Ecological genetics of Adalia beetles: variability and symbiotic bacteria in european populations of the ten-spot ladybird beetle Adalia decempunctata

Cover Page

Abstract


Background. Adalia decempunctata L. (Coleoptera: Coccinellidae) — ten-spot ladybird beetle, widespread morphologically variable Palearctic species.

Materials and methods. DNA polymorphism and infection with Wolbachia, Spiroplasma and Rickettsia symbiotic bacteria were investigated.

Results. Eight different haplotypes of the mitochondrial COI gene, seven of which were previously unknown, were found in 92 A. decempunctata individuals from nine European collection places: Prague, Rome, Florence, Hamburg, Paris, Stockholm, Moscow, Feodosia and Yalta. A. decempunctata is less variable in mtDNA compared to A. bipunctata. Symbiotic bacteria Wolbachia and Spiroplasma were not detected. Only Rickettsia infestation was found in A. decempunctata specimens, gathered in Stockholm and Feodosia. Rickettsia from A. decempunctata from Feodosia and Stockholm differ by 0.5% in gltA gene. Rickettsia from A. decempunctata from Feodosia is clustered with Rickettsia from A. bipunctata and Coccinella sp. based on the analysis of the gltA gene.

Conclusion: Three of the eight mtDNA haplotypes are present in the A. decempunctata gene pool from geographically distant habitats. A small amount of nucleotide substitutions between Rickettsia from A. decempunctata and A. bipunctata suggests a single origin of the symbiont in the ladybirds of the genus Adalia, the results do not exclude subsequent horizontal transfers between individuals of both species.


ВВЕДЕНИЕ

Adalia decempunctata Linneaus, 1758 — божья коровка с десятью точками на надкрыльях у типичной формы, широко распространенный палеарктический вид, встречающийся в Европе от Скандинавии до Италии и от Португалии до Урала. Самая восточная точка, где были встречены божьи коровки этого вида, — Екатеринбург. Достоверных сведений о нахождении этого вида восточнее Урала не имеется.

Божьи коровки рода Adalia, включая A. decempuncta, принадлежат к числу наиболее изменчивых по морфологическим признакам родам кокцинеллид [1–3]. Исследования близкородственного к A. decempuncta, высоко изменчивого вида Adalia bipunctata Linneaus, 1758, показали значительный полиморфизм этого вида не только по морфологии, но и по митохондриальной ДНК [4–7]. У A. bipunctata было обнаружено 18 митохондриальных гаплотипов [5, 6]. Митохондриальный полиморфизм A. decempuncta ранее изучен не был.

Более 60 % видов насекомых заражены симбиотическими бактериями, часто нарушающими репродукцию хозяев [8]. У божьих коровок симбионты вызывают андроцид — смерть потомства мужского пола и, соответственно, сдвиг в соотношении полов потомства в сторону самок [9]. Божьи коровки семейства Coccinellidae особенно подвержены заражению симбиотическими бактериями, 13 из 30 изученных европейских видов божьих коровок заражены бактериальными симбионтами родов Wolbachia, Spiroplasma и Rickettsia [9]. Бактерии передаются потомству трансовариально, с цитоплазмой матери, что обусловливает совместное наследование и распространение митохондриальной ДНК и симбионта. При изучении двухточечной A. bipunctata была показана сцепленность определенных гаплотипов мтДНК с зараженностью Rickettsia или Spiroplasma [4, 6]. Инфицирование Rickettsia было обнаружено и у A. decempunctata из Германии [10], Швеции [11] и Великобритании [12], Wolbachia и Spiroplasma у этого вида обнаружены не были [10–12].

Задачей настоящей работы было описать полиморфизм ДНК в популяциях A. decempunctata из девяти городов Европы, выяснить существуют ли какие-либо закономерности в географическом распространении митохондриальных гаплотипов A. decempunctata и определить частоту заражения, разнообразие и филогенетические связи симбиотических бактерий у A. decempunctata, а также сравнить генетическую изменчивость и разнообразие по морфологическим признакам у A. decempunctata и близкого вида — A. bipunctata.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Божьи коровки были собраны в Москве, Праге, Париже, Флоренции, Риме и Гамбурге в 2012 и 2015 гг., в Феодосии и Ялте в 2017 г. Полиморфизм мтДНК и Rickettsia исследовали у A. decempunctata из Швеции, зараженность симбионтами которых проверена ранее [11]. Жуки были определены до вида по морфологическим признакам — по рисунку надкрылий и переднеспинки [2]. 199 жуков A. decempunctata проверили на зараженность симбиотическими бактериями и секвенировали ДНК гена COI для 92 особей. Две особи Coccinella sp., симпатрически живших с A. decempunctata в г. Кемь (Карелия), также исследовали по маркерам мтДНК и бактериальной ДНК. Определили последовательности бактерий из жуков двуточечной божьей коровки A. bipunctata, собранных в 2015 г. в Бурятии и Карелии. A. bipunctata (84 особи), собранные в июне 2009 г. в Санкт-Петербурге, описаны ранее [6, 7] и использовались для сравнения с A. decempunctata (116 особей из Праги) по полиморфизму окраски и митохондриальной ДНК.

Выделение ДНК проводили из сухих или заспиртованных имаго с помощью набора DIAtom™ DNA Prep Kit (Изоген, Москва). Зараженность бактериальными симбионтами проверяли с помощью ПЦР со специфическими праймерами к гену малой субъединицы 16S рРНК Spiroplasma [13], к гену gltA Rickettsia [10], к гену белка оболочки wsp Wolbachia [14]. Полиморфный участок гена цитохромоксидазы субъединицы I (COI) мтДНК амплифицировали с помощью праймеров C1-j-1951 и C1-N-2618 [4]. Участок рибосомного кластера генов рРНК — второй внутренний транскрибируемый спейсер (ITS2), амплифицировали с праймерами 5,8S и 28S rRNA [15]. ПРЦ-продукты выделяли из агарозного геля с помощью набора Clean up (Евроген, Россия). Секвенировали фрагменты ДНК с прямого и обратного праймеров на секвенаторе ABI 310 с использованием ABI PRISM BigDye Terminator Cycle Sequencing kit (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). Вновь полученные различающиеся митохондриальные гаплотипы зарегистрированы в Генбанке под номерами KJ645081-KJ645085 и MK932842-MK932845, последовательности локуса ITS2 — KJ645086-KJ645094, гена цитратсинтазы Rickettsia — MK932846-MK932850.

Анализ данных проводили с использованием программы MEGA6 [16] и DnaSP v5 [17]. Дендрограмма сходства последовательностей ДНК гена gltA Rickettsia построена методом максимального правдоподобия, с использованием модели Tamura-Nei и 1000 бутстреп-итераций в программе MEGA6 [16]. Сеть гаплотипов мтДНК построена в программе NETWORK ver. 4.6.1.6 [18]. Значения эволюционной дивергенции между анализируемыми митохондриальными гаплотипами вычисляли как среднее число нуклеотидных замен между двумя сравниваемыми последовательностями в пересчете на один сайт. Внутрипопуляционное разнообразие определяли по Животовскому (1980), по среднему числу морф (μ), этот же показатель μ использован для определения разнообразия по митохондриальным гаплотипам [19]. Доверительный интервал (в процентах) при анализе встречаемости симбионтов в выборках рассчитывали для выборок десяти и более особей по методу Клоппера – Пирсона, как было опубликовано [20–22].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Полиморфизм ДНК A. decempunctata

92 последовательности ДНК митохондриального гена COI размером 616 п. н. были определены при изучении генетической изменчивости популяций A. decempunctata из девяти мест сбора (табл. 1). Обнаружены восемь митохондриальных гаплотипов, различающихся в девяти вариабельных сайтах. Все мутации относятся к транзициям A-G или С-Т и синонимичны.

 

Таблица 1

Место и год сбора исследованных A. decempunctata, число особей с различными гаплотипами мтДНК по гену COI

Популяция

Место сбора

Год

Число особей

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

Чехия, Прага

Ружине, территория института (50°09’ N 14°30’ E)

2012

29

19

7

2

1

0

0

0

0

Франция, Париж

Близ станции метро Сите (48°51’ N 2°20’ E)

2012

3

3

0

0

0

0

0

0

0

Россия, Москва

Парк Нескучный сад

(55°43’ N 37°35’ E)

2015

10

8

1

0

0

0

1

0

0

Италия, Рим

Монте Пинчио (41°91’ N 12°48’ N)

2015

20

18

0

0

0

0

0

1

1

Италия, Флоренция

Парко дел Анконелла (43°76’ N 11°30’ E)

2015

9

3

5

0

0

1

0

0

0

Германия, Гамбург

Данцигер штрассе (53°56’ N 10°01’ E)

2015

6

5

1

0

0

0

0

0

0

Швеция, Стокгольм

Район Кунгенс

Kurva (59°16’ N 17°54’ E)

2001

5

2

0

3

0

0

0

0

0

Россия, Феодосия

Набережная (45°01’44.3’’ N 35°22’38.7’’ E)

2017

5

5

0

0

0

0

0

0

0

Россия, Ялта

Набережная

(44°29’14.7’’ N 34°09’37.9’’ E)

2017

5

5

0

0

0

0

0

0

0

Всего

92

68

14

5

1

1

1

1

1

 

Три митохондриальных гаплотипа обнаружены в двух и более местах сборов. Гаплотип Н1 обнаружен нами во всех девяти популяциях у 68 (74 % от всех изученных) особей (табл. 1), и на сети гаплотипов именно данный вариант является предковым (корневым) для всех остальных митохондриальных типов A. decempunctata (рис. 1). Все обнаруженные гаплотипы связаны между собой одной или двумя последовательными мутациями (рис. 1). Два гипотетических митохондриальных гаплотипа, между Н6 и Н2 и между Н1 и Н8, не встретились в исследованных образцах. Значения эволюционной дивергенции между анализируемыми митохондриальными гаплотипами не превышают 0,8 %, что соответствует уровню внутривидовых различий.

 

Рис. 1. Внутривидовой полиморфизм гаплотипов мтДНК A. decempunctata. Восемь гаплотипов представлены на сети пропорционально их встречаемости в выборке

 

Результаты анализа генетического разнообразия A. decempunctata на основе последовательности гена COI мтДНК обобщены в табл. 2. Уровни гаплотипического разнообразия в сборах из Праги и Флоренции выше, чем в общей выборке. В трех местах сборов, в Париже, Феодосии и Ялте, число изученных особей мало и обнаружен только гаплотип Н1. Результаты тестов Tajima’s D и Fu’s Fs статистически не достоверны (табл. 2) и свидетельствуют, что обнаруженные мутации носят нейтральный характер. Параметры генетического разнообразия показывают, что в целом в популяции A. decempunctata Европы сохраняется довольно высокий уровень гаплотипического разнообразия при низком уровне нуклеотидной изменчивости (табл. 2).

 

Таблица 2

Генетическое разнообразие популяций A. decempunctata на основе анализа гена COI

Популяция

Н

Hd

К

Pi

Tajima’s D

Fu’s Fs statistic

Чехия, Прага

4

0,52463

1,3399

0,00218

0,40983

1,970

Франция, Париж

1

0

0

0

Россия, Москва

3

0,37778

0,75556

0,00123

–1,03446

–0,046

Италия, Рим

3

0,19474

0,3

0,00049

–1,72331

–1,143

Италия, Флоренция

3

0,63889

1,88889

0,00308

1,15206

1,658

Германия, Гамбург

2

0,33333

1

0,00163

–1,23311

1,609

Швеция, Стокгольм

2

0,6

0,6

0,00098

1,22474

0,626

Россия, Феодосия

1

0

0

0

Россия, Ялта

1

0

0

0

Всего

8

0,43168

1,01027

0,00164

–1,08219

–2,116

Примечание. Н — число гаплотипов; Hd — гаплотипическое разнообразие; К — среднее число нуклеотидных различий; Pi — нуклеотидное разнообразие (PiJC); Tajima’s D и Fu’s Fs — тесты на нейтральность (статистически не достоверны, p > 0,05).

 

Для контроля изменчивости ядерной ДНК в географически удаленных популяциях были исследованы последовательности области ITS2 кластера рибосомных генов рРНК. Размер изученной области с прилегающими участками генов 5,8S и 28S рРНК составил 900 п. н. Нуклеотидные последовательности ITS2 у всех особей оказались идентичными.

Изменчивость окраски (морфологический полиморфизм)

В наиболее многочисленной из изученныхлокальной популяции A. decempunctata из Праги (116 особей) — были обнаружены три морфы: bimaculata, decempustulata, typica, различающиеся рисунком на надкрыльях, с численностью 23, 74 и 44 особи соответственно. Среди популяций A. bipunctata петербургская выделяется очень высоким содержанием форм-меланистов [6]. Проведенное исследование позволило сопоставить уровни внутривидовой изменчивости мтДНК и морфологических признаков у двух близких видов — A. decempunctata и A. bipunctata. A. bipunctata оказалась более изменчивой по разнообразию мтДНК (табл. 3).

 

Таблица 3

Показатели внутрипопуляционного разнообразия A. decempunctata и A. bipunctata

Вид, популяция

Число особей

Среднее число морф (рисунок на надкрыльях), μ

Среднее число гаплотипов мтДНК, μ

Внутрипопуляционное разнообразие мтДНК, Hd

A. decempunctata, Прага

116

2,850 ± 0,055

3,362 ± 0,408

0,556 ± 0,086

A.bipunctata, Санкт-Петербург

84

3,010 ± 0,127

9,290 ± 1,007

0,749 ± 0,079

 

Симбионты A. decempunctata и других божьих коровок

Мы проверили на зараженность Rickettsia, а затем Wolbachia и Spiroplasma 116 особей A. decempunctata из Праги, 24 — из Москвы, 20 — из Рима, 10 — из Флоренции, 6 — из Гамбурга, 3 — из Парижа, 12 — из Феодосии и 8 — из Ялты. Из 199 проверенных A. decempunctata, собранных в 2012, 2015 и 2017 гг., в восьми европейских локальных популяциях только одна особь из Феодосии оказалась заражена Rickettsia. В анализ добавлены данные по зараженности 18 особей A. decempunctata из Стокгольма (табл. 4). Ни в одном из сборов A. decempunctata не были обнаружены ни Wolbachia, ни Spiroplasma. Амплификация локуса COI мтДНК служила контролем качества ДНК, в качестве положительных контролей использовалась ДНК A. decempunctata и A. bipunctata, зараженных симбионтами. Доверительный интервал позволяет оценить уровень зараженности, установленный в исследовании. Кроме случаев, где нашли Rickettsia, доверительный интервал для каждой инфекции одинаковый (табл. 4). Малое количество особей в каждом сборе не позволяет с уверенностью судить об уровне инфицированности популяции A. decempunctata в целом. В выборке из Праги, где проверяли 116 особей, зараженность симбиотическими бактериями могла быть ниже 3 % и мы ее не определили.

 

Таблица 4

Выборка A. decempunctata, число особей, зараженность симбиотическими бактериями Rickettsia, Wolbachia и Spiroplasma

Популяция

Число особей

Количество случаев (% инфицированности)

95 % доверительный интервал *,**

Wolbachia

Spiroplasma

Rickettsia

Чехия, Прага

116

0

0

0

0–3

Франция, Париж

3

0

0

0

Россия, Москва

24

0

0

0

0–14

Италия, Рим

20

0

0

0

0–17

Италия, Флоренция

10

0

0

0

0–31

Германия, Гамбург

6

0

0

0

Швеция, Стокгольм [10]

18

0

0

4 (22)

0–19*; 6–48**

Россия, Феодосия

12

0

0

1 (8)

0–26*; 0,2–38**

Россия, Ялта

8

0

0

0

Всего

204

0

0

5

0,8–5

Примечание. *ДИ рассчитан для выборок ≥10; **ДИ указаны для Rickettsia.

 

Для изучения разнообразия симбионта были определены нуклеотидные последовательности гена цитрат синтазы (gltA) Rickettsia из A. decempunctata из Феодосии и Стокгольма, из A. bipunctata fasciatopunctata из Улан-Уде (Бурятия), A. bipunctata и Coccinella sp. из г. Кеми (Карелия). Полученные нами последовательности ДНК мы сравнили с аннотированными для божьих коровок в GenBank. Rickettsia из A. decempunctata из Феодосии и Стокгольма по изученному участку гена gltA различаются двумя заменами нуклеотидов. Rickettsia из A. decempunctata из Феодосии кластеризуется с Rickettsia из A. bipunctata, A. b. fasciatopunctata и Coccinella sp. (рис. 2). ДНК Rickettsia из A. decempunctata из Стокгольма идентична ДНК бактерии из A. decempunctata из Германии и Великобритании (рис. 2). Изученный участок ДНК Rickettsia из A. bipunctata изменчив и симбионты двухточечной божьей коровки формируют два различающихся кластера на дендрограмме (рис. 2): ДНК гена gltA Rickettsia из A. bipunctata (FJ666763, AJ269519) отличается от FJ666764, AJ269520, AJ269521 заменами 4–5 нуклеотидов и только одной заменой от Rickettsia из A. decempunctata (FJ666768, AJ269522).

 

Рис. 2. Дендрограмма сходства последовательностей ДНК гена gltA Rickettsia. Указаны хозяева внутриклеточных симбиотических бактерий Rickettsia и места их сборов. Последовательности, полученные в данной работе, отмечены черными ромбами. Другие последовательности выбраны из GenBank для сравнения, приведены регистрационные номера. ДНК Rickettsia из Ixodes colasbelcouri использована в качестве аутгруппы

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Мы провели масштабное изучение изменчивости ядерной и мтДНК у 92 особей A. decempunctata из девяти мест сбора: Праги, Москвы, Рима, Флоренции, Гамбурга, Парижа и Ялты, где не было обнаружено инфицирование симбионтами и у зараженных, и у незараженных Rickettsia особей из Стокгольма и Феодосии. Для анализа мтДНК использовали последовательность, аналогичную наиболее вариабельной части гена COI у божьих коровок близкого вида A. bipunctata [4].

Пять митохондриальных гаплотипов встретились нам в сборе из Праги. Эта выборка среди изученных сборов была самая многочисленная. В других местах сборов число вариабельных гаплотипов мтДНК зависело от численности исследованных особей (табл. 1). В Риме среди 20 коровок обнаружены три типа мтДНК. В Париже, где нам удалось собрать лишь три божьих коровки этого вида, все особи имели одинаковые последовательности гена COI гаплотипа Н1. Митохондриальный вариант Н1 представлен во всех сборах (табл. 1). Известные ранее последовательности гена COI A. decempunctata из Германии (AJ312061) и Великобритании (DQ155924, DQ155760) также относятся к гаплотипу мтДНК, обозначенному нами Н1. Тип Н2 встретился нам в Праге и Флоренции, но также в Москве и Гамбурге. Тип Н3 обнаружен в Праге и Стокгольме.

Таким образом, нам удалось обнаружить восемь митохондриальных гаплотипов у A. decempunctata, семь из которых до этого не были известны. Шесть из восьми обнаруженных гаплотипов мтДНК различаются одной заменой среди 616 п. н. Три из восьми гаплотипов присутствуют в генофонде A. decempunctata, собранных в географически далеких местах обитания. Четверть исследованных особей в пражской популяции и 40 % коровок из Флоренции обладают уникальным гаплотипом Н2, отличающимся от остальных тремя нуклеотидными заменами (0,49 %). Если принять частоту возникновения мутаций в мтДНК адалий, как и у дрозофилы 6.2 · 10–8 [23], то время дивергенции гаплотипов Н1 и Н2 составляет 55–83 тыс. лет, учитывая в среднем 1.5 или 1 поколение в год. Разнообразие мтДНК у A. decempunctata оказывается старше времени последнего оледенения, которое захватило значительную часть ареала вида в Европе. Идентичность ядерных последовательностей всех изученных A. decempunctata свидетельствует об отсутствии препятствий для скрещивания и обмена генетической информацией между особями разных гаплотипов. Сравнение уровней внутривидовой изменчивости ДНК и морфологических признаков у двух близких видов — A. decempunctata и A. bipunctata позволяет считать второй вид более изменчивым по мтДНК при сравнимом уровне морфологических различий.

Зараженность симбионтами божьих коровок семейства Coccinellidae интенсивно изучается, часто в связи со значимостью этих насекомых как хищников, вредителей сельского хозяйства [например, 9, 24, 25]. У инвазивного в России вида Harmonia axyridis было выявлено заражение Spiroplasma в нативных популяциях [26, 27]. У двуточечных божьих коровок A. bipunctata обнаружено заражение симбиотическими бактериями трех родов на Европейской и Азиатской частях ареала [7, 10]. Rickettsia были найдены у A. decempunctata в Англии и Германии [10], Wolbachia и Spiroplasma не находили.

Проведенный скрининг 199 особей A. decempunctata из восьми городов Европы на наличие симбиотических бактерий трех родов — Rickettsia, Wolbachia и Spiroplasma выявил заражение A. decempunctata в Феодосии бактерией Rickettsia. В 2001 г. мы обнаружили зараженных Rickettsia особей A. decempunctata в Стокгольме с частотой заражения 23 % [11]. В некоторых исследованных сборах A. decempunctata число коровок слишком мало и, возможно, поэтому мы не обнаружили симбиотических бактерий. Частота заражения в Стокгольме в 2001 г. была высокой и вычисление доверительного интервала показало, что могла достигать 48 %. В сборах из Праги заражение не превышает 3 %, если оно присутствует в данной локальной популяции. Известно, что у божьих коровок только часть популяции бывает заражена симбиотическими бактериями. Бактерии часто теряются в популяции [9], если нет селективных факторов, способствующих их распространению. Было обнаружено, что зараженность Spiroplasma снижает жизнеспособность личинок A. bipunctata [24], в той же работе при инфекции Rickettsia и Wolbachia подобного эффекта не выявлено. У божьих коровок симбиотические бактерии нарушают репродукцию — потомство мужского пола отсутствует, что приводит к сдвигу в соотношении полов в популяциях в сторону самок. В определенных условиях это придает популяции некоторые преимущества — оставшиеся личинки употребляют остановившиеся в развитии яйца в качестве пищи. Однако, в благоприятных условиях существования незараженные самки оставляют больше потомства, чем зараженные [24]. Несовершенное наследование по материнской линии в сочетании со скромными преимуществами андроцида и отсутствием других преимуществ для инфицированных самок могут создавать сильный отбор против особей, зараженных симбиотическими бактериями.

Зараженность Rickettsia обнаружена нами у особей A. decempunctata, собранных в Стокгольме и Феодосии, соответственно на северной и южной границах ареала десятиточечной божьей коровки. Отметим, что это первое сообщение о присутствии Rickettsia в южной части ареала вида. Ранее зараженность была установлена только на севере, в Великобритании, Германии [10] и Швеции [11]. Мы исследовали изменчивость гена цитрат синтазы (gltA) Rickettsia, поскольку этот участок генома бактерии уже изучался в других работах и было показано, что информативность для филогенетического анализа бактерий этого гена выше, чем 16S рРНК [10]. Обнаруженные нами различия в гене gltA Rickettsia у A. decempunctata из Стокгольма и Феодосии могут иметь разную природу. Во-первых, это могут быть независимые или несвязанные друг с другом мутации в данном гене. Во-вторых, в Феодосии возможен горизонтальный перенос бактерии от симпатрического вида A. bipunctata. Свидетельства горизонтального переноса симбионта между особями A. bipunctata и A. decempunctata из Дании были получены при исследовании андроцида, вызываемого Rickettsia у A. decempunctata [10]. Эту гипотезу поддерживают и находки трех различных штаммов Rickettsia в лабораторных линиях A. bipunctata, один из которых кластеризуется с Rickettsia из A. decempunctata на основе сравнения генов atpA, coxA, gltA и 16S рРНК [28]. Наши данные, совместно с полученными на других видах божьих коровок, не поддерживают идею строгой ко-эволюции паразита и хозяина. Изучение большего числа последовательностей ДНК симбионтов Adalia и других видов кокцинеллид, собранных в географически удаленных местах, поможет прояснить этот вопрос в будущем.

В наши сборы попали божьи коровки с семью точками на надкрыльях, по морфологии схожие с Coccinella septempunctata (Coccinellidae). Определение видовой принадлежности с помощью баркодинга показало, что ДНК гена COI изученной особи божьей коровки с семью точками на надкрыльях (MK932845) ранее не регистрировалась. Наиболее близкий вид, Coccinella magnifica (KU916547) из Германии, отличается четырьмя заменами нуклеотидов на изученном участке. Поэтому, до получения дополнительной информации мы обозначаем эту особь Coccinella sp. Интересно, что в ходе данного исследования мы впервые обнаружили зараженность Coccinella sp. бактерией Rickettsia. Ранее сообщалось только о Wolbachia у жуков этого рода [9, 24, 25]. По ДНК гена gltA Rickettsia у Coccinella sp. оказалась идентична симбионтам A. bipunctata (рис. 2). Кроме того, особи A. bipunctata и Coccinella sp. были собраны в одном месте в г. Кемь (Карелия), что предполагает как возможный горизонтальный перенос бактериальных симбионтов между разными видами кокцинеллид, так и контаминацию Coccinella sp. — наличие бактериальной ДНК в пищеварительном тракте Coccinella после того, как данная особь питалась яйцами зараженной Rickettsia A. bipunctata.

Поскольку особи A. decempunctata, собранные в Праге, Москве, Ялте, Риме, Флоренции, Гамбурге и в Париже, оказались не зараженными симбиотическими бактериями Rickettsia, Spiroplasma и Wolbachia, это не дало нам возможности установить какую-либо связь между гаплотипом мтДНК и зараженностью симбиотической бактерией, как это имеет место у A. bipunctata. В Стокгольме гаплотип Н1 был выявлен у одной зараженной и у неинфицированных Rickettsia особей, гаплотип Н3 — у трех зараженных Rickettsia особей. Однако, коровки из Праги с гаплотипом H3 мтДНК оказались не заражены. В Феодосии зараженная Rickettsia и незараженные особи обладали гаплотипом Н1. Малый объем материала не позволяет сделать какие-либо выводы о связи гаплотипов мтДНК с зараженностью Rickettsia. Количество нуклеотидных замен между Rickettsia из A. decempunctata и A. bipunctata позволяет предполагать единое происхождение симбионта у божьих коровок рода Adalia и не исключают последующих горизонтальных переносов между особями обоих видов.

Финансирование. Работа поддержана грантом РФФИ № 19-04-00739, сбор материала частично выполнен И.А. Захаровым по госзаданию № 0112-2019-0002.

Elena V. Shaikevich

Vavilov Institute of General genetics

Author for correspondence.
Email: elenashaikevich@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6504-5547
SPIN-code: 4746-3067

Russian Federation, 3, Gubkin street, Moscow, 119991

Doctor of Science, Main Researcher, Laboratory of Insect Genetics

Ilya A. Zakharov

Vavilov Institute of General genetics

Email: iaz34@mail.ru

Russian Federation, 3, Gubkin street, Moscow, 119991

Doctor of Science, Main Researcher, Laboratory of Insect Genetics

Alois Honek

Crop Research Institute

Email: honek@vurv.cz

Czech Republic, 161 06 Czech Republic, Prague 6 – Ruzyně, Drnovská, 507. 

Doctor of Science, Main Researcher

  1. Добржанский Ф.Г. Географическая и индивидуальная изменчивость Adalia bipunctata L. и Adalia decempunctata L. (Coleoptera, Coccinellidae) // Русское энтомологическое обозрение. – 1924. – Т. 18. – № 4. – С. 201–212. [Dobzhansky T. Über geographische und individuelle Variabilität von Adalia bipunctata und A. decempunctata. Russk Entomol Obozrenie. 1924;18(4):201-211. (In Russ.)]
  2. Лус Я.Я. О наследовании окраски и рисунка у божьих коровок Adalia bipunсtata L. и Adalia decempunctata L. // Изв. Бюро генетики АН СССР. – 1928. – № 6. – С. 89–163. [Lus YaYa. On the inheritance of color and pattern in lady beetles Adalia bipunctata L. and Adalia decempunctata L. Izv. Byuro genetiki AN SSSR. 1928;(6):89-163. (In Russ.)]
  3. Majerus ME. Ladybirds. London: Harper Collins; 1994. 367 p.
  4. Schulenburg JH, Hurst GD, Tetzlaff D, et al. History of infection with different male-killing bacteria in the two-spot ladybird beetle Adalia bipunctata revealed through mitochondrial DNA sequence analysis. Genetics. 2002;160(3):1075-1086.
  5. Jiggins FM, Tinsley MC. An ancient mitochondrial polymorphism in Adalia bipunctata linked to a sex-ratio-distorting bacterium. Genetics. 2005;171(3):1115-1124. https://doi.org/10.1534/genetics.105.046342.
  6. Захаров И.А., Шайкевич Е.В. Полиморфизм мтДНК в петербургской популяции Adalia bipunctata и его связь с зараженностью симбиотической бактерией Spiroplasma // Экологическая генетика. – 2011. – Т. 9. – № 1. – C. 27–31. [Zakharov IA, Shaikevich EV. An mtDNA polymorphism in the St. Petersburg population of Adalia bipunctata and its correlation with infection by the symbiotic bacterium Spiroplasma. Ecological genetics. 2011;9(1):27-31. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S207905971202013X.
  7. Шайкевич Е.В., Ившина Е.В., Захаров И.А. Полиморфизм митохондриальной ДНК и распространение цитоплазматических симбионтов в популяциях двуточечной божьей коровки Adalia bipunctata // Генетика. – 2012. – T. 48. – № 5. – C. 666–671. [Shaikevich EV, Ivshina EV, Zakharov IA. Polymorphism of mtDNA and distribution of cytoplasmic symbionts in populations of the two-spot ladybird beetle Adalia bipunctata. Russian Journal of Genetics. 2012;48(5):567-571. (In Russ.)]
  8. Hilgenboecker K, Hammerstein P, Schlattmann P, et al. How many species are infected with Wolbachia? – A statistical analysis of current data. FEMS Microbiol Lett. 2008;281(2):215-220. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01110.x.
  9. Elnagdy S, Messing S, Majerus ME. Two strains of male-killing Wolbachia in a ladybird, Coccinella undecimpunctata, from a hot climate. PLoS ONE. 2013;8(1): e54218. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054218.
  10. Von der Schulenburg JH, Habig M, Sloggett JJ, et al. Incidence of male-killing Rickettsia spp. (alpha-proteobacteria) in the ten-spot ladybird beetle Adalia decempunctata L. (Coleoptera: Coccinellidae). Appl Environ Microbiol. 2001;67(1):270-277. https://doi.org/10.1128/AEM.67.1.270-277.2001.
  11. Zakharov IA, Shaikevich EV. The Stockholm populations of Adalia bipunctata (L.) (Coleoptera: Coccinellidae) – a case of extreme female-biased population sex ratio. Hereditas. 2001;134(3):263-266. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.2001.00263.x.
  12. Weinert LA, Tinsley MC, Temperley M, Jiggins FM. Are we underestimating the diversity and incidence of insect bacterial symbionts? A case study in ladybird beetles. Biol Lett. 2007;3(6):678-681. https://doi.org/10.1098/rsbl.2007.0373.
  13. Van Kuppeveld FJ, van der Logt JT, Angulo AF, et al. Genus- and species-specific identification of mycoplasmas by 16S rRNA amplification. Appl Environ Microbiol. 1992;58(8):2606-2615.
  14. Braig HR, Zhou W, Dobson SL, O’Neill SL. Cloning and characterization of a gene encoding the major surface protein of the bacterial endosymbiont Wolbachia. J Bacteriol. 1998;180(9):2373-2378.
  15. Porter CH, Collins FH. Species-diagnostic differences in a ribosomal DNA internal transcribed spacer from the sibling species Anopheles freeborni and Anopheles hermsi (Diptera: Culicidae). Am J Trop Med Hyg. 1991;45(2):271-279. https://doi.org/10.4269/ajtmh.1991.45.271.
  16. Tamura K, Stecher G, Peterson D. et al. MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Mol Biol Evol. 2013;30(12):2725-2729. https://doi.org/10.1093/molbev/mst197.
  17. Librado P, Rozas J. DnaSP v5: a software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics. 2009;25(11):1451-1452. https://doi.org/ 10.1093/bioinformatics/btp187.
  18. Bandelt HJ, Forster P, Röhl A. Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies. Mol Biol Evol. 1999;16(1):37-48. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026036.
  19. Животовский Л.А. Показатель внутрипопуляционного разнообразия // Журнал общей биологии. – 1980. – Т. 41. – № 6. – С. 828-836. [Zhivotovskiy LA. Pokazatel’ vnutripopulyatsionnogo raznoobraziya. Journal of general biology. 1980;41(6): 828-836. (In Russ.)]
  20. Токарев Ю.С., Юдина М.А., Малыш Ю.М., и др. Встречаемость эндосимбиотической бактерии рода Wolbachia в природных популяциях Ostrinia nubilalis и Ostrinia scapulalis (Lepidoptera: Pyraloidea: Crambidae) на юго-западе России // Экологическая генетика. – 2017. – Т. 15. – № 1. – С. 44–49. [Tokarev YuS, Yudina MA, Malysh YuM, et al. Prevalence rates of Wolbachia endosymbiotic bacterium in natural populations of Ostrinia Nubilalis and Ostrinia Scapulalis (Lepidoptera: Pyraloidea: Crambidae) in South-Western Russia. Ecological genetics. 2017;15(1):44-49. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/ecogen15144-49.
  21. Юдина М.А., Быков Р.А., Котти Б.К., и др. Наследуемые бактерии рода Wolbachia в популяциях блох (Insecta: Siphonaptera) // Журнал общей биологии. – 2018. – Т. 79. – № 3. – С. 237–246. [Yudina MA, Bykov RA, Kotti BK, et al. Wolbachia infection in flea populations (Insecta: Siphonaptera). Journal of general biology. 2018;79(3):237-246. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0044459618030053.
  22. Bykov RА, Yudina MA, Gruntenko NE, et al. Prevalence and genetic diversity of Wolbachia endosymbiont and mtDNA in Palearctic populations of Drosophila melanogaster. BMC Evol Biol. 2019;19(Suppl 1):48. https://doi.org/10.1186/s12862-019-1372-9.
  23. Haag-Liautard C, Coffey N, Houle D. et al. Direct estimation of the mitochondrial DNA mutation rate in Drosophila melanogaster. PLoS Biol. 2008;6(8): e204. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0060204.
  24. Elnagdy S, Majerus ME, Handley LJ. The value of an egg: resource reallocation in ladybirds (Coleoptera: Coccinellidae) infected with male-killing bacteria. J Evol Biol. 2011;24(10):2164-2172. https://doi.org/10.1111/j.1420-9101.2011.02346.x.
  25. Kajtoch Ł, Kotásková N. Current state of knowledge on Wolbachia infection among Coleoptera: a systematic review. Peer J. 2018;6: e4471. https://doi.org/10.7717/peerj.4471.
  26. Nakamura K, Ueno H, Miura K. Prevalence of inherited male-killing microorganisms in japanese population of ladybird beetle Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae). Annals of the Entomological Society of America. 2005;98(1):96-99. https://doi.org/10.1603/0013-8746(2005)098[0096: POIMMI]2.0.CO.
  27. Goryacheva I, Blekhman A, Andrianov B. et al. Spiroplasma infection in Harmonia axyridis – Diversity and multiple infection. PLoS One. 2018;13(5): e0198190. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0198190.
  28. Weinert LA, Werren JH, Aebi A. et al. Evolution and diversity of Rickettsia bacteria. BMC Biol. 2009;7:6. https://doi.org/10.1186/1741-7007-7-6.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. Intraspecific polymorphism of mtDNA haplotypes A. decempunctata. Eight haplotypes are presented on the network in proportion to their occurrence in the sample. View (21KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Dendrogram of Rickettsia gltA gene DNA sequence similarity. The hosts of the intracellular symbiotic Rickettsia bacteria and their collection sites are indicated. The sequences obtained in this work are marked with black rhombuses. Other sequences are selected from GenBank for comparison, registration numbers are given. Rickettsia DNA from Ixodes colasbelcouri Used as Outgroup View (143KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 74

PDF (Russian) - 34

PDF (English) - 10

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2019 Shaikevich E.V., Zakharov I.A., Honek A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies