Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2020, T. 490, № 1, стр. 67-71

Генетические исследования широко распространенных видов на основе анализа митохондриальных маркёров успешно используются при решении вопросов внутривидовой дифференциации, систематики и филогении, а также для реконструкции эволюционной истории отдельных таксонов и биомов в целом. Налим (Lota lota L., 1758) – единственный пресноводный представитель семейства Gadidae. Циркумполярный ареал вида представлен реками и озерами Евразии и Северной Америки вплоть до 40° с.ш. (рис. 1). Исследования генетической структуры L. lota с использованием гена цитохрома b (cyt b) и контрольного региона (CR) мтДНК охватывают территории обоих континентов [1–6]. Показано существование двух крупных митохондриальных линий, соответствующих двум подвидам. Северо-Американская линия (L. l. maculosa) занимает юго-восточную часть ареала вида в Северной Америке, а Евразийско-Берингийская (L. l. lota) – северо-западную часть Северной Америки и территорию всей Евразии, и, собственно, она имеет циркумполярный ареал (рис. 1).

Рис. 1.

Ареал L. lota и условная граница между митохондриальными линиями (а), места сбора образцов из Волжско-Камского речного бассейна и распределение гаплотипов cyt b и CR мтДНК (б).

Анализ генетического разнообразия и демографической истории Евразийско-Берингийской линии свидетельствует о формировании границ её современной области распространения в постледниковый период. Согласно филогенетическим реконструкциям, в пределах линии дифференцируются группы гаплотипов, распространение которых ограничено периферийными частями ареала, а их базальные гаплотипы являются производными от гаплотипов широко распространенной Евразийской группы, занимающей территорию Западной и Северной Европы, а также Западной и Восточной Сибири [1–3, 6]. Формирование Евразийской группы связывают с существованием нескольких рефугиумов. Для Европы такое значение мог иметь Дунайский бассейн [1–3]. Но, как показали наши исследования генетического разнообразия налима Обь-Тазовского бассейна [6], реконструкции эволюционной истории налима нельзя считать обоснованными без учета возможного вклада крупных речных систем центральной и восточной Евразии, данные по которым практически отсутствуют. Так, в генетических исследованиях налима не представлен крупнейший в Европе Волжско-Камский речной бассейн, который впадает в бессточное (внутреннее) Каспийское море и в формировании которого участвуют как европейские, так азиатские реки. Согласно геологической истории бассейна, в его недавнем прошлом были периоды соединения как с европейскими, так и с сибирскими гидрологическими системами [7]. В этой связи нами были проведены исследования филогенетических связей налима Волжско-Камского речного бассейна на основе анализа двух митохондриальных маркёров cyt b и CR.

В работе использованы образцы мышечной ткани, зафиксированной в 96%-м этаноле, от 44 особей налима из притоков Волги второго и третьего порядка – р. Вятка (57°38' с.ш. 59°04' в.д.) и р. Межевая Утка (56°07' с.ш. 51°20' в.д.) соответственно (рис. 1). Выделение ДНК, амплификация (условия ПЦР одинаковы для обоих маркёров), секвенирование фрагментов мтДНК, содержащих cyt b и CR, обработка последовательностей, оценка генетического разнообразия и филогенетические реконструкции проведены с применением методов, подробно описанных ранее [6]. Для амплификации cyt b использовали праймеры L14299Gm и H14942Gm [1], CR – LProF и 12S5R [6].

Для филогенетических построений использованы данные GenBank. Для cyt b – 39 гаплотипов (AY226383-444 [1], KM201364 [8], KM363244 [9], KC44053, KU244689-92, KT327178 (неопубликованные данные)), большинство из которых представлены последовательностями длиной 1063 пн: фрагмент  от  5'-конца  –  567  пн  и  фрагмент  от 3'- конца – 496 пн [1]. Для CR – 104 гаплотипа (AY656840-915 [2], DQ630963-1411 [3], EU873154-65 [4], KX017626-48 [6], KM201364 [8], KM363244 [9], KJ381204 [10], KC44053, EF191381-84, EF191387 (неопубликованные данные) длиной 409 п.н. от 5'-конца, что позволило включить в анализ максимальный объём данных, имеющихся в GenBank.

Полные последовательности cyt b (1140 пн) налима Волжско-Камского бассейна получены от 21 особи: 10 особей – р. Вятка, 11 – р. Межевая Утка. Описано пять гаплотипов (депонированы в базе данных GenBank (NCBI) под номерами MN708969–MN708973), четыре из которых являются новыми. Гаплотип VK1 выявлен у большинства особей в обеих реках (семь и шесть особей – р. Вятка и р. Межевая Утка соответственно), VK2 (три особи) обнаружен только в р. Вятка, VK3–VK5 – в р. Межевая Утка (VK3 – две особи, VK4 – две особи, VK5 – одна особь) (рис. 1).

Филогенетические реконструкции по данным cyt b (рис. 2) показали, что гаплотипы налима Волжско-Камского бассейна, как и ожидалось согласно представлениям о распространении митохондриальных линий, относятся к Евразийско-Берингийской линии, структура которой в целом соответствует предложенным ранее схемам [1, 5]. Гаплотипы Волжско-Камского бассейна не образуют отдельной группы и относятся к Евразийской гаплогруппе, распространенной от Швеции, Финляндии, Онежского озера до оз. Байкал и бассейна р. Лены (рис. 2).

Рис. 2.

Филогенетическое дерево (метод Байесова анализа (BI)) гаплотипов cyt b (1063 пн) L. lota. Шрифтом выделены гаплотипы, обнаруженные в Волжско-Камском речном бассейне. Над ветвями даны вероятности поддержки гаплогрупп (BI > 60/метод максимального правдоподобия (ML) > 50/метод ближайшего соседа (NJ) > 50), прочерком обозначена низкая поддержка при данном методе построения. В разрывах на ветвях указано сокращение их длины (%).

Для 23 особей налима Волжско-Камского бассейна (12 особей – р. Вятка, 11 – р. Межевая Утка) секвенированы полные последовательности CR (804 п.н.), описано 11 гаплотипов, среди которых восемь являются новыми (депонированы в базе данных GenBank (NCBI) под номерами MN685694–MN685704). Использование при филогенетических реконструкциях только небольшого участка CR (409 пн) привело к уменьшению общего числа гаплотипов с 11 до 8: четыре гаплотипа crVK1-crVK4 новые; а четыре гаплотипа EB10, EB20, EB21, EB30 описаны ранее в пределах Евразийско-Берингийской линии [2]. Гаплотип EB20 обнаружен в обеих реках (пять и шесть особей – р. Вятка и р. Межевая Утка соответственно), ЕВ10 (две особи), EB21 (одна особь), crVK1 (одна особь) и crVK2 (одна особь) – только в р. Вятка, а EB30 (три особи), crVK3 (одна особь) и crVK4 (одна особь) – только в р. Межевая Утка (рис. 1).

Результаты филогенетической реконструкции на основе последовательностей CR (рис. 3) согласуются с данными, полученными по cyt b, и не противоречат имеющимся представлениям о филогеографической структуре вида [2, 5, 6]. Обнаруженные нами новые гаплотипы (crVK1–crVK4) не образуют самостоятельной клады. Среди описанных ранее три гаплотипа EB20, EB21, EB30 принадлежат Евразийской гаплогруппе и имеют широкое распространение: EB20 – Дунайский речной бассейн, Онежское озеро и р. Кюрёнйоки (Финляндия); EB21 – Дунайский речной бассейн, р. Висла, р. Обь; EB30 – Центральная Европа, Западная и Восточная Сибирь, считается одним из базальных гаплотипов для всей Евразийско-Берингийской линии [2]. Четвертый гаплотип EB10, обнаруженный в р. Вятка, ранее описан на территории Скандинавии [2] и рассматривается как базальный для Северо-Европейской группы, в которую также оказался включён один из вятских гаплотипов crVK1 (рис. 3).

Рис. 3.

Филогенетическое дерево (метод BI) гаплотипов CR (409 пн) L. lota. Шрифтом выделены гаплотипы, обнаруженные в Волжско-Камском речном бассейне. Над ветвями даны вероятности поддержки гаплогрупп BI > 60/ML > > 50/NJ > 50, прочерком обозначена низкая поддержка при данном методе построения. В разрывах на ветвях указано сокращение их длины (%).

Относительно высокое гаплотипическое разнообразие (cyt b – h = 0.605, CR – h = 0.759) при низких значениях нуклеотидного разнообразия (cyt b – π(%) = 0.108, CR – π(%) = 0.424) налима Волжско-Камского речного бассейна указывает на его недавнее расселение в пределах современной акватории бассейна, что согласуется с представлениями о формировании генетической дифференциации Евразийско-Берингийской линии в целом.

Таким образом, анализ филогенетических связей налима Волжско-Камского речного бассейна позволяет предположить, что он, как и Дунайский бассейн, играл важную роль в формировании генетического разнообразия вида в Европе, а в определенные периоды мог служить своеобразным коридором, соединяющим речные системы европейской и азиатской частей видового ареала.