Воскресенье, 19.11.2017, 08:04
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Животные. Зоотехника

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ГЕНА НАДФ-ЗАВИСИМОЙ МАЛАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ (mMEP-2*) В АЗИАТСКИХ ПОПУЛЯЦИЯХ ГОРБУШИ

С.П.Пустовойт

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ГЕНА НАДФ-ЗАВИСИМОЙ МАЛАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ (mMEP-2*) В АЗИАТСКИХ ПОПУЛЯЦИЯХ ГОРБУШИ (ONCORHYNCHUS GORBUSCHA)

Величина генетической дифференциации, найденная по частотам аллеля локуса малик-энзима, азиатских популяций горбуши GST = 0,1861. Определяющее влияние на степень генетических отличий выборок по частотам исследованного гена имеет год взятия выборки, а не географическая локальность.

Ключевые слова: малик-энзим, генетическая дифференциация, горбуша. 

 

Фермент НАДФ-зависимая малатдегидрогеназа или малик-энзим (МЭ, MEP, ЕС.1.1.1.40.) у лососевых рыб относится к белкам с тетрамерной четвертичной структурой [8; 14]. Такая сложность четвертичной структуры белка скорее всего связана с тетраплоидным происхождением лососевых рыб. У горбуши митохондриальная форма фермента кодируется двумя полиморфными локусами, цитоплазматическая форма кодируется мономорфным локусом. Генетическая природа изменчивости малик-энзима у горбуши изучена Е.А. Салменковой и В.Т. Омельченко путем скрещиваний производителей на рыбоводных заводах Сахалина [13]. Высокая степень полиморфизма локуса малик-энзима обусловила использование его при изучении популяционно-генетической структуры горбуши в Сахалино-Курильского регионе [9; 15].

Вместе с тем, электрофоретическое обнаружение активности фермента сталкивалось с рядом трудностей. В частности нами обычно применялся крахмальный гель, поскольку в полиакриламидном геле не удалось получить хорошие результаты. Возможно по этой или иным причинам во многих отечественных работах по генетической изменчивости аллозимных локусов горбуши не содержится подробных сведений о частотах аллелей локуса малик-энзима [1; 3-5; 7; 8; 10-12; 16-19].

Степень генетической дифференциации популяций горбуши в заметной степени зависит от количества использованных полиморфных локусов [2], поэтому исключение данного локуса из числа использованных в указанных работах не понятно.

Высокая промысловая значимость горбуши обусловливает необходимость изучения генетической дифференциации популяций вида. Накопление новой информации о по- пуляционно-генетической структуре вида имеет важное значение для выработки мер по рационализации эксплуатации запасов горбуши.

Цель данной работы - проанализировать ранее не опубликованные данные о генетическом разнообразии локуса НАДФ-зависи- мой малатдегидрогеназы mMEP-2* в азиатских популяциях горбуши.

Материал и методы

Материал (пробы скелетных мышц) собран в устьевых участках 10 рек Дальнего Востока России, где нерестится горбуша. В ряде локальностей материал собран неоднократно (см. таблицу), всего исследовано 2 152 особи, входящие в 23 выборки. Реки Охота, Тауй, Яна, Ола и Яма располагаются на северном побережье Охотского моря, реки Ича, Хайрюзова, Озерная - Западная Камчатка, реки Вывенка и Пахача - СевероВосточная Камчатка.

Частоты генотипов, аллелей и гетерозиготность НАДФ-зависимой малатдегидрогеназы в азиатских популяциях горбуши

До лабораторного исследования пробы мышц хранились в замороженном состоянии. Гидролизованный крахмал для электрофоретического разделения ферментов готовился автором по методике, описанной в книге [20]. Гистохимическое выявление активности фермента в блоке 13 % крахмального геля подробно описано в руководствах по электро-форетическим методам [21; 22]. Аллели локуса обозначались по относительной электрофоретической подвижности кодируемых ими белков в геле: подвижность фермента, кодируемого наиболее частым алле- лем обозначалась за 100 %, прочие ферменты имели обозначения в зависимости от него.

Статистический анализ включал расчет показателя генетической дифференциации М. Неи GST [12], нахождение попарных величин дистанций Эвклида. Попарные значения дистанций Эвклида сохранялись в виде матрицы. Графическое представление матрицы дистанций Эвклида дано в виде дендрограммы и в виде результатов многомерного шкалирования. Для кластеризации выборок при конструировании дендрограммы использовался метод невзвешенного парно-группового усреднения (unweightedpair-groupaverage, UPGA). Для многомерного шкалирования (multidimensionalscaling) на основании по парных значений дистанций Эвклида, содержащихся в упомянутой матрице, находился дополнительный параметр (К - коэффициент алиенации), позволяющий определить место выборки в двумерной оси координат. Многомерное шкалирование выполнено при помощи статистической программы STATISTICA.

Результаты и обсуждение

Определим величину генетической дифференциации популяций с использованием показателя Нея:

Полученная величина генетической дифференциации выборок (GST = 0,1861 или 18,6 %) довольно высока. Например, средняя генетическая дифференциация (определенная по частотам пяти полиморфных аллозимных локусовбезмалик-энзима) в выборках четных лет GST = 1,39 % в популяциях горбуши рек Тауйской губы, нечетных GST = 0,740 % [8]. Высокая изменчивость данного локуса отмечена и в популяциях горбуши Сахалино-Курильского региона, однако в имеющихся работах показатель генетической дифференциации для данного локуса не приводится [9; 15]. В нашем обзоре сведений о генетической дифференциации видов рода тихоокеанские лососи [16], показано, что таких высоких значений генетической дифференциации не обнаружено у всех прочих полиморфных локусов горбуши, как в азиатских, так и в американских популяциях.

Высокая межвыборочная доля (GST = 0,18613 или 18,6 %) в общей величине показателя генетической дифференциации определяется, прежде всего,различиями между выборками четных и нечетных лет. Графическое изображение генетических связей между выборками показано на рис. 1 и 2. Наиболее сильно от всех прочих отличаются выборки из популяции р. Пахача (северо- восток п-ова Камчатка), собранные в 1988 г. К ним близки выборки из р. Озерной (юго- западная часть п-ова Камчатка) за 1988 г. и р. Тауй (северное побережье Охотского моря) за 1993 г. Перечисленные выборки генетически сходны несмотря на то, что они получены из географически сильно удаленных рек. Для большей части прочих выборок не наблюдается четкой связи величины генетических различий и географического расстояния между соответствующими реками, т. е. предположение о том, что чем более территориально разобщены исследованные популяции, тем они менее генетически сходны, не подтверждается данными нашего исследования. Например, оказались сходны следующие группировки выборок: р. Охота (1989-1), р. Ола (1994-2) и р. Яма (1994-1); р. Тауй (1994-1), р. Хайрюзова (1989) и р. Озерная (1989) и другие кластеры (см. рис. 1). Для величины генетического сходства более важен год взятия выборок, например, большая часть выборок четных лет объединяются вместе в один кластер: р. Яна 1994 г., р. Вывенка 1988 г., р. Тауй 1994 г. (1 и 2 выб.), р. Ола 1994 г. (2 выб.), в него входит ряд выборок за нечетные годы. Отмеченные различия между четными и нечетными поколениями горбуши наиболее заметны в тех популяциях, где сбор материала удалось провести за ряд лет. Обычно частота основного аллеля mMEP-2*100 выше в выборках поколений четных лет (см. таблицу на с. 55).
 

Рис. 1. Дендрограмма, построенная по величинам дистанций Эвклида для исследованных популяций горбуши. Обозначения популяций: р. Охота - OHT, р. Тауй - TAY, р. Ола - OLA, р. Яма - YMA, р. Ича - ICA, р. Хайрюзова - HRZ, р. Озерная - OZR, р. Вывенка - VVN, р. Пахача - PCH.
Цифры после обозначения популяции - год взятия выборки и номер выборки (1 - первая выборка этого года и 2 - вторая выборка этого года)

 
Рис. 2. График, демонстрирующий результаты многомерного шкалирования показателей дифференциации азиатских популяций горбуши по частотам аллелей гена малик-энзим

 
Сложный характер генетической дифференциации географически разобщенных популяций горбуши отмечался всеми исследователями популяционно-генетической структуры вида. Для объяснения этой картины предложены несколько гипотез, но ни одна из них не получила экспериментального подтверждения. Авторы гипотезы балансирующего отбора примерно одинакового на большей части ареала [14] не смогли дать количественный оценки интенсивности отбора в географически отдаленных популяциях горбуши. Авторы гипотезы флуктуирующих стад [7], подчеркивающие существенный вклад миграции в выравнивании частот генов в популяциях горбуши, не оценили количественно уровень миграции в разных участках ареала по имевшимся у них генетическим данным. Несмотря на выдвижение разных гипотез, причина низкого уровня генетической дифференциации популяций горбуши остается неизвестной.

По нашему мнению, сложная картина меж- популяционной дифференциации горбуши связана со следующей особенностью этого вида. Все внутрипопуляционные группировки горбуши характеризуются слабыми отличиями как по морфологическим, так и по генетическим признакам [16]. Данная черта биологии вида хорошо отличает горбушу от нерки или кеты. Имеются ввиду внутрипопуляционные выборки горбуши, собранные в разные периоды нерестового хода производителей (временные расы), выборки особей из разных поколений (поколения четных и нечетных лет), выборки особей, нерестующих в разных участках реки.

В тоже время существуют особенности генетической структуры у самок и у самцов одной популяции, межполовые генетические отличия могут превышать таковые у некоторых внутри- популяционных группировок [17]. Низкий уровень генетических отличий между внутри- популяционными группировками горбуши, скорее всего, связан с нерестом производителей и ростом молоди в пресноводный период в экологически однородных условиях нерестовой реки. В отличие от кеты, производители горбуши не рассредотачиваются по всему руслу таких крупных рек как Амур или Камчатка, не нерестятся в экологически неодинаковых условиях таких озер как Курильское, где обитает одно из крупнейших азиатских популяций нерки. Наиболее многочисленные популяции горбуши приурочены к небольшим рекам Сахалино-Курильского региона, где имеются оптимальные условия для нереста особей этого вида.

Сложная картина межпопуляционной генетической дифференциации горбуши делает ее особым видом среди прочих видов рода тихоокеанских лососей. Сложилась парадоксальная ситуация - огромная промысловая значимость вида требует продолжения популяционно-генетических исследований, но реально наблюдается отсутствие новых научных публикаций посвященных горбуше. В таком случае, вполне оправдано проводить новый анализ данных, полученных несколько лет назад.

Библиографический список

1. Балансирующий отбор как возможный фактор поддержания единообразия аллельных частот ферментных локусов в популяциях тихоокеанского лосося - горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walb.) / Ю.П. Алтухов, Е.А. Салменкова, В.Т. Омельченко // Генетика. - 1987. - Т. 23, № 10. - С. 1884-1896.
2. Варнавская Н.В. Изменчивость частот 19 полиморфных генов в популяциях нечетного поколения тихоокеанского лосося - горбуши (Oncorhynchus gorbuscha Walbaum) Камчатки и Северной Америки / Н.В. Варнавская // Генетика. - 1992. - Т. 28, № 9. - С. 127-140.
3. Гагальчий Н.Г. Биохимический полиморфизм камчатской горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walb.). Сообщение 1. Частоты аллелей полиморфных локусов в генерации нечетного года / Н.Г. Гагальчий // Генетика. - 1985. - Т. 21, № 5. - С. 854-860.
4. Гагальчий Н.Г. Биохимический полиморфизм камчатской горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walb.). Сообщение II. Частоты аллелей полиморфных локусов в генерации четного года / Н.Г. Гагальчий // Генетика. - 1986. - Т. 22, № 12. - С. 2839-2846.
5. Генетическая дифференциация и популяционная структура горбуши Сахалино-Курильского региона / Ю.П. Алтухов [и др.] // Биология моря. - 1983. - № 2. - С. 46-51.
6. Генетика изоферментов НАДФ-зависимой малатдегидрогеназы у лосевых рыб / Л.Н. Ермоленко, Э.А. Рудминайтис, А.Н. Макоедов // Генетика. - 1988. - Т. 24, № 3. - С. 528-538.
7. Генетическая дифференциация горбуши / Л.А. Животовский [и др.] // Генетика. - 1989. - Т. 25, № 7. - С. 1261-1274.

8. Голованов И.С. Генетический мониторинг североохотоморских популяций горбуши Oncor- hynchus gorbuscha / И.С. Голованов, С.Л. Марченко, С.П. Пустовойт // Цитология и генетика. - 2009. - Т. 43, № 6. - С. 18-27.
9. Генетическая дифференциация горбуши Oncorhynchus gorbuscha Walbaum в азиатской части ареала / Е.А. Салменкова // Генетика. - 2006. - Т. 42, № 10. - С. 1371-1387.
10. Картавцев Ю.Ф. Анализ генетических распределений по аллозимным локусам в популяциях горбуши Oncorhynchus gorbuscha / Ю.Ф. Картавцев // Вопр. ихтиологии. - 1992. - Т. 32, № 1. - С. 70-78.
11. Макоедов А.Н. Популяционно-генетическое исследование горбуши, размножающейся в реках Северо-Востока России / А.Н. Макоедов // Генетика. - 1993. - Т. 29, № 8. - С. 1366-1374.
12. Ней М. Молекулярная эволюция и филогенетика / М. Ней, С. Кумар. - Киев : КВ1Ц. - 2004 - 418 с.
13. Полиморфизм НАДФ-зависимых изоцитратде- гидрогеназы и малатдегидрогеназы в популяциях кеты и горбуши / Е.А. Салменкова, В.Т. Омельченко // Биология моря. - 1983. - № 3. - С. 24-28.
14. Популяционная генетика рыб / Ю.П. Алтухов, Е.А. Салменкова, В.Т. Омельченко. - М. : Наука, 1997. - 288 с.
15. Популяционная структура и генные миграции у горбуши (Oncorhynchus gorbuscha) Сахалино- Курильского региона / Б.А. Калабушкин [и др.] // Генетика. - 1998 . - Т. 34, № 12. - С. 1675-1685.
16. Пустовойт С.П. Генетическая дифференциация в азиатских и американских популяциях видов рода тихоокеанские лососи (Oncorhynchus, Salmoni- formes) / С.П. Пустовойт // Известия ТИНРО. - 2010. - Т. 162. - С. 113-138.
17. Пустовойт С.П. Генетическое разнообразие самцов и самок горбуши (Oncorhynchus gorbuscha) / С.П. Пустовойт // Известия ТИНРО. - 2008. - Т. 155. - С. 120-130.
18. Пустовойт С.П. Генетическое разнообразие популяций североохотоморской горбуши Oncorhynchus gorbuscha / С.П. Пустовойт // Вопр. ихтиологии. - 1999. - Т. 39, № 4. - С. 521-526.
19. Пустовойт С.П.Основные итоги генетического мониторинга североохотоморских популяций горбуши (Oncorhynchus gorbuscha) / С.П. Пустовойт // Вавилов. журн. генетики и селекции. - 2011. - № 3. - С. 475-484.
20. Электрофорез в разделении биологических макромолекул / Э. Гааль, Г. Медьеши, Л. Верецкеи. - М. : Мир, 1982. - 448 с.
21. Aebersold P.B. Manualforstarchgelelectrop- horesis: amethodforthede-tection of genetic variation / P.B. Aebersold // NOAA Technical Report NMFS 61, 1987. - 19 p.
22. Manchenko G.P. Detection of enzymes on electrophoretic gels: A handbook - CRC Press. Inc., BocaRaton, FL. 1994. - 440 p.

Вестник Северо-Восточного государственного университета. - № 26. - Магадан : СВГУ, 2016.

Категория: Животные. Зоотехника | Добавил: x5443x (11.09.2017)
Просмотров: 27 | Теги: Горбуша | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2017 Обратная связь