Введение к работе
Актуальность проблемы. Задача исследования генофонда популяции актуальна для любого биологического вида, так как все виды в разной степени подвержены селекции и генетическому дрейфу и отвечают на эти воздействия по-разному в зависимости от своей популяционной структуры. Природным популяциям свойственна генетическая гетерогенность. Это свойство определяет экологическую лабильность вида и его жизнеспособность в непостоянных условиях среды. Популяции синантропных видов, напротив, отличаются генетической мономорфностью, очень нестабильны и подвержены резким колебаниям численности вплоть до полного локального вымирания. Быстрое возрастание генетического груза, проявляющееся в потере жизнеспособности популяции, как ответ на интенсивный отбор, хорошо известно почти для всех видов сельскохозяйственных и домашних животных. Вместе с тем, природные популяции, несмотря на отбор и большие флуктуации численности, регулярно проводящие популяцию через "бутылочное горлышко", вырождаются лишь изредка. Следовательно, в природе должны существовать механизмы, препятствующие росту генетического груза в популяциях и способствующие поддержанию генетической гетерогенности. Учет этих механизмов может быть полезным при проведении селекции, а также при мониторинге промысловых и охраняемых видов. Одним из таких механизмов может быть генетическая подразделенность природных популяций. Известно, что сохраняются лишь популяции с достаточно сложной структурой, которая позволяет стабильно поддерживать генное разнообразие во времени (Алтухов, 2003). Особенно велико значение подразделенной структуры популяции для поддержания полиморфизма митохондриальных генов, так как из-за отсутствия рекомбинации в митохондриальном геноме популяции необратимо накапливают слабо вредные мутации в результате случайной потери лучших вариантов, т.е. подвержены эффекту "храповика Меллера".
В настоящее время в связи с ростом технологического прогресса все больше видов вовлекается во взаимодействие с человеком и все большее влияние человек оказывает на их генетическую структуру и изменчивость. С этой точки зрения, особый интерес в качестве объектов для популяционных исследований представляют виды, образующие настоящие природные популяции. Группа видов-двойников Drosophila virilis состоит из 11 видов, слабо различимых морфологически и неполностью изолированных репродуктивно. Филогения группы сводятся к разделению на две филады: virilis (D.virilis, D.americana americana, D.americana texana, D.novamexicana, D.lummei) и montana (D.montana, D.lacicola, D.borealis, D.flavomontana, D.kanekoi, D.ezoana и D.littoralis). Вместе с тем, последовательность событий филиации еще окончательно не установлена.
В настоящее время данная группа интенсивно исследуется с точки зрения эволюции и видообразования как в России, так и за рубежом. Внимание к этой группе, в первую очередь, связано с тем, что виды группы virilis представляют собой модель эволюции на ранних этапах дивергенции. Активно исследуются полиморфные генетические признаки, такие как мобильные элементы,
микросателлиты. Большое внимание уделяется генетическому контролю поведенческих и морфологических признаков, связанных с формированием репродуктивной изоляции, а также признаков, связанных с адаптациями к новым условиям среды, таких как стрессоустойчивость и диапауза.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является исследовние генетической структуры и динамики митохондриальной изменчивости природных популяций Drosophila группы virilis. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1) Оценить уровень изменчивости митохондриальной ДНК (мтДНК) в группе видов-двойников дрозофил virilis по трем признакам: полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) тотальной мтДНК по рестрикционной эндонуклеазе Hinfl; изменчивость последовательности 3'-концевого фрагмента гена 16S рРНК; изменчивость последовательности фрагмента гена COI; 2) Изучить особенности внутривидового полиморфизма мтДНК синантропных и свободноживущих видов группы на примере четырех видов: D.littoralis, D.americana, D.virilis и D.montana; 3) Исследовать внутрипопуляционную структуру и динамику митохондриальных маркеров в одной из природных популяций D.littoralis (пос. Рыбинский, Ростовская обл.); 4) Провести анализ сопряженности митохондриальных гаплотипов с полиморфным ядерным ДНК-маркером для выявления расовой структуры популяции.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые проведен многолетний анализ динамики митохондриальных маркеров в одной из природных популяций дрозофилы. Было обнаружено устойчивое соотношение мт-гаплотипов. Дальнейшее исследование сопряженности ядерных и митохондриальных маркеров позволило установить наличие в популяции расовой подразделенности как фактора, способствующего поддержанию генетической гетерогенности и стабильности популяционного генофонда. Анализ изменчивости митохондриальной ДНК в группе virilis проведен впервые. В работе получен ряд новых данных, позволяющих уточнить филогенетическую структуру группы virilis. В частности, показано единство митохондриального генофонда двух подвидов D.americana; а также получено подтверждение разделения вида D.littoralis на два подвида: D.l.littoralis и D.l.imeretensis. Исследуется эволюция митохондриального рибосомного гена в связи с функциональной и структурной организацией его РНК-продукта.
Полученные результаты вносят вклад в фундаментальные исследования
по генетике популяций, разрабатываемые на дрозофиле как модельном объекте
и закладывают основы для дальнейшего изучения динамики митохондриальных
генофондов насекомых. Результаты работы могут также быть полезны для
исследований в области охраны и мониторинга популяций редких и
исчезающих видов, а также рационального использования эксплуатируемых
популяций, проводимых в учреждениях системы РАН и РАСХН, таких как
Институт комплексного освоения природных ресурсов РАН, Всероссийский
научно-исследовательский институт генетики и разведения
сельскохозяйственных животных РАСХН, Всероссийский научно-исследовательский институт охотничьего хозяйства и звероводства РАСХН.
Апробация результатов. Материалы диссертации были представлены на следующих конференциях, школах, семинарах: Вторая всероссийская школа молодых ученных ВОГиС по экологической генетике: Симбиогенетика и эволюция, Санкт- Петербург, 2001; 45th Annual Drosophila Research Conference, Washington, USA, 2004; 46th Annual Drosophila Research Conference, San Diego, USA, 2005; 19th European Drosophila Research Conference, Eger, Hungary, 2005; Конкурс молодых ученых ИБР РАН, Москва, 2005; 47th Annual Drosophila Research Conference, Houston, Texas, 2006; Конкурс молодых ученых ИБР РАН, Москва, 2006; 48th Annual Drosophila Research Conference, Philadelphia, Pennsylvania, USA, 2007; XX International Congress of Genetics Berlin, Germany, 2008; Пятый съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, Москва, 2009; а также на заседании объединенного семинара генетических лабораторий Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, 27 апреля 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 8 тезисов в трудах российских и зарубежных конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на
