Генетика, 2022, T. 58, № 2, стр. 232-238

Сиги рода Coregonus (семейство Salmonidae) имеют циркумполярное распространение и в течение длительного времени служат моделью для изучения различных аспектов эволюционной биологии [1–8]. Считается, что систематика комплекса Coregonus lavaretus s.l. чрезвычайно сложна, и благодаря высокой биологической пластичности комплексного вида, в нем было описано множество внутривидовых форм [9, 10]. Относительно описанных форм/видов существует точка зрения, согласно которой значительная часть разнообразия принадлежит к одной форме/виду и является синонимами [11–13]. В Южной Сибири представители комплекса распространены от Телецкого озера до притоков р. Лена, где, как и в Арктике, было описано большое число “экологических форм” и видов [10, 11].

Первое упоминание о сигах из Телецкого озера можно найти в статье С.И. Гуляева “О сельдях в Телецком озере”, опубликованной в 1865 г. в газете “Томские губернские ведомости” [14]. Однако в статье нет какого-либо разделения сигов на формы или виды и только упоминается, что “похожи на каспийских и принадлежат к породе пресноводных сельдей” [14]. В 1900 г. в статье Н.А. Варпаховского “Рыбы Телецкого озера” опубликованы сведения о C. lavaretus из Телецкого озера, где он описан как C. smitti [15]. Позже, в 1916 г. Л.С. Берг отнес этого сига к ледовитоморским сигам C. lavaretus pidschian (Gmelin) natio Smitti Warpachowski, поскольку он не нашел четких различий между сигом из Телецкого озера и сигами из других водоемов Сибири [16]. Е.П. Радченко в своей работе, опубликованной в 1935 г., также использует название C. l. pidschian (Gmelin) natio Smitti Warpachowski для обозначения телецкого сига – сельди при описании его биологии. В работе не отмечаются различия между формами, хотя приводятся данные по сигам со средней длиной 92.7–170.8 мм (по Смитту) [17]. В 1949 г. Г.Д. Дулькейт публикует статью “Ихтиофауна Телецкого озера и реки Бия”, в которой телецкий сиг упоминается как форма сига-пыжьяна C. l. pidschian natio smitti Warpachowski и дает описание нового вида сига из Телецкого озера – сига Правдина Coregonus pravdinellus sp. nov. [18]. В 1962 г. А.Н. Гундризер понижает таксономический статус сига Правдина до подвидового – Coregonus lavaretus pravdinellus Dulkeit и приводит сравнительную морфологическую характеристику относительно телецкого сига [19]. В 1981 г. коллективом авторов была опубликована монография “Рыбы Телецкого озера”, где анализируются морфологические, биологические, экологические характеристики сигов и рассматривается их происхождение [20]. Позже были опубликованы еще несколько работ, касающихся морфологической и биологической изменчивости сига Правдина [21–23]. Основываясь на данных аллозимного анализа в 2010 г., С.Н. Балдина с соавт. и Д.В. Политов с соавт. из-за заметных отличий этого сига от C. lavaretus из других географических регионов предложили рассматривать телецкого сига как самостоятельный вид C. smitti [24, 25]. Однако исследования мтДНК (1930 пн ND1 [26] и 1140 пн Cytb [27]) не выявили значительных отличий как между телецкими сигами, так и между ними и сигами C. lavaretus из других водоемов бассейна р. Обь. Также не было обнаружено морфологического и генетического соответствия между различными формами/видами симпатрических сигов Телецкого озера [26]. Такое состояние мтДНК может являться результатом, как формообразования, так и встречного расселения с последующей гибридизацией.

В настоящем исследовании телецкого сига мы будем называть как “C. smitti”, а сига Правдина как “C. l. pravdinellus”. Телецкий сиг может достигать длины по Смитту 20–25 см (в возрасте семи лет) и общей массы тела около 150–200 г, имеет в среднем (Sp.br) 27–28 тычинок на первой жаберной дуге (малотычинковая форма), в то время как сиг Правдина значительно меньше и относится к среднетычинковым сигам (Sp.br = 33–34) [28]. Обе формы/вида сигов Телецкого озера относятся к малочешуйчатым сигам (ll = 81–83), широко распространенным в водоемах Евразии. Спектр питания телецкого сига таксономически разнообразен и включает в себя личинок насекомых, моллюсков, гаммарид и др., в то время как сиг Правдина питается преимущественно планктонными ракообразными [22]. Подобные формы сигов в литературе часто упоминаются как нормальные (normal) (бентофаги) и карликовые (dwarf) (планктофаги) [5, 29].

В 2012 г. Якобсен с соавт. анализируя 106 митогеномов представителей комплекса C. lavaretus из разных популяций в Европе, достигли гораздо более разрешенной топологии дерева, чем это было возможно ранее на основе небольших фрагментов мтДНК [30]. Однако в этот анализ не были включены представители C. lavaretus из Сибири. Чтобы частично восполнить этот пробел, в настоящей работе мы предлагаем полные митогеномы телецких симпатрических сигов C. smitti и C. l. pravdinellus.

Сиги были пойманы в сентябре 2017 г. в северной части Телецкого озера (52.32° с.ш. 87.50° в.д.) (Республика Алтай, Западная Сибирь, Россия). Митогеномы были собраны из данных, полученных в эксперименте по секвенированию транскриптомов желудочно-кишечного тракта (RNA-seq). Тотальную РНК из кишечников по одной особи от каждого сига выделяли с использованием реагента ExtractRNA для выделения суммарной РНК (ЗАО “Евроген”, Москва) по инструкции производителя. Целостность выделенной РНК проверяли на электрофоретической системе Bioanalyzer 2100 (Agilent Technologies) с использованием Agilent RNA 6000 Nano Reagents (Agilent Technologies). Концентрацию РНК в образце измеряли с помощью флуориметра Qubit (Thermo Fisher Scientific, США). Библиотеку готовили с использованием набора RNA NEBNext Ultra II для Illumina (New England Biolabs) в соответствии с инструкциями производителя. Контроль качества подготовленной библиотеки проводили на приборе Bioanalyzer 2100 с использованием реагентов Agilent DNA 1000 (Agilent Technologies). Готовую библиотеку секвенировали на платформе Illumina NovaSeq 6000 (300 циклов, 2 × 150 пн). Качество полученных прочтений оценивалось с помощью FastQC 0.11.7 [31]. Удаление адаптеров и низкокачественных ридов выполнялись с помощью Cutadapt 1.9.1 [32]. Прочтения были картированы на митохондриальные геномы Coregoninae и собраны в отдельный файл с помощью bowtie2 2.3.5 (с параметрами по умолчанию) [33]. Затем эти чтения были собраны de novo в контиги с помощью инструмента “De Novo Assembly” в CLC Genomics Workbench с настройками по умолчанию. Полученные контиги были выровнены на ранее опубликованный митогеном C. lavaretus (NC_002646.1) с помощью инструмента CLC “Map Reads to Reference”. Выровненные на митогеном контиги объединялись в консенсусную последовательность с помощью инструмента CLC “Extract Consensus Sequence”.

В качестве альтернативного подхода прочтения картировались на референсный митогеном с помощью инструмента CLC “Map Reads to Reference” (настройки по умолчанию) с извлечением консенсусной последовательности. Затем обе консенсусные последовательности мтДНК, полученные двумя разными подходами, вручную выравнивались и сопоставлялись друг с другом в SeaView 4.5.4 [34]. Полученное выравнивание проверялось вручную, и несколько конфликтующих позиций были исправлены путем сопоставления с результатами обратного картирования ридов на полученные консенсусные последовательности. Автоматическая аннотация митохондриальных геномов выполнена с помощью MitoAnnotator [35], проверена и скорректирована вручную. Нами успешно получены митохондриальные геномы C. smitti и C. l. pravdinellus длиной 16 738 пн со средним покрытием 9301× и 13 187× соответственно (номера доступа в NCBI GenBank MK913369 и MW817086).

Реконструкция филогенетических отношений выполнялась при помощи методов максимального правдоподобия (maximum likelihood, ML) и байесовского анализа (Bayesian inference, BI). Митохондриальные геномы C. lavaretus были получены из публичных данных в GenBank (номера доступа даны на рис. 1), множественное выравнивание последовательностей выполнено с помощью Muscle 3.8.31 [36]. Выравнивание было разделено на отдельные партиции согласно схеме аннотации мтДНК, поиск оптимальной схемы разделения и выбор моделей нуклеотидных замен проведен в PartitionFinder 2.1.1 [37] для BI, или в IQ-TREE 2.1.2 [38] с использованием ModelFinder [39] для ML-анализа (табл. 1). Программа MrBayes 3.2.6 [40] использовалась для байесовского анализа со следующими параметрами: два одновременных запуска по 10⁶ генераций с частотой записи параметров каждые 500 генераций. Первые 25% генераций были исключены как тренировочные (burn-in). ML-анализ выполнен в программе IQ-TREE, с оценкой устойчивости узлов филогенетических деревьев при помощи процедуры ультрабыстрого бутстрепа [41] с 1000 реплик. Некорректированные генетические дистанции между проанализированными митогеномами были рассчитаны в MEGA7 [42].

Рис. 1.

Филогенетическое дерево комплекса C. lavaretus, полученное при помощи байесовского филогенетического анализа на основе полных последовательностей мтДНК. Приведены апостериорные вероятности выше 0.7, черные кружки в узлах означают апостериорную вероятность больше или равную 0.98. Последовательности C. clupeaformis использованы в качестве внешней группы. Прочие обозначения: I – Европейская юго-западная клада, II – Европейская северо-восточная клада (по [30]), D – Дания, B – Балтийское море, С – Чехия.

Полученные митогеномы различаются по 46 позициям (0.27%). Филогенетические деревья, реконструированные двумя методами, имеют одинаковую топологию и помещают обоих исследованных сигов в “европейскую северо-восточную” кладу C. lavaretus (согласно [30]) со 100%-ной поддержкой (на рис. 1 приведены только результаты BI). Среднее нескорректированное генетическое расстояние (p-distance) между членами клады составляет 0.14 ± 0.01% (min–max: 0.006–0.29%), в то время как среднее расстояние до членов сестринской “Европейской юго-западной” клады (по [30]) составляет 0.48 ± 0.05%. Таким образом, совместный анализ митогеномов C. lavaretus из водоемов Европы и Телецкого озера подтверждает общее происхождение популяций сига восточной части Балтийского моря и водоемов Сибири. Кроме того, анализ полных митогеномов не подтверждает их отдельный таксономический статус (как “C. smitti” и “C. l. pravdinellus”), по крайней мере на основе мтДНК.

Филогенетический анализ показал базальное положение сигов Телецкого озера в пределах их клады, то есть как наиболее раннюю ветвь, отделившуюся от самого недавнего общего предка “европейской северо-восточной” клады. В предыдущих работах с сибирскими популяциями сигов показано, что сиги Телецкого озера имеют общие гаплотипы мтДНК по фрагменту ND1 (975 пн) и 16S-ND1 (1929 пн) с сигами из притоков нижнего течения р. Обь (Западная Сибирь), бассейнов рек Большой Енисей и Анабар, водоемов п-ова Таймыр (Восточная Сибирь) и водоемов Фенноскандии [13, 26]. Что свидетельствует о широком распространении и расселении этой гаплогруппы сигов в водоемах Евразии.

Заселение сигами постледниковых водоемов Европы из водоемов Сибири скорее всего происходило двумя путями. В настоящее время известно, что сиги из рефугиумов Алтае-Саянской горной страны расселялись вниз по течению основной магистрали р. Обь, и мигрировали как на восток (в бассейны рек Оленек, Анабар, Пра-Енисей), так и в западном направлении, до бассейна Балтийского моря [13, 43]. Кроме того, морфологически и генетически дистантные ледниково-равнинные сиги (С. l. pidschian n. glacialis), вероятно арктического происхождения, мигрировали вдоль побережья в западном направлении [1]. Таким образом, разнообразие сигов с нижним и полунижним ртом в европейских водоемах обеспечивалось гибридизацией, по крайней мере четырех генетических линий сигов: сформировавшимся в европейских рефугиумах Альпийской и Североморской, и пришедшими с Востока Южно-Сибирской и Сибирской Арктической [1, 2].

Исследование поддержано грантом РНФ 17-74-10071.

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Вклад авторов: М.М.С. и Е.П.С. внесли равный вклад в работу и подготовку рукописи.