|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Генетическая дифференциация арктических и тихоокеанских популяций сельдей Clupea pallasii и корюшек Osmerus dentex по микросателлитным маркерамНИР
Genetic differentiation of Pacific herring (Clupea pallasii) and Arctic rainbow smelt (Osmerus dentex) in the Arctic and Pacific Oceans revealed by microsatellite markers.
- Руководитель НИР: Семенова А.В.
- Участники НИР: Малютина А.М., Строганов А.Н., Шадрин А.М.
- Подразделение: Проблемная лаборатория по изучению рыбопродуктивности водных экосистем
- Срок исполнения: 1 января 2019 г. - 31 декабря 2021 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 19-04-00244а
- Номер ЦИТИС: АААА-А19-119011590193-0
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Общая биология и экология
- ПН России: Науки о жизни
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.23.35 Популяционная генетика
- 34.33.33 Ихтиология
-
Ключевые слова:
формообразование, азиатская корюшка, видообразование, микроэволюционные процессы в краевых популяциях, микросателлиты, тихоокеанская сельдь, популяционно-генетическая структура вида
pacific herring, arctic rainbow smelt, microsatellites, speciation, microevolutionary processes in marginal populations, population genetic structure -
Описание:
Фундаментальной проблемой проекта является оценка современного состояния природных генофондов рыб, исследование микроэволюционных процессов и формообразования у рыб в суровых нестабильных климатических условиях, а также в условиях изоляции и освоения новых пространств. Исследования будут проводиться на примере тихоокеанской сельди, Clupea pallasii, и тихоокеанской (азиатской) корюшки, Osmerus dentex, из водоемов Арктики (Белого, Баренцева, Карского морей) и Тихого океана (Охотского и Берингова морей). У данных видов будет исследовано генетическое разнообразие, темпоральный и пространственный аспекты внутривидовой генетической структурированности на локальном и региональном уровнях, величина и направление эволюционных изменений, произошедших с краевыми группировками в условиях арктических водоемов за сравнительно небольшой эволюционный период (5-8 тыс. лет). Применение современных методов молекулярно-генетического анализа с использованием микросателлитных локусов ядерной ДНК, широко используемых мировым научным сообществом для исследований внутривидовой структуры у проходных и морских рыб, позволяет надеяться на успешное решение поставленных в Проекте задач. Полученные в ходе реализации Проекта результаты будут абсолютно новыми для науки, поскольку, несмотря на широкое распространение корюшек в водах России, информация об их внутривидовой генетической структуре, как на Арктическом, так и Тихоокеанском побережье чрезвычайно скудна, а по микросателлитным локусам полностью отсутствует. Данных о популяционно-генетической структуре сельдей Тихого океана из вод РФ на основании ядерных маркеров также практически нет. Интересные результаты, выявившие сложную иерархическую популяционно-генетическую структуру сельдей Арктики, полученные нами ранее при поддержке РФФИ, вызывают интерес к дальнейшему изучению изменчивости этого вида на всем ареале, а также более детальным исследованиям темпоральных и пространственных аспектов изменчивости. Кроме того, сравнительное изучение видов рыб, имеющих сходную историю и обитающих в сходных климатических условиях также представляется чрезвычайно интересным и актуальным.
-
Abstract:
The fundamental problem of the project is to assess the up-to-date state of the natural gene pools of fish, the study of microevolutionary processes and morphogenesis in fish in the unstable climate conditions, and in conditions of isolation and exploration of new areas. Research will be based on the samples of the Pacific herring, Clupea pallasii, and Arctic smelt, Osmerus dentex, from the Arctic (White, Barents, Kara seas) and the Pacific (Okhotsk and Bering seas) areas. The genetic diversity, temporal and spatial aspects of intraspecific genetic structuring at local and regional levels, the magnitude and direction of the evolutionary changes that have occurred with the regional groups in terms of the Arctic waters for a relatively short evolutionary period (5-8 thousand years) will be investigated. Modern methods of molecular genetic analysis using microsatellite loci from nuclear DNA, is widely used by the scientific community for studies of intraspecific genetic structure in anadromous and marine fish will be used for the successful solution of the Project tasks. Project results will be completely new to science. Despite the wide spread of Pacific smelt in Russian waters, information on their intraspecific genetic structure, as in the Arctic, and the Pacific coast are extremely scarce, and at microsatellite loci completely absent. Data on population genetic structure of herring in the Pacific ocean to the waters of the Russian Federation on the basis of nuclear markers is also almost absent. Interesting results revealed a complex hierarchical population genetic structure of herring in the Arctic, obtained earlier with the support of the Russian Foundation for basic research, are of interest for further study of the variability of this species on the habitat, as well as more detailed studies of the temporal and spatial aspects of variability. In addition, a comparative study of fish species with similar history and living in similar climatic conditions also appears to be extremely interesting and relevant.
-
Планируемые результаты:
В результате работы в первый год выполнения Проекта: Будет проведено выделение ДНК и подготовка проб для дальнейшего анализа всех собранных образцов сельди и корюшки. Будет отработана методика анализа генетического полиморфизма у корюшек. Будет получена информация о генетической изменчивости и пространственной дифференциации корюшек Охотского и Берингова морей. Результаты этого исследования планируются к публикации в журнале, индексируемом WoS. Будет получена информация о генетической изменчивости в выборках атлантической сельди Баренцева моря и тихоокеанской сельди Белого моря. На основании анализа данных многолетнего мониторинга генетических параметров популяций тихоокеанской сельди на нерестилищах в Белом и Баренцевом морях будет получена информация о возможной гибридизации их с атлантическими сельдями, даны оценки возможного потока генов между видами. Будут получены оценки темпоральной и пространственной дифференциации сельди в Белом море. Результаты этого исследования планируются к публикации в журнале, индексируемом WoS.
-
Научный задел:
Научный коллектив авторов более 25 лет занимается исследованиями различных аспектов генетического разнообразия многих видов рыб Северной Атлантики и Северной Пацифики, в том числе и морских сельдей рода Clupea. В различные годы (в т.ч. это отчасти отражено в прилагаемом списке публикаций) проводились работы по исследованию генетической изменчивости в популяциях атлантического лосося, окуня-клювача, тихоокеанской и атлантической трески, камчатской микижи, малопозвонковой сельди. Коллектив располагает необходимым лабораторным оборудованием для проведения исследований. Отработаны различные практические подходы к исследованию популяционной структурированности сельдевых рыб. Отработаны молекулярно-генетические методики микросателлитного анализа. Получена панель из 12 полиморфных микросателлитных локусов, характеризующаяся высокой статистической силой для выявления дифференциации у малопозвонковых сельдей. Исследованы морфо-биологические показатели сельдей на основных нерестилищах Белого и юго-восточной части Баренцева морей. Получены данные изменчивости 10-12 микросателлитных локусов в выборках сельдей Белого, юго-восточной части Баренцева, Карского и Охотского морей. Результаты позволили предоставить новую иерархическую модель популяционно-генетической структурированности сельдей на ареале, предположить возможные механизмы возникновения и поддержания внутривидовой генетической дифференциации. Результаты этих исследований опубликованы. В 2014-2017 гг. собран материал для исследований изменчивости корюшки в Белом (3 выборки) и Охотском морях (4 выборки). Проведены многие другие исследования, сформировавшие тему данного проекта и необходимость ее выполнения. Предшествующие работы частично были поддержаны РФФИ и доложены в принятых отчетах.
-
Основные результаты:
В результате выполнения Проекта будет получена информация о современном состоянии генофонда и генетической изменчивости в популяциях сельдей и корюшек и на основании маркеров ядерной ДНК (микросателлитных локусов). Получены данные о пространственной дифференциации этих видов, как на арктической части ареала, так и на основном тихоокеанском. Проведен сравнительный анализ и проанализированы возможные механизмы и закономерности формообразовательных процессов, происходящих у исследуемых видов в сходных историко-геологических условиях, связанных как с недавней колонизацией арктических местообитаний после оледенения, так и с обитанием в нестабильных суровых климатических условиях на краю видового ареала. Информация о популяционно-генетической структуре этих видов, генетических взаимоотношениях группировок и современном состоянии генофонда на исследуемом ареале будет абсолютно новой для науки. Многолетние исследования генетической изменчивости сельдей позволят получить информацию о темпоральных аспектах их популяционно-генетической структуры, что даст дополнительные возможности для обсуждения микроэволюционных процессов в популяциях и оценки возможного воздействия флуктуаций окружающей среды. Поскольку исследуемые виды являются важными объектами промышленного рыболовства, информация об их популяционно-генетической структуре может иметь прикладное значение с точки зрения использования при совершенствовании методов мониторинга состояния промысловых биоресурсов, создания основы для разработки методов рациональной и эффективной эксплуатации рыбных ресурсов, формирования российской позиции в международных рыболовных организациях. Полученные результаты будут опубликованы в журналах, индексируемых в базах WoS или Scopus
- Добавил в систему: Семенова Анна Викторовна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Генетическая дифференциация арктических и тихоокеанских популяций сельдей Clupea pallasii и корюшек Osmerus dentex по микросателлитным маркерам |
| Результаты этапа: Проведен сбор, генетический анализ по 10 микросателлитным локусам, статистическая обработка данных выборок азиатской корюшки из Белого, Охотского и Берингова морей (около 500 экз.).Установлено, что степень генетической дифференциации корюшки Охотского и Берингова морей достоверно значима и составляет θ = 2.8%. При этом, общая генетическая дифференциация выборок корюшки в пределах Берингова моря более чем в 2 раза выше, чем Охотского. Предположение о самостоятельности группировок корюшки на севере и на юге Западной Камчатки (Охотское море), основанное на различиях некоторых морфометрических признаков, а также на свойстве вида не совершать продолжительных морских миграций не подтверждается нашими данными. Не показано, также, генетических различий между выборками корюшки, принадлежащим к предположительно разным экологическим группировкам – морским и лиманным. Среди корюшки Белого моря выборки из Кандалакшского залива характеризуются меньшими значениями генетического разнообразия по сравнению с выборкой Мезенского залива. Показана достоверная генетическая дивергенция между корюшкой Кандалакшского и Мезенского заливов, общая оценка генетической дифференциации θ = 7.8%. Показано, что генетическая изменчивость корюшки в Белом море значительно ниже, чем на тихоокеанском ареале, в водах Охотского и Берингова побережий Камчатки. Кроме того, в пределах Белого моря дифференциация корюшки более чем в 2 раза превышает различия между корюшкой Охотского и Берингова морей, что вызывает вопросы о причинах такой значительной дифференциации. Полученные результаты позволяют предполагать значительную популяционно-генетическую дифференциацию корюшки Белого моря, вплоть до наличия группировок, возможно, даже подвидового статуса. | ||
| 2 | 1 января 2020 г.-26 декабря 2020 г. | Генетическая дифференциация арктических и тихоокеанских популяций сельдей Clupea pallasii и корюшек Osmerus dentex по микросателлитным маркерам |
| Результаты этапа: Проведен сбор, морфо-биологический анализ, генотипирование по 10 микросателлитным локусам, статистическая обработка данных 15 выборок азиатской корюшки из Белого, Карского, Берингова, Охотского морей (более 630 экз.) и 5 выборок тихоокеанской сельди из Карского, Чукотского и Берингова морей (более 260 экз.). Показан сходный уровень генетической изменчивости по микросателлитным локусам у трех географических подвидов тихоокеанской сельди - Сlupea pallasii pallasii, C.p. marisalbi и C.p.suworowi, являющийся отражением, как исторических процессов послеледникового расселения вида, так и результатом действия современных демографических и климатических факторов. Результаты многомерного дискриминантного анализа иллюстрируют сходство тихоокеанской сельди различных акваторий ареала по комплексу меристических признаков. Генетическая структура на макрогеографической шкале наиболее выражена между тремя подвидами сельди, при этом уровень генетической дифференциации в пределах каждого из подвидов неодинаков. Сельдь тихоокеанского ареала С. p. pallasii дифференцирована только на уровне крупных бассейнов – Охотского и Берингова морей, что свидетельствует о значительном уровне генетического обмена между популяциями морской сельди на северо-востоке России. Генетические различия между подвидами сельди европейской части ареала, практически сходные с различиями с тихоокеанской сельдью, демонстрируют ограничение обмена генами между C. p. marisalbi и С. p. suworowi. Среди сельди Чешско–Печорского района и Карского моря генетических различий не обнаружено, что подтверждает единство популяции сельди в этом районе и значительный уровень генетического обмена и миграций в пределах подвида С. p. suworowi. В то же время, поток генов у сельди Белого моря ограничен на очень небольшой пространственной шкале. Временная изоляция и ограничение распространения ранних стадий развития сельди от мест нереста, а также неравный уровень интрогрессии генов атлантической сельди в локальные популяции беломорской сельди являются основными факторами, которые определяют популяционную структуру вида в Белом море. Установлен неравный уровень интрогрессии генов атлантической сельди в популяции беломорской сельди, которые относятся к различным экологическим формам по срокам нереста - летненерестующим и весенненерестующим, а также в популяцию чешско-печорской сельди. Наибольшее влияние гибридизации выявлено у летненерестующей сельди Белого моря, число гибридных потомков у которых более чем в 5 раз превышает таковое у весенненерестующей сельди. Возможно, именно интрогрессивная гибридизация явилась основным источником адаптивных возможностей для тихоокеанской сельди Белого и Баренцева морей, позволившим сформировать в новых для вида условиях сложную иерархическую популяционную структуру, представленную локальными группировками и сезонными расами. Уровень гибридизации может сильно варьировать год от года в зависимости от динамики численности норвежской весенне-нерестующей (атланто-скандинавской) сельди и временных изменений климатических факторов. | ||
| 3 | 1 января 2021 г.-28 декабря 2021 г. | Генетическая дифференциация арктических и тихоокеанских популяций сельдей Clupea pallasii и корюшек Osmerus dentex по микросателлитным маркерам |
| Результаты этапа: Основой для выполнения проекта послужили выборки тихоокеанской сельди (более 1700 экз. из 40 локальностей) и азиатской зубастой корюшки (около 1300 экз. из 29 локальностей) из Белого, Баренцева, Карского, Чукотского, Берингова, Охотского и Японского морей. Комплексные исследования включали морфо-экологический анализ, а также молекулярно-генетические методы оценки генетической изменчивости на основании микросателлитных локусов ДНК. На примере исследованных видов показано, что их во многом сходная иерархическая популяционно-генетическая структура обусловлена сходной филогенетической историей и климатическими условиями арктического и тихоокеанского ареалов. При этом, современные факторы могут сильно изменять исторически обусловленную пространственную структуру генетического разнообразия видов, что можно наблюдать у сельди. Значительный уровень дивергенции показан у сельди и корюшки на обширном ареале от Белого до Японского морей. Генетическая структура на макрогеографической шкале наиболее выражена между тремя подвидами сельди, C.p.pallasii, C.p.suworowi и C.p.marisalbi. Наибольшие генетические различия у корюшки Osmerus dentex выявлены между выборками Арктического бассейна и Тихого океана. Генетические различия между подвидами сельди C.p.marisalbi и С.p.suworowi европейской части ареала практически сходны с различиями с тихоокеанской сельдью. Одной из причин этой дифференциации является пространственная изоляция и ограниченные связи между популяциями. В пределах Арктического региона дифференциация корюшки выражена значительно сильнее, чем в Тихом океане. Достоверно значимые оценки генетической дифференциации между всеми группировками корюшки из заливов Белого моря и Карского моря свидетельствуют об ограничении генетического обмена между популяциями корюшки в районе Европейского Севера. Также и у сельди Белого моря поток генов ограничен на очень небольшой пространственной шкале, при этом сельдь Чешско–Печорского района и Карского моря является репродуктивно единой популяцией. В Белом море показано существование стабильных репродуктивно изолированных группировок сельди с различным временем нереста, а также локальных популяций в каждом из заливов. Сделано предположение, что специфические гидрологические особенности водного тела Белого моря, ограничивающие распространение особей на ранних стадиях развития от мест их рождения, являются важным фактором, влияющим на популяционную структуру исследуемых видов, и способствуют изоляции и генетической дивергенции локальных группировок. У сельди в поддержание репродуктивной обособленности вносят вклад и различия в сроках нереста. Популяции сельди и корюшки на основном ареале в Тихом океане характеризуются меньшими показателями генетической дифференциации и структурированы только на большой пространственной шкале. Сельдь С.p.pallasii дифференцирована только на уровне крупных бассейнов – Охотского и Берингова морей. У азиатской корюшки достоверные различия показаны между выборками Восточного побережья Камчатки (Берингово море), Западного побережья Камчатки (Охотское море), северной частью Охотского моря, группировками юго-восточной части Охотского моря и Японского моря. Эта дифференциация соответствует гипотезе изоляции расстоянием, т.е. во многом обусловлена значительными географическими расстояниями между популяциями корюшки. Генетическая дифференциация показана между некоторыми выборками Японского и Охотского морей. При этом, выборка северной части Японского моря сходна с популяциями Охотского моря, что вызывает вопрос о реальной биогеографической границе Японского и Охотского морей. Среди группировок Западной Камчатки выявлен значительный уровень потока генов. Предположение о самостоятельности группировок корюшки на севере и на юге Западной Камчатки, а также о различиях морской и лиманной экологических форм корюшки не подтверждается нашими данными. Основными факторами, определяющими современную популяционно-генетическую структуру этих видов на тихоокеанском ареале являются гидрологические особенности вод, способствующие распространению икры и личинок рыб. Для сельди также выявлена значительная роль миграций. Обнаружено снижение генетического разнообразия у корюшек в Арктике, по сравнению с тихоокеанскими группировками, при этом, генетическая изменчивость в выборках корюшки из Кандалакшского залива была наименьшей среди изученных популяций. Уменьшение генетического разнообразия может быть следствием редукции численности («горлышка бутылки») которая происходила во время заселения корюшкой новых местообитаний. Современные факторы, такие как периферийное пространственное положение популяции, пространственная ограниченность и миграционные барьеры, также принимают участие в формировании наблюдаемых паттернов генетической изменчивости и дифференциации. Показан сходный уровень генетической изменчивости у сельди, принадлежащей к трем географическим подвидам, C.p.pallasii, C.p.suworowi и C.p.marisalbi, являющийся отражением как исторических процессов послеледникового расселения вида, так и результатом действия современных демографических и климатических факторов. В настоящее время только популяции C. p. suworowi демонстрируют некоторое снижение генетической изменчивости по ядерным маркерам, в то время как беломорские C. p. marisalbi практически не отличаются по оценкам генетического разнообразия от тихоокеанской сельди С. p. pallasii на основном ареале. Одной из причин формирования сравнительно высокого уровня генетической изменчивости беломорской сельди (по сравнению с популяцией чешско-печорской сельди) может быть пространственное разнообразие условий окружающей среды в Белом море, способствующее поддержанию высокого уровня генетического разнообразия данного подвида. Кроме того, установлен неравный уровень интрогрессии генов атлантической сельди в популяции беломорской сельди, которые относятся к различным экологическим формам по срокам нереста, а также в популяцию чешско-печорской сельди, что может быть существенным фактором увеличения генотипической и фенотипической изменчивости для сельди и потенциальным источником адаптивной эволюции. Снижение генетического разнообразия в некоторых популяциях сельди и корюшки в водах Европейского Севера могут быть отражением как событий давнего прошлого в процессе колонизации новых пространств, так и современных условий обитания на периферии видового ареала, пространственной ограниченности локальных популяций, в сочетании с суровыми и нестабильными климатическими условиями, которые существуют в настоящее время в морях Арктического побережья. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".