Известия РАН. Серия биологическая, 2020, № 6, стр. 575-580

Кустарниковые полевки, обитающие в горных и равнинных ландшафтах большей части Европы, Закавказья и Малой Азии, в настоящее время относятся к роду Microtus и подроду Terricolа; последний представлен 13–14 видами (Chaline et al., 1988; Павлинов, 2003; Musser, Carleton, 2005). Несмотря на устойчивый интерес к подроду Terricolа и значительный прогресс в его изучении, видовые особенности, генетическая дифференциация и родственные отношения кустарниковых полевок требуют уточнения. Особый интерес представляют кустарниковая и дагестанская полевки (M. majori Thomas, 1906 и M. daghestanicus Shidlovskii, 1991 соответственно) – кавказские эндемики, частично проникающие в Понтийские горы, а также более широко распространенный европейско-малоазийский вид подземная полевка M. subterraneus de Selys-Longchamps, 1836. Эти виды существенно отличаются по экологическим особенностям, кариотипическим, молекулярно-генетическим признакам и характеру внутривидового полиморфизма. Так, M. majori стабилен по числу хромосом (2n = 54), у M. subterraneus обнаружены три хромосомных формы: одна с 2n = 52 и две с 2n = 54 (Macholan et al., 2001; Baskevich et al., 2018). У дагестанской полевки выявлен робертсоновский веер (2n = 54, 53, 52, 46, 45, 44, 43, 42"А", 42"В", 40, 38; NF = 58), сведения о котором были обобщены ранее (Ахвердян и др., 1992), причем некоторые исследователи выделяют низкохромосомные формы 2n = = 42"А" и 2n = 38 в самостоятельный вид M. nasarovi Shidlovsky, 1938 (Хатухов и др., 1978). Проведенный на ограниченных выборках сравнительный анализ полной последовательности митохондриального гена цитохрома b (cytb) (Jaarola et al., 2004; Baskevich et al., 2016, 2018; Баскевич и др., 2017) выявил как некоторые общие черты в характере внутривидовой дифференциации подземной, дагестанской и кустарниковой полевок (у всех видов наиболее обособленными оказались малоазийские выборки), так и существенные различия. По числу обнаруженных внутривидовых группировок и генетическим дистанциям между ними M. daghestanicus – наиболее гетерогенный вид, несмотря на принадлежность изученных популяций к одной хромосомной форме, 2n = 54 (Baskevich et al., 2016; Баскевич и др., 2017).

Родственные связи между видами подрода Terricola оцениваются неоднозначно. Предлагалось рассматривать M. majori и M. daghestanicus в составе понтийско-кавказской группы видов на основании их морфологического сходства и по зоогеографическому принципу (Kratochvil, Kral, 1974; Миронова и др., 2013). Другие авторы считали более близкими M. subterraneus и M. majori, как по морфологии (Chaline et al., 1988), так и по спектрам аллозимов (Macholan et al., 2001). По мнению Загороднюка (Загороднюк, 1988), кустарниковую полевку следует отнести к отдельной группе “majori” по кариотипическим особенностям. Почти все полученные позднее аллозимные и молекулярно-генетические данные (Межжерин и др., 1995; Jaarola et al., 2004; Baskevich et al., 2016, 2018; Баскевич и др., 2017) подтверждают последнюю точку зрения и свидетельствуют о наибольшей обособленности M. majori от M. subterraneus и M. daghestanicus.

Очевидно, что дальнейшее изучение изменчивости, дифференциации и филогенетических отношений видов подрода Terricola требует привлечения дополнительных молекулярно-генетических маркеров, в том числе ядерных. Анализ фрагментов ядерной ДНК также был бы весьма полезным для подтверждения высокой дифференциации видов кустарниковых полевок, ранее установленной по митохондриальным генам (Jaarola et al., 2004; Baskevich et al., 2016, 2018; Баскевич и др., 2017).

Цель работы – определение внутривидовых и межвидовых различий у M. majori, M. daghestanicus и M. subterraneus по нуклеотидным последовательностям фрагментов двух генов ядерной ДНК: экзона 11 гена BRCA1 (Breast cancer 1) и гена XIST (X-inactive specific transcript).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

По обеим проанализированным последовательностям ядерной ДНК, даже по короткому фрагменту гена XIST, были выявлены видоспецифичные замены нуклеотидов и делеции/вставки, что обусловило распределение генотипов на дендрограммах в строгом соответствии с видовой принадлежностью полевок (рис. 1). Так, из 1473 нуклеотидов участка гена BRCA1 каждая из 10 замен (6 транзиций и 4 трансверсий) была “фиксированной” у какого-либо одного из трех видов Terricola. Среди видов данного подрода M. majori наиболее обособленный и, возможно, самый древний: на дендрограмме, построенной по участку гена BRCA1, кустарниковая полевка занимает базальное положение по отношению к M. daghestanicus и M. subterraneus, а на древе, построенном по гену XIST, даже является “сестринским” видом к M. obscurus (скорее всего, из-за короткого проанализированного фрагмента гена). Полученный результат согласуется с большинством предыдущих молекулярно-генетических (Jaarola et al., 2004; Baskevich et al., 2016, 2018; Баскевич и др., 2017) и аллозимных (Межжерин и др., 1995) исследований.

Рис. 1.

ML-дендрограммы, построенные при сравнении нуклеотидных последовательностей: а – фрагмента 11-го экзона ядерного гена BRCA1 (1473 п.н.), б – фрагмента ядерного гена XIST (415 п.н. с учетом делеций и вставок), в – объединенных фрагментов обоих генов (1888 п.н. с учетом делеций и вставок) отдельных особей видов подрода Terricola. В узлах ветвления дендрограммы указаны значения бутстреп-индекса, превышающие 70%, а справа от ветвей – зоологические номера исследованных нами особей и пункты отлова. D – шкала генетических дистанций.

Изменчивость фрагментов обоих ядерных генов в пределах каждого из видов Terricola выражена в разной степени. Она крайне слабо проявляется у подземной полевки: между исследованными экземплярами M. subterraneus, несмотря на их принадлежность к разным хромосомным формам, практически нет различий. Столь же слабый полиморфизм наблюдается при сравнении особей M. majori по фрагменту экзона 11 гена BRCA1, однако по гену XIST и по объединенной последовательности обоих генов прослеживается дифференциация кустарниковых полевок с Северного Кавказа (из Ставропольского и Краснодарского краев) и из Закавказья (Армении и Абхазии), что согласуется с полученными ранее результатами анализа митохондриального гена cytb (Баскевич и др., 2017). Неожиданно высокой оказалась изменчивость ядерных генов у M. daghestanicus: максимальные генетические дистанции между отдельными экземплярами дагестанской полевки (D = 0–0.005 по гену BRCA1 и D = 0–0.007 по гену XIST) сопоставимы с межвидовыми различиями (D = 0.006 между всеми парами видов Terricola по гену BRCA1 и D = 0.006–0.018 по гену XIST). Примечательно, что если по гену XIST лишь одна особь M. daghestanicus значительно обособлена от прочих экземпляров этого же вида, то по гену BRCA1 высокие различия наблюдаются между четырьмя из пяти исследованных дагестанских полевок, причем даже в пределах одного локалитета.

Полученные результаты позволяют предположить, что различия в характере внутривидовой дифференциации кавказских видов M. daghestanicus и M. majori связаны с их экологическими особенностями. Дагестанские полевки населяют субальпийский пояс гор Кавказа, что ведет к фрагментации поселений и быстрому накоплению и фиксации в них генетических различий. Однако при сдвигах лесного пояса ниже по склонам гор в неблагоприятные периоды (например, в ледниковые эпохи) контакты между изолированными прежде поселениями M. daghestanicus могли возобновляться, объединяя и “перемешивая” генетически отличающиеся популяции. В отличие от дагестанской полевки M. majori обитает в лесном горном поясе, и по долинам этот вид мог распространиться весьма широко. Серьезным барьером для него являются лишь высокие безлесные горные хребты, поэтому отчетливая генетическая обособленность разделенных Большим Кавказом популяционных группировок кустарниковой полевки представляется закономерной.