Генетика, 2022, T. 58, № 6, стр. 678-684

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В 2020 г. было собрано 470 личинок малярийных комаров в шести населенных пунктах Томской обл. (Россия): Ботанический сад г. Томск (17.05.2020), п. Коларово (29.05.2020; 21.06.2020; 29.07.2020; 8.08.2020), п. Тахтамышево (15.05.2020), п. Кандинка (21.05.2020; 20.06.2020), п. Аэропорт (12.06.2020), п. Чаинск (26.05.2020; 15.06.2020). Расположение мест выплода малярийных комаров показано на карте (рис. 1). Отлавливали личинок четвертого возраста и фиксировали этанол-уксусной смесью Карнуа в соотношении 3 : 1.

Рис. 1.

Места сбора личинок малярийных комаров в Томской обл.

Из личинок выделяли слюнные железы, содержащие политенные хромосомы. Хромосомные препараты готовили стандартным лактоацетоорсеиновым методом [11]. Политенные хромосомы визуализировали с помощью светового микроскопа Zeiss Primo Star и получали микрофотографии политенных хромосом с помощью микроскопа Zeiss Imager A1. Анализ хромосомных инверсий проводили с помощью цитогенетической карты политенных хромосом слюнных желез An. messeae [12, 20]. Частоты хромосомных инверсий подсчитывали в процентном соотношении с помощью формулы закона Харди–Вайнберга, сравнивали частоты инверсий в выборках методом χ².

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Со второй половины 80-х до начала 90-х гг. XX в. было отмечено направленное изменение концентрации хромосомных вариантов на всем изученном ареале в пользу тех, которые доминировали на юге и юго-западе ареала An. messeae [13, 15, 21]. Известно, что для комаров одним из основных абиотических лимитирующих факторов на всех стадиях развития является температурный режим. Это экспериментально показано в 1981 г. на личиночных популяциях п. Коларово, где была определена адаптивная ценность гетерозигот XL₀₁ и 3R₀₁ в результате повышения их частот при экстремально низких и высоких температурах развития личинок. При оптимальных же температурах отбор шел в пользу гомозиготного варианта 3R₀₀ [12]. Поэтому направление отбора в сторону хромосом XL₀₁, 2R₀₀, 3R₀₀ и 3L₀₀ в Коларовской популяции можно объяснить климатическими изменениями последних десятилетий, создающими оптимальные условия для роста и развития комаров.

Проведенный в настоящей работе цитогенетический анализ личинок комаров An. messeae выявил инверсионный полиморфизм по половой хромосоме XL и аутосомам (обозначения инверсий согласно карте хромосом An. messeae) [4].

Во всех изученных выборках Томской обл. в кариотипах преобладали хромосомные варианты 2R₀, 3R₀, 3L₀ аутосом в гомозиготном состоянии (табл. 1). В исследованных нами выборках инверсионный полиморфизм проявлялся по половой хромосоме XL. Были выявлены следующие хромосомные варианты: XL₀₀, XL₁₁, XL₀₁, XL₁₂. Также хотелось бы отметить, что в выборке п. Коларово была обнаружена у одной особи новая инверсия XL₁₅ в гетерозиготном состоянии, захватывающая район 2BC–3BC (рис. 2).

Рис. 2.

Гетерозигота по инверсии XL₁₅ половой хромосомы An. messeae. Стрелками отмечен район инверсии 2BC–3BC согласно карте [12].

По аутосомам An. messeae во всех шести изученных выборках Томской обл. частотно преобладали “юго-западные” варианты 2R₀₀, 3R₀₀, 3L₀₀. Можно отметить пониженную гетерозиготность по хромосомам 3R₀₁ и 3L₀₁ в выборке п. Аэропорт. В большинстве выборок (п. Коларово, п. Тахтамышево, Ботанический сад г. Томск, п. Кандинка, п. Чаинск) наблюдали низкий процент частот гомозигот XL₀₀ за счет доминирования инверсий XL₁₁ или гетерозигот по инверсии XL₀₁. В выборках Ботанический сад г. Томск и п. Кандинка доминируют хромосомные варианты гомозигот XL₁₁ над гетерозиготами XL₀₁. В выборке п. Чаинск выявлен довольно низкий процент частот гомозигот XL₀₀. Гетерозиготность по XL хромосоме высокая в местах сбора п. Аэропорт и особенно в п. Коларово, где XL₀₁ показывает эффект сверхдоминирования. В то же время в выборке п. Кандинка частота хромосомного варианта XL₀₁ значительно меньше ожидаемой за счет увеличения адаптивной ценности гомозигот XL₁₁ (табл. 1).

Оценивая возможную адаптивность инверсионных вариантов по хромосомам XL, 2R, 3R и 3L, следует отметить, что расстояние между всеми выборками (кроме п. Чаинск) составляет около 15–20 км, что предполагает активную миграцию между ними и сходство в частотах инверсионных вариантов. Однако мы видим достаточно сильные различия между выборками, особенно по частотам генотипов хромосомы XL. Учитывая эти данные, можно сделать вывод, что миграция не является фактором, нивелирующим генетические различия как смежных, так и любых близких выборок. Различия определяются, очевидно, действием локальных экологических факторов естественного отбора. Проведенные нами ранее эксперименты по температурным режимам развития личинок комаров An. messeae подтверждают значение отбора в частотных колебаниях этих инверсионных вариантов [11]. Полное доминирование гомозигот 2R₀₀ во всех изученных выборках, видимо, обусловлено потеплением климата, что было показано в ранних работах [12].

Существенная изменчивость частот хромосомных генотипов между исследованными выборками в регионе Томской обл. не выявляется на диаграммах частот хромосомных вариантов, но проявляются различия между некоторыми выборками комаров при сравнении отдельно по каждой хромосоме (рис. 3).

Рис. 3.

Частоты хромосомных вариантов в выборках An. messeae. Вертикальными линиями указан 95% доверительный интервал. Кол – п. Коларово, Тах – п. Тахтамышево, Аэр – п. Аэропорт, Том – Ботанический сад г. Томск, Чск – п. Чаинск, Кан – п. Кандинка.

Для выявления различий по частотам хромосомных вариантов An. messeae был проведен анализ между всеми выборками с использованием критерия χ² для таблиц сопряженности, а также было проведено попарное сравнение между собой исследуемых выборок (табл. 2). В данном методе сравнивалось значение критерия $\chi _{{{\text{эмп}}}}^{2}$ с критическими значениями $\chi _{{{\text{кр}}}}^{2}.$ На основании применения критерия χ² Пирсона нулевая гипотеза может быть отвергнута, при условии $\chi _{{{\text{эмп}}}}^{2}$ > $\chi _{{{\text{кр}}}}^{2}$ [22].

Х-хромосома – XL. По XL хромосоме выявлены различия распределения частот хромосомных вариантов XL₀ и XL₁ между выборками п. Коларово и п. Кандинка, а также между выборками п. Коларово и п. Чаинск. Наименьшая частота хромосомного варианта XL₀ отмечена в выборках п. Чаинск и п. Кандинка. По этим параметрам данные выборки отличаются от выборки п. Коларово (рис. 3, табл. 2).

Хромосома 2 – 2R-плечо. Между выборками п. Коларово и п. Чаинск по хромосоме 2R выявлены различия по распределению частот хромосомных вариантов 2R₀ и 2R₁ (табл. 2, рис. 3). Эти выборки находятся далеко друг от друга, на расстоянии 213 км, а также п. Чаинск находится намного севернее п. Коларово (табл. 2, рис. 3).

Хромосома 3. По 3R-хромосоме выявлены достоверные различия по распределению частот хромосомных вариантов 3R₀ и 3R₁ между выборками п. Коларово и п. Чаинск, п. Коларово и п. Кандинка, а также между выборками населенных пунктов п. Тахтамышево и п. Чаинск, п. Тахтамышево и п. Кандинка (табл. 2, рис. 3). По 3L-хромосоме выявлены достоверные различия по распределению частот хромосомных вариантов 3L₀ и 3L₁ между выборками п. Коларово и п. Чаинск, п. Коларово и п. Кандинка, а также между выборками п. Тахтамышево и п. Чаинск, п. Тахтамышево и п. Кандинка (табл. 2, рис. 3).

На примере популяции An. messeae п. Коларово изучена сезонная изменчивость инверсионной структуры в течение 2020 г. В данной популяции нами проводился мониторинг динамики инверсионной структуры популяции на протяжении более 40 лет. Для выявления изменения в течение сезона частот хромосомных вариантов An. messeae был проведен внутрипопуляционный анализ, используя критерий χ² для таблиц сопряженности (табл. 3). Расчет критерия χ² для таблиц сопряженности не выявил различий сезонной изменчивости инверсионной структуры политенных хромосом комаров в течение 2020 г. Выявлено доминирование гетерозиготы хромосомного варианта XL₀₁ в течение сезона 2020 г. (табл. 3).

Таким образом, наши исследования выявили географическую изменчивость инверсионных генотипов, которая обусловлена действием локального отбора. Также следует отметить, что структура всех изученных выборок по инверсионному варианту аутосом 2R₀, 3R₀, 3L₀ стала сходной с европейскими популяциями, но отличается от них по изменению инверсионных частот по половой хромосоме в сторону увеличения гомозигот XL₁ и гетерозигот по инверсии XL₀₁.

Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSWM-2020-0019), а также при поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030).

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

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.