена в одном сборе со ст. "Брейтово, 18.08.2015" лишь в гетерозиготном состоянии, и через месяц не была обнаружена ни у одной исследованной особи, что может свидетельствовать о ее низкой значимости (или летальности) в условиях именно данной точки. О высокой адаптивной значимости может служить частота встречаемости последовательности pluD2 (25%), и что особенно интересно на станциях "Коприно", "Молога" и «Брейтово» в весенний период встречена в гомозиготном состоянии. Последовательность pluE2 обнаружена во всех точках только в гетерозиготном состоянии.
На основании индекса MCP (Main Common Palearctic sequences) [Gunderina et al., 1999] популяции "Молога", "Средний Двор" и "Брейтово" относятся к "BC" типу (стандартные pluBl и pluCl встречаются менее чем у 50% особей), а популяция "Коприно" к "ABC" (стандартные pluAl, pluBl и pluCl встречаются менее чем у 50% особей). Это может свидетельствовать о том, что данные популяции относятся скорее к "центральному" типу, так как очень высока степень гетерозиготности по всем последовательностям, за исключением плеча G четвeртой хромосомы. Хотя бы одна гетерозигота встречена у
86% особей, а количество гетерозигот на особь варьирует от 1.4 до 2.2 (табл. 1). Известно, что гетерозиготные особи лучше адаптируются к резко изменяющимся условиям среды, а гетерозиготные популяции лучше осваивают микроусловия и наиболее эффективно используют все доступные ресурсы [Дубинин, 1966 (Dubinin, 1966); Кикнадзе и др., 1991 (Kiknadze et al., 1991)]. Вероятно, ответ на вопрос о высоком разнообразии геномных комбинаций и появлению последовательностей специфических для конкретных точек, следует искать в самом водохранилище.
Рыбинское водохранилище обладает большими размерами, и, соответственно, в разных его районах могут формироваться различные условия обитания для гидробионтов. По распределению водных масс в нем выделяют четыре основных плеса, среди которых Волжский, Моложский и Шекснинский соответствуют названию питающих их рек, и Главный. Воды основных питающих рек продолжительное время сохраняют свои физико-химические характеристики и в водохранилище (см. рисунок) [Буторин, 1969 (Butorin, 1969); Ривьер, 1986 (River, 1986)].
Рис. Схема выделения водных масс Рыбинского водохранилища с помощью оптимального цикла (по: Буторин, 1969). Коприно, Молога, Средний Двор, Брейтово - точки сбора материала.
Fig. Scheme isolation of water masses in the Rybinsk reservoir using optimum cycle (by: Butorin, 1969). Koprino, Mologa, Sredniy Dvor, Breytovo - point of sampling.
Таким образом, исследуемые нами точки, в границах Рыбинского водохранилища относятся к разным речным системам, что и приводит к появлению специфических геномных комбинаций. Кроме того, в области смешения вод р. Сить, обладающей очень высокой минерализацией, Мологи и Центральной части водохранилища формируется уникальная зона гибридизации нескольких видов хирономид. В 2010 г. в устье р. Себла и в 2015 г. на
ст. "Брейтово", расположенными в непосредственной близости друг от друга, нами были обнаружены гибриды С. muratensis х С. plumosus (1 особь) и С. entis х С. plumosus (2 особи). При этом во всех случаях у личинок были обнаружены последовательности р1иВ2 и р1иС2. Вид С. muratensis за все время исследования водохранилища в данных точках нами обнаружен не был, С. entis встречен однократно в октябре 2010 г. Причиной этого является
разная экологическая приуроченность видов: С. entis и С. muratensis обитают на мелководьях (1-3 м) и не переносят аноксии [Шоба-нов, 2001 ^ЬоЬапоу, 2001)], С. plumosus обитает как на мелководьях, так и на глубинах до 20 м и способен в течение продолжительного периода переносить практически полное отсутствие кислорода. В результате этого наблюдения мы можем предположить, что данные последовательности (р1иВ2 и р1иС2) обладают высокой адаптивной значимостью и способствуют выживанию даже межвидовых гибридов в изменяющихся условиях русловой части Рыбинского водохранилища.
В Рыбинском водохранилище из-за высокого разнообразия микроусловий формируются популяции хирономид, обладающие уни-
кальным набором геномных комбинаций, которые способны их осваивать. Складывается интересная ситуация, когда во всех районах водоёма обнаруживается один, но высокополиморфный вид; обладающий высокой изменчивостью, как на цитогенетическом, так и на биохимическом уровнях [Бо^Ьакоу, Ап^ееуа, 2012]. Во всех изученных точках обнаруживаются общие (высоко адаптивные) последовательности дисков хромосом и их сочетания, что указывает на существование между популяциями генетического обмена, позволяет рассматривать их, как одну единую - "Рыбинское водохранилище". Наряду с этим были выделены последовательности уникальные для конкретной точки.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта №16-34-00124 мол_а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Буторин Н.В. Гидрологические процессы и динамика водных масс в водохранилищах Волжского каскада. М.: Наука, 1969. 323 с
Демин С.Ю. Изменчивость степени конденсированности политенных хромосом в клетках разных органов личинок Chironomus plumosus из природы: Автореф. канд. дис. Л. 1989. 25 с.
Дубинин Н.П. Эволюция популяций и радиация. М.: Атомиздат, 1966. 473 с.
Кикнадзе И.И., Керкис И.Е. Сравнительный анализ рисунк дисков политенных хромосом видов-двойников комаров хирономусов группы PLUMOSUS из Западной Сибири // Цитология. 1986. Т. 28, № 4. С. 430-435.
Кикнадзе И.И., Керкис И.Е., Филиппова М.А. Хромосомный полиморфизм в сибирских природных популяциях Chironomus plumosus L. // Зоол. журн. 1987. Т. 66, Вып. 6. С. 877-822.
Кикнадзе И.И., Филиппова М.А., Сиирин М.Т., Керкис И.Е. Закономерности хромосомного полиморфизма у Chironomus entis (Diptera, Chironomidae) // Зоол. Журн. 1991. Т. 70, Вып. 8. С. 106-120.
Кикнадзе И.И., Шилова А.И., Керкис И.Е., Шобанов Н.А., Зеленцов Н.И., Гребенюк Л.П., Истомина А.Г., Прасолов В.А. Кариология и морфология личинок трибы Chironomini. Атлас. Новосибирск: Наука, 1991. 115 с.
Максимова Ф.Л. К вопросу о кариотипе Chironomus plumosus L. // Цитология. 1976. Т. 18, № 10. С. 1164-1169.
Петрова Н.А., Ильинская Н.Б., Кайданов Л.З. Адаптивный характер инверсионного полиморфизма у мотыля Chironomus plumosus (Diptera, Chironomidae). Пространственное распределение инверсий по ареалу // Генетика. 1996. T. 32, № 12. С. 1629-1642.
Поддубный С.А., Сухова Э.В. Моделирование влияния гидродинамических и антропогенных факторов на распределение гидробионтов в водохранилищах: Руководство для пользователей. Рыбинск: Рыб. Дом печати, 2002. 120 с.
Ривьер И.К. Состав и экология зимних зоопланктонных сообществ. Л.: Наука, 1986. 160 с.
Стегний В. Н. Архитектоника генома, системные мутации и эволюция. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1993. 111 с.
Шобанов Н.А. Кариофонд Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae). I. Стандартизация дисков политенных хромосом в системе Максимовой // Цитология. 1994а. Т. 36, № 1. С. 117-122.
Шобанов Н.А. Кариофонд Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae). IV. Внутри- и межпопуляционный полиморфизм // Цитология. 1994б. Т. 36, № 11. C. 1129-1146.
Bolshakov V.V., Andreeva A.A. Peculiarities of structural organization of hemoglobin of chironomus plumosus // J. of Evol. Bioch. and Phys. 2012. Vol. 48. № 3. P. 265-271. DOI: 10.1134/S0022093012030024
Dobzhansky T. Genetics of natural populations. XXVI. Chromosomal variability in island and continental populations of Drosophyla willistoni from Central America and the West Indies // Evolution. 1957. № 11. P. 280-293.
Gunderina L.I., Kiknadze I.I., Golygina V.V. Intraspecific differentiation of the cytogenetic structure in natural populations of Chironomus plumosus L., the central species in the group of sibling species (Chironomidae: Diptera) // RUSS. J. GEN. 1999. V. 35. № 2. P. 142-150
Mayr E. . Populations, species, and evolution. Harvard University Press, Cambridge, Mass. 1970. 453 p.
Nei M. Genetic distance between populations // Amer. natur. 1972. Vol. 106. P. 283-291.
Pedersen B.V. The effect of anoxia on the survival of chromosomal variants in larvae of the midge Chironomus plumosus L. (Diptera: Chironomidae) // Hereditas. 1984. № 101. P. 75-77.
Shobanov N.A. Function of Ventral and Lateral Processes in Larvae of Chironomus (Diptera, Chironomidae) // J. of
Evol. Biochem. and Phys. 2001. Vol. 37. № 4. P. 384-387. DOI: 10.1023/A:1012970711312 Shobanov N.A., Bolshakov V.V. Karyofund of Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae): V. Terminal and Interstitial Populations // Cell and Tissue Biology. 2011. Vol. 5. № 2. P. 196-201. D0I:10.1134/S1990519X11020155
REFERENCES
Butorin N.V. Gidrologicheskie processy i dinamika vodnyh mass v vodohranilishchah Volzhskogo kaskada [Hydrolog-ical processes and dynamics of water masses in the reservoirs of the Volga cascade]. M.: Nauka. 1969. 323 s. [In Russian]
Bolshakov V.V., Andreeva A.A. Peculiarities of structural organization of hemoglobin of chironomus plumosus // J. of
Evol. Bioch. and Phys. 2012. Vol. 48. № 3. P. 265-271. DOI: 10.1134/S0022093012030024 Gunderina L.I., Kiknadze I.I., Golygina V.V. Intraspecific differentiation of the cytogenetic structure in natural populations of Chironomus plumosus L., the central species in the group of sibling species (Chironomidae: Diptera) // RUSS. J. GEN. Vol. 35. № 2. 1999, pp. 142-150 Demin S.YU. Izmenchivost' stepeni kondensirovannosti politennyh hromosom v kletkah raznyh organov lichinok Chironomus plumosus iz prirody [The variability of the degree of condensation of polytene chromosomes in the cells of various organs of larvae Chironomus plumosus of nature]. Avtoref. kand.dis. L. 1989. 25 s. [In Russian] Dobzhansky T. Genetics of natural populations. XXVI. Chromosomal variability in island and continental populations
of Drosophyla willistoni from Central America and the West Indies // Evolution. 1957. № 11. P. 280-293. Dubinin N.P. Evolyuciya populyacii i radiaciya [Evolution of populations and radiation]. M.: Atomizdat. 1966. 473 s. [In Russian]
Kiknadze I.I., Kerkis I.E. Sravnitel'nyi analiz risunka diskov politennyh hromosom vidov-dvoinikov komarov hironomusov gruppy PLUMOSUS iz Zapadnoi Sibiri [Comparative analysis of polythene chromosome banding patterns of sibling species of mosquitoes chironomus PLUMOSUS group of Western Siberia] // Citologiya. 1986. T. 28. № 4. S. 430-435. [In Russian] Kiknadze I.I., Kerkis I.E., Filippova M.A. Hromosomnyi polimorfizm v sibirskih prirodnyh populyaciyah Chironomus plumosus L. [Chromosomal polymorphism in natural populations of Siberian Chironomus plumosus L.] // Zool. zhurn. 1987. T. 66. № 6. S. 877-822. [In Russian] Kiknadze I.I., Filippova M.A., Siirin M.T., Kerkis I.E. Zakonomernosti hromosomnogo polimorfizma u Chironomus entis (Diptera, Chironomidae) [Patterns of chromosomal polymorphism in Chironomus entis (Diptera, Chironomidae] // Zool. zhurn. 1991. T. 70. № 8. S. 106-120. [In Russian] Kiknadze I.I., Shilova A.I., Kerkis I.E., SHobanov N.A., Zelencov N.I., Grebenyuk L.P., Istomina A.G., Prasolov V.A. Kariologiya i morfologiya lichinok triby Chironomini. Atlas. [Cariology and morphology of the larvae of the tribe Chironomini. Atlas]. Novosibirsk: Nauka, 1991. 115 s. [In Russian] Mayr E. . Populations, species, and evolution. Harvard University Press, Cambridge, Mass. 1970. 453 p. Maksimova F.L. K voprosu o kariotipe Chironomus plumosus L. [On the Karyotype of Chironomus plumosus L.] //
Citologiya. 1976. T. 18. № 10. S. 1164-1169. [In Russian] Nei M. Genetic distance between populations // Amer. natur. 1972. Vol. 106. P. 283-291.
Pedersen B.V. The effect of anoxia on the survival of chromosomal variants in larvae of the midge Chironomus
plumosus L. (Diptera: Chironomidae) // Hereditas. 1984. №. 101. P. 75-77. Petrova N.A., Il'inskaya N.B., Kajdanov L.Z. Adaptivnyi harakter inversionnogo polimorfizma u motylya Chironomus plumosus (Diptera, Chironomidae). Prostranstvennoe raspredelenie inversii po arealu [The adaptive nature of the inversion polymorphism in bloodworm Chironomus plumosus (Diptera, Chironomidae). The spatial distribution of the reversal of its range] // Genetika. 1996. T. 32. № 12. S. 1629-1642. [In Russian] Poddubnyy S.A, Suhova E.V. Modelirovanie vliyaniya gidrodinamicheskih i antropogennyh faktorov na raspredelenie gidrobiontov v vodohranilishchah: Rukovodstvo dlya pol'zovatelei [Modeling the effect of hydrodynamic and anthropogenic factors on the distribution of aquatic reservoirs: User Guide]. Rybinsk: "Rybinskij Dom Pechati". 2002. 120 s. [In Russian]
River I.K. Sostav i ekologiya zimnih zooplanktonnyh soobshchestv [The composition and ecology of winter zooplankton communities]. L.: Nauka. 1986. 160 s. [In Russian] Stegniy V.N. Arhitektonika genoma, sistemnye mutacii i ehvolyuciya [Architectonics of genome, system mutations and
evolution]. Novosibirsk: Izdatelstvo Novosibirskogo Universiteta. 1993. 111 s. [In Russian] Shobanov N.A. Kariofond Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae). I. Sdandartizaciya diskov politennyh hromosom v sisteme Maksimovoi [Karyofund of Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae). I. Standardization bands of polytene chromosomes in the Maximova system] // Citologiya. 1994a. T. 36. № 1. S. 117-122. [In Russian]
Shobanov N.A. Kariofond Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae). IV. Vnutri- i mezhpopulyacionnyj polimorfizm [Karyofund of Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae). IV. Intra- and interpopulation polymorphism] // Citologiya. 1994b. T. 36. № 11. S. 1129-1146. [In Russian] Shobanov N.A. Function of Ventral and Lateral Processes in Larvae of Chironomus (Diptera, Chironomidae) // J. of
Evol. Biochem. and Phys. 2001. Vol. 37. № 4. P. 384-387. DOI: 10.1023/A:1012970711312 Shobanov N.A., Bolshakov V.V. Karyofund of Chironomus plumosus (L.) (Diptera, Chironomidae): V. Terminal and Interstitial Populations // Cell and Tissue Biology. 2011. Vol. 5. № 2. P. 196-201. DOI:10.1134/S1990519X11020155
THE ROLE OF MICROHABITAT CONDITIONS IN FORMATION OF CYTOGENETIC STRUCTURE OF POPULATION CHIRONOMUS PLUMOSUS FROM RYBINSK RESERVOIR
V. V. Bolshakov, N. A. Shobanov
Papanin Institute for Biology ofInland Waters Russian Academy of Sciences 152742 Borok, Russia, e-mail: [email protected]
The role of microhabitat conditions in different areas of Rybinsk Reservoir in formation of cytogenetic structure in population of Chironomus plumosus is analyzed. The basic sequences of the polytene chromosomes bands and their combinations specific for all samples were found, on the basis of this date "Rybinsk reservoif' populations was assigned. At that time, for all of the studied points specific sequences were found. This may be associated with the features of hydro chemical and hydrological regimes of reservoir and it inflows. Due to the high diversity of genomic combinations population "Rybinsk reservoir" refers to the central type.
Keywords: chironomid, chromosomes, adaptations, Chironomus plumosus
