Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Биологические науки
Генетика

Диссертационная работа:

Суханова Любовь Васильевна. Молекулярно-филогенетическое исследование байкальского омуля Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) : Дис. ... канд. биол. наук : 03.00.15 : Иркутск, 2004 88 c. РГБ ОД, 61:05-3/245

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

Содержание 3

Список используемых в работе сокращений 4

Введение 5

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11

1.1. Таксономический статус и происхождение байкальского омуля 11

1.1.1. Краткое описание таксономии и филогении сиговых рыб 11

1.1.2. Таксономический статус и происхождение байкальского омуля 14

1.2. Внутривидовая структура байкальского омуля 18

1.3. Выбор маркера для эволюционных исследований 20

1.4. Методы построения филогенетических схем 27

1.4.1. Методы генетических расстояний 27

1.4.2. Метод максимальной экономии 31

1.4.3. Бутстреп анализ 31

1.5. Краткая геолого-климатическая история оз. Байкал 32

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 34

2.1. Сбор образцов тканей сиговых рыб 34

2.2. Выделение ДНК 35

2.2.1. Выделение суммарной ДНК 35

2.2.2. Выделение мтДНК из икры рыб 35

2.3. Электрофорез ДНК в агарозных гелях 37

2.4. Рестрикционный анализ мтДНК 37

2.5. ПЦР-амплификация 37

2.6. Прямое определение нуклеотидной последовательности амплифицированных фрагментов ДНК 39

2.6.1. Определение нуклеотидной последовательности с помощью радиоактивных изотопов 39

2.6.2. Определение нуклеотидной последовательности на автоматическом секвенаторе 40

2.7. Обработка данных рестрикционного анализа мтДНК 40

2.8. Компьютерный анализ последовательностей фрагментов ДНК 41

2.8.1. Выравнивание и первичный анализ последовательностей 41

2.8.2. Построение филогенетических схем 41

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ 42

3.1. Рестрикционный анализ мтДНК байкальского омуля 42

3.2. Молекулярная филогения байкальских сиговых, основанная на нуклеотидных последовательностях фрагментов генома 49

3.2.1. Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей 50

3.2.1.1. СябмтДНК 50

3.2.1.2. Область контроля репликации мтДНК 50

3.2.1.3. ITS1 рибосомной ДНК ядерного генома 52

3.2.2. Построение и анализ филогенетических схем 55

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ 62

4.1. Популяционная структура байкальского омуля 62

4.2. Таксономический статус байкальского омуля 63

4.3. Происхождение байкальского омуля и его "байкальский" возраст 65

4.4. Филогенетические взаимоотношения между сиговыми бассейна Байкала 68

Заключение 70

Выводы 72

Список цитируемой литературы 73 

Введение к работе:

Актуальность проблемы. Комплекс сиговых рыб бассейна оз. Байкал представляет большой интерес для исследования процессов формирования биоразнообразия уникального озера. Сиговые в Байкале освоили практически все реки и заливы, а в открытом озере глубины до 400 м., не образовав при этом большого количества видов (Черепанов, 1986). В свою очередь, байкальские сиговые, как обитатели ультра глубоководного озера, -уникальный объект для изучения закономерностей эволюции самого семейства, поскольку фенотипическая пластичность его наиболее полиморфных групп особенно ярко проявляется в условиях озерного обитания (Скрябин, 1979, Решетников, 1980; Bernatchez et al., 1999; Turgeon and Bernatchez, 2003).

Происхождение ихтиофауны Байкала по сей день является предметом острых споров. Нет единого мнения и относительно появления в озере представителей Coregonidae. Исследования сиговых рыб Байкала имеют очень давнюю историю, со времени описания И. Георги байкальского омуля под названием Salmo migratorius (Georgi, 1775) и П. Палласом байкальского сига под названием Salmo oxyrhinchus (Pallas, 1811). В настоящее время, согласно определителю П.Г.Борисова и Н.С.Овсянникова (1964), за байкальским омулем закрепилось название Coregonus autumnahs migratorius (Georgi), а за байкальским сигом, после детальных исследований Ф.В. Крогиус (1933), названия двух его форм - байкальского озерного сига Coregonus lavaretus baicalensis Dyb. и байкальского озерно-речного сига Coregonus lavaretus pidschian Gmelin. Общепринято, что байкальские сиги произошли от пыжьяна, Coregonus lavaretus pidschian, проникшего в Байкал из рек Сибири. Расхождение на две формы, различные по морфологии и биологии, шло по пути освоения в озере разных экологических ниш (Крогиус, 1933; Скрябин, 1969, 1979). Что касается происхождения байкальского омуля, на протяжении практически всего периода его исследований сосуществовало 2 основные гипотезы:

1 - Произошел от арктического омуля Coregonus autumnalis autumnalis (Pallas) проникнув в Байкал из окраинных морей Северного Ледовитого океана по системе рек в межледниковый период (Березовский, 1927; Берг, 1932, 1948; Мухомедиаров, 1942; Nikolsky and Reshetnikov, 1970; Решетников, 1980).

2 - Является эндемиком Байкала (Черешнев, 1994; Смирнов, 1997). Как и все сиговые виды рыб Восточной Сибири, байкальский омуль имел предковую форму, обитавшую в тепловодных водоемах олигоцен- миоценового возраста (Дрягин и др., 1969; Мац, Покатилов, 1976; Лут, 1978; Попова и др., 1989; Смирнова-Залуми, 1971).

Детальные исследования экологии байкальских сиговых рыб на протяжении более чем полувека (Мухомедиаров, 1942; Мишарин, 1953, 1958; Скрябин, 1969, 1979; Краснощеков, 1981; Смирнов, Шумилов, 1974; Смирнов, 1997 и др.) позволили выстроить достаточно четкую картину их морфо-экологической дифференциации и адаптивной эволюции в Байкале и подготовили хороший фундамент для генетических исследований. Не считая отдельных работ более раннего времени (Талиев, 1941; Ушаков, 1962), генетический анализ байкальских сиговых активно проводился последние 15 лет. Большой материал о степени генетической подразделенности байкальских сиговых внутри озера накоплен В.МЛхненко и A.M. Мамонтовым в исследованиях, в основу которых был положен изоферментный анализ (Мамонтов, Яхненко, 1987; Яхненко и др., 1992; Mamontov, Yakhnenko, 1995, 1998). Проведена первая оценка дивергенции последовательностей мтДНК байкальского и баунтовского озерных сигов (Слободянюк и др., 1993). Исследовался полиморфизм мтДНК в популяциях байкальских сиговых (Суханова, 1996, 1998; Brzuzan, 1998; Brzuzan et al., 1998). Анализом митохондриальной ДНК (мтДНК) и изоферментов была показана близость байкальского омуля к группе сигов с нижним ртом (Politov et al., 2000, 2002) и, прежде всего к виду С. lavaretus L. (Sukhanova et al., 2000; 2002; Гордон и др., 2004). В связи с этим высказывались предположения о возможном гибридном происхождении байкальского омуля (между арктическим омулем или его предковой формой с одной стороны и какой либо формой С. lavaretus L. с другой) (Politov et al., 2000, 2002). В последующем детальном филогеографическом анализе мтДНК Палеоарктических и Неоарктических пелагических сиговых Д. Политов и соавторы приходят к выводу, что байкальский омуль занимает корневое положение по отношению к комплексу омулевидных сигов, а также делают предположение о возможном базальном положении байкальского омуля по отношению ко всему роду Coregonus (Politov et al., 2004).

В данном исследовании осуществлены молекулярно-филогенетические реконструкции, объединившие всех байкальских сиговых, их ближайших родственников из соседствующих с Байкалом водоемов и других представителей семейства Coregonidae. Это позволило сделать выводы о происхождении и родственных связях как байкальского омуля, так и сиговых рыб Байкала в целом (Sukhanova et al., 2000,2002,2004а, b).

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - изучение эволюционной истории байкальского омуля: исследование меж- и внутрипопуляционного полиморфизма и установление филогенетических взаимоотношений с другими представителями семейства Coregonidae. В конкретные задачи работы входило:

1. Исследование генетического полиморфизма трех наиболее многочисленных популяций байкальского омуля (селенгинской, северобайкальской и посольской) с помощью рестрикционного анализа митохондриального генома.

2. Определение нуклеотидных последовательностей контрольной области мтДНК, митохондриального гена цитохрома Ъ (Cytb) и первого внутреннего транскрибируемого спейсера рибосомной ДНК (ITS1) для байкальского омуля, а также некоторых представителей семейства Coregonidae, обитающих в оз.Байкал и за его пределами.

3. Обработка полученных последовательностей, изучение вариабельности последовательностей данных участков генома, построение филогенетических схем и оценка времени дивергенции байкальского омуля от других представителей семейства Coregonidae.

4. На основе филогенетических схем, построенных по нуклеотидным последовательностям фрагментов ядерного и митохондриального геномов, и данных рестрикционного анализа, реконструкция истории расселения сиговых рыб в бассейне оз. Байкал, происхождения байкальского омуля и формирования его популяционной структуры.

Научная новизна работы. Впервые для исследования эволюционных взаимоотношений байкальских организмов применен молекулярно-филогенетический подход, совмещающий использование независимо наследуемых генетических маркеров, имеющих разный характер и скорость эволюции. Определение полных нуклеотидных последовательностей гена Cyt b мтДНК, контрольной области мтДНК и внутреннего транскрибируемого спейсера рДНК у представителей сиговых разного таксономического ранга позволило подтвердить на исследуемой группе рыб закономерности эволюции данных участков генома. Впервые проведен анализ родственных связей всех байкальских сиговых с другими представителями Coregonidae, позволивший проследить генеалогическую историю их появления в озере. Доказана принадлежность байкальского омуля к полиморфному виду Coregonus lavaretus L. Впервые показаны возможные связи эволюции комплекса байкальских сиговых с конкретными геологическими и климатическими событиями истории Байкала.

Научно-практическое значение. Для научно обоснованного сохранения и рационального использования природных ресурсов оз. Байкал необходимо прогнозирование характера и степени изменений его экосистемы под воздействием тех или иных факторов, что требует знания истории формирования современного биоразнообразия озера. Байкальские представители вида Coregonus lavaretus L. (озерный сиг, озерно-речной сиг и омуль), являются важным компонентом экосистемы озера. Будучи объектами интенсивного промысла и искусственного разведения, направленного на поддержание их численности, сиговые рыбы в большей степени, чем остальные обитатели Байкала подвержены влиянию хозяйственной деятельности человека. Исследование истории формирования сложившихся в озере взаимоотношений между экологическими формами вида - один из необходимых этапов на пути разработки методов генетического мониторинга байкальских сиговых рыб.

Апробация работы. Результаты работы представлялись: на международной конференции: "Байкал - природная лаборатория для исследования, изменений окружающей среды и климата" в г. Иркутске (Май 11-17, 1994 г.); на VI, VII и VIII международных симпозиумах: "Биология и использование сиговых рыб" в г. Констанца, Германия (1996 г. 23-26 сентября), в г. Энн Арбор, Америка (9-12 августа, 1999 г.), в г. Рованиеми, Финляндия (26-29 августа, 2002г.); на международной конференции "Биоразнообразие и динамика экосистем Северной Евразии", 21-28 августа 2000 г. в г. Новосибирске, Россия; Ежегодной конференции Экологического общества Японии, 26-31 марта 2001, Кумам ото; на международном семинаре "Байкал и Хубсугул, проект - бурение" в г. Улан-Батор, Монголия 2002 г.; на 3-ем международном совещании: "Видообразование в древних озерах мира" (SIAL) Иркутск, Россия 2002 г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе четыре публикации в рецензируемых журналах.

1. Суханова Л.В., Смирнова Н.С., Смирнов В.В. Исследование популяций байкальского омуля Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) методом рестрикционного анализа мтДНК // Тезисы. Байкал - природная лаборатория для исследования изменений окружающей среды и климата, Иркутск, Май 11-17, 1994. Том 5. С. 96.

2. Суханова Л.В., Смирнов В.В., Смирнова-Залуми Н.С., Слободянюк С.Я, Кирильчик СВ. Исследование популяций байкальского омуля Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) методом рестрикционного анализа митохондриальной ДНК // Вопросы ихтиологии. 1996. Т 36(3). С. 667-673.

3. Sukhanova L.V., Skulin, V.A., V.V. Smirnov, N.S. Smirnova-Zalumi. Investigation of Baikal omul populations by restriction analysis of mtDNA.// Abstract. VI International Symposium on Biology and Management of Coregonid Fishes, Germany, Konstanz, 23-26 September, 1996

4. Суханова Л.В., Смирнов В.В., Смирнова-Залуми Н.С., Кирильчик СВ. Новые данные по рестрикционному анализу мтДНК популяций байкальского омуля Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) II Сибирский экологический журнал. 1999, Т. 6. С. 655-658.

5. Sukhanova L.V., Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S., Kirilchik S.V., Griffiths D. The taxonomic position of the Lake Baikal omul, Coregonus autumnalis migratorius (Georgi), in the family Coregonidae II Abstract. VII Symposium on Biology and Management of Coregonid Fishes, Ann Arbor, Michigan, USA, 9-12 August, 1999. P. 89.

6. Sukhanova L.V., Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S., Kirilchik S.V., The phylogenetic relationships of Lake Baikal coregonines as revealed by mitochondrial DNA d-loop analysis.// Proceeding of International Conference: Biodiversity and dynamics of ecosystems in North Eurasia, IC,G, Novosibirsk, 2000. V. 5(2). P. 199-201.

7. Smirnov V.V., Sukhanova L.V., Smirnova-Zalumi N.S., Shimizu I. Limnogenesis of Baikal rift zone and Baikal omul origin II Abstract. International workshop for the Baikal , Hovsgol drilling project in Ulan Bator. Ulan Bator, Mongolia. October 4-7, 2001. P. 62.

8 . Sukhanova L.V., Kirilchik S.V., Smirnov V.V., Shimizu I. Study of the Lake Baikal omul Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) from DNA analysis II Abstr. of Annual meeting of Ecologycal Society of Japan, 26-31 March 2001, Kumamoto. P. 301. 9. Sukhanova L.V., Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S., Kirilchik S.V., Griffiths D., Belikov S.I. The taxonomic position of the Lake Baikal omul Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) as revealed by sequence analysis of mtDNA Cytochrome b gene and control region II Pol. Arch. Hydrobiol. Spec.Issues Advanc. Limnol. 2002. V. 57. P. 97-106.

10. Sukhanova L.V, Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S., Knizhin LB., Matveev A.N., Sokolov A. V., Shimizu I. Evolution of the Coregonus lavaretus complex in the Baikal rift zone: A Preliminary Molecular-Biological Study //Abstr. of the Third International Symposium of the Series Speciation in Ancient lakes (SIAL-3): Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history. Novosibirsk: Nauka, 2002. P. 182.

11. Sukhanova L.V., Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S., Kirilchik S.V., Shimizu I. Baikal omul as a part of C. lavaretus complex II Abstr. of the Third International Symposium of the Series Speciation in Ancient lakes (SIAL-3): Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history.- Novosibirsk: Nauka, 2002. P. 183.

12. Sukhanova L.V., Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S., Kirilchik S.V., Shimizu I. The close genetic relationship of Baikal omul, Coregonus autumnalis migratorius (Georgi), to the C.lavaretus complex, revealed by the mtDNA sur\ey, is confirmed using a nuclear DNA marker II Abstr. of the VIII International Symposium on Biology and Management of Coregonid Fishes, Rovaniemi, Finland, 26-29 August, 2002. P. 51.

13. Sukhanova L.V., Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S., Kirilchik S.V., Shimizu I. Grouping of Baikal omul Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) within the C. lavaretus complex confirmed by using a nuclear DNA marker// Annales Zoologici Fennici. 2004. V. 41(1). P. 41-49.

14. Sukhanova L.V., Kirilchik S.V., Smirnov V.V. Evolution of Lake Baikal coregonid fishes as revealed by DNA analysis II Abstr. of the First Baikal International Workshop on Evolutionary Biology "Tracing Past Environmental Changes in the Genetic diversity of Contemporary Faunas", Irkutsk, 6-11 September, 2004.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю С.Я. Слободянюку за помощь и поддержку; сотруднику Байкальского музея СО РАН В.В. Смирнову и сотрудникам ЛИН СО РАН Н.С. Смирновой, СВ. Кирильчику за всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах работы; A.M. Мамонтову за консультации и помощь в сборе материала; И.Б. Книжину, А.Н. Матвееву (Иркутский Госунивеситет), А.В. Соколову, А.И. Бобкову (Воссибрыбцентр, г. Улан-Уде), Н.М. Пронину (Ин-т Общей и экспериментальной биологии, г. Улан-Уде) за помощь в сборе материала; а также сотрудникам ИЦиГ (г. Новосибирск) С.А. Демакову и А.Г. Блинову за ряд ценных предложений, высказанных на этапе подготовки диссертационной работы.

Подобные работы
Тягун Марина Львовна
Изучение структуры и роста чешуи байкальского омуля (Coregonus Autumnalis Migratorius Georgl)
Чирикова Надежда Константиновна
Фармакогностическое исследование надземной части шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis Georgi)

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net