Генетика. T. 59, Номер 6, 2023

  1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 59, № 6, 2023

Генетика, 2023, T. 59, № 6, стр. 723-727

Идентификация гибридных особей скальных ящериц Darevskia armeniaca × Darevskia valentini на основе микросателлитного генотипирования

А. Е. Гирнык 1, *, А. А. Вергун 1, 2, А. П. Рысков 1

1 Институт биологии гена Российской академии наук
119334 Москва, Россия

2 Московский педагогический государственный университет
119991 Москва, Россия

* E-mail: aegirnyk@mail.ru

Поступила в редакцию 06.10.2022
После доработки 16.11.2022
Принята к публикации 22.11.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

В работе представлены результаты микросателлитного генотипирования гибридных ящериц D. armeniaca × D. valentini из симпатрических популяций Армении. По совокупности локусов Du281 и Du47G идентифицированы триплоидные особи и определено их происхождение. Показано, что гибриды содержат как аллели материнского партеновида – D. armeniaca, так и аллели отцовского вида – D. valentini.

Ключевые слова: Darevskia, триплоиды, симпатрия, микросателлиты, генотипирование.

Гибридогенное видообразование лежит в основе теории ретикулярной (сетчатой) эволюции [1]. В ряде случаев этот феномен приводит к образованию однополых, клонально размножающихся с помощью партеногенеза, видов. Среди позвоночных облигатный партеногенез был впервые обнаружен у кавказских скальных ящериц рода Darevskia, который сегодня включает 29 двуполых и семь однополых (партеногенетических) диплоидных видов гибридного происхождения [2]. Отличительными особенностями рода Darevskia являются как происхождение и большое разнообразие партеновидов, так и продолжающиеся процессы межвидовой гибридизации однополых самок с самцами двуполых видов в зоне частичного перекрывания их ареалов. При этом образующиеся в результате полиплоидные гибридные особи рассматриваются как возможные участники промежуточных этапов сетчатой эволюции в этой группе рептилий [3, 4]. Полиплоидные гибриды также известны и среди многих других родов ящериц: Aspidoscelis [5, 6], Liolaemus [7], Hemidactylus [8]. Гибриды рода Darevskia изучаются более 50 лет [9, 10], однако до сих пор накоплено не так много генетических данных, которые бы позволяли оценить вклад таких ящериц в эволюционную историю рода. Молекулярно-генетические исследования близкородственных однополых и двуполых видов, а также их гибридов, могут помочь в изучении различных путей эволюции у рептилий, механизмов формирования генетического разнообразия и процессов адаптации.

Среди кавказских скальных ящериц гибридные особи были зарегистрированы во многих районах Армении, а также в Нагорном Карабахе и Грузии в зонах симпатричного обитания разных однополых и двуполых видов [11, 12]. Частичное перекрывание ареалов партеногенетического вида D. armeniaca и двуполого вида D. valentini и появление в них гибридов отмечено в зонах Лчашен, Кучак, Теж, Сотк [3, 11–15], однако известны и другие симпатрические ареалы этих видов в районах: Ахалкалаки, Артаваза, Мец Сепасара и оз. Ханчали [11, 15]. Одной из уникальных смешанных популяций в Армении является популяция Кучак, поскольку в ней образуются полиплоидные гибриды сразу двух партеногенетических видов ящериц D. armeniaca и D. unisexualis, а в качестве отцовского вида выступает двуполый вид D. valentini. По данным исследований 2001–2008 гг. в популяции Кучак процент гибридных особей был особенно высок (свыше 35%) по сравнению с другими симпатрическими популяциями (7–12%) [3, 16]. При этом гибриды D. armeniaca × D. va-lentini составляли лишь небольшую часть [3, 13]. Образующиеся в симпатрических зонах триплоидные гибриды разного происхождения объединяют в себе морфологические характеристики обоих родительских видов, поэтому существуют трудности в дифференциации триплоидных гибридов и их родителей, что требует использования более эффективных методов анализа [3].

В этой связи, в настоящей работе решалась задача по идентификации и дифференциации предполагаемых триплоидных гибридов из двух смешанных популяций, а также по определению происхождения этих полиплоидов. Ранее мы разработали методику молекулярно-генетической идентификации триплоидных гибридов D. unisexualis × × D. valentini, используя для генотипирования микросателлитный локус Du215 [17]. Однако для идентификации триплоидов D. armeniaca × D. va-lentini этот локус оказался мало пригоден. В данном исследовании для идентификации этих гибридов был использован вариант микросателлитного генотипирования на основе сочетания двух локусов ядерного генома (Du281 и Du47G), которые были эффективны в популяционных исследованиях D. armeniaca [18].

Биологические образцы для анализа ДНК предположительных триплоидов D. armeniaca × × D. valentini (четыре особи), D. unisexualis × D. valentini (одна особь) были собраны и определены герпетологом И.С. Даревским в период с 1999 по 2000 гг. в популяциях Теж (Памбакский хребет; 40°42′8.08′′ N 44°36′30.80′′ E) и Кучак (восток Арагацотнской области; 40°31′49.81′′ N 44°17′3.43′′ E) Армении. ДНК выделяли из фрагмента хвоста ящериц стандартным фенол-хлороформным методом [19]. Генотипирование проводили по двум микросателлитным локусам ядерного генома (Du281 и Du47G), используя ПЦР-амплификацию с последующим разделением аллелей в 8%-ном поли-акриламидном геле (ПААГ) и их полноразмерным секвенированием, как это описано ранее [18, 20]. В настоящей работе были также апробированы микросателлитные локусы Du215 и Du323, однако локусы Du281 и Du47G оказались наиболее эффективными в связи с лучшим разделением аллелей.

По результатам монолокусной ПЦР все особи были гетерозиготными по исследованным локусам и имели по три аллеля, за исключением одной особи, которая имела только два аллеля по локусу Du47G. На рис. 1 показано, как разделяются видоспецифичные аллели локусов Du281 и Du47G у этих особей (дорожки 1–5), у контрольной особи партеновида D. armeniaca (дорожка 6) и двуполого вида D. valentini (дорожки 7–8).

Рис. 1.

Картина электрофоретического фракционирования продуктов ПЦР-амплификации микросателлитных локусов: а – Du281, б – Du47G в 8%-ном ПААГ. M – маркер молекулярного веса 100 bp (пн); 1–5 – триплоидные особи D. armeniaca × D. valentini; 6 – контрольная особь партеновида D. armeniaca; 7, 8 – контрольные особи родительского (отцовского) вида D. valentini.

Для проведения видовой идентификации выявленных аллелей локусов Du281 и Du47G было проведено их полноразмерное секвенирование, на основе которого определены аллель-специфические маркеры (микросателлиты и SNPs в прилежащих к микросателлиту областях аллеля). Эти аллель-специфические полиморфные маркеры локусов сравнивались с таковыми, ранее полученными для D. valentini и партеновидов D. armeniaca и D. unisexualis из разных популяций Армении [21, 22]. Сочетание этих маркеров отражает гибридное происхождение триплоидов и позволяет определить видовую принадлежность аллелей. Структурные различия выявленных аллелей исследуемых особей представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Структурные различия аллельных вариантов локусов Du281 и Du47G исследованных особей

Аллельные варианты локусов Размер (пн) Структурные различия микросателлитного кластера SNP*
Du281 Du281(arm)2 225 5'(GGTA)(GATA)9GAT(GATA) (GGTA)2(GAT)(GATA)4 3' T (+15)
Du281(arm)4 183 5'(GATA)8 3' C (+15)
Du281(val)2 195 5'(GATA)11 3' C (+15)
Du281(val)3 191 5'(GATA)10 3' C (+15)
Du281(val)5 183 5'(GATA)8 3' C (+15)
Du47G Du47G(arm)2 184 5'(GATA)9(GACA)4(GATA)2 GAT(GATA)2 3' T (+7), A (+21), G (+52), T (+56)
Du47G(arm)3 176 5'(GATA)11(GACA)(GATA) GAT(GATA)2 3' T (+7), T (+21), C (+52), A (+56)
Du47G(arm)4 172 5'(GATA)10(GACA)(GATA) GAT(GATA)2 3' T (+7), T (+21), C (+52), A (+56)
Du47G(arm)5 168 5'(GATA)9(GACA)(GATA) GAT(GATA)2 3' T (+7), T (+21), C (+52), A (+56)
Du47G(val)8 176 5'(GATA)11(GACA)(GATA) GAT(GATA)2 3' T (+7), T (+21), C (+52), A (+56)
Du47G(val)9 168 5'(GATA)9(GACA)(GATA) GAT(GATA)2 3' T (+7), T (+21), C (+52), A (+56)

Примечание. * – в скобках даны расстояния в парах оснований: (+) – после микросателлитного кластера. Нумерация аллелей локусов Du281 и Du47G для D. armeniaca и D. valentini дана как в статье [21] и как они депонированы в GenBank.

Все исследованные гибридные особи по локусу Du281 (рис. 1,а) несли по два аллеля материнского вида D. armeniaca: Du281(arm)2 и Du281(arm)4 и отличались только по отцовскому аллелю D. valentini – у особей 1 и 4 выявлен аллель Du281(val)2, а у особей 2, 3, 5 выявлен аллель Du281(val)3 (табл. 1). Аллель Du281(arm)4, общий у триплоидных особей, совпадал с аллелем Du281(val)5, ранее выявленным в популяциях двуполого вида D. valentini, что говорит о гибридном происхождении как триплоидных особей, так и самого партеновида D. armeniaca, возникшего путем межвидовой гибридизации двуполого вида D. mixta, выступающего в качестве материнского и двуполого вида D. va-lentini, выступающего в качестве отцовского [21].

По локусу Du47G (рис. 1,б) две особи (1 и 3) несли аллели D. armeniaca Du47G(arm)2, Du47G(arm)3, Du47G(arm)5. Аллели Du47G(arm)3 и Du47G(arm)5 совпадали с аллелями D. valentini Du47G(val)8 и Du47G(val)9. Две другие особи (4 и 5) также несли аллели Du47G(arm)2 и Du47G(arm)5, но отличались наличием аллеля Du47G(arm)4. Особь 2, по результатам ПЦР-анализа по локусу Du47G имела только два аллеля, также общие для гибридов Du47G(arm)2 и Du47G(arm)5. Эти данные могут говорить о том, что у этой особи два аллеля, наследуемые от партеновида D. armeniaca и двуполого вида D. valentini идентичны, а третий аллель, наследуемый также от D. armeniaca, отличался как по подвижности в ПААГ, так и по нуклеотидной последовательности. Такой факт был выявлен ранее для локуса Du215, который был использован для идентификации триплоидных гибридов D. unisexualis × D. valentini [17], но оказался недостаточно эффективным в отношении гибридов D. armeniaca × D. valentini из-за идентичности “отцовских” аллелей D. valentini. Один из образцов (3) фенотипически был определен как гибрид D. unisexualis × D. valentini. Однако по картине электрофоретического фракционирования аллелей используемых локусов и по результатам их секвенирования этот образец мы отнесли к гибриду D. armeniaca × × D. valentini. О возможных ошибочных идентификациях предполагаемых гибридов ранее уже сообщалось в литературе [13].

Таким образом, приведенный нами вариант микросателлитного генотипирования по совокупности локусов Du281 и Du47G позволил идентифицировать триплоидных особей, а секвенирование выявленных аллельных вариантов – определить происхождение гибридов D. armeniaca × D. valentini. Дополнительное использование для генотипирования локуса Du215 позволяет достоверно различить триплоидов разного происхождения.

Авторы благодарны И.С. Даревскому за предоставление биологических образцов. А также И.А. Мартиросян за ценные советы при подготовке рукописи.

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 19-14-00083.

Работу с животными проводили с соблюдением стандартов, разработанных Министерством защиты природы Армении (код разрешения 5/22.1/51043). Исследование одобрено этическим комитетом МГУ (номер разрешения 24-01) и проведено в строгом соответствии с этическими принципами и научными стандартами.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

  1. Dobzhansky Th. Genetic nature of species differences // Am. Natur. 1937. V. 71. № 735. P. 404–420. https://doi.org/10.1086/280726

  2. Uetz P., Freed P., Aguilar R., Hošek J. The Reptile Database (Online resource) // URL: http://www.reptile-database.org (accessed 10.10.2022)

  3. Danielayn F., Arakelyan M., Stepanyan I. The progress of microevolution in hybrids of rock lizards of genus Darevskia // Biol. Z. Armen. 2008. V. 60. № 1–2. P. 147–156.

  4. Spangenberg V., Arakelyan M., Galoyan E. et al. Reticulate evolution of the rock lizards: Meiotic chromosome dynamics and spermatogenesis in diploid and triploid males of the genus Darevskia // Genes. 2017. V. 8. № 6. P. 149. https://doi.org/10.3390/genes8060149

  5. Moritz C.C., Wright J.W., Brown W.M. Mitochondrial DNA analyses and the origin and relative age of parthenogenetic lizards (genus Cnemidophorus). III. C. velox and C. exsanguis // Evolution. 1989. V. 43. № 5. P. 958–968. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1989.tb02542.x

  6. Taylor H.L., Walker J.M., Cole C.J., Dessauer H.C. Morphological divergence and genetic variation in the triploid parthenogenetic teiid lizard, Aspidoscelis neotesselata // J. Herp. 2015. V. 49. № 3. P. 491–501. https://doi.org/10.1670/14-057

  7. Araya-Donoso R., Véliz D., Vidal M., Lamborot M. Relationships of the morphological variation in diploids, triploids and mosaics of Liolaemus chiliensis (Sauria: Liolaemidae) // Amphib. Reptil. 2017. V. 38. № 4. P. 503–515. https://doi.org/10.1163/15685381-00003132

  8. Kluge A.G., Eckardt M.J. Hemidactylus garnotii Dumeril and Bibron, a triploid all-female species of gekkonid lizard // Copeia. 1969. № 4. P. 651–664. https://doi.org/10.2307/1441789

  9. Даревский И.С., Куликова В.Н. Систематические признаки и некоторые особенности оогенеза гибридов между обоеполой и партеногенетическими формами скальной ящерицы // Цитология. 1962. Т. 4. № 2. С. 160–170.

  10. Darevsky I.S., Danielyan F.D. Diploid and triploid progeny arising from natural mating of parthenogenetic Lacerta armeniaca and L. unisexualis with bisexual L. saxicola valentini // J. Herp. 1968. V. 2. № 3–4. P. 65–69. https://doi.org/10.2307/1563104

  11. Petrosyan V.G., Osipov F.A., Bobrov V.V. et al. New records and geographic distribution of the sympatric zones of unisexual and bisexual rock lizards of the genus Darevskia in Armenia and adjacent territories // Biodivers. Data J. 2020. V. 8. P. 1–30. https://doi.org/10.3897/BDJ.8.e56030

  12. Arakelyan M.S., Danielyan F.D., Corti C. et al. Herpetofauna of Armenia and Nagoro-Karabakh. Salt Lake City: Society for Study of Amphibians and Reptiles, 2011. 149 p.

  13. Freitas S.N., Harris D.J., Sillero N. et al. The role of hybridisation in the origin and evolutionary persistence of vertebrate parthenogens: a case study of Darevskia lizards // Heredity. 2019. V. 123. № 6. P. 795–808. https://doi.org/10.1038/s41437-019-0256-5

  14. Carretero M., García-Muñoz E., Argaña E. et al. Parthenogenetic Darevskia lizards mate frequently if they have the chance: A quantitative analysis of copulation marks in a sympatric zone // J. Nat. Hist. 2018. V. 52. № 7–8. P. 405–413. https://doi.org/10.1080/00222933.2018.1435832

  15. Galoyan E., Bolshakova A., Abrahamyan M. et al. Natural history of Valentin’s rock lizard (Darevskia valentini) in Armenia // Zool. Res. 2019. V. 40. № 4. P. 277–292. https://doi.org/10.24272/j.issn.2095-8137.2019.036

  16. Даревский И.С., Даниелян Ф.Д. Естественная аллотриплоидия у некоторых видов скальных ящериц Кавказа и вероятное эволюционное значение этого феномена // Эволюция, экология, видообразование. Материалы конференции памяти Н.Н. Воронцова (1934–2000). М.: УНЦ ДО, 2001. С. 131–133.

  17. Гирнык А.Е., Вергун А.А., Аракелян М.С., Рысков А.П. Молекулярно-генетическая идентификация триплоидных гибридов Darevskia unisexualis × D. valentini из симпатрических популяций Армении // Мол. генетика, микробиология и вирусология. 2021. Т. 39. № 3. С. 46–48. https://doi.org/10.17116/molgen20213903146

  18. Гирнык А.Е., Вергун А.А., Омельченко А.В. и др. Молекулярно-генетическая характеристика аллельных вариантов микросателлитных локусов Du215, Du281, Du323 и Du47G у партеногенетических ящериц Darevskia armeniaca (сем. Lacertidae) // Генетика. 2017. Т. 53. № 4. С. 468–479.

  19. Mathew C.G.P. The isolation of high molecular weight eukaryotic DNA // Nucleic Acids. Methods in Molecular Biology. United States: Humana Press, 1984. V. 2. P. 31–34. https://doi.org/10.1385/0-89603-064-4:31

  20. Korchagin V.I., Badaeva T.N., Tokarskaya O.N. et al. Molecular characterization of allelic variants of (GATA)n microsatellite loci in parthenogenetic lizards Darevskia unisexualis (Lacertidae) // Gene. 2007. V. 392. № 1–2. P. 126–133. https://doi.org/10.1016/j.gene.2006.11.020

  21. Girnyk A.E., Vergun A.A., Semyenova S.K. et al. Multiple interspecific hybridization and microsatellite mutations provide clonal diversity in the parthenogenetic rock lizard Darevskia armeniaca // BMC Genomics. 2018. V. 19. № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1186/s12864-018-5359-5

  22. Vergun A.A., Girnyk A.E., Korchagin V.I. et al. Origin, clonal diversity, and evolution of the parthenogenetic lizard Darevskia unisexualis // BMC Genomics. 2020. V. 21. № 351. P. 1–10. https://doi.org/10.1186/s12864-020-6759-x

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал