Genetic Variation and Phylogenetic Relationships of Northern Pike (Esox lucius L.) Populations from Some Rivers of Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Data on the structure and variability of the nucleotide sequence of the mtDNA cytochrome b gene of the northern pike Esox lucius L. from the rivers of the Kolyma, Volga, Don basins and the Anadyr River were obtained. Unique haplotypes were found, indicating limited gene flow between the studied populations. Northern pikes from the Volga and the Anadyr have a high level of genetic diversity. Low genetic diversity was noted in some populations of the Kolyma and Don basins. Phylogenetic analysis of the nucleotide sequences of the cytochrome b gene showed the presence of three genetic lines – A, B, V, having a common root of origin. The high level of differentiation of the identified lines is apparently caused by the long-term reproductive isolation of the northern pike in several refugia, which were the source for the circumpolar distribution of this species.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. T. Bachevskaya

Institute of Biological Problems of the North, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vvpereverzeva@mail.ru
Russian Federation, Magadan, 685000

V. V. Pereverzeva

Institute of Biological Problems of the North, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vvpereverzeva@mail.ru
Russian Federation, Magadan, 685000

A. A. Primak

Institute of Biological Problems of the North, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vvpereverzeva@mail.ru
Russian Federation, Magadan, 685000

G. A. Agapova

Institute of Biological Problems of the North, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vvpereverzeva@mail.ru
Russian Federation, Magadan, 685000

References

  1. Сычевская Е.К. Ископаемые щуковидные СССР и Монголии. М.: Наука, 1975. 115 с.
  2. Сычевская Е.К. Роль Берингийской суши в расселении щуковидных // Берингия в кайнозое. Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 242–258.
  3. Gaudnt J. Decouverte du plus ancien representant connu du genre Esox lucius L. (Poisson Teleosteen, Esocoidei) dans le Stavpien moyen du bassien d’ Art (Vaucluse) // Geol. editer. 1978. V. 5. № 2. P. 257–268.
  4. Wilson M.V. Oldest known Esox lucius L. (Pisces: Esocidae), part of a new Paleocene teleost fauna from Western Canada // Can. J. Earth Sci. 1980. V. 17. P. 307–312.
  5. Сычевская Е.К. Пресноводная палеогеновая ихтиофауна СССР и Монголии. М.: Наука, 1986. 177 с.
  6. Хистарова Г.Д. Рыбы из континентальных отложений позднего мела и кайнозоя Центрального и Восточного Казахстана // Ископаемая фауна и флора Центрального и Восточного Казахстана: Материалы по истории фауны и флоры Казахстана. Алма-Ата: Наука, 1971. Т. 5. С. 57–62.
  7. Яковлев В.Н. Распространение пресноводных рыб неогена Голарктики и зоогеографическое районирование // Вопр. ихтиологии. 1961. Т. 1. № 2(19). Р. 209–220.
  8. Яковлев В.Н. История формирования фаунистических комплексов пресноводных рыб // Вопр. ихтиологии. 1964. Т. 4. № 1(30). С. 10–22.
  9. Пугачев О.Н. Паразиты пресноводных рыб северо-востока Азии. Л.: Зоол. ин-т АН СССР, 1984. 156 с.
  10. Banarescu P. Principles and Problems of Zoogeography. Yugoslavia, Subotica, 1975. 214 p. Translated from: Principii si Probleme de Zoogeografie. Red. Acad. Rep. Soc. Romania, 1970.
  11. Новиков А.С. Рыбы реки Колымы. М.: Наука, 1966. 135 с.
  12. Кириллов Ф.Я. Рыбы Якутии. М.: Наука, 1972. 358 с.
  13. Черешнев И.А. Происхождение пресноводной ихтиофауны районов Берингии // Биогеография Берингийского сектора Субарктики. Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1986. С. 122–145.
  14. Черешнев И.А. Биогеография пресноводных рыб Дальнего Востока России. Владивосток: Дальнаука, 1998. 130 с.
  15. Берг Л.С. Рыбы пресных вод СССР и сопредельных стран. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1949. Ч. 2. С. 469–925.
  16. Черешнев И.А., Шестаков А.В., Скопец М.Б. Определитель пресноводных рыб северо-востока России. Владивосток: Дальнаука, 2001. 129 с.
  17. Черешнев И.А. Пресноводные рыбы Чукотки. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2008. 324 с.
  18. Грунин С.И., Бакланов М.А. Размерная изменчивость внешнеморфологических признаков сеголетков щуки Esox lucius L. // Вестн. Перм. гос. ун-та. 2004. Вып. 2: Биология. С. 99–101.
  19. Грунин С.И. Динамика популяционных показателей щуки Esox lucius L. (Esocidae) р. Анадырь за период 1971–2010 гг. // Изв. ТИНРО. 2014. Т. 179. С. 45–54.
  20. Хохлов Ю.Н., Хохлова Ю.Е. Особенности питания обыкновенной щуки Esox lucius L. в среднем течении р. Анадырь в осенний период // Вестн. СВНЦ ДВО РАН. 2006. № 2. С. 54–58.
  21. Грунин С.И., Шестаков А.В. Современное состояние популяции щуки Esox lucius L. среднего течения р. Анадырь (Чукотка) // Вопр. рыболовства. 2011. Т. 12. № 3. С. 457–471.
  22. Бачевская Л.Т., Переверзева В.В., Агапова Г.А. и др. Генетическое разнообразие популяций щуки обыкновенной Esox lucius L. из рек северо-востока России // Изв. РАН. Сер. биол. 2019. № 2. С. 154–161. doi: 10.1134/S0002332919020036
  23. Бачевская Л.Т., Переверзева В.В., Агапова Г.А. и др. Генетическая структура обыкновенной щуки (Esox lucius L.) из рек северо-востока России // Вестн. СВНЦ ДВО РАН. 2020. № 2. С. 98–106. doi: 10.34078/1814-0998-2020-2-98-106
  24. Ishiguro N.B., Miya M., Nishida M. Basal euteleostean relationships: A mitogenomic perspective on the phylogenetic reality of the 'Protacanthopterygii' // Mol. Phylogenet. Evol. 2003. V. 27. P. 476–488.
  25. Tamura K., Stecher G., Peterson D. et al. MEGA-6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 6.0.2.74 // Mol. Biol. Evol. 2013. V. 30. Р. 2725–2729. doi: 10.1093/molbev/mst197
  26. Excoffier L., Laval G., Schneider S. Arlequin ver. 3.0: An integrated software package for population genetics data analysis // Evol. Bioinform. Online. 2005. V. 1. P. 47–50.
  27. Tajima F. Statistical method for testing the neutral mutation hypothesis by DNA polymorphism // Gen. Soc. Am. 1989. P. 585–595.
  28. Fu Y., Li W. Statistic test of neutrality of mutations // Genetics. 1993. V. 133. P. 693–709.
  29. Fu Y.-X. Statistical tests of neutrality of mutations against population growth, hitchhiking and background selection // Genetics. 1997. V. 147. P. 915–925.
  30. Grande T., Laten H., Lopez J.A. Phylogenetic relationships of extant esocid species (Teleostei: Salmoniformes) based on morphological and molecular characters // Copeia. 2004. V. 4. P. 743–757.
  31. Skog A., Vollestad L.A., Stenseth N.C. et al. Circumpolar phylogeography of the northern pike (Esox lucius) and its relationship to the Amur pike (E. reichertii) // Frontiers Zool. 2014. V. 11. P. 67. doi http://www.frontiersinzoology. com/content/11/1/67.
  32. Bandelt H.J., Forster P., Rohl A. Median-Joining networks for inferring intraspecific phylogenies // Mol. Biol. Evol. 1999. V. 16. P. 37–48.
  33. Zardoya R., Meyer A. Phylogenetic performance of mitochondrial protein-coding genes in resolving relationships among vertebrates // Mol. Biol. Evol. 1996. V. 13. № 7. P. 933–942.
  34. Nei M. Molecular Evolutionary Genetics. N.Y.: Columb. univ. press, 1987. 512 p.
  35. Nei M., Kumar S. Molecular Evolution and Phylogenetics. N.Y.: Oxford univ. press, 2000. 333 p.
  36. Линдберг Г.У. Четвертичный период в свете биогеографических данных. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1955. 334 с.
  37. Линдберг Г.У. Крупные колебания уровня океана в четвертичный период. Л.: Наука, 1972. 548 с.
  38. Черешнев И.А. Биологическое разнообразие пресноводной ихтиофауны северо-востока России. Владивосток: Дальнаука, 1996. 198 с.
  39. Баранова Ю.П., Бискэ С.Ф. Северо-восток СССР. М.: Наука, 1964. 350 с.
  40. Байрон И.Ю., Миллер В.Г., Минченок В.Д. Развитие низовьев р. Колымы в плейстоцене // Геоморфология. 1977. № 2. С. 44–51.
  41. Васьковский А.П. Краткий очерк растительности, климата и хронологии четвертичного периода в верховьях рек Колымы и Индигирки и на северном побережье Охотского моря // Ледниковый период на территории Европейской части СССР и Сибири. М.: Изд-во МГУ, 1959. С. 87–95.
  42. Лунсгерсгаузен Г.Ф. Геологическая история средней Лены и некоторые вопросы стратиграфии четвертичных отложений Восточной Сибири // Материалы Всес. совещания по изучению четвертич. периода. М.: Изд-во АН СССР, 1961. Ч. 3. С. 209–217.
  43. Жуков В.В., Пинчук Л.Я., Пуминов А.П. Палеогеография северо-востока Средне-Сибирского плоскогорья и Лено-Анадырской низменности в кайнозое // Четвертичный период Сибири. М.: Наука, 1966. С. 264–272.
  44. Лебедев В.Д. Пресноводная четвертичная ихтиофауна Европейской части СССР. М.: Изд-во МГУ, 1960. 404 с.
  45. Горецкий Г.И. Палеопотаиологические эскизы Палео-Дона и Пра-Дона. Минск: Наука и техника, 1982. 248 с.
  46. Родзянко Г.Н. История развития долины Дона в плиоцене. Возраст и генезис переуглублений на шельфах и история речных долин. М.: Наука, 1984. С. 64–76.
  47. Горецкий Г.И. Аллювий великих антропогеновых прарек Русской равнины” М.: Наука, 1964. 415 с.
  48. Горецкий Г.И. Формирование долины р. Волги в раннем и среднем антропогене. Аллювий Пра-Волги. М.: Наука, 1968. 412 с.
  49. Махров А.А. Снижение эволюционной пластичности в результате филогенетической иммобилизации и его экологическое значение // Сиб. экол. журн. 2019. Т. 26. № 5. С. 491–505. doi: 10.15372/SEJ20190501
  50. Шмальгаузен И.И. Проблема устойчивости органических форм (онтогенезов) в их историческом развитии // Журн. общей биологии. 1945. Т. 6. № 1. С. 3–25.
  51. Bernatchez L., Wilson C. Comparative phylogeography of Nearctic and Palearctic fishes // Mol Ecol. 1998. V. 7. P. 431–452.
  52. Nesbø C.L., Fossheim T., Vøllestad L.A., Jakobsen K.S. Genetic divergence and phylogeographic relationships among European perch (Perca fluviatilis) populations reflect glacial refugia and postglacial colonization // Mol. Ecol. 1999. V. 8. P. 1387–1404. doi: 10.1046/j.1365-294x.1999.00699.x
  53. Simonsen K.L., Churchil G.A., Aquadro C.F. Properties of test of neutrality for DNA polymorphism data // Genetics. 1995. V. 141. P. 413–429.
  54. Панин А.В., Сидорчук А.Ю., Власов М.В. Мощный поздневалдайский речной сток в бассейне Дона // Изв. РАН. Серия географическая. 2013. № 1. С. 118–129.
  55. Матлахова Е.Ю., Панин А.В., Беляев В.Р., Борисова О.К. Развитие долины Верхнего Дона в конце позднего плейстоцена // Вестн. МГУ. Серия 5: География. 2019. № 3. С. 83–92.
  56. Miller L.M., Kapuscinski A.R. Historical analysis of genetic variation reveals low effective population size in a northern pike (Esox lucius) population // Genetics. 1997. V. 147. Р. 1249–1258.
  57. Квасов Д.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л.: Наука, 1975. 278 с.
  58. Лавров А.С. Позднеплейстоценовые подпрудные озера на северо-востоке Русской равнины // История озер в плейстоцене: Тез. докл. IV Всес. симпоз. по истории озер. Т. 2. Л., 1975. С. 119–127.
  59. Гросвальд М.Г. Покровные ледники континентальных шельфов. М.: Наука, 1983. 216 с.
  60. Гросвальд М.Г. Последнее оледенение плейстоцена // Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. М. Ин-т географии, 1997. Т. 2. С. 104–139.
  61. Гросвальд М.Г. Евразийские гидросферные катастрофы и оледенение Арктики. М.: Научный мир, 1999. 120 с.
  62. Гросвальд М.Г. Оледенение Русского Севера и северо-востока в эпоху последнего великого похолодания: Материалы гляциологических исследований. Вып. 106. М.: Наука, 2009. 153 с.
  63. Liedtke H. Die nordischen Vereisungen in Mitteleuropa. 2te Auflage. Trier: Paulinus-Verlag, 1981. 308 p.
  64. Высоцкий Н.К. Очерк третичных и послетретичных образований Западной Сибири // Геол. иссл. и разведочные работы по линии Сибирской железной дороги. Вып. 5. СПб.: типогр. Стасюлевича, 1896. С. 69–94.
  65. Пирожников П.Л. К вопросу о происхождении северных элементов в фауне Каспия // Докл. АН СССР. 1937. Т. 15. № 8. С. 513–516.
  66. Belt T. The steppes of Southern Russia // Quaterly Journ. the Geol. Soc. of London. 1877. V. 33. P. 843–862.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Map-scheme of the area of ​​material collection. 1 – Kolyma Reservoir, 2 – Elgen River, 3 – Buyunda River, 4 – Omolon River, 5 – Anadyr River, 6 – Volga River, 7 – Vetluga River, 8 – Don River, 9 – Seversky Donets River.

Download (351KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Nucleotide sequences of the cytochrome b gene of the common pike from the rivers of northeastern Russia and variants presented in GenBank. Substitution sites are shown from the beginning of the cytochrome b gene of mtDNA.

Download (764KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Median network of haplotypes of the cytochrome b gene of the common pike from some rivers of Russia and variants presented in GenBank. The numbers on the branches of the network indicate the number of mutations; mv is the median vector. The sizes of the circles correspond to the number of haplotypes. A, B, C are phylogenetic lines.

Download (346KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. ML phylogenetic tree of nucleotide sequences of the cytochrome b gene of the common pike from some rivers of Russia and variants presented in GenBank. Bootstrap indices (> 50%) are indicated at branching nodes.

Download (251KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences