Введение к работе
Актуальность проблемы. Несмотря на интенсивное внедрение в популяционную генетику методов молекулярной биологии, позволяющих выявлять изменчивость ядерной и митохондриальной ДНК, генетически детерминированные варианты ферментов (аллозимы), выявляемые методом зимограмм (сочетание гель-электрофореза ферментов с последующим гистохимическим окрашиванием на специфическую ферментативную активность) продолжают оставаться наиболее широко распространенными генными маркерами, используемыми в популяционной и эволюционной генетике,' таксономии, рыбохозяйственной и сельскохозяйственной науке. Пичинами широкого использования аллозимных маркеров являются относительная простота и дешевизна метода зимограмм, его огромная производительность, позволяющая получать сведения о генотипическом составе популяций любых видов животных и растений. При этом каждый индивид легко может быть охарактеризован по нескольким десяткам генных локусов. Поэтому актуальным является всестороннее изучение уровня и характера этой изменчивости (обычно называемой аллозимной) у максимально широкого спектра видов разной экологии, таксономического положения, биогеографической принадлежности. Продолжает быть актуальной разработка методов количественной оценки и статистического анализа этой изменчивости.
Изучение популяционно-генетической структуры видов морских беспозвоночных, менее изученных в сравнении с наземными видами, является актуальным, поскольку морские беспозвоночные характеризуются целым спектром особенностей биологии, многие из которых отсутствуют у наземных беспозвоночных. Таким образом, данные по популяционно-генетической структуре морских беспозвоночных значительно дополняют и расширяют понимание микроэволюционных процессов, которое было достигнуто при исследовании наземных видов. Кроме того, поскольку большинство из изученных нами в этом отношении видов являются ценными объектами промысла, сведения о популяционно-генетической структуре этих видов существенны для рыбохозяйственной науки и практики. Эти сведения также полезны для разработки мероприятий по сохранению и рациональному использованию биологических ресурсов, сохранению популяций редких и находящихся в опасности видов.
Целью исследований является изучение уровня и характера аллозимной изменчивости у морских беспозвоночных - обширной группы животных, недостаточно изученных в этом отношении. В работе решаются следующие задачи:
1) оценить уровень внутривидового генетического разнообразия (с использованием аллозимов как маркеров генов) у доступных видов морских моллюсков и иглокожих и сопоставить его с аналогичными показа-
телями, полученными другими авторами на других видах этих же таксономических групп, а также у видов другого таксономического и биогеографического положения;
-
на основе собственных данных, данных сотрудников лаборатории автора, а также литературных данных (собранных в систематизированную базу данных), рассмотреть основные факторы, определяющие уровень и характер аллозимной изменчивости у морских беспозвоночных;
-
используя аллозимы, как маркеры генов, исследовать популя-ционно-генетическую структуру нескольких экономически важных (промысловых) видов, а также некоторых повсеместно встречающихся (в зал. Петра Великого) видов донных беспозвоночных (моллюсков и иглокожих);
-
рассмотреть, модифицировать и предложить новые количественные показатели генетической изменчивости и методы ее анализа.
Научная новизна и значимость работы. Изучена аллозимная изменчивость у 20 видов морских моллюсков и иглокожих, ранее не изученных в этом отношении. На основе анализа собственных и обширных литературных данных (систематизированных в форме базы данных) показано, что морские беспозвоночные обладают значительно более высоким уровнем генного разнообразия, чем наземные беспозвоночные (включая пресноводных). Предложен новый показатель генетической изменчивости популяции - гетерозиготность полиморфной части генома, что позволило отчетливее увидеть разницу в уровне генного разнообразия у беспозвоночных и позвоночных.
Впервые подробно описана популяционно-генетическая структура у трех ценных промысловых моллюсков - гигантской устрицы, приморского гребешка и мидии Грея в российской части их видового ареала. Выявлено наличие микропространственной генетической гетерогенности в поселениях мидии Грея, что является веским свидетельством действия дифференцирующего естественного отбора на участки генома этой мидии, маркируемые исследованными генами. Выявлены возрастные изменения частот аллелей (по трем аллозимным локусам) в поселении литорального брюхоногого моллюска Littorina sitkana, что также рассматривается как свидетельство действия естественного отбора на аллозимную изменчивость. Предложен новый подход для анализа двулокусных генотипических ассоциаций, который позволил выявить неравновесие по сцеплению (по аллозимным локусам) в популяции морского моллюска (приморского гребешка).
Предложенное в работе понимание соотношения нейтральной и селективно значимой изменчивости позволяет более эффективно планировать исследования для выявления влияния экологических и биологических особенностей вида на уровень и характер аллозимной изменчивости.
Подробное описание популяционно-генетической структуры у ценных промысловых видов (гребешка и устрицы) имеет очевидную практическую ценность, поскольку конкретные популяции (или популяционные системы) являются единицами учета запасов и управления ресурсами эксплуатируемых видов, а также единицами, на которые направлены охранные мероприятия в случае видов, находящихся в опасности.
Три из сделанных в ходе работы компьютерных программ -MULTTEST (Зайкин, Пудовкин, 1991), CHIHW и CHIRXC (Zaykin, Pu-dovkin, 1993) оказались полезными для многих исследователей, о чем можно судить по довольно частому их цитированию.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Советско-Американском симпозиуме по программе "Биологическая продуктивность мирового океана" (Ленинград, 1976), I и II Всесоюзных конференциях по морской биологии (Владивосток, 1977, 1982), II Всесоюзном совещании по биохимической генетике, кариологи-ческому полиморфизму и мутагенезу у рыб (Ленинград, 1978), XIV Международном генетическом конгрессе (Москва, 1978), XIV Тихоокеанском научном конгрессе (Хабаровск, 1979), IV и V Съездах ВОГиС (Кишинев, 1982, Москва, 1987), II Всесоюзном съезде океанологов (Ялта, 1982), III Всесоюзном совещании по проблемам рационального использования промысловых беспозвоночных (Калининград, 1982), V и VI Всесоюзных симпозиумах "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва, 1983, 1987), I Всесоюзной конференции по проблемам эволюции (Москва, 1985), III Всесоюзном совещании по генетике, селекции и гибридизации рыб (Тарту, 1986), семинаре Центра демографической и популяционной генетики Техасского университета (США, Хьюстон, 1988), семинаре Отделения экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета (США, Ирвайн, 1988), семинарах Бодегской морской лаборатории Калифорнийского университета (США, Бодега-Бей, 1988,1994), III Школе-семинаре по генетике и селекции животных (Новосибирск, 1989), VIII Международном совещании по пектинидам (Франция, Шербур, 1991), VII Международном конгрессе по изозимам (Новосибирск, 1992), семинаре Колледжа по морским наукам Университета штата Делавер (США, Луис, 1992), семинаре Морской биологической лаборатории Гётеборгского университета (Швеция, Чарно, 1995), семинаре Отделения биологических наук Университета штата Монтана (США, Миссула, 1996), семинаре Лаборатории генома и популяций Университета Монпелье (Франция, Сэт, 1997).
Публикации. Результаты исследований, выполненных по теме диссертации, изложены в 44 работах.
Объем диссертации и ее структура. Диссертация представлена к защите в виде научного доклада, изложенного на 67 страницах; содержит 18 рисунков и 16 таблиц.