“Эволюция” митохондриального генома пеночки-таловки (Phylloscopus borealis sensu lato) происходит в ее ядерном геноме

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведено секвенирование частичного фрагмента генов ND5–cytb митохондриального генома (1553 пн) и его ядерных копий Phylloscopus borealis sensu lato (s. l.), принадлежащих к отдельным таксономическим группам из разных частей ареала. Показана идентичность большинства таксон-специфичных и уникальных митохондриальных замен у форм examinandus и xanthodryas с таковыми в ядерных копиях мтДНК borealis. Различия митохондриальных гаплотипов examinandus с ядерными копиями мтДНК borealis имели низкие значения (p = 0.02), а генетическая дивергенция собственно мтДНК borealis–examinandus, borealis–xanthodryas и examinandus–xanthodryas значительно превышала предыдущие значения (p = 0.035, 0.044 и 0.046 соответственно). Впервые в ядерном геноме одной особи borealis в западной части гнездового ареала (Республика Коми) обнаружена ядерная копия митохондриального гаплотипа самой восточной формы xanthodryas, а ядерные копии мтДНК xanthodryas из префектуры Тояма (Япония) оказались, в свою очередь, близки митохондриальным гаплотипам borealis из Кытлыма (Свердловская обл.) (p = 0.018). Таким образом, источником большинства замен в митохондриальных ДНК исследованных форм являются мутации, возникшие в ядерных копиях митохондриальных генов. Происхождение митохондриальных гаплотипов examinandus и xanthodryas из ядерных копий мтДНК borealis и близкое сходство их ядерных геномов дают основание рассматривать митогеномы этих форм в качестве вариантов гаплотипа одного вида Ph. borealis s. l. С большой долей вероятности можно утверждать, что время дивергенции гаплотипов анализируемых форм значительно меньше, чем 2.5–3 млн лет, как то предполагалось рядом авторов ранее, а “молекулярные часы”, не учитывающие рекомбинационные события между ядерным и митохондриальным геномами, в данном случае не могут быть использованы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Н. Спиридонова

Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии Дальневосточного отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: spiridonova@biosoil.ru
Россия, 690022, Владивосток

О. П. Вальчук

Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: spiridonova@biosoil.ru
Россия, 690022, Владивосток

Я. А. Редькин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт биологических проблем криолитозоны Сибирского отделения Российской академии наук

Email: spiridonova@biosoil.ru

Научноисследовательский Зоологический музей

Россия, 125009, Москва; 677000, Москва

Список литературы

  1. Гребельный С.Д., Иванова Н.Ю., Нефедова Е.А. Обмен между ядерным и митохондриальными геномами (по результатам анализа ядерных и цитоплазматических копий митохондриальных генов – numts и cymts ) // Цитология. 2018. Т. 60. № 11. С. 899–902. https://doi.org/10.1134/S004137711811007X
  2. Sorenson M.D., Quinn T.W. Numts: A challenge for avian systematics and population biology. Auk. 1998. V. 115. P. 214–221.
  3. Спиридонова Л.Н., Вальчук О.П., Редькин Я.А., Крюков А.П. Ядерные копии митохондриальных генов – источник новых гаплотипов гена цитохрома b мтДНК Luscinia calliope (Muscicapidae, Aves) // Генетика. 2016. Т. 52. № 9. С. 1069–1080. https://doi.org/10.7868/S0016675816090137
  4. Спиридонова Л.Н., Вальчук О.П., Редькин Я.А. Новый случай рекомбинации между ядерным и митохондриальным геномами в роде Calliope Gould, 1836 (Muscicapidae, Aves): гипотеза происхождения Calliope pectoralis Gould, 1837 // Генетика. 2019. Т. 55. № 1. С. 81–93. https://doi.org/10.1134/S0016675819010132.
  5. Спиридонова Л.Н., Вальчук О.П. Полный митохондриальный геном Phylloscopus examinandus и гипотеза его происхождения // Генетика. 2022. Т. 58. № 3. С. 362–366. https://doi.org/10.31857/S0016675822030146
  6. Triant D.A., DeWoody J.A. Demography and phylogenetic utility of numt pseudogenes in the southern red-backed // J. Mammalogy. 2009. V. 90. № 3. P. 561–570. https://doi.org/10.1644/08-MAMM-A-149R1.1
  7. Романов Д.А., Андрианов Б.В. Митохондриальные последовательности в ядерном геноме животных // Успехи соврем. биологии. 2013. Т. 133. № 3. С. 254–268.
  8. Спиридонова Л.Н., Вальчук О.П., Редькин Я.А. и др. Филогеография и демографическая история соловья-красношейки Luscinia calliope // Генетика. 2017. Т. 53. № 8. С. 933–951. https://doi.org/10.7868/S0016675817080100
  9. Волков В.А., Григорьева Е.А., Лебедева М.В., Потокина Е.К. Гетероплазмия и ядерные копии митохондриальных генов (NUMTs), выявленные в зоне интрогрессивной гибридизации ели европейской и ели сибирской // Тр. Санкт-Петербургского науч.-исслед. ин-та лесного хозяйства. 2022. № 1. C. 4–19. doi: 10.21178/2079-6080.2022.1.4
  10. Fok K.W., Wade C.M., Parkin D.T. Inferring the phylogeny of disjunct populations of the azurewinged magpie Cyanopica cyanus from mitochondrial control region sequences // Proc. R. Soc. Lond. B. 2002. V. 269. P. 1671–1679. https://doi.org/10.1098/rspb.2002.2057
  11. Kryukov A., Iwasa M.A., Kakizawa R. еt al. Synchronic east-west divergence in azure-winged magpies (Cyanopica cyanus) and magpies (Pica pica) // J. Zool. Syst. Evol. Res. 2004. V. 42. P. 342–351. https://doi.org/10.1111/j.1439-0469.2004.00287.x
  12. Kryukov A., Spiridonova L., Mori S. et al. Deep phylogeographic breaks in magpie Pica pica across the Holarctic: concordance with bioacoustics and phenotypes // Zool. Sci. 2017. V. 34. P. 185–200. https://doi.org/10.2108/ zs160119
  13. Zhang D., Tang L, Cheng Y., Hao Y., et al. “Ghost introgression” as a cause of deep mitochondrial divergence in a bird species complex // Mol. Biol. Evol. 2019. V. 36. № 11. P. 2375–2386. https://doi.org/10.1093/molbev/msz170
  14. Коблик Е.А., Редькин Я.А., Архипов В.Ю. Список птиц Российской Федерации. М.: Тов-во науч. изданий КМК, 2006. 281 c.
  15. Глущенко Ю.Н., Нечаев В.А., Редькин Я.А. Птицы Приморского края: краткий фаунистический обзор. М.: Тов-во науч. изданий КМК, 2016. 523 с.
  16. Reeves A.B., Drovetski S.V., Fadeev I.V. Mitochondrial DNA data imply a stepping-stone colonizaiton of Beringia by arctic warbler Phylloscopus borealis // J. Avian Biol. 2008. V. 39. P. 567–575. https://doi.org/10.1111/j.0908-8857.2008.04421.x
  17. Saitoh T., Shigeta Y., Ueda K. Morphological differences among populations of the Arctic Warbler with some intraspecific taxonomic notes // Ornith. Sci. 2008. V. 7 (2). P. 135–142. https://doi.org/10.2326/1347-0558-7.2.135
  18. Saitoh T., Alström P., Nishiumi I. et al. Old divergences in a boreal bird supports long-term survival through the Ice Ages // BMC Evol. Biology. 2010. V. 10 (1). № 35. https://doi.org/10.1186/1471-2148-10-35
  19. Saitoh T., Nishiumi I., Shigeta Y., Ueda K. Re-examination of the taxonomy of the Arctic Warbler Phylloscopus borealis (Blasius): Three separate species withing the Phylloscopus [borealis] subspecies // Japan. J. Ornithol. 2011. V. 61 (1). P. 46–59. https://doi.org/10.3838/jjo.61.46
  20. Alström P., Saitoh T. et al. The Arctic Warbler Phylloscopus borealis – three anciently separated cryptic species revealed // Ibis. 2011. V. 153. P. 395–410.
  21. Dickinson E.C., Christidis L. The Howard & Moore Complete Checklist of the Birds of the World: Passerines. 4th ed. V. 2. Eastbourne: Aves Press, 2014. 752 p.
  22. Назаренко А.А. К орнитофауне Хэнтэй-Чикойского нагорья, Южное Забайкалье // Сб. Экология и зоогеография некоторых позвоночных суши Дальнего Востока. Владивосток, 1978. С. 40–56.
  23. Лобков Е.Г. Гнездящиеся птицы Камчатки. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. 290 с.
  24. Red’kin Ya.A. Geographic variation and reproductive isolation in the eastern populations of arctic warbler // Avian migrants in the Northern Pacific: Breeding and Stopover sites in changing Earth. Scientific conf. Institute of Marine Geology and Geophysics FEB RAS: Abstracts. Yuzhno-Sakhalinsk, September 3–7, 2013. P. 11. /
  25. Del Hoyo J., Collar N.J. (Eds). HBW and BirdLife International Illustrated Checklist of the Birds of the World: Passerines. Barcelona, Spain: Lynx Edicions, 2016. V. 2. 1013 p.
  26. Bonfield J.K., Smith K.F., Staden R. A New DNA Sequence Assembly Program // Nucl. Acids Res. 1995. V. 23. P. 4992–4999.
  27. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets // Mol Biol Evol. 2016. V. 33 №7. P. 1870–1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054
  28. Nei M., Kumar S. Molecular Evolution and Phylogenetics. N. Y.: Oxford Univ. Press, 2000. 333 p.
  29. Librado P., Rozas J. DnaSP v5: A software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data // Bioinformatics. 2009. V. 25. P. 1451–1452. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp187
  30. Goldman N. Statistical tests of models of DNA substitution // J. Mol. Evol. 1993. V. 36. P. 182–198.
  31. Huelsenbeck J.P., Ronquist F. MrBayes: Bayesian inference of phylogenetic trees // Bioinformatics. 2001. V. 17. P. 754–755. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/17.8.754
  32. Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap // Evolution. 1985. V. 39. P. 783–791.
  33. Rambaut A., Drummond A.J., Xie D., Baele G., Suchard M.A. Posterior summarisation in Bayesian phylogenetics using Tracer 1.7 // Systematic Biology. 2018. V. 67 (5). P. 901–904. https://doi.org/10.1093/ sysbio/syy032
  34. Bandelt H.J., Forster P., Rohl A. Median-Joining networks for inferring intraspecific phylogenies // Mol. Biol. Evol. 1999. V. 16. P. 37–48.
  35. Van den Burg M.P., Vieites D.R. Bird genetic databases need improved curation and error reporting to NCBI // Ibis. 2022. https://doi.org/10.1111/ibi.13143
  36. Cтрижикова С.В., Стрижиков В.К., Житенко Н.В. Гистогенез яичников у птиц в пренатальном периоде онтогенеза // Успехи соврем. естествознания. 2002. Т. 4. С. 77–78.
  37. Triant D.A., DeWoody J.A. Molecular analyses of mitochondrial pseudogenes within the nuclear genome of arvicoline rodents // Genetica. 2008. V. 132. № 1. P. 21–33. https://doi.org/10.1007/s10709-007-9145-6
  38. Hazkani-Covo E., Graur D. A comparative analysis of numt evolution in human and chimpanzee // Mol. Biol. Evol. 2007. V. 24. № 1. P. 13–18. https://doi.org/10.1093/molbev/msl149
  39. Hazkani-Covo E. Nuclear sequences of mitochondrial origin as phylogenetic markers // Encyclopedia of Life Sciences (ELS). John Wiley & Sons, Ltd: Chichester, 2010. https://doi.org/10.1002/9780470015902.a0022877
  40. Андрианов Б.В., Романов Д.А., Горелова Т.В. и др. Перенос митохондриальной ДНК в ядерный геном клеток пересеваемой клеточной линии Drosophila virilis // Генетика. 2013. Т. 49. № 6. С. 788–792. https://doi.org/10.7868/S0016675813060027
  41. Martens J., Sun Y.-H., Packert M. Intraspecific differentiation of Sino-Himalayan bish-dwelling Phylloscopus leaf warblers, with description of two new taxa (P. fuscatus, P. fuligiventer, P. affinis, P.armandii, P. subaffinis) // Vertebrate Zool. 2008. V. 58. № 2. P. 233–265. https://doi.org/10.3897/vz.58.e30935
  42. Alström P., Rheindt F.E., Zhang R. et al. Complete species–level phylogeny of the leaf warbler (Aves: Phylloscopidae) radiation // Mol. Phylogenet. Evol. 2018. V. 126. P. 141–152. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2018.03.0311

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Ареал и места сбора образцов Ph. borealis s. l. Номера точек соответствуют материалам, представленным в табл. 1.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Участок гена ND5 мтДНК форм Ph. borealis s. l.: 1 – xanthodryas (Генбанк AB362465), 2 – xanthodryas (IH17880), 3 – borealis (R-34870), 4 – examinandus (Генбанк AB362424), 5 – examinandus (VF57191), 6 – examinandus (RYA-3202), 7 – borealis (Генбанк AB362462). Красным цветом отмечены сайты, отличающиеся от последовательности xanthodryas. Сайты с двойными пиками показаны желтым цветом, с буквенным обозначением транзиций (R, Y) и трансверсий (D, M, S, W).

Скачать (660KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Полиморфные сайты фрагмента ND5–cytb и его ядерных копий Ph. borealis s. l.: borealis (a), examinandus (б) и NUMT (чертой разделены филогруппы NUMT II (вверху) и NUMT I (внизу)) (в).

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Филогенетическое дерево последовательностей мтДНК фрагмента ND5–cytb и его ядерных копий Ph. borealis s. l., построенное по методу ML. В узлах ветвлений указаны значения поддержки (ML/BI ≥ 50%). Вверху дерева указан масштаб с длиной ветви, измеряемой количеством замен на сайт.

Скачать (931KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Филогенетическая сеть последовательностей мтДНК фрагмента ND5–cytb Ph. borealis s. l. и его ядерных копий, построенная по методу Median Joining. На ветвях красным цветом указано количество замен (≥ 10). Зеленая пунктирная стрелка указывает мт-гаплотип, желтая – ядерную копию мтДНК.

Скачать (363KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024