Moleсular-genetic markers in study of intra- and interspecific polymorphism of Acipenseriformes

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract


 Uniqueness and high commercial value of relic group of sturgeon fishes stimulated researches of their genetic polymorphism. In the review the basic molekular-genetic markers used for an estimation of genetic variability are considered; their merits and demerits are discussed, examples of their application, basically, on Acipenseriformes Eurasia are resulted. Problems of the genetic analysis polyploid kinds are is short covered.

Keywords



About the authors

Natalya N Timoshkina

Southern Scientific Center of RAS, Rostov-on-Don, Rostov Oblast, RF

Email: n_timoshkina@mail.ru

Dmitry I Vodolazshky

Southern Scientific Center of RAS, Rostov-on-Don, Rostov Oblast, RF

Email: vodolazhski@mmbi.krinc.ru

Alexander V Usatov

Southern Federal University, Rostov-on-Don, Rostov Oblast, RF

Email: usatova@mail.ru

References

  1. Алтухов Ю. П., Салменкова Е. А., 2002. Полиморфизм ДНК в популяционной генетике // Генетика. Т. 38. № 9. С. 1173-1195.
  2. Алтухов Ю. П., 2003. Генетические процессы в популяциях. М. : ИКЦ «Академкнига». 431с.
  3. Артюхин Е. Н., 2008. Осетровые (экология, географическое распространение и филогения). СПб.: Изд- во С.-Петерб. ун-та. 137 с.
  4. Бабурина Е. А., 1957. Развитие глаз и их функции у осетра и севрюги // Труды института морфологии животных. Вып. 20. С. 148-186.
  5. Берг Л. С., 1948. Рыбы пресных вод СССР и сопредельных стран. М.-Л. : Изд-во АН СССР. Ч. 1. 467 с.
  6. Васильев В. П., 1985. Эволюционная кариология рыб. М.: Наука. 300 с.
  7. Водолажский Д. И., Конриенко И. В., Войнова Н. В., 2008. Гипервариабельность региона D-петли ми- тохондриальной ДНК русского осетра Acipenser gueldenstaedtii (Acipenseriformes, Acipenseridae) // Вопр. ихтиологии. Т. 48. С. 266-275.
  8. Галь Э., Медеши Г., Верецкеи Л. 1982. Электрофорез в разделении биологических макромолекул. М.: Мир. 448 с.
  9. Животовский Л. А., 2006. Микросателлитная изменчивость в популяциях человека и методы ее изучения // Вестник ВОГиС. Т. 10. № 1. С. 74-96.
  10. Зеленина Д. А., Хрусталева А. М., Волков А. А., 2006. Сравнительное исследование популяционной структуры и определение популяционной принадлежности нерки (Oncorhynchus nerka) Западной Камчатки с по- мощью RAPD-PCR и анализа полиморфизма микросателлитных локусов // Генетика. Т. 42. С. 693-704.
  11. Калмыков В. А., Рубан Г. И., Павлов Д. С., 2009. О популяционной структуре стерляди Acipenser ruthenus (Acipenseridae) из нижнего течения Волги // Вопр. ихтиологии. Т. 49. С. 380-388.
  12. Корниенко И. В., Войнова Н. В., Чистяков В. А. и др., 2003. Полиморфизм первичной последовательности сегмента гена цитохрома и митохондриальной ДНК азовской популяции Acipenser gueldenstaedtii // Вопр. ихтиологии. Т. 43. С. 73-77.
  13. Кузьмин Ю. В., 1991. Сравнительное исследование аллозимов мышечной малат дегидрогеназы в попу- ляциях сибирского осетра Acipenser baeri р. Обь и стерляди A. ruthenus р. Дон и Камы // Вопр. ихтиологии. Т. 31. С. 139-144.
  14. Левонтин Р. С., 1978. Генетические основы эволюции. М.: Мир. 351 с.
  15. Лукьяненко В. И., Гераскин П. П., Баль Н. В., 1977. Гетерогенность и полиморфизм гемоглобина у двух видов рода Huso // Докл. АН СССР. Т. 237. С. 994-997.
  16. Лукьяненко В. И., Лукьяненко В. В., Хабаров Н. В., 2002. Гетерогенность и полиморфизм функционально специализированных белков крови мигрирующих рыб на примере северо-каспийской популяции русского осетра во время морского и речного периодов жизни. 2. Гемоглобины // Докл. РАН. Сер. Биология. № 4. С. 494-500.
  17. Мюге Н. С., Барминцева А. Е., Расторгуев С. М. и др., 2008. Полиморфизм контрольного региона митохондриальной ДНК восьми видов осетровых и разработка системы ДНК-идентификации видов // Генетика. Т. 44. С. 1-7.
  18. Подушка С. Б., 2003. О систематическом положении азовского осетра // Научно-технический бюлле- тень лаборатории ихтиологии ИНЭНКО. СПб. № 7. С. 19-44.
  19. Подушка С. Б., 2007. Сводка данных по биологии, промыслу и воспроизводству азовской белуги // Научно-технический бюллетень лаборатории ихтио- логии ИНЭНКО. СПб. № 12. С. 16-73.
  20. Рожкован К. В., Челомина Г. Н., Рачек Е. И., 2008. Молекулярная идентификация и особенности ге- нетического разнообразия межвидовых гибридов амурского осетра (Acipenser schrenckii × A. baerii, A. baerii × A. schrenckii, A. schrenckii × A. ruthenus и A. ruthenus × A. schreckii) по данным измечивости мультилокусных RAPD-маркеров // Генетика. Т. 44. С. 1453-1460.
  21. Рынза Е. Т., Тимошкина Н. Н., Мухоньков М. М., 2006. Видовая идентификация археологического ма- териала осетровых рыб с помощью метода полиме- разной цепной реакции // Сб. науч. тр. АзНИИРХ. Ростов-на-Дону: «МедиаПресс». С. 289-292.
  22. Рябова Г. Д., Климонов В. О., Шишанова Е. И. 2008. Генетическая изменчивость природных популяций и доместицированных стад осетровых России (атлас аллозимов). М: Россельхозакадемия. 94 с.
  23. Рябова Г. Д., Офицеров М. В., Шишанова Е. И., 1995. Исследование связи между аллозимной из- менчивостью и некоторыми компонентами приспосо- бленности у севрюги Acipenser stellatus (Pallas) // Генетика. Т. 31. С. 1679-1692.
  24. Тимошкина Н. Н., Барминцева А. Е., Усатов А. В.,
  25. Мюге Н. С., 2009. Внутривидовой генетический по- лиморфизм русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii) // Генетика. Т. 45. № 9. С. 1250-1259.
  26. Тимошкина Н. Н., Рынза Е. Т., Усатов А. В., 2007. ДНК-идентификация «baerii-like» митотипа в азовской популяции русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii) // Сб. науч. тр. Съезда Украинско- го общества генетиков и селекционеров. Киев: Логос. Т. 1. С. 326-329.
  27. Цветненко Ю. Б., 1993. Эффективность и генети- ческие последствия интродукции севрюги Acipenser stellatus из Каспийского в Азовский бассейн // Вопр. ихтиологии. Т. 33. С. 382-387.
  28. Чихачев А. С., Цветненко Ю. Б., 1984. Оценка влияния искусственного воспроизводства и интродукции на генетическую структуру популяции азовских осетровых // Воспроизводство рыбных запасов Каспийского и Азовского морей. М.: ВНИРО. С. 114-125.
  29. Шляхов В. А., 1994. Оценка численности днепровского стада осетра в северо-западной части Черного моря // Труды ЮгНИРО. Керчь. Т. 40. С. 50-55.
  30. Barmintsev V. A., Chudinov O. S., Abramova A. B., 2001. Molecular and biological methods of identification and certification of sturgeons and their products // Fish Farm. Fish. Vol. 1. P. 70-71.
  31. Birstein V. J., Doukakis P., DeSalle R., 2000. Polyphyly of mtDNA lineages in the Russian sturgeon, Acipenser gueldenstaedtii: forensic and evolutionary implications // Cons. Gen. Vol. 1. P. 81-88.
  32. Birstein V. J., Doukakis P., Sorkin B., DeSalle R., 1998. Population aggregation analysis of three caviarproducing species of sturgeons and implications for the species identification of black caviar // Conserv. Biol. Vol. 12. P. 766-775.
  33. Birstein V. J., Hanner R., DeSalle R., 1997. Phylogeny of the Acipenseriformes: cytogenetic and molecular approaches // Environ Biol Fish. Vol. 48. P. 127-155.
  34. Birstein V. J., Poletav A. I., Goncharov B. F., 1993. The DNA content in Eurasian sturgeon species determined by flow cytometry // Cytometry. Vol. 14. P. 377-383.
  35. Bork K., Drauch A., Israel J. A. et al. 2008. Development of new microsatellite primers for green and white sturgeon // Conserv. Genet. Vol. 9. P. 973-979.
  36. Brown J. R., Beckenbach K., Beckenbach A. T., Smith M. J., 1996. Length variation, heteroplasmy and sequence divergence in the mitochondrial DNA of four species of sturgeon (Acipenser) // Genetics. Vol. 142. P. 525-535.
  37. Brown G., Gadaleta G., Pepe G., Saccone C. and Sbisà E., 1986. Structural conservation and variation in the D-loop-containing region of vertebrate mitochondrial DNA // J. Mol. Biol. Vol. 192. P. 503-511.
  38. Comincini S., Lanfredi M., Rossi R., Fontana F., 1998. Use of RAPD markers to determine the genetic relationships among sturgeons (Acipenseridae, Pisces) // Fish. Sci. Vol. 64. P. 35-38.
  39. Congiu L., Fontana F., Patarnello T., Rossi R., Zane L., 2002. The use of AFLP in sturgeon identification // J. Appl. Icht. Vol. 18. P. 268-289.
  40. Cornuet J. M., Luikart G., 1996. Description and power analysis of two tests for detecting recent population bottlenecks from allele frequency data // Genetics. Vol. 144. P. 2001-2014.
  41. De la Herra R., Robles F., Martinez-Espin E., 2004. Genetic identification of western Mediterranean sturgeons and its implication for conservation // Conser. Genetics. Vol. 5. P. 545-551.
  42. Debus L., Winkler M., Billard R., 2002. Structure of micropyle surface on oocytes and caviar grains in sturgeons // Int. Rev. Hydrobiol. Vol. 87. P. 585-603.
  43. Doukakis P., Birstein V. J., De Salle R., 2005. Intraspecific structure within three caviar-producing sturgeons (Acipenser gueldenstaedtii, A. stellatus and Huso huso) based on mitochondrial DNA analysis // J. Appl. Icht. Vol. 21. P. 457-460.
  44. Dugo M. A., Kreiser B. R., Ross S. T. et al., 2004. Conservation and managmitnt implications of fine-scale genetic structure of Gulf sturgeon in the Pascagoula River, Mississippi // J. Appl. Icht. Vol. 20. P. 243-251.
  45. Douzery E., Randi E., 1997. The mitochondrial control region of Cervidae: evolutionary patterns and phylogenetic content // Mol. Biol. and Evol. Vol. 14. Р. 1154- 1166.
  46. Fontana F., Tagliavini J., Congiu L., 2001. Sturgeon genetics and cytogenetics: recent advancements and perspectives // Genetica. Vol. 111. P. 359-373.
  47. Forlani A., Fontana F., Congiu L., 2008. Isolation of microsatellite loci from the endemic and endangered Adriatic sturgeon (Acipenser naccarii) // Conserv. Genet. Vol. 9. P. 461-463.
  48. Garrido-Ramos M. A., Robles F., de la Herran R. et al., 2009. Analysis of Mitochondrial and Nuclear DNA Markers in Old Museum Sturgeons Yield Insights About the Species Existing in Western Europe: A. sturio, A. naccarii and A. oxyrinchus // Biology, Conservation and Sustainable Development of Sturgeons / Eds. R. Carmona et al.: Springer Science + Business Media B. Vol. P. 25-49.
  49. Gharaei A., Pourkazemi M., Rezvani S., Mojazi Amiri B., 2005. Genetic differences; and resemblance between Acipenser persicus and Acipenser gueldenstaedtii by means of RAPD technique // Iran. Sci. Fish. J. Vol. 14. P. 91-102.
  50. Hansen M., Kenchington E., Nielsen E. E., 2001. Assigning individual fish to populations using microsatellite DNA markers // Fish and Fisheries. Vol. 2. Р. 93-112.
  51. Jenneckens I., Meyer J.-N., Debus L. et al., 2000. Evidence of mitochondrial DNA clones of Siberian sturgeon, Acipenser baerii, within Russian sturgeon, Acipenser gueldenstaedtii, caught in the River Volga // Ecol. Lett. Vol. 3. P. 503-508.
  52. Jenneckens I., Meyer J. N., Horstgen-Schwark G. et al., 2001. A fixed allele at microsatellite LS-39 is characteristic for the black caviar producer Acipenser stellatu // J. Appl. Icht. Vol. 17. P 39-42.
  53. Keyvanshokooh S., Pourkazemi M., Katbassi M. R., 2007. The RAPD technique failed to identify sex-specific sequences in beluga (Huso huso) // J. Appl. Icht. Vol. 23. P. 1-2.
  54. King J. P., Kimmel M., Chakraborty R., 2000. A power analysis of microsatellite-based statistics for inferring past population growth // Mol. Biol. and EVol. Vol. 17. P. 1859-1868.
  55. King T. L., Lubinski B. A., Spidle A. P., 2001. Microsatellite DNA variation in Atlantic sturgeon (Acipenser oxyrinchus oxyrinchus) and cross-species amplification in the Acipenseridae // Cons. Gen. Vol. 2. P. 103- 119.
  56. Krieger J., Fuerst P. A., 2002. Evidence for a slowed rate of molecular evolution in the order Acipenseriformes // Mol. Biol. Evol. Vol. 19. N 6. P. 891-897.
  57. Krieger J., Hett A. K., Fuerst P. A. et al., 2006. Unusual intraindividual variation of the nuclear 18S rRNA gene is widespread within the Acipenseridae // J. Hered. Vol. 97. P. 218-225.
  58. Krieger J., Hett A. K., Fuerst P. A., Artyukhin E., Ludwig A., 2008. The molecular phylogeny of the order Acipenseriformes revisited // J. Appl. Icht. Vol. 24. P. 36-45.
  59. Kynard B., Zhuang P., Zhang L., Zhang T., Zhang Z., 2002. Ontogenetic behavior and migration of Volga River Russian sturgeon, Acipenser gueldenstaedtii, with a note on adaptive significance of body color // Environmental Biology of Fishe. Vol. 65. P. 411-421.
  60. Lansman R. A., Shade R. O., Shapiro J. F., Avise J. C., 1981. The use of restriction endonucleases to measure mitochondrial DNA sequence relatedness in natural populations III. Techniques and potential applications // J. Mol. EVol. Vol. 17. P. 214-226.
  61. Ludwig A., May B., Debus L., Jenneckens I., 2000. Heteroplasmy in the mtDNA control region of sturgeon (Acipenser, Huso and Scaphirhynchus) // Genetics. Vol. 156. P. 1933-1947.
  62. Ludwig A., Belfiore N. M., Pitra C. et al., 2001. Genome duplication events and functionfl reduction of ploidy levels in sturgeon (Acipenser, Huso and Scaphirhynchus) // Genetics. Vol. 158. P. 1203-1215.
  63. Ludwig A., Debus L., Jenneckens I., 2002. A molecular approach for trading control of black caviar // Int. Rev. Hydrobiol. Vol. 87. P. 661-674.
  64. Ludwig A., Congiu L., Pitra C. et al., 2003. Nonconcordant evolutionary history of maternal and paternal lineages in Adriatic sturgeon // Mol. Ecol. Vol. 12. P. 3253-3264.
  65. May B., Krueger C. C., Kincaid H. L., 1997. Genetic variation at microsatellite loci in sturgeon: primer sequence homology in Acipenser and Scaphirhynchus // Can. J. Fish. Aquat. Sci. Vol. 54. P. 1542-1547.
  66. McQuown E., Gall G. A. E., May B., 2002. Characterization and inheritance of six microsatellite loci in lake sturgeon (Acipenser fulvescens) // Trans. Am. Fish. Soc. Vol. 131. Р. 299-307.
  67. McQuown E., Krueger C. C., Kincaid H. L. et al., 2003. Genetic comparison of lake sturgeon populations: Differentiation based on allelic frequencies at seven microsatelliteloce // F. Great. Lakis Res. Vol. 29. N 1. P. 3-13.
  68. Mueller U. G., Wolfenbarger L. L., 1999. AFLP genotyping and fingerprinting // Trends Ecol. Evol. Vol. 14. P. 389-394.
  69. Nei M., Tadjima F., 1981. DNA polymorphism detectable by restriction endonucleases // Genetics. Vol. 105. P. 207-217.
  70. Pyatskowit J. D., Krueger C. C., Kincaid H. L., May B., 2001. Inheritance of microsatellite loci in the polyploid derivative lake sturgeon (Acipenser fulvescens) // Genome. Vol. 44. P. 185-191.
  71. Rastorguev S., Mugue N., Volkov A., Barmintsev V., 2008. Complete mitochondrial DNA sequence analysis of Ponto-Caspian sturgeon species // J. Appl. Icht. Vol. 24. P. 46-49.
  72. Raymakers C., 2006. CITES, the Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora: its role in the conservation of Acipenseriformes // J. Appl. Icht. Vol. 22. P. 53-65.
  73. Rehbein H., 1997. Fischartbestimmung von Caviar durch Proteinund DNA-Analyse // Info. Fischw. Vol. 44. P. 27-30.
  74. Rodzen J. A., Famula T. R., May B., 2004. Estimation of parentage and relatedness in the polyploid white sturgeon (Acipenser transmontanus) using a dominant marker approach for duplicated microsatellite loci // Aquaculture. Vol. 232. P. 165-182.
  75. Roe B. A., Ma D. P., Wilson R. K., Wong J. F., 1985. The complete nucleotide sequence of the Xenopus laevis mitochondrial genome // J. Biol. Chem. Vol. 260. P. 9759-9774.
  76. Saccone C., Pesole G., Sbisa E., 1991. The main regulatory region of mammalian mitochondrial DNA: structure-function model and evolutionary pattern // J. Mol. EVol. Vol. 33. P. 83-91.
  77. Saiki R. K., Scharf S., Faloona F. et al., 1985. Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia // Science. Dec. 20. Vol. 230. P. 1350-1354.
  78. Schlötterer C., 2000. Evolutionary dynamics of microsatellite DNA // Chromosoma. V. 109. P. 365- 371.
  79. Sanger F., Nicklen S., Coulson A. R., 1977. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors // Ibid. Vol. 74. P. 5463-5467.
  80. Smith P., McVeagh M., 2000. Allozyme and microsatellite DNA markers of toothfish population structure in the Southern Ocean // J. Fish Biol. Vol. 57. P. 72-83.
  81. Smith C. T., Nelson R. J., Pollard S. et al., 2002. Population genetic analysis of white sturgeon (Acipenser transmontanus) in the Fraser River // J. Appl. Icht. Vol. 18. P. 307-312.
  82. Tranah G., Campton D. E., May B., 2004. Genetic evidence for hybridization of pallid and shovelnose sturgeon // Heredity. Vol. 95. P. 474-480.
  83. Urquhart A., Kimpton C. P., Downes T. J., Gill P., 1994. Variation in short tandem repeat sequences - a survey of twelve microsatellite loci for use as forensic identification markers // Int. J. Leg. Med. Vol. 107. P. 13-20.
  84. Van Eenennaam A. L., Murray J. D., Medrano J. F. 1998. Synaptonemal complex analysis in spermatocytes of white sturgeon, Acipenser transmontanus Richardson (Pisces, Asipenseridae), a fish with a very high chromosome number // Genome. Vol. 41. P. 51-61.
  85. Vasil'ev V. P., 2009. Mechanisms of Polyploid Evolution in Fish: Polyploidy in Sturgeons // Biology, Conservation and Sustainable Development of Sturgeons / Eds. R. Carmona et al.: Springer Science + Business Media B. Vol. P. 97-117.
  86. Vecsei P., Charette R., Hochleithner M. et al., 2004. Guide to the Identification of Sturgeon and Paddlefish Species Controlled under the Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. Ottava: CITES. P. 30-33.
  87. Vignal A., Milan D., San Cristobal M., Eggen A., 2002. A review of SNP and other types of molecular markers and their use in animal genetics // Genet. Sel. Emol. Vol. 34. P. 275-305.
  88. Vos P., Hogers R., Bleeker M. et al. 1995. AFLP: a new technique for DNA fingerprinting // Nucleic Acids Res. Vol. 23. P. 4407-4414.
  89. Voynova N. V., Mirzoyan A. V., Timoshkina N. N., Rynza E. T., 2008. Occurrence of non-native specimens of Caspian origin within the Sea of Azov population of the Russian sturgeon (Acipenser gueldenstaedtii) // J. Appl. Icht. Vol. 24. P. 50-51.
  90. Welsh A. B., Blumberg M., May B., 2003. Identfication of microsatellite loci in lake sturgeon, Acipernser fulvescens, and their variability in green sturgeon, A. medirostris // Mol. Ecol. Notes. Vol. 3. P. 47-55.
  91. Walsh M. G., Bain M. B., Squiers T., Waldman J. R.,Wirgin I. 2001. Morphological and genetic variation among Shortnose Sturgeon Acipenser brevirostrum from Adjacent and Distant Rivers // Estuaries. Vol. 24. P. 41-48.
  92. Weising K., Nybom H., Wolff K., Kahl G., 2005. DNA fingerprinting in plants: principles, methods and applications // 2nd ed. Taylor and Francis Group. 338 p.
  93. Williams J. G. K., Hanafey M. K., Rafalski F. A., Tingey S. V. 1993. Genetic analysis using random amplified polymorphic DNA markers // Methods Enzymol. Vol. 218. P. 704-740.
  94. Wright J. M., 1993. DNA fingerprinting in fishes // Biochemistry and Molecular Biology of Fishes. Vol. 2. / In Hochachka P. W. and Mommsen T. eds. Amsterdam: Elsevier. P. 58-91.
  95. Zane L., Patarnello T., Ludwig A. et al., 2002. Isolation and characterization of microsatellites in the Adriatic sturgeon (Acipenser naccarii) //Mol. Ecol. Not. Vol. 2. P. 586-588.
  96. Zhivotovsky L. A., 1999. Estimating population structure in diploids with multilocus dominant DNA markers // Molecular Ecology. Vol. 8. P. 907-913.
  97. Zhivotovsky L. A., M. W. Feldman, 1995. Microsatellite variability and genetic distances // Proc. Natl. Acad Sci. USA. Vol. 92. P. 11549-11552.

Statistics

Views

Abstract - 822

PDF (Russian) - 476

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2010 Timoshkina N.N., Vodolazshky D.I., Usatov A.V.

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