Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 11
1.1 Феномен гибридизации 11
1.1.1. Классификация, распространение и значимость в природе, интрогрессия 13
1.1.2. Изолирующие механизмы вида и случаи их нарушения 16
1.1.3. Гибридные зоны и их типы 19
1.2. Типы ареалов 21
1.3. Географическая изменчивость популяций 24
1.3.1. Типы генетической изменчивости 25
1.3.2. Гено- и филогеография 28
1.4. Современные методы генетики и молекулярные маркеры 31
1.4.1. Метод ПДРФ-анализа: область применения 31
1.4.2. Метод RAPD-PCR анализа: суть, область применения, преимущества и ограничения 33
1.4.3. Секвенирование и использование кодирующих последовательностей в генетических исследованиях 37
ГЛАВА 2. Материал и методы 41
2.1 Материал и места сбора образцов 41
2.2. Методы 48
2.2.1. Выделение ДНК 48
2.2.2. Анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) 48
2.2.3. RAPD-PCR анализ 49
2.2.4. Секвенирование 50
2.2.5. Статистический анализ 51
ГЛАВА 3. Генетические свидетельства гибридизации сусликов Spermophilusmajor и s. erythrogenys 56
3.1. Распространение и экологические адаптации S. major и S. erythrogenys 56
3.2. Сравнительный RAPD-PCR - анализ сусликов S. major и S. erythrogenys. 59
3.3. Обширная интрогрессия генов цитохрома b мтДНК S. е. hrevicauda в зоне гибридизации S. major и S. erythrogenys 73
ГЛАВА 4. Генетическое и таксономическое разнообразие домовых мышей надвида mus musculus азиатской части бывшего СССР 80
4.1. Распространение, особенности экологии и систематика домовой мыши Mils musculus 80
4.2. Распределение генетического разнообразия внутри и между локальными популяциями 85
ГЛАВА 5. Генетическая изменчивость и географическая дифференциация трех видов ворон рода corvus 102
5.1. Ареалы и биологические особенности черной Corvus согопе, серой С. comix и большеклювои С. macrorhynchos ворон 102
5.2. Особенности генетического разнообразия черной Corvus согопе, серой С. comix ворон и их фенотипических гибридов 106
5.2.1. Анализ ПДРФ геномной ДНК ворон 106
5.2.2. RAPD-PCR анализ черной, серой ворон и их гибридов 111
5.3. Филогенетические связи черной Corvus согопе, серой С. comix и большеклювои С. macrorhynchos ворон 117
5.4. Географическая и межвидовая дифференциация черной и большеклювои ворон из материковой и островной частей видовых ареалов 121
ГЛАВА 6. Обсуждение результатов 133
6.1. Особенности молекулярной организации геномов гибридов и механизмы генетической изоляции 133
6.2. Генетическое разнообразие популяций гибридизирующих форм и их фенотипических гибридов 137
6.3. Уровень и направление интрогрессии последовательностей ядерной и митохондриальной ДНК 147
Выводы 160
Литература 162
- Феномен гибридизации
- Материал и места сбора образцов
- Распространение и экологические адаптации S. major и S. erythrogenys
- Распространение, особенности экологии и систематика домовой мыши Mils musculus
Введение к работе
Актуальность проблемы
Феномен гибридизации является одной из интереснейших биологических проблем, которую пытаются решить ученые со времени его открытия. Гибридные зоны предоставляют уникальный экспериментальный материал для исследования микроэволюционных процессов в природных популяциях. Термин "гибридизация" имеет многообразные смысловые трактовки и включает в себя широкий круг явлений - от скрещивания двух особей из одной популяции до обмена генными пулами между популяциями, видами и т.д. Генетические аспекты гибридизации и сами гибридные зоны животных и растений, которые в природе отнюдь не редкость в большинстве случаев изучены недостаточно.
Проблема гибридизации у видов с перекрывающимися ареалами, в особенности у грызунов, интенсивно исследуется на разных таксономических уровнях. Выявленные факты гибридизации ставят под сомнение таксономический статус вступающих в гибридизацию форм, что требует с одной стороны четкого определения вида, а с другой стороны - пересмотра ее значения для видообразования. Если происходит естественная гибридизация между таксонами, которые ранее считались видами (а естественная гибридизация по Майру возможна и случается только между близкородственными таксонами такими, как подвиды), то в результате происходит перемешивание (гомогенизация) признаков и утрата генетической информации (или признаков), дифференцирующей и отделяющей их друг от друга.
Выяснение таксономического статуса гибридизирующих форм является одной из актуальных задач современной биологии, тесно связанной с проблемой границ вида (Панов, 1993). У многих форм, которые образуют устойчивые гибридные зоны, этот вопрос до конца не решен, главным образом из-за разной трактовки объема вида в различных концепциях. Причины и биологическое значение повышенной изменчивости гибридов, роль .гибридизации в эволюции, возможность оценки таксономического ранга скрещивающихся форм представляют несомненный интерес и нуждаются в тщательном изучении с применением комплекса современных методических подходов. Современные
5 молекулярно-генетические методы позволяют в ряде случаев выявить скрытую межвидовую гибридизацию, определить ее генетические границы и направление интрогресии, установить генетическую дискретность таксонов.
Одним из примеров животных, обладающих подвидовой гибридизацией, является домовая мышь Mus muscuius, Linnaeus, 1758. Она является космополитом и постоянным спутником человека многие тысячелетия. Однако внутривидовая систематика этой во многих отношениях интересной группы грызунов до конца не разработана. Проблема таксономии домовых мышей интересовала исследователей на протяжении всего периода становления систематики грызунов (Аргиропуло, 1940; Виноградов, Аргиропуло, 1941; Виноградов, Громов, 1952). Домовую мышь считали единым видом, и только применение биохимических методов в систематике М. miisculics, выявившим ее генетическую разнородность, привело к увеличению научного интереса к данному таксону (Schwartz, Schwartz, 1943; Britton et al., 1976; Britton, Thaler, 1978; Bonhomme et al., 1983).
Большое разнообразие форм Mus miisciilns (от 15 до 60 подвидов). выявляемое зоологами на основании морфологических, этологических и экологических признаков, сделало ее систематику очень громоздкой и запутанной. Применение современных генетических методов привело к пересмотру систематики домовой мыши на всем обширном ее ареале. Этот надвидовой комплекс хорошо изучен на территории Евразии, особенно в европейской части, в Закавказье и Японии, где проходят зоны гибридизации разных форм Mus musculus (Bonhomme et al., 1983; Moriwaki, 1994; Межжерин, 1994; Selander et al., 1969; Selander, 1970; Межжерин, Котенкова, 1989; Фрисман и др., 1990; Коробицына и др., 1990; Minezawa et al., 1980 и др.).
Восточноазиатская часть ареала Mus musculus на территории России интенсивно изучается на уровне биохимических, хромосомных, митохондриальных маркеров, ПДРФ яДНК (Межжерин, Котенкова, 1989; Фрисман и др., 1990; Коробицына и др., 1990; Якименко и др., 2003; Minezawa et al., 1980), однако их данные не всегда коррелируют между собой. В работе впервые дана подробная количественная оценка генетической изменчивости домовой мыши и реконструированы филогенетические связи отдельных локальных популяций,
тогда как большинство предыдущих исследований было сосредоточено на поиске морфологических, кариологических и биохимических маркеров.
Классическим примером запутанной таксономической проблемы являются взаимоотношения широко распространенных и хорошо известных представителей семейства Corvidae - серой Corvus comix Linnaeus, 1758 и черной Corvus cor one Linnaeus, 1758 ворон. Одни орнитологи рассматривают черную и серую вороны как разные биологические виды (Степанян, 1990), другие придерживаются точки зрения об их конспецифичности (Sibley, Monroe, 1990; Saino et al., 1992; King, 1994), либо включают их в надвид вместе с тремя другими видами (Madge, 2000). Выяснение таксономического статуса этих форм осложняется, прежде всего, наличием зон их гибридизации (Madge, 2000). В случае выраженных морфологических различий между гибридизирующими формами их иногда называют "полувидами", считая их статус переходным. Два подвида черной вороны - европейская С. с. согопе и восточноазиатская С. с. orientalis - по мнению Мэдж менее близки друг к другу, чем к серой вороне, ареал которой расположен между ареалами этих подвидов. Серая и черная вороны имеют сходные пропорции и размеры, вокализацию, ясно замещают друг друга географически и свободно гибридизируют, производя фертилы-юе потомство в местах контакта и перекрывания ареалов (Блинов и др., 1993; Saino, Scatizzi, 1991).
Для европейской и сибирской гибридных зон был проведен генетический анализ скрещивающихся форм и их фенотипических гибридов, дана оценка генных потоков между популяциями и уровней генетического полиморфизма популяций (Saino et al., 1992). Однако результаты аллозимного анализа (Saino et al., 1992; Крюков и др., 1992), геномной дактилоскопии (Уфыркина и др., 1995), а таюке анализа ПДРФ (полиморфизма длин рестрикционных фрагментов) в участках повторяющейся геномной ДНК (Челомина и др., 1995), генах рибосомной РНК (рДНК) серой и черной ворон (Chelomina et al., 2001) и данные секвенирования участка гена цитохрома Ъ мтДНК (Крюков, Сузуки, 2000) оставили вопрос о наличии генетических маркеров для этих форм открытым, что позволяет давать и разные таксономические оценки.
Третий пример это гибридизация двух видов рода Sperinophilns - большого Spermophilns major Pallas, 1778 и краснощекого S. erythrogenys Brandt, 1843
7 сусликов. Эти виды стали широко известными среди зоологов благодаря множеству дискуссий в связи с неясностью их систематического положения (Ellerman, Morrison-Scott, 1951; Громов и др., 1965), неполной определенностью границ ареалов, а также существованием между ними зоны гибридизации (Громов, Ербаева, 1995; Никольский, 1984а.). В настоящее время их видовая самостоятельность не вызывает сомнений (Никольский, Стариков, 1997). В частности, виды хорошо дифференцированы по NOR окрашиванию (Кораблев, 1987), белковому полиморфизму (Кораблев и др., 2003). Определенную ясность в существующие проблемы внесло применение биоакустической диагностики сусликов, возможной благодаря видоспецифичности предупреждающего об опасности сигнала всех видов рода Spermophilns Евразии (Никольский, 1984а; Никольский, Стариков, 1997).
В результате удалось не только уточнить существенные отличия обоих видов, но и выявить зону интерградации (Курганская область, междуречье Ишима и Тобола), где существуют устойчивые поселения межвидовых гибридов. У подавляющего большинства животных данной зоны отмечался нетипичный для обоих видов сигнал с доминированием (по частоте встречаемости) элементов, сближающих их с S. major. Поскольку биоакустическая диагностика, подобно большинству традиционных методов, может лишь косвенно подтверждать гибридное происхождение животных, становится очевидным, что для решения проблемы межвидовой гибридизации сусликов необходимо объединить классические подходы и современные молекулярно-генетические методы, имеющие по сравнению с первыми ряд преимуществ.
Цели и задачи. Цель данной работы- выявление особенностей генетического разнообразия и филогенетических связей позвоночных, гибридизирующих в природе, а таюке общих закономерностей формирования генетического разнообразия в гибридных зонах на примере большого и краснощекого суслика, домовой мыши и серой и черной ворон. Для этого были поставлены следующие задачи:
1) изучить особенности генетического разнообразия гибридизующих форм и их фенотипических гибридов с помощью мультилокусных RAPD-маркеров;
по данным RAPD-анализа реконструировать филогенетические взаимоотношения между родительскими формами и их фенотипическими гибридами на уровне отдельных особей, локальных популяций;
провести анализ филогеографической и популяционно-генетической структуры сусликов с использованием полноразмерной последовательности гена цитохрома Ь мтДНК;
выявить молекулярные маркеры для гибридизующих таксонов и их фенотипических гибридов, - а также особенности географического распределения этих маркеров;
дать оценку уровня и направления интрогрессии маркеров ядерной и митохондриальной ДНК (с привлечением литературных данных) в разных гибридных зонах;
обсудить возможные механизмы генетической изоляции у изученных таксонов.
Научная новизна
Впервые с помощью молекулярных маркеров ядерной и митохондриальной ДНК проведены генетические исследования животных из зоны гибридизации большого и краснощекого сусликов в междуречье Тобола и Ишима. Реконструированы филогенетические связи гаплотипов их митохондриальной ДНК с другими родственными видами. Показана широкая интрогрессия генов цитохрома Ъ митохондриальной ДНК S. е. brevicanda в зонах его контакта с другими видами и за их пределами. Получены новая генетическая информация для гибридной зоны черной и серой ворон в Сибири и обширной гибридной зоны домовой мыши на Дальнем Востоке, новые данные организации генетического разнообразия в зонах гибридизации. Изучены распределение и уровни внутривидовой генетической изменчивости и генетической дифференциации между родительскими видами и их гибридами. Уточнены филогенетические связи некоторых гибридизирующих в природе видов грызунов и птиц.
9 Теоретическая и практическая значимость работы
В проведенном исследовании содержатся новые данные по генетическому разнообразию некоторых гибридизирующих видов грызунов и птиц. Полученные результаты демонстрируют важность использования генетических методов в исследовании гибридизации позвоночных, поскольку они позволяют оценить эффекты, недоступные для морфологического анализа. Выяснение генетических характеристик гибридизирующих форм и их гибридных потомков проясняют представление об адаптивных особенностях геномов гибридов и роли гибридизации в микроэволюционных процессах.
Исследуемые в работе виды имеют важное практическое значение. В последние десятилетия наблюдается значительный рост численности врановых, что привело к увеличению их отрицательной роли в сельском и охотничьем хозяйстве (Блинов, 1998). Домовая мышь и суслики имеют исключительно большое эпидемиологическое значение (это основные переносчики возбудителей чумы и туляремии, сыпнотифозных лихорадок, лептоспироза, трихинеллеза и др. опасных заболеваний). Кроме того, домовые мыши являются универсальным объектом лабораторных исследований, а суслики своей роющей деятельностью изменяют микроландшафт, вносят существенный вклад в почвообразование и формирование растительности. У некоторых видов сусликов наблюдается снижение численности, принимающее угрожающий характер.
Знание популяционно-генетической структуры перечисленных объектов, потенциальных последствий их контакта с родственными видами необходимы для прогнозирования возможных путей переноса инфекций, опасных для человека и животных. Кроме того, для сусликов токая информация полезна при разработке адекватных стратегий сохранения редких видов, а для врановых - при проведении мероприятий по регулированию их численности.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы 193 страниц. Работа содержит 18 таблиц и 38 рисунков. В списке литературы 353 наименований, из них 207 на иностранных языках.
Публикации и апробация результатов
По теме диссертации опубликовано 14 работ. Результаты доложены на конференциях-конкурсах молодых ученых Биолого-почвенного института ДВО РАН (1997, 1998, 1999), на международном симпозиуме "Современные достижения в экологической, популяционной и эволюционной генетике" (MAPEEG) Владивосток (1998), на Российско-Японском симпозиуме по эволюционной генетике, Владивосток (1999), на междунородной конференции "International Symposium on species and genetic diversity of wild animals in East Asia" Хаяма, Япония (2000), на российской научной конференции "Суслики Евразии (роды Spermophihis, Spermophilopsis): происхождение, систематика, экология, поведение, сохранение видового разнообразия" Москва (2005).
Феномен гибридизации
Процесс гибридизации, преимущественно естественной, наблюдали очень давно. Животные-гибриды (например, мулы) были описаны уже за 2 тыс. лет до н. э. Возможность искусственного получения гибридов предположил немецкий учёный Р. Камерариус (1694), а впервые искусственную гибридизацию осуществил английский садовод Т. Фэрчайлд, скрестив в 1717 г. разные виды гвоздик. Основателем учения о поле и гибридизации у растений считается И. Г. Кёльрёйтер {Koelr enter, 1761), получивший гибриды двух видов табака - Nicotiana paniculata и N. rustica. Опытами по гибридизации гороха Г. Мендель заложил научные основы генетики (Mendel, 1866; Баранов, 1955; Гайсинович, 1967).
Считавшаяся ранее редким событием, естественная гибридизация в последнее время все чаще описывается у разных групп позвоночных. Феномен гибридизации проявляется как в отдельных случаях, так и выливается в закономерный процесс, со всевозможными проявлениями. В настоящее время в природе гибридизация обнаружена у 883 видов птиц (10% от общего числа видов мировой орнитофауны) (Шварц, 1980; Панов, 1989; Паевский, 2004). Подробно изучена гибридизация разных видов сорокопутов (Панов, 1972; Панов, Крюков, 1973; Eck, 1973; Крюков, Панов, 1980; Kryukov, 1995), дубоносов (Kroodsma, 1974), тетеревиных (Sttiwe, 1971), чаек (Harris, 1970), цапель (Harrison, Harrison, 1968).
Среди рептилий межвидовых гибридов меньше. Мертенс (Mertens, 1950, 1956, 1963) приводит данные о гибридах черепах, ящериц, змей, описывая 14 межвидовых гибридов, многие из которых плодовиты (Darevski, 1983). Фертильны гибриды Lacerta trilineata х L. viridis (Nettmann, Silke, 1974) и двух видов полозов: Elaphe guttata х Е. quadrivittata (Lederer, 1950).
Специально поставленные эксперименты показали (Montalenti, 1938), что, по крайней мере, 7% известных межвидовых гибридов амфибий плодовиты. Таких гибридов дают многие виды жаб (род Bufo). Например, гибридизация двух видов жаб Bufo fowleri и В. americanus, вызванная нарушением экологических преград между этими видами вследствие развития сельского хозяйства (Blair, 1941).
Описаны межвидовые гибриды у тритонов рода Taricha (Twitty. 1964). Интересно, что они отличаются большой скоростью метаморфоза.
Среди млекопитающих плодовитых гибридов дают различные виды семейства псовых, рода коз (известно 7 межвидовых гибридов), рода овец (известно 3 межвидовых гибрида), рода лам (4 межвидовых гибрида), семейства быков (8 межвидовых и даже межродовых гибридов) (Gray, 1954, цит. по: Шварц, 1980; Harrington, 1973), грызунов (суслики, сурки, домовые мыши) (Бажанов, 1944; Денисов, 1963; Никольский, Стариков, 1997;) и т. д.
Для насекомых выявлены случаи гибридизации у бабочек из рода Parnassius (Descimon, Geiger, 1988; Захаров, 2001), видов из рода молей Lymantria (Garner, Slavicec, 1996; Schreiber et al., 1997) и симпатричных видов Choristoneura (Denervo et al., 1998), у двух близкородственных видов саранчовых Chorthippus albomarginatus и Ch. oschei (Vedenina, Helversen, 2003)
Нарушение действия изолирующих механизмов на разных их уровнях (пре-и посткопуляционном, зиготическом и т.д.), редкость одного из родительских видов, разрушение биотопов способствуют распространению гибридизации (Майр, 1974). Однако в своих более поздних работах Майр признает возможность межвидовой гибридизации, в которой гибриды являются всегда менее жизнеспособными и даже стерильными и поэтому видовая целостность сохраняется (Мауг, 1996). Согласно Майру (Майр, 1968), эволюционное значение гибридизации в разных группах животных незначительно. Феномен гибридизации, исходя из его концепции, в которой отстаивается адаптивность "изолирующих механизмов" и нарушение которых имеет негативное значение, приводит к "напрасной" трате гамет и разрушает высоко интегрированные генные комплексы (Майр, 1968). Однако многие биологи придают гибридизации большое значение, считая, что она увеличивает генетическую изменчивость и способствует накоплению новых адаптации (Даревский, 1974; Васильев, 1985; Панов, 1989) и. таким образом должна рассматриваться в качестве "поставщика" эволюционного материала наравне с другими типами наследственной изменчивости (рекомбинации, мутации и т. д.). Для гибридных зон во многих случаях установлено повышение уровня полиморфизма, средней гетерозиготности и среднего числа аллелей на локус (Barton, Hewitt, 1989). В последнее время все чаще гибридизация, особенно в сочетании с полиплоидией и однополым размножением рассматривается в роли источника формообразования (Даревский, 1974; Darevsky, 1983).
Понятие "гибридизация" может рассматриваться как в широком смысле, предполагая скрещивание двух любых генетически различных особей, принадлежащих к одной популяции, так и в узком смысле, подразумевая обмен генами между популяциями, относящимися к разным видам, родам и т.д. Некоторые авторы применяли понятие "гибридизация" только к случаям вторичной интерградации (Майр, 1968; Short, 1969), либо ограничили ее использование скрещиваниями между определенно установленными таксонами, обычно видами. Определение гибридизации, "как скрещивание двух популяций или групп популяций, которые различаются по одному или более наследственным признакам", данное Д. Вудруффом (Woodruff, 1973), преодолевает таксономическую проблему, связанную с понятием вида, и не требует оценки жизнеспособности гибридных особей. Изучение гибридных зон и протекающих в них процессов неизбежно порождает круг проблем, с которыми сталкиваются исследователи: таксономических, эволюционных (значение последствий гибридизации для дальнейшей судьбы гибридизирующих таксонов) и формирования изолирующих механизмов (Панов, 1989; 1993; Arnold, 1996). Некоторые из вопросов в рамках этих проблем мы попытались решить в данной работе.
Материал и места сбора образцов
Объектом исследования послужили три вида птиц семейства врановых и три вида грызунов. Общее число исследованных особей составило 166:
1) Два вида сусликов - большой Spermophihis major Pallas, 1778 и краснощекий 5і. erylhrogenys (подвид S. е. brevlcanda Brandt, 1843), а также их фенотипические гибриды из зоны перекрывания ареалов родительских форм (табл. 1, рис. 4). Суслики двух видов отловлены в природных биотопах междуречья
Тобола и Ишима, где наблюдается симпатрия их ареалов, а "чистые" родительские виды - вне этой зоны. Кроме того, для сравнительного анализа гена цитохрома Ъ митохондриальной ДНК использована информация генетического банка данных о 20 последовательностях для восьми видов рода Spermophihis. Всего в анализе использовали 61 образец, из них для RAPD-анализа - 48, а для секвенироваиия 43.
2) Домовая мышь Mus muscuius Linnaeus, 1758 (n=65) из 12 локалитетов (табл. 2, рис. 5). В качестве внешней группы были взяты два близкородственных вида М. abbotti (п=1) и М. spicilegus (п=1). Суммарное количество исследованных образцов составило 67. Домовая мышь была отловлена в разных точках ее ареала, отличающихся по своим эколого-географическим и климатическим условиям, как из природных биотопов, так и человеческого жилища или около него.
3) Три вида ворон - большеклювая ворона Corvus macrorhynchos Wagler, 1827 (п=11) из 5 локалитетов; черная ворона с двумя подвидами С. с. cor one Linnaeus, 1758 и С. с. orientalis из 6 локалитетов (п=15); серая ворона Corvus comix Linnaeus, 1758 из 2 мест (п=6); фенотипические гибриды черной и серой ворон из зоны гибридизации в Западной Сибири (п=5) (табл. 3, рис. 6). Экземпляры трех видов ворон добыты из разных мест их обитания, включая материковую часть и островные изоляты. В качестве внешней группы была взята сорока Pica pica. Всего проанализировано 38 образцов.
Материал был собран как самим автором, так и другими сотрудниками: К.В. Коробицыной, А.П. Крюковым, Л.В. Фрисман, Г.Н. Челоминой, О.В. Уфыркиной, Л.В. Якименко, (БПИ ДВО РАН), А.А. Никольским (МГУ), В.П. Стариковым (СГУ), А.С. Богдановым (ИБР РАН) и X. Сузуки (Университет Хоккайдо), за что автор им глубоко благодарен.
Для анализа ПДРФ ДНК выделяли из ядер клеток печени по стандартной методике (Маниатис и др., 1984), с использованием РНКазы и протеиназы К при последующей обработке фенолом, смесью хлороформ-изоамиловый спирт (24:1), а также переосаждением изопропиловым и этиловым спиртами. Препараты ядерной ДНК использовали в качестве матрицы для рестрикционного анализа, согласно методике, описанной Маниатисом с соавторами (Маниатис и др., 1984).
Для RAPD-PCR и секвенирования тотальную ДНК получали из свежих тканей печени по стандартной методике (Маниатис и др., 1984), с использованием протеиназы Кис последующей обработкой фенолом, смесью хлороформ-изоамиловый спирт, а также переосаждением изопропиловым и этиловым спиртами.
Отношение фермент/ДНК в инкубационной смеси, содержащей 1/10 часть объема 10Х буфера для рестрикции, составляло 1:5. Смесь инкубировали 16 часов при +37С. Реакцию останавливали добавлением 1/5 объема раствора 0,25% бромфенолового синего (БФС) на 30% глицерине.
Для ферментов Alu I (AGjCT), BspR I (GGjCC), Sau За QGATC), Pst I (CTGCAjG), BamH I (GjGATCC), Pvu II (CAGCTG) лучше всего функционирующих при средней ионной силе, готовили средний солевой буфер: 50mMNaCl 10mMtris-HCl,pH7,5 lOmMMgCb 1 тМ дитиотрейтол Для Hind III делали буфер с высокой ионной силой: lOOmMNaCl 50 mM tris-HCl, pH 7,5 lOmMMgCb 1 mM дитиотрейтол
Рестрикционные фрагменты ДНК разделяли в 3,5% и 5%-ном полиакриламидных гелях в 1 х трис-ацетатном буфере (40 гаМ трис-ацетат, 2 mM EDTA, рН 7,8) при напряжении 5 v/cm при комнатной температуре в течение 3 часов (Маниатис и др., 1984). 3,5% (5%) полиакриламидный гель готовили следующим образом:
Полученную смесь хорошо перемешивали и немедленно заливали между стеклянными пластинами с прокладками и гребенкой. Через 30-40 минут, когда гель полимеризуется, удаляли гребенку и промывали лунки водой. По окончании электрофореза гель окрашивали бромистым этидием (0,5 мкг/мл бромистого этидия на 100 мл дистиллированной воды) в течение 45 минут.
Фотографировали гели, окрашенные бромистым этидием, при УФ-свете на фотопленку Микрат-300 через оранжевый светофильтр. В качестве маркера молекулярной массы использовался РМ-гидролизат ДНК фага X.
Распространение и экологические адаптации S. major и S. erythrogenys
Виды рода Spermophilns распространены в Голарктике, покрывая всю Евразию от Австрии до Восточной Сибири, и всюду по западной Северной Америке от штата Аляска до Мексики (Hall, 1981; Hoffmann et al., 1993, цит по: Harrison et al., 2003). Они занимают широкий диапазон сред обитания, включая тропические листопадные леса, жаркие и холодные пустыни, луга и степи, тундру и лесистые местности (Howell, 1938; Nadler et al., 1982; Yensen, Valdes-Alarcon, 1999; цит. no: Harrison et al., 2003). Виды, объединяемые в группу "major ", населяют степные и полупустынные биотопы от Волги до внутренней Монголии и от Новосибирской области до Синьцзяна (Кораблев и др., 2003). Однако их ареал разорван и представляет собой серию больших и малых изолятов, которые разделены значительными географическими барьерами, такими как крупные реки, пустыни и горные массивы.
Явления естественной межвидовой гибридизации не редки для данной группы животных и изучаются как зоологическими методами, так и молекулярно-генетическим анализом. Например, случаи спорадической гибридизации отмечены у большого суслика S. major с малым S. pygmaeus (Бажанов, 1944; Денисов, 1963; Формозов, Никольский, 1986; Ермаков, 1996) и желтым S.fulvus сусликами (Огнев, 1947). Интрогрессивная гибридизация установлена между парапатрическими видами малого S. pygmaeus и крапчатого S. siisliciis сусликов (Денисов, 1963). Не так давно выявлена гибридизация между большим и крапчатым сусликами (Титов, 1999). Все упомянутые виды обитают в Поволжье и имеют частично перекрывающиеся ареалы. Проведенные О.А. Ермаковым с соаторами (2002) молекулярно-генетические исследования этих гибридных зон показали, что доля гибридов в них составляет менее 1%, т.е. гибридизация не носит интрогрессивного характера. Недавно установленные по биоакустическим сигналам случаи гибридизация между большим и краснощеким сусликами в Курганской области (Никольский, Стариков, 1997) послужили поводом для молекулярно-генетических исследований с целью подтверждения генетическими методами фактов гибридизации в этой зоне.
S. major занимает равнинные и предгорные степи России и Казахстана, по остепненным участкам заходит в лесостепную и южную часть лесной зоны, а по луговым участкам речных долин - в полупустыню. Несмотря на высокую скорость размножения и экологическую пластичность, на большей части ареала отмечается снижение численности или исчезновение отдельных популяций большого суслика. Основной причиной этого процесса является сокращение площади постоянного обитания сусликов за счет распашки целинных и залежных земель, однако немалую роль играет и прямое истребление. Численность S. major подвержена резким колебаниям, периоды его массового размножения сменяются депрессией численности, когда в поселениях встречаются единичные животные (Попов, 1960; Артемьев, 1966; Слудский и др., 1969; Некрасов, 1975; Абрахина, 1987). Ввиду различной активности самцов и самок, наблюдаемое соотношение полов у большого суслика претерпевает сезонные колебания. В мае-июне, в связи со снижением активности самцов отмечается преобладание самок (52 - 66%). Однако в период гона и после выхода прибылых зверьков, соотношение обычно близко к 1:1 (Тихвинский, 1932; Попов, 1960; Слудский и др., 1969; Некрасов, 1975). Большой суслик имеет полигамную систему размножения. Ее основу составляют территориальные группировки зверьков, ядро которых образуют агрегации самок и высоко подвижные самцы.
Восточная граница распространения S. major соприкасается с западной границей ареала S. erythrogenys в междуречьях Тобола, Убагана, Ишима и Иртыша. В зоне перекрывания ареалов два вида сусликов биотопически изолированы. Большой суслик населяет преимущественно увлажненные и песчаные биотопы, поэтому во многих местах его называют "луговым" сусликом. В отличие от большого суслика, краснощекий предпочитает сухие и возвышенные территории, степи и полупустыни. Распространен он на юге Западной Сибири, в восточном Казахстане и крайнем северо-западе Китая. На севере своего ареала краснощекий суслик заходит в лесостепь, а на юго-востоке - в горную степь. Чаще всего поселяется на выгонах, обочинах дорог, целинных участках вблизи посевов и даже
на сильно засоленных землях. Пробуждение от спячки происходит в конце марта -в апреле. Вскоре после этого начинается период спаривания. Так же как и у большого суслика, высокая подвижность в период спаривания принадлежит самцам. В выводке рождается в среднем семь-девять детенышей. Залегает в спячку в августе - первой половине сентября. В степных районах краснощекий суслик погружается в спячку только на зиму, а на юге бывает и летняя спячка; в некоторые, особо засушливые, годы зверьки осенью из нор так и не показываются. Таким образом, активный период жизни в некоторые годы не превышает 3 месяцев весны и раннего лета, которых только-только хватает на размножение и накопление жира для спячки.
Два вида рода Spermophilns - большой (Spermophihts major Pallas, 1778) и краснощекий (S. erythrogenys Brandt, 1843) суслики привлекали значительное внимание исследователей в связи со спорностью их систематического положения (Ellerman, Morrison-Scott, 1951; Громов и др., 1965; Громов, Ербаева, 1995), неясностью границ ареалов, а также существованием между ними гибридизации в зонах контакта (Никольский, 1984а; Никольский, Стариков, 1997). В данной работе мы приняли трактовку И.М. Громова о систематическом положении анализируемых видов сусликов (Громов и др., 1965; Громов, Ербаева, 1995) и границах их ареалов, учитывая данные биоакустического, краниометрического (Никольский, 1984а; Никольский, Стариков, 1997; Стариков, 1997), а также цитологического и биохимического анализов (Кораблев и др., 2003), которые относят сусликов с левобережья Иртыша (форма heptneri=nngae) к виду S. erythrogenys.
Распространение, особенности экологии и систематика домовой мыши Mils musculus
Род Mus, как принято в настоящее время, представлен 9 видами (Bonhomme, Guenet, 1996). Наиболее известна из них домовая мышь Mns musculus Linnaeus, 1758, которая является космополитом и ее ареал охватывает практически все материки, за исключением Арктики и Антарктики. Последние несколько десятков лет род Mus вообще, и М. musculus, в частности, стали объектом многих генетических исследований (Selander et al., 1969; Selander, 1970; Britton el al., 1976; Britton, Thaler, 1978; Sage, 1981; Klein, 1984; Демин и др., 1985, 1986; Мазин и др., 1987; Котенкова, 1989; Фрисман и др., 1990; Коробицына и др., 1990; Boursot et al., 1993; Межжерин, 1994; Minezawa et al., 1994; Якименко и др., 2003; Yonekawa et al., 2003).
Домовая мышь является одним из немногих видов животных, которые смогли приспособиться к условиям жизни в непосредственной близости от человека, используя его жилье и пищу. Начало синантропизации домовых мышей совпадает с переходом человека к земледелию (Kline et al., 1987; Лавренченко, 1994; Якименко и др., 2003). Несмотря на большое сходство жизненных форм, подвиды домовых мышей имеют ряд экологических отличий. Внутри надвидового комплекса подвиды, принадлежащие к Mus musculus sensu lato, отличаются различной степенью синантропиости. Синантропность и экологическая пластичность взаимосвязаны, так как именно виды экологически пластичные ведут синантропный образ жизни. Основным критерием синантропиости видов, по мнению Д. Повольни, является система взаимосвязей между человеком, домашними и синантропными животными (Povolny, 1963; Povolny, Sustek, 1982).
Классификация форм синантропии по Б. Клаусницеру (Клаусницер, 1990) основана на степени связи видов с антропогенными местообитаниями: облигатная вид существует только в зоне поселений человека; факультативная - вид может встречаться как в жилищах, так и в природных биотопах; непрерывная -жизненный цикл вида полностью протекает в антропоценозах; временная - вид находится в антропогенной зоне только в определенное время (например, в период зимовки); частичная - вид принадлежит к антропоценозу на определенной стадии своей жизнедеятельности, а в остальное время живет в природных биотопах.
С усилением суровости абиотических факторов наблюдается и усиление синантропии, так, например, факультативная синантропия переходит в облигатную, временная - в постоянную. Это явление хорошо прослеживается у таких экологически пластичных форм, как Mus т. musculus и М. т. domesticiis (Котенкова, Прилуцкая, 1989).
М. т. musculus является одним из наиболее экологически пластичных подвидов домовой мыши в надвидовом комплексе М. musculus s. lato. Он распространен практически во всех ландшафтно-географических зонах на всех материках и населяет самые разнообразные местообитания от природных биотопов до жилищ человека. Домовые мыши практически всеядны и их рацион определяется тем набором продуктов, до которых они смогут добраться. Они нередко поедают насекомых и даже позвоночных. В природе домовые мыши могут размножаться в зависимости от погодных условий 3-4 раза в год.
В отличие от подвида М. т. musculus, который предпочитает более сухой континентальный климат, подвиды М. т. domesticiis и М. т. castaneus обитают во влажных, близких к субтропическим условиях. Они обитают как в природных биотопах, так и в постройках человека. В теплых регионах могут обитать в открытых биотопах круглогодично. Высокую экологическую пластичность демонстрирует тот факт, что М. т. domesticiis были найдены в угольных шахтах (Philip, 1938) и в замороженных тушах (Mohr, Dunker, 1930; Laurie, 1946; цит: по Котенкова, Прилуцкая, 1989).
В теплых регионах М. т. bactrianus тоже может обитать в природных биотопах круглогодично. Они широко распространены в агроценозах и природных местообитаниях на большей части Афганистана и Пакистана (Gaisler, 1975; Mian, 1986).
Наиболее приверженной к жилищам человека считается М. т. castanens (Sage, 1981). Обладая удивительной способностью приспосабливаться к самым разнообразным местообитаниям, они прекрасно адаптированы к жизни в постройках человека и могут быть отнесены к облигатным синантропам (Котенкова, Прилуцкая, 1989).
Котенкова Е.В. и Прилуцкая Л.И. (1989) предлагают следующую схему расположения подвидов домовых мышей по степени уменьшения синантропности:
Кариологические исследования домовых мышей показывают достаточно большое генетическое разнообразие М. т. domesticus. Наряду с хромосомными перестройками, обнаруженными в некоторых популяциях, у них найдены t-гаплотипы различных групп комплементации (Klein et al., 1984, Мазин, 1988).
Некоторые авторы считают, что М. т. musculus в отличие от М. т. domesticus имеет намного меньшее генетическое разнообразие: так как у нее не найдены популяции с хромосомными перестройками (Булатова, 1989), характерен лишь один t-гаплоптип - tw73 (Klein, 1984, Демин и др., 1985, 1986; Мазин и др., 1987) и сравнительно низкое разнообразие по другим локусам. Однако, результаты, полученные дальневосточными (Якименко, Коробицына, 1988; Коробицына и др., 1990; Korobitsyna et al., 1993; Yakimenko et al., 2000; Якименко и др., 2000; Якименко, Коробицина, 2000; Якименко и др., 2001) и японскими (Moriwaki et al., 1985, 1986) учеными показали, что мыши группы musculus имеют высокую вариабельность содержания и распределения гетерохроматина, частое присутствие маркерных хромосом с С-блоками очень крупных и сверхкрупных размеров и особый вариант Х-хромосомы.
