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

Генетика, 2023, T. 59, № 6, стр. 708-717

О генетической дивергенции миграционно-связанных популяций: современное моделирование по результатам экспериментов Ю.П. Алтухова с соавторами

О. Л. Жданова 1, *, Е. Я. Фрисман 2, **

1 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук
690041 Владивосток, Россия

2 Институт комплексного анализа региональных проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук
679016 Биробиджан, Россия

* E-mail: axanka@iacp.dvo.ru
** E-mail: frisman@mail.ru

Поступила в редакцию 05.12.2022
После доработки 26.12.2022
Принята к публикации 28.12.2022

Аннотация

С точки зрения популяционной генетики возможность существования устойчивых различий на однородном по отбору ареале выглядит несколько парадоксально, однако именно дизруптивный отбор способен привести к такой дивергенции. Примеры популяционных систем с устойчивой дивергенцией генетических структур субпопуляций, обитающих на однородном ареале, встречаются в природе и создаются экспериментально. Сопоставление этих наблюдений и результатов моделирования дает возможность объяснить сохранение устойчивости природной генетической дивергенции механизмом взаимодействия дизруптивного отбора (в виде пониженной приспособленности гибридных форм) и слабого миграционного процесса. Хорошо согласуются с этим утверждением результаты экспериментов, выполненных Ю.П. Алтуховым и соавторами с ящичными популяциями Drosophila melanogaster, в которых была получена первичная дивергенция генетических структур субпопуляции по локусу α-ГДГ. Можно предположить, что существенную роль в поддержании этой дивергенции сыграло наличие дизруптивного отбора, в данном случае – пониженной приспособленности гетерозигот по α-ГДГ. Альтернативной гипотезой является закрепление различий в результате генетического дрейфа. Для того чтобы, с одной стороны, выявить и обосновать возможность наличия этого фактора в данной системе, а с другой, – оценить насколько существенную роль играет дизруптивный отбор в поддержании устойчивости первичной генетической дивергенции, в настоящей работе мы проанализировали математические модели динамики частот аллелей в большой панмиктичной популяции и в системе из 30 локальных миграционно-связанных популяций. Сопоставление результатов моделирования с результатами эксперимента позволяет заключить, что с большой вероятностью в рассматриваемой искусственной популяционной системе имел место дизруптивный отбор по локусу α-ГДГ, который способствовал первичной генетической дивергенции.

Ключевые слова: эволюция, естественный отбор, случайный дрейф, математическое моделирование, полиморфизм, Drosophila melanogaster.

Список литературы

  1. Wright S. The theory of gene frequencies // Evol. Genet. Populations. 1969. V. 2. P. 290–344.

  2. Nagylaki T. Introduction to Theoretical Population Genetics. Berlin: Springer-Verlag, 1992. 370 p.

  3. Frank S.A., Slatkin M. Evolution in a variable environment // Am. Nat. 1990. V. 136. № 2. P. 244–260.

  4. Morozov A.Yu., Pasternak A.F., Arashkevich E.G. Revisiting the role of individual variability in population persistence and stability // PLoS One. 2013. V. 8. № 8. e70576. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070576

  5. Mougi A. Rapid evolution of prey maintains predator diversity // PLoS One. 2019. V. 14. № 12. e0227111. https://doi.org/10.1371/journal

  6. Фрисман Е.Я., Жданова О.Л., Неверова Г.П. Эколого-генетические модели в популяционной биофизике // Биофизика. 2020. Т. 65. № 5. С. 949–966. https://doi.org/10.31857/S0006302920050130

  7. Неверова Г.П., Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Возникновение сложных режимов динамики численности в ходе эволюции структурированной лимитированной популяции // Генетика. 2020. Т. 56. № 6. С. 714–725. https://doi.org/10.31857/S0016675820060065

  8. Reinhold K. Evolutionary genetics of sex-limited traits under fluctuating selection // J. Evol. Biol. 1999. V. 12. № 5. P. 897–902.

  9. Reinhold K. Maintenance of a genetic polymorphism by fluctuating selection on sex-limited traits // J. Evol. Biol. 2000. V. 13. P. 1009–1014.

  10. Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Математическое моделирование отбора по ограниченному полом признаку: к вопросу о существовании полиморфизма по размеру помета в естественных популяциях песцов // Генетика. 2021. Т. 57. № 2. С. 229–240. https://doi.org/10.31857/S0016675821020156

  11. Gavrilets S. One-locus two-allele models with maternal (parental) selection // Genetics. 1998. V. 149. P. 1147–1152. https://doi.org/10.1093/genetics/149.2.1147

  12. Yamamichi M., Hoso M. Roles of maternal effects in maintaining genetic variation: Maternal storage effect // Evolution. 2017. V. 71. № 2. P. 449–457. https://doi.org/10.1111/evo.13118

  13. Turelli M., Schemske D.W., Bierzychudek P. Stable two-allele polymorphisms maintained by fluctuating fitnesses and seed banks: Protecting the blues in Linanthus parryae // Evolution. 2001. V. 55. P. 1283–1298. https://doi.org/10.1111/j.0014-3820.2001.tb00651.x

  14. Svardal H., Rueffler C., Hermisson J. Comparing environmental and genetic variance as adaptive response to fluctuating selection // Evolution. 2011. V. 65. P. 2492–2513. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2011.01318.x

  15. Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Математическое моделирование механизма дифференциации репродуктивных стратегий в естественных популяциях (на примере песцов, Alopex lagopus) // Компьютерные исследования и моделирование. 2016. Т. 8. № 2. С. 213−228. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2016-8-2-213-228

  16. Zhdanova O.L., Frisman E.Ya. Genetic polymorphism under cyclical selection in long-lived species: The complex effect of age structure and maternal selection // J. Theor. Biol. 2021. V. 512. № 7. 110564. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2020.110564

  17. Базыкин А.Д. Пониженная приспособленность гетерозигот в системе двух смежных популяций // Генетика. 1972. Т. 8. № 11. С. 155–161.

  18. Базыкин А.Д. Отбор и генетическая дивергенция в системах локальных популяций и популяциях с непрерывным ареалом (математическая модель) // Проблемы эволюции. 1973. Т. 3. С. 231–241.

  19. Фрисман Е.Я. Первичная генетическая дивергенция (теоретический анализ и моделирование). Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. 160 с.

  20. Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Простая и сложная динамика в модели эволюции двух миграционно связанных популяций с непересекающимися поколениями // Изв. высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2022. Т. 30. № 2. С. 208–232. https://doi.org/10.18500/0869-6632-2022-30-2-208-232

  21. Yosida T.H., Tsuchiya K., Moriwaki K. Frequency of chromosome polymorphism in Rattus rattus collected in Japan // Chromosoma. 1971. V. 33. № 1. P. 30–40.

  22. Yosida T.H., Tsuchiya K., Moriwaki K. Karyotypic differences of black rats, Rattus rattus, collected in various localities of East and Southeast Asia and Oceania // Chromosoma. 1971. V. 33. № 3. P. 252–267.

  23. Blake J.A. Complex chromosomal variation in natural populations of the Jamaican lizard, Anolis grahami // Genetica. 1986. V. 69. P. 3–17. https://doi.org/10.1007/BF00122929

  24. Новоженов Ю.И., Береговой В.Е., Хохоткин М.И. Обнаружение границ элементарных популяций у полиморфных видов по частоте встречаемости форм // Проблемы эволюции. Новосибирск: Наука, СО, 1973. Т. 3. С. 252–260.

  25. Гордеева Н.В., Салменкова Е.А., Алтухов Ю.П. Исследование генетической дивергенции горбуши, вселенной на Европейский Север России, с использованием микросателлитных и аллозимных локусов // Генетика. 2006. Т. 42. № 3. С. 349–360.

  26. Kandul N.P., Lukhtanov V.A., Pierce N.E. Karyotypic diversity and speciation in Agrodiaetus butterflies // Evolution. 2007. V. 61. № 3. P. 546–559. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2007.00046.x

  27. Левонтин Р. Генетические основы эволюции. М.: Мир, 1977. 351 с.

  28. Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г. Экспериментальное моделирование динамики генных частот в системе полуизолированных популяций // ДАН СССР. 1978. Т. 238. № 3. С. 712–714.

  29. Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г., Милишников А.Н., Новикова Т.А. Экспериментальное моделирование генетических процессов в популяционной системе Drosophila melanogaster, соответствующей кольцевой ступенчатой модели. Сообщение I. Обоснование подхода и особенности локальной дифференциации частот аллелей α-глицерофосфатдегидрогеназы и эстеразы-6 // Генетика. 1979. Т. 15. № 4. С. 646–653.

  30. Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г. Экспериментальное моделирование генетических процессов в популяционной системе Drosophila melanogaster, соответствующей кольцевой ступенчатой модели. Cообщ. 2. Cтабильность аллельного состава и периодическая зависимость изменчивости частот аллелей от расстояния // Генетика. 1981. Т. 17. № 6. С. 1052–1059.

  31. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Академкнига, 2003. 431 с.

  32. Ратнер В.А. Математическая популяционная генетика (элементарный курс). Новосибирск: Наука, СО, 1977. 126 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал