Зоологический журнал, 2019, T. 98, № 12, стр. 1432-1442

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Секвенированные ранее (Волковский и др., 2013) 34 образца A. fabalis из Приморского, Камчатского краев и Магаданской обл., а также добытые охотниками в Амурской обл. в 2012 и 2016 годах (26 шт.) и не вошедшие в предыдущую работу четыре образца из Камчатского и один из Приморского краев послужили материалом для этого исследования (номера ГенБанка: JX649122– JX649145, KY864345–KY864365). Размер полученных фрагментов составил около 334 пн без тандемных повторов. Для получения сравнительных данных также были взяты доступные последовательности, по данным других авторов, из ГенБанка (AB551526–AB551534, EU186805– EU186825), в том числе Anser cygnoides Linnaeus 1758 из работы Пояркова с соавторами (2010) и последовательности из неопубликованной работы китайских коллег – D. D. Guo с соавторами (FJ711443–FJ711453, AY552166–AY552169).

ДНК выделяли по стандартной методике (Aljanabi, Martinez, 1997). Условия секвенирования описаны в нашей предыдущей работе (Волковский и др., 2013). Полученные последовательности выравнивались вручную в программе SeaView (Gouy et al., 2010). Уровень молекулярной изменчивости (Ф_st и F_st) между выборками при уровне значимости P = 0.01, а также нуклеотидное и гаплотипическое разнообразие рассчитывались в программе Arlequin (Excoffier et al., 2005). Неукорененную сеть гаплотипов строили в программе NetWork v5 методом MJ (Fluxus Technology Ltd., 2010). Филогенетический анализ нуклеотидных последовательностей методом Байеса MCMC проводили в MrBayes v3.1.2 (Ronquist, Huelsenbeck, 2003) при использовании GTR. Анализ включал 5 × 10⁶ циклов, с отбором каждого 1000-го сгенерированного дерева. Укореняли с помощью внешней группы A. cygnoides из работы Пояркова с соавторами (2010). Генетические дистанции расчитывались в MEGA v7 (Kumar et al., 2016).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Сравнение последовательностей мтДНК гусей вида A. fabalis, добытых в Приморском, Хабаровском, Камчатском краях, Магаданской, Томской и Амурской областях, с последовательностями гусей из Японии, по совпадающему участку мтДНК в 219 пн, дало 50 гаплотипов (табл. 1), объединяющих в себе последовательности из четырех разных исследований (Ruokonen et al., 2008; Eda et al., 2011; Волковский и др., 2013). Поскольку в исследовании Руоконен с соавторами (Ruokonen et al., 2008) не было приведено таблицы гаплотипов с указанием количества входящих в них образцов, мы считали эти гаплотипы уникальными. Таким образом, из 50 гаплотипов уникальными были 39, а оставшиеся 11 разделились на 9 малых и два крупных гаплотипа, объединяющих в себе значительное количество образцов. Из 219 сайтов вариабельными были 45 (табл. 2), уникальными 10, а парсимониально-информативными 34. Нуклеотидное разнообразие для исследованных выборок приведено в табл. 3. Гаплотипическое разнообразие выборок из Японии и Магаданской обл. (и их стандартное отклонение) равно 0.5367 (0.1154) и 0.7253 (0.104), соответственно. Наличие преобладающего количества уникальных гаплотипов в выборках из Приморского края и Амурской обл. определило более высокие значения их гаплотипического разнообразия – 0.95, а абсолютная уникальность всех гаплотипов выборки из Камчатского края дало значение, равное 1.

По результатам Байесова анализа (рис. 2) мы выявили гаплогруппы и ветви гаплотипов, положение которых на дереве не было определено, и присвоили каждой группе свое название. Гаплогруппа М устойчиво отделилась от других гаплотипов, отмеченных буквой H, как на Байесовом дереве, так и на деревьях, построенных другими методами (NJ, UPGMA, ME, MP, ML). В гаплогруппу M вошли последовательности гусей из исследований Руоконен и Эда (2008; 2011), определенных как A. f. middendorffii, а также часть последовательностей, полученных нами при секвенировании мтДНК образцов из Амурской обл. и Приморского края. Гаплогруппы H в основном включали последовательности, не определенные до подвида, A. fabalis из Приморского, Камчатско краев, Амурской, Магаданской областей и небольшого числа особей, определенных M. Руоконен и Эда (2008; 2011) как A. f. serrirostris. Также стоит отметить, что часть гаплотипов из Амурской обл. образовали гаплогруппу H30 с образцами A. cygnoides (Guo et al., неопубликованные данные).

Рис. 2.

Филогенетическая реконструкция гаплотипов мтДНК A. fabalis, построенная основным методом Байеса по модели GTR. В узлах ветвления указана апостериорная вероятность. Названия и условные обозначения выборок приведены в правом верхнем углу рисунка. A. f. middendorffii входят в состав гаплотипов под буквой М, A. f. serrirostris – S, а A. cygnoides – C. Названия гаплогрупп указаны в углах прямоугольников.

На неукорененной сети гаплотипов (рис. 3) гаплогруппы выделились более четко, чем на дереве. Сеть наглядно показала, что различие между гаплотипами М внутри одноименной гаплогруппы не превышает одну замену. В то же время различия между гаплотипами в других гаплогруппах составили от одной до девяти замен. На сети хорошо видно, что в гаплогруппах H больше уникальных гаплотипов, чем в M. Наглядность сети позволяет определить качественный и количественный состав каждого гаплотипа. Качественный состав не уникальных гаплотипов A. fabalis в основном был смешанным. Некоторые гаплотипы объединили в себе последовательности гусей, которые были добыты не только в разных географических точках, но и принадлежали к разным видам. Таким гаплотипом стал S30, найденный у двух особей A. fabalis из Амурской обл. и у одного гуся, последовательность которого (AY552167) получена из ГенБанка, где она присутствует под названием A. cygnoides. Генетические дистанции между гаплогруппами приведены в табл. 4.

Рис. 3.

Сеть гаплотипов A. fabalis. Размер круга пропорционален частоте встречаемости данного гаплотипа. Названия и условные обозначения выборок приведены в левом нижнем углу рисунка. Черными точками указаны нуклеотидные замены, белыми точками – гипотетические гаплотипы. A. f. middendorffii входят в состав гаплотипов под буквой М, A. f. serrirostris – S, а A. cygnoides – C. Гаплогруппы выделены многоугольниками, а названия гаплогрупп указаны в их углах.

Для определения точного значения величины отличий выборок друг от друга был проведен анализ молекулярной изменчивости (AMOVA) (табл. 3). Индекс фиксации составил Фst = 0.23223 (Р = 0), Fst = 0.13813 (Р = 0). При парном сравнении выборок минимальное значение Фst = 0.08773 (P = = 0.02703) между выборками из Приморского края и Амурской обл., а минимальное Fst = = 0.01099 (P = 0.27027) между выборками из Приморского и Камчатского краев. Разница в значениях Фst и Fst этих же пар выборок не значительна. Уровень изменчивости между камчатской и амурской выборками немного выше Фst = 0.11899 (P = 0.00901) при Fst = 0.02292 (P = 0.07207). Максимально отличающимися друг от друга были выборки из Японии и Магаданской области, где Фst = 0.61698 (P = 0), а Fst = 0.34106 (P = 0). Наименее отличалась от гусей из Японии выборка из Амурской области, где Фst = 0.23816 (P = 0), а Fst = 0.1373 (P = 0).

ОБСУЖДЕНИЕ

Сравнив наши последовательности контрольного региона мтДНК образцов A. fabalis из Приморского и Камчатского краев, а также Магаданской и Амурской областей с последовательностями A. fabalis из ГенБанка, мы обнаружили, что часть наших образцов имеет высокий уровень сходства с образцами, определенными, как A. f. serrirostris. Исключением стали восемь образцов из Амурской обл. и один образец из Приморского края, которые имели общие гаплотипы с образцами A. f. middendorffii.

На Байесовом дереве A. f. serrirostris и A. f. middendorffii устойчиво разделились на гаплогруппы. Это говорит о большем уровне отличий между двумя подвидами, нежели у исследованных ранее A. albifrons (Волковский и др., 2016), где подвиды не группировались отдельно друг от друга.

Сеть гаплотипов так же как и Байесово дерево разделила A. f. serrirostris и A. f. middendorffii на гаплогруппы. Внутри гаплогруппы М минимальное количество замен между гаплотипами не превышало одной. Количество замен между гаплотипами в гаплогруппах H варьировало от одной до девяти. Такое уменьшение разнообразия гаплотипов М можно связать с тем, что численность A. f. middendorffii значительно снизилась в конце 20 века (Черешнев, 1996) в результате неконтролируемой охоты. Вследствие этого снизилось и генетическое разнообразие этой формы. Так, в некоторых субъектах Российской Федерации данный подвид внесен в Красные книги как подвид, находящийся под угрозой исчезновения.

Анализ молекулярной изменчивости показал (табл. 3), что гуси, зимующие в Японии, имеют наибольшее сходство среди изученных выборок с выборкой из Амурской обл. В то же время выборка гусей из Приморского края занимала второе место по уровню сходства с выборкой из Японии. Так как выборка из Приморского края с большой долей вероятности включает в себя образцы гусей, добытых в период весенней миграции с разных мест зимовок, то можно предположить, что гуси из Японии мигрируют весной через Приморский край и далее через Амурскую обл. Минимальное значение Fst между выборками из Приморского и Камчатского краев также может свидетельствовать о том, что через Приморский край часть гусей мигрирует в направлении Камчатского края.

Присутствие гаплотипов A. cygnoides у части A. fabalis из Амурской обл. может говорить о наличии гибридизации между ними. Видовую принадлежность гаплотипов к A. cygnoides (Guo et al., неопубликованные данные) можно поставить и под сомнение, так как согласно информации о них в ГенБанке, эти последовательности принадлежат выведенным породам домашних гусей Zi, Rhine, Landish и Huoyan.

Исходя из того, что последовательность, образующая один гаплотип с A. fabalis принадлежит породе Zi, а A. cygnoides, попадающие в один кластер с A. fabalis, принадлежат породам Rhine, Landish и Huoyan, можно предположить, что для выведения этих пород использовались A. fabalis, зимующие в Китае.

Таким образом, мы сравнили последовательности первого домена контрольного региона мтДНК гусей из нашего предыдущего исследования, в котором мы изучали изменчивость двух видов гусей (Волковский и др., 2013), с гаплотипами гусей, определенными до подвида. Сравнение позволило узнать, что A. fabalis, мигрирующие над территорией Приморского края, имеют более высокий уровень сходства с A. f. serrirostris и обнаруженная нами ранее кластеризация не является подвидовой. Также мы предположили, что гуси из Японии (табл. 3) мигрируют к местам гнездования через Приморский край. Гуси из Камчатского края, скорее всего, зимуют не в Японии. Мы убедились в том, что, несмотря на более обширный ареал, гуси подвида A. f. middendorffii генетически более однородны, чем A. f. serrirostris. Было обнаружено сходство части гусей из Амурской обл. с A. cygnoides. Дальнейшее изучение изменчивости гусей, добытых в Амурской обл., может дать ответы на появившиеся вопросы.