CC BY
49
Генетическое разнообразие и дифференциация заводских популяций кеты (ОпсогНупсНиэ ке\а walbaum) Сахалино-Курильского региона по микросателлитным маркерам
М.В. Шитова, аспирантка, ГА Рубцова, науч. сотрудник, К.И. Афанасьев, к.б.н., Т.В. Малинина, к.б.н., Л.А. Жи-вотовский, д.б.н, профессор, Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН
Тихоокеанские лососи — ценные промысловые виды рыб. Ежегодный объем вылова лососей в России составляет 1,19 млрд. экз. Первое место в уловах занимает горбуша — 1,07 млрд. экз. (90%), на втором месте находится кета — 68,7 млн. экз. (6%) [1]. В последнее время наметилась тенденция к увеличению заводского воспроизводства кеты. В Сахалинской области за последние два года построили девять новых лососевых рыборазводных заводов (ЛРЗ). Сейчас на Дальнем Востоке существует 53 ЛРЗ.
В последние годы возникла необходимость рациональной регуляции промысла на международном уровне не только у берегов и в нерестовых реках, но и в акватории Тихого океана в течение морской фазы жизни лососей. В связи с этим
возникла проблема идентификации стад в смешанных скоплениях. Для решения такой задачи необходимо знать структуру вида и характеристики популяций нерестовых рек.
К тому же изучение популяционно-генетической структуры лососей дает нам возможность понять естественно-научную основу для правильной организации промысла этих рыб, предотвращения подрыва их запасов (рациональной эксплуатации) и искусственного воспроизводства. Более того, генетический и экологический мониторинг позволяет оценить состояние популяций кеты и других видов лососей и своевременно предпринять меры по устранению негативных факторов (недостаточный или чрезмерный пропуск производителей на нерестилища, частичное, а не полное воспроизведение генофонда популяции реки и т.д.) [2; 3].
К настоящему времени достаточно полно изучена популяционно-генетическая структура кеты по полиморфным белковым маркерам [1; 2; 4].
На современном этапе изучения популяционной структуры видов переходят к более информативным ДНК-маркерам, среди которых одни из наиболее широко используемых — микросател-литные локусы. Это дало возможность более четко выявить межпопуляционную дифференциацию кеты в изучаемом регионе.
Материалы и методы. Было проанализировано двадцать четыре выборки производителей кеты, взятых в 2003—2005 гг. на тринадцати лососевых рыборазводных заводах Сахалинской области (табл. 1).
В исследовании изучалась изменчивость десяти микросателлитных локусов Ogo2, ОквЗ, Окв11, ОкИ-1, ОкИ-2, ОнвЮЗ, 0пе109, О1и3, Бш197, Биа20.19 [5].
Подробное описание методов работы и статистической оценки было в работах К.И. Афанасьева с соавторами [5; 6].
Результаты и обсуждения. Генетическая изменчивость популяций по исследованным локусам представлена в табл. 2. Популяции юго-западного Сахалина характеризуются наименьшим средним числом аллелей и достоверно меньшей средней наблюдаемой гетерозиготностью. Такая картина отмечалась ранее [2; 4] на основании анализа биохимических маркеров, что, возможно, говорит о действии эффекта основателя в период
формирования базового стада — Калининского ЛРЗ, но не исключает и естественного генетического своеобразия кеты юго-западного Сахалина. Выборки остальных популяций сходны между собой по этим показателям.
В восьми выборках обнаружилось достоверное отклонение от равновесия Харди-Вайнберга по суммарному критерию Фишера (табл. 2). Выборка 2003 г. Таранайского ЛРЗ является возвратом от смешанной закладки 1998 г. [6]. Остальные выборки, вероятнее всего, также являются смешанными, но на сегодняшний день мы не располагаем достаточной информацией для подтверждения этого факта.
Оценка генетической гетерогенности с помощью псевдо-вероятностного теста с высокой степенью достоверности (р<0,001) выявила значительные межпопуляционные различия.
Использованный алгоритм дифференциации (рис. 1) не позволил разделить северный и восточный Сахалин, хотя различия по частотам аллелей между этими регионами достоверны. Поэтому мы дополнительно исследовали проблему дифференциации региональных стад кеты на основе алгоритма, оперирующего с матрицей коэффициентов попарного сходства между выборками о. Сахалина, при этом различия становятся четкими (рис. 2).
1. Сроки взятия и объем выборок
Районы Лососевые рыборазводные заводы Сроки взятия выборок Объем выборок, экз. Условные обозначения
Северный Сахалин Адо- Тымовский 04.09.03 17.09.04 51 50 АТ-03 АТ-04
Восточный Сахалин Буюкловский Побединский 24.09.05 24.09.05 50 50 Бу-05 Поб-05
На р. Ай 28.09.-03.10.05 17 Ай-05
Юго-западный Калининский 30.08.03 08.09.04 50 50 К-03 К-04
Сахалин Сокольниковский 14.09.04 50 Ски-04
Ясноморский 28-30.09.05 50 Ясн-05
15.09.03 50 Ох-03
Охотский 24.09.04 50 Ох-04
05.10.05 50 Ох-05
Южный и юго-восточный Таранайский 16.09.03 23.09.04 50 50 Т-03 Т-04
Сахалин Устье р. Найбы 20.09.04 50 УстНа-04
Соколовский 11.09.03 13.09.04 50 50 Ск-03 Ск-04
«Монетка» 29.09.05 50 Мон-05
11.10.04 50 Рд-04
Рейдовый Устье 14.10.05 50 Рдуст-05
Курильские о-ва, о. Итуруп 26.10.05 50 Рд-05
12.10.04 51 Кур-04
Курильский Начало хода 06-16.10.05 51 Курнач-05
26.10.05 50 Кур-05
2. Изменчивость популяций по десяти микросателлитным локусам
Районы Лососевые Год Средние показатели по десяти локусам
рыборазводные заводы А Не Но / Р
Северный Сахалин Адо-Тымовский 2003 2004 8,9 8,8 0,647 0,657 0,641 0,626 0,008 0,047 0,5581 0,0586
Восточный Сахалин Буюкловский Побединский 2005 2005 8,9 8,7 0,680 0,673 0,627 0,664 0,078 0,014 0,0030** 0,7478
На р. Ай 2005 6,2 0,670 0,716 -0,031 0,3053
Калининский 2003 5,9 0,565 0,554 0,019 0,2130
Юго-западный 2004 5,7 0,553 0,548 0,009 0,2300
Сахалин Сокольниковский 2004 7,2 0,567 0,554 0,023 0,1905
Ясноморский 2005 7,7 0,599 0,573 0,043 0,0018**
«Монетка» 2005 8,0 0,592 0,622 -0,052 0,8769
2003 8,6 0,639 0,623 0,026 0,2412
Охотский 2004 8,8 0,657 0,628 0,044 0,0364*
Южный и 2005 8,8 0,647 0,646 0,001 0,0559
юго-восточный Соколовский 2003 8,3 0,634 0,636 -0,004 0,0149*
Сахалин 2004 8,8 0,635 0,622 0,021 0,7833
Таранайский 2003 2004 8.4 8.5 0,636 0,651 0,590 0,636 0,072 0,024 0,0150* 0,5709
Устье р. Найбы 2004 9,2 0,685 0,640 0,066 0,1478
2004 8,1 0,690 0,670 0,030 0,2112
Рейдовый 2005 8,4 0,691 0,672 0,028 0,2628
Курильские 2005 уст. 8,5 0,696 0,694 0,003 0,0067**
о-ва, о. Итуруп 2004 7,8 0,665 0,616 0,075 0,1066
Курильский 2005 нач. 7,8 0,659 0,698 -0,060 0,0100**
2005 8,1 0,679 0,628 0,076 0,0002***
Примечание: А — среднее число аллелей на локус; Не — средняя ожидаемая гетерозиготность; Н0 — средняя наблюдаемая гетерозиготность; / — индекс фиксации [5]; р — уровень значимости тестов на соответствие наблюдаемых генотипических распределений популяций равновесию Харди-Вайнберга (по 10 локусам); * — достоверное отключение от равновесия Харди-Вайнберга
Главная компонента 1
Рис. 1 - Расположение выборок Сахалинской области в пространстве главных компонент
Примечание: Ю.-З. — юго-западный Сахалин; Ю. и Ю.-В. — южный и юго-восточный Сахалин; В. и С. — восточный и северный Сахалин; Рей — Рейдовый ЛРЗ; Кур — Курильский ЛРЗ
Выборки внутри выделенных групп (южный и юго-восточный, северный, восточный, юго-западный Сахалин) (рис. 2) обособлены от остальных выборок и достоверно отличаются от них по частотам аллелей исследованных локусов, что
Главиая компонента 1
Рис. 2 - Расположение выборок о. Сахалин в пространстве главных компонент
Примечание: пунктиром обведены группы популяций соответствующего района, сплошной линией соединены выборки, между которыми нет достоверных различий по частотам аллелей исследованных локусов; названия выборок соответствуют условным обозначениям в табл. 1
свидетельствует о генетическом своеобразии каждого района.
Выборка из устья р. Найбы (южный и юговосточный район) не отличается от выборок с
Рис. 3 - Расположение выборок о. Итуруп в пространстве главных компонент
Примечание: такое же, как на рис. 2
Побединского ЛРЗ за 2005 г. (восточный район) и Охотского ЛРЗ за 2004 г. (южный и юго-восточный район). В бассейне р. Найбы располагаются Соколовский и Березняковский ЛРЗ, выборки Соколовского ЛРЗ (2003, 2004 гг.) показывают достоверное отличие от выборок восточного района и сходство с выборками Охотского ЛРЗ. На Березняковском ЛРЗ в 2000 г. вся икра, которую заложили, была привезена с Буюклов-ского ЛРЗ (восточный район). По-видимому, это и обеспечило сходство устьевой выборки с выборками восточного Сахалина. Хотя общий тест на отклонение от равновесия Харди-Вайнберга устьевой выборки отрицателен (табл. 1), сходство выборок Соколовского и Охотского ЛРЗ скорее всего объясняется многократными перевозками икры с завода на завод (данные Саха-линрыбвода).
На рис. 3 изображено расположение выборок о. Итуруп в пространстве главных компонент. Выборка с Курильского ЛРЗ — «начало хода» достоверно отличается от всех остальных выборок. Причиной этого может быть подразделен-ность популяции Курильского ЛРЗ во времени (в течение хода рыбы на нерест).
К сожалению, мы не располагаем достаточной информацией для объяснения сходства выборок с Рейдового ЛРЗ и Курильского ЛРЗ за 2005 г. По имеющимся у нас данным, перевозок икры в период закладки данного поколения не было.
Величина межпопуляционной дифференциации ( -аналог Fst [5]) показывает долю межпопу-ляционной изменчивости в общей изменчивости. Между районами Сахалина — 2,8% (95% бутст-реп интервал — 1,8%—4,3%), между ЛРЗ о. Итуруп — 0,5% (-0,04%—1,2%), между о. Сахалин и о. Итуруп - 5,3% (2,7%-8,6%).
Наибольший вклад в дифференциацию популяций кеты о. Сахалина вносят локусы Ssa20.19, Ogo2, Oke3, Oke11, One109, минимальный — Ssa197. При анализе Курильских популяций картина меняется — наибольший вклад вносят локусы One103 и Ssa197. Следует иметь в виду, что вклад локусов в дифференциацию стад кеты различных регионов зависит от представленности в выборках тех или иных нерестовых группировок, различных лет сбора и др. [5; 7].
Анализ десяти микросателлитных локусов в двадцати четырех выборках кеты показал высокий уровень изменчивости по исследованным локусам на данном объекте. Средняя гетерозигот-ность кеты по десяти локусам на изученном участке ареала 0,63+0,009. Метод дифференциации популяций, основанный на анализе изменчивости микросателлитных локусов, показал высокую разрешающую способность. Удалось выявить популяционные комплексы, достоверно отличающиеся по частотам аллелей друг от друга, хорошо согласующиеся с географическим расположением заводов. Это говорит о генетической уникальности каждого выделенного района и об относительной репродуктивной изоляции популяций внутри этих районов.
Настоящее исследование поддержано грантами Программ фундаментальных исследований Президиума РАН: «Биоразнообразие и динамика генофондов» («Подпрограмма «Динамика генофондов») и «Молекулярная и клеточная биология».
Литература
1. Варнавская, Н.В. Генетическая дифференциация популяций тихоокеанских лососей. Петропавловск-Камчатский: КамчатНИРО, 2006. 488 с.
2. Алтухов, Ю.П. Популяционная генетика лососевых рыб / Ю.П. Алтухов, Е.А. Салменкова, В.Т. Омельченко. М.: Наука, 1997, 288 с.
3. Животовский, Л.А. Эколого-генетические принципы разведения тихоокеанских лососей // Труды Междун. научн. семинара «Современные проблемы лососевых рыбоводных заводов Дальнего Востока» / Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2006. С. 153-159.
4. Салменкова, Е.А. Генетическая структура популяций кеты, размножающихся в реках Дальнего Востока и Северо-востока СССР / Е.А. Салменкова, Ю.П. Алтухов, Р.М. Викто-ровский, В.Т. Омельченко, Л.Т. Бачевская, Л.Н. Ермоленко, Э.А. Рудминайтис, Б.А. Семенов // Журнал общей биологии. 1986. Т. XLVII. № 4. С. 529-549.
5. Афанасьев, К.И. Межрегиональная дифференциация кеты Сахалина и Южных Курил по микросателлитным локусам / К.И. Афанасьев, Г.А. Рубцова, М.В. Шитова, Т.В. Малинина, Л.А. Животовский // Генетика. 2008 (в печати).
6. Афанасьев К.И., Рубцова Г.А., Малинина Т.В., Салменкова Е.А., Омельченко В.Т., Животовский Л.А. Микросател-литная изменчивость и дифференциация популяций кеты (Oncorhynchus keta Walbaum), воспроизводимых сахалинскими рыбоводными заводами // Генетика. 2006.Т. 42. № 12. С. 1694-1702.
7. Животовский, Л.А. О создании базы ДНК-данных для решения проблем воспроизводства, идентификации и сертификации популяций тихоокеанских лососей на примере кеты о. Итуруп / Л.А. Животовский, К.И. Афанасьев, Г.А. Рубцова, М.В. Шитова, Т.В. Малинина, Т.А. Ракицкая,
B.Д. Прохоровская, Е.А. Салменкова, Л.К. Федорова,
C.И. Борзов, В.П. Погодин // Вопросы рыболовства. 2008. № 1 (в печати).
