Структура гибридной зоны между близкими видами обыкновенных полевок Microtus arvalis и M. obscurus: влияние генетических факторов и ландшафтно-географических условий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы особенности интрогрессии отдельных генетических маркеров через зону гибридизации между двумя видами обыкновенных полевок Microtus arvalis s. str. и M. obscurus на четырех участках этой зоны: на северо-западе Нижегородской области, на востоке Владимирской и юго-западе Нижегородской области, на юге Липецкой области, и на северо-западе Воронежской обл. Анализ клинальной изменчивости по трем молекулярно-генетическим маркерам (cytb, tp53, SMCY11) и кариотипу выявил сходство в структуре “владимирско-нижегородского”, “нижегородского” и “воронежского” участков гибридной зоны. Наибольшая ширина клины показана для гена cytb, наименьшая – для SMCY11; клины по гену tp53 и хромосомная клина занимают промежуточное положение по этому параметру. Кроме того, на этих трансектах обнаружено смещение на юг или на восток (в пределы ареала M. obscurus) центра клины cytb относительно центров трех остальных клин. Обнаруженная асимметричная интрогрессия митохондриального генома от M. arvalis к M. obscurus может быть объяснена формированием гибридной зоны в результате вселения M. obscurus в ареал M. arvalis. “Липецкая” трансекта отличается от трех вышеперечисленных трансект очень узкими клинами с практически совпадающими центрами, что связано с локализацией гибридной зоны на этом участке вдоль р. Воронеж. Полученные результаты позволяют предполагать, что структура изученной зоны гибридизации определяется преимущественно пространственным совпадением (или несовпадением) ее центра с локальными физико-географическими преградами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. А. Лавренченко

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: llavrenchenko@gmail.com
Россия, Москва, 119071

А. Р. Громов

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук

Email: llavrenchenko@gmail.com
Россия, Москва, 119071

А. А. Мартынов

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук

Email: llavrenchenko@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Д. С. Костин

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук

Email: llavrenchenko@gmail.com
Россия, Москва, 119071

В. А. Комарова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук

Email: llavrenchenko@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Д. М. Кривоногов

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского (Арзамасский филиал)

Email: llavrenchenko@gmail.com
Россия, Арзамас, 607220

Е. В. Черепанова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук

Email: llavrenchenko@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Список литературы

  1. Hewitt G.M. Hybrid Zones – Natural laboratories for evolutionary studies // Trends Ecol. Evol. 1988. V. 3. P. 158–167.
  2. Булатова Н.Ш., Голенищев Ф.Н., Ковальская Ю.М. и др. Цитогенетическое изучение парапатрической зоны контакта двух 46-хромосомных форм обыкновенной полевки в Европейской России // Генетика. 2010. Т. 46. № 4. С. 502–508. https://doi.org/10.1134/S1022795410040095
  3. Баскевич М.И., Окулова Н.М., Потапов С.Г. и др. Новые данные о распространении видов-двойников и гибридизации 46-хромосомных форм Microtus arvalis sensu lato (Rodentia, Arvicolinae) в Центральном Черноземье // Зоол. журн. 2012. Т. 91. № 8. С. 994–1005.
  4. Баскевич М.И., Миронова Т.А., Черепанова Е.В., Кривоногов Д.М. Новые данные по хромосомной изменчивости видов-двойников и гибридизации 46-хромосомных форм Microtus arvalis sensu lato (Rodentia, Arvicolinae) в Верхнем Поволжье // Зоол. журн. 2016. Т. 95. № 9. С. 1096–1107. https://doi.org/10.1134/S1062359016110042
  5. Stojak J., McDevitt A.D., Herman J.S. et al. Between the Balkans and the Baltic: Phylogeography of a common vole mitochondrial DNA lineage limited to central Europe // PLoS One. 2016. V. 11. № 12. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0168621
  6. Tougard C., Montuire S., Volobouev V. et al. Exploring phylogeography and species limits in the Altai vole (Rodentia: Cricetidae) // Biol. J. Linnean Society. 2013. V. 108. № 2. P. 434–452. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.2012.02034.x
  7. Сибиряков П.А., Товпинец Н.Н., Дупал Т.А. и др. Филогеография обыкновенной полевки Microtus arvalis (Rodentia, Arvicolinae) формы obscurus: новые данные по изменчивости митохондриальной ДНК // Генетика. 2018. Т. 54. № 10. С. 1162–1176. https://doi.org/10.1134/S1022795418100137
  8. Голенищев Ф.Н., Мейер М.Н., Булатова Н.Ш. Гибридная зона между двумя кариоморфами Microtus arvalis (Rodentia, Arvicolidae) // Тр. Зоол. ин-та РАН. 2001. Т. 289. С. 89–94.
  9. Лавренченко Л.А., Потапов С.Г., Булатова Н.Ш., Голенищев Ф.Н. Изучение естественной гибридизации двух форм обыкновенной полевки (Microtus arvalis) молекулярно-генетическими и цитогенетическими методами // Докл. РАН. 2009. Т. 426. № 1. С. 135–138.
  10. Lavrenchenko L.A., Gromov A.R., Martynov A.A. et al. Genetic, chromosomal and phenotypic variation across a hybrid zone between two common vole species (Microtus arvalis and M. obscurus) // Hystrix. 2023. V. 34. № 1. P. 24–32. https://doi.org/10.4404/hystrix-00588-2022
  11. Малыгин В.М. Сравнительный морфологический анализ кариотипов двух географических форм 46-хромосомной обыкновенной полевки (Microtus arvalis) // Зоол. журн. 1974. Т. 53. № 5. С. 769–777.
  12. Král B., L’apunova E.A. Karyotypes of 46-chromosome Microtus arvalis (Microtinae, Rodentia) // Zool. Listy. 1975. V. 24. P. 1–11.
  13. Воронцов Н.Н., Ляпунова Е.А., Белянин А.Н. и др. Сравнительно-генетические методы диагностики и оценки степени дивергенции видов-двойников Microtus arvalis и Microtus epiroticus // Зоол. журн. 1984. Т. 63. № 10. С. 1555–1565.
  14. Мейер М.Н., Голенищев Ф.Н., Раджабли С.И., Саблина О.В. Серые полевки (подрод Microtus Schrank) фауны России и сопредельных территорий. СПб.: Зоол. ин-т РАН, 1996. 320 с.
  15. Раджабли С.И., Графодатский А.С. Эволюция кариотипов млекопитающих (структурные перестройки хромосом и гетерохроматин) // Цитогенетика гибридов, мутации и эволюция кариотипа. Новосибирск: Наука, 1977. С. 231–248.
  16. Козловский А.И., Булатова Н.Ш., Новиков А.Д. Двойной эффект инверсии в кариотипе обыкновенной полевки // Докл. АН СССР. 1988. T. 298. № 4. С. 994–997.
  17. Fink S., Excoffier L., Heckel G. Mitochondrial gene diversity in the common vole Microtus arvalis shaped by historical divergence and local adaptations // Mol. Ecol. 2004. V. 13. № 11. P. 3501–3514. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2004.02351.x
  18. Булатова Н.Ш., Потапов С.Г., Лавренченко Л.А. Геномная и хромосомная политипия в исследовании маркеров митохондриальной и ядерной ДНК у обыкновенных полевок (группа Microtus arvalis) // Генетика. 2010. Т. 46. № 5. С. 668–676 https://doi.org/10.1134/S1022795410050121
  19. Ford C.E., Hamerton J.L. A colchicine, hypotonic citrate, squash sequence for mammalian chromosomes // Stain Technol. 1956. V. 31. № 6. P. 247–251. https://doi.org/10.3109/10520295609113814
  20. The R Project for Statistical Computing. URL https://www.r-project.org.
  21. Derryberry E.P., Derryberry G.E., Maley J.M., Brumfield R.T. HZAR: Hybrid zone analysis using an R software package // Mol. Ecol. Resources. 2014. V. 14. № 3. P. 652–663. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12209
  22. Георгиевский А.Б. К истории закона Харди–Вейнберга // Историко-биологические исследования. 2011. Т. 3. № 1. C. 63–75.
  23. Nance V., Vanlerberghe F., Nielsen J.T. et al. Chromosomal introgression in house mice from the hybrid zone between M. m. domesticus and M. m. musculus in Denmark // Biol. J. Linnean Society. 1990. V. 41. № 1-3. P. 215–227. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.1990.tb00831.x
  24. Fel-Clair F., Lenormand T., Catalan J. et al. Genomic incompatibilities in the hybrid zone between house mice in Denmark: Evidence from steep and non-coincident chromosomal clines for Robertsonian fusions // Genet. Res. Camb. 1996. V. 67. № 2. P. 123–134. https://doi.org/10.1017/S0016672300033589
  25. Petit R.J., Excoffier L. Gene flow and species delimitation // Trends Ecol. Evol. 2009. V. 24. P. 386–393. https://doi.org/10.1016/j.tree.2009.02.011
  26. Gauffre B., Petit E., Brodier S. et al. Sex-biased dispersal patterns depend on the spatial scale in a social rodent // Proc R. Soc. B. 2009. V. 276. P. 3487–3494. https://doi.org/10.1098/rspb.2009.0881
  27. Beysard M., Krebs-Wheaton R.K., Heckel G. Tracing reinforcement through asymmetrical partner preference in the European common vole Microtus arvalis // BMC Evol. Biol. 2015. V. 15. P. 170–181. https://doi.org/10.1186/s12862-015-0455-5
  28. Vanlerberghe F., Dod B., Boursot P. et al. Absence of Y-chromosome introgression across the hybrid zone between Mus musculus domesticus and Mus musculus musculus // Genet. Res. 1986. V. 48. P. 191–197.
  29. Haldane J.B.S. Sex ratio and unisexual sterility in hybrid animals // J. Genetics. 1922. V. 12. № 2. P. 101–109.
  30. Currat M., Ruedi M., Petit R.J., Excoffier L. The hidden side of invasions: massive introgression by local genes // Evolution. 2008. V. 62. № 8. P. 1908–1920. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2008.00413.x
  31. Excoffier L., Foll M., Petit R.J. Genetic consequences of range expansions // Ann. Rev. Ecol. Evol. Syst. 2009. V. 40. P. 481–501. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.39.110707.173414
  32. Mastrantonio V., Porretta D., Urbanelli S. et al. Dynamics of mtDNA introgression during species range expansion: insights from an experimental longitudinal study // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 303–355. https://doi.org/10.1038/srep30355
  33. Toews D.P.L., Brelsford A. The biogeography of mitochondrial and nuclear discordance in animals // Mol. Ecol. 2012. V. 21. № 16. P. 3907–3930. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2012.05664.x
  34. Drovetski S.V., Semenov G., Red’kin Y.A. et al. Effects of asymmetric nuclear introgression, introgressive mitochondrial sweep, and purifying selection on phylogenetic reconstruction and divergence estimates in the Pacific clade of Locustella warblers // PLoS One. 2015. V. 10. № 4. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122590
  35. Levanen R., Kunnasranta M., Pohjoismaki J. Mitochondrial DNA introgression at the northern edge of the brown hare (Lepus europaeus) range // Ann. Zool. Fenn. 2018. V. 55. P. 15–24. https://doi.org/10.5735/086.055.0103
  36. Kinoshita G., Nunome M., Kryukov A.P. et al. Contrasting phylogeographic histories between the continent and islands of East Asia: Massive mitochondrial introgression and long-term isolation of hares (Lagomorpha: Lepus) // Mol. Phylogenet. and Evol. 2019. V. 136. P. 65–75. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2019.04.003
  37. Саблина С.А., Белозерцева И.В. Поведение самцов обыкновенной полевки (Microtus arvalis) хромосомных форм arvalis и obscurus в тестах предпочтения ольфакторных сигналов и открытое поле // Зоол. журн. 2012. Т. 91. № 2. С. 208–218.
  38. Саблина С.А., Тихонова Е.П., Белозерцева И.В. Поведение самцов обыкновенной полевки (Microtus arvalis Pallas, 1779) хромосомных форм “arvalis” и “obscurus” в тесте “перегородка” // Тр. Зоол. ин-та РАН. 2017. Т. 321. № 2. С. 218–227. https://doi.org/10.31610/trudyzin/2017.321.2.218
  39. Hewitt G.M. The subdivision of species by hybrid zones // Speciation and Its Consequences. / Eds Otte D., Endler J, Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, 1989. С. 85–110.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зона гибридизации между 46-хромосомными видами обыкновенной полевки (Microtus arvalis s. str. и M. obscurus) и рассматриваемые трансекты через эту зону. Сплошными изогнутыми линиями показано прослеженное положение ГЗ, пунктиром показано предполагаемое положение ГЗ. Прямыми отрезками показаны трансекты: 1 – “нижегородская”, 2 – “владимирско-нижегородская”, 3 – “липецкая” и 4 – “воронежская”.

Скачать (66KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Трансекты (показаны прямыми линиями) через гибридную зону между Microtus arvalis s. str. и M. obscurus: а – “нижегородская”, б – “владимирско-нижегородская”, в – “липецкая”, г – “воронежская”. Нумерация мест отлова соответствует таковой в дополнительных материалах. Высота рельефа показана градиентным цветом: черный – самый низкий, светло-серый – самый высокий.

Скачать (114KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Клины четырех генетических признаков, диагностических для Microtus arvalis s. str. и M. obscurus, выявленные на четырех рассматриваемых трансектах через зону гибридизации между этими видами. Различными оттенками серого обозначены доверительные 95%-ные интервалы (2LL low-high) для каждой клины. cytb – митохондриальный ген, tp53 – ядерный ген, SMCY11 – маркер Y-хромосомы, хромосомы – “гибридный” хромосомный индекс. ARV – M. arvalis s. str., OBS – M. obscurus.

Скачать (79KB)
Метаданные
5. Дополнительная таблица
Скачать (133KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024