Ecological geneticsEcological geneticsЭкологическая генетика1811-09322411-9202Eco-Vector1299310.17816/ecogen17415-26Genetic basis of ecosystems evolutionГенетические основы эволюции экосистемResearch ArticleThe assessment of the genetic structure of bush snail (Fruticicola fruticum) populations based on the nonspecific esterases lociОценка генетической структуры популяций кустарниковой улитки (Fruticicola fruticum) на основе локусов неспецифических эстераз82378443005655-7828SneginEduard A.СнегинЭдуард Анатольевич
Russian Federation

Dr. Biol. Sci., the senior lecturer, the director of the research center of genomic selection.

д-р биол. наук, доцент, директор научно-исследовательского центра геномной селекции.

eduard_snegin@mail.ru571902306623402-6300SneginaElena A.СнегинаЕлена Андреевна
Russian Federation

Researcher of the research center of genomic selection

научный сотрудник научно-исследовательского центра геномной селекции.

snegina@bsu.edu.ru567369306001219-5591ArtemchukOlesya Yu.АртемчукОлеся Юрьевна
Russian Federation

Researcher of Research Center of Genomic Selection

научный сотрудник научно-исследовательского центра геномной селекции

ris-med@yandex.ruBelgorod National Research UniversityФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»Belgorod national research universityФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»181020191512201917415260106201918102019Copyright ©; 2019, Snegin E.A., Snegina E.A., Artemchuk O.Y.Copyright ©; 2019, Снегин Э.А., Снегина Е.А., Артемчук О.Ю.2019Snegin E.A., Snegina E.A., Artemchuk O.Y.Снегин Э.А., Снегина Е.А., Артемчук О.Ю.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/12993

Using the polymorphic esterases loci, the genetic structure of the gastropod mollusk Fruticicola (Bradybaena) fruticum Мüll., most of which lives in the south of the Central Russian Upland, was studied. For comparison, the samples were taken from the Romania, the North Caucasus, the Ural and the Vyatka regions. A total of the 1668 individuals were investigated. Of the 28 studied populations in 11 (39.3%), there was significant shortage of the heterozygotes. The level of the expected heterozygosity fluctuated in the range He = 0.116–0.454. Using the non-parametric statistics (Chao1-bc method and 1st order jackknife method), the populations with potentially high and low diversity of the multilocus genotypes were identified. The indicators of the genetic disunity between populations averaged Φst = 0.276, Fst = 0.292. The principal component analysis and the Mantel correlation criterion Rм = –0.007 showed the absence of a reliable relationship between the geographical and genetic distance between populations, which indicates a violation of the isolation model by distance and confirms the thesis put forward by us that the urbanized forest-steppe landscape disrupts the natural migration processes, leads to the strong isolation and the genetic drift in the snail populations. At the same time, the phenomenon of increasing the degree of division of the populations against the background of reduced the allelic diversity, noted by us in many groups of bush snails, can be regarded as a shift in genetic equilibrium towards an increase in the interpopupulation diversity (according to the Wright model). The revealed absence of the effect of isolation by distance can be a consequence of the action of the stabilizing natural selection. The assumption of the dependence of the esterase alleles frequencies in the bush snail populations on the genetic (biochemical) characteristics of the food objects was proposed. The effective size, calculated using the Slatkin formula turned out to be comparable with the background, adventive and relict species of the terrestrial mollusks living in the study area (Ne = 2.2–7.6).

С использованием локусов неспецифических эстераз была исследована популяционная структура наземного моллюска Fruticicola (Bradybaena) fruticum Мüll. в условиях Среднерусской возвышенности и других ландшафтов Восточной Европы. Из 28 исследованных популяций в 11 (39,3 %) наблюдался достоверный дефицит гетерозигот. Уровень ожидаемой гетерозиготности колебался в диапазоне He = 0,116–0,454. Используя непараметрическую статистику (метод Chao1-bc и метод «складного ножа») были выявлены популяции, обладающие потенциально высоким и низким разнообразием мультилокусных генотипов. Показатели генетической разобщенности популяций составили в среднем Φst = 0,276, Fst = 0,292, при отсутствии достоверной связи географического и генетического расстояний между популяциями (Rм = –0,007). Эффективная численность, рассчитанная с помощью формулы Слаткина, оказалась сопоставимой с фоновыми, адвентивными и реликтовыми видами наземных моллюсков (Ne = 2,2–7,6), обитающими в районе исследования. Выдвигается предположение о зависимости частот аллелей эстераз в популяциях кустарниковой улитки от биохимических особенностей кормовых объектов.

terrestrial mollusksesterasespopulation structuremultilocus genotypeseffective sizeназемный моллюскэстеразыпопуляционная структурамультилокусные генотипыэффективная численностьСнегин Э.А. Эколого-генетические аспекты расселения Bradybaena fruticum (Mollusca, Gastropoda, Pullmonata) в элементах лесостепного ландшафта // Экология. — 2005. – № 1. – С. 39–47. Snegin EA. Ecological and genetic characteristics of the distribution of Bradybaena fruticum (Mollusca, Gastropoda, Pullmonata) in a forest-steppe landscape. Russian Journal of Ecology. 2005;36(1):33-40. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1007/s11184-005-0006-1.Снегин Э.А. Оценка состояния популяционных генофондов наземных моллюсков в условиях влияния горно-обогатительных комбинатов на примере Bradybaena fruticum Müll. (Gastropoda, Pulmonata) // Экологическая генетика. – 2010. – Т. 8. – № 2. – С. 45–55. [Snegin EA. Assessment of the state of population gene pools of terrestrial mollusks in conditions of influence of ore dressing combines from the example of Bradybaena fruticum Müll. (Gastropoda, Pullmonata). Ecological genetics. 2010;8:45-55. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/ecogen8245-55.Снегин Э.А. Временная динамика генетической структуры и эффективная численность популяций Bradybaena fruticum Müll. (Mollusca, Gastropoda, Pullmonata) в условиях юга Среднерусской возвышенности // Экология. – 2015. – Т. 46. – № 3. – C. 198–205. https://doi.org/10.7868/S0367059715020110. [Snegin EA. Temporal dynamics of the genetic structure and effective size of Bradybaena fruticum Müll. (Mollusca, Gastropoda, Pulmonata) populations in the south of the Central Russian Upland. Russian Journal of Ecology. 2015;46(3):260-266. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S1067413615020113.Снегин Э.А., Снегина Е.А. Оценка состояния популяционных генофондов малоподвижных видов животных на примере наземного моллюска Bradybaena fruticum Müll. (Gastropoda, Pulmonata) с использованием ДНК-маркеров // Экологическая генетика. – 2017. – Т. 15. – № 3. – С. 4–19. [Snegin EA, Snegina EA. Assessment of the state of population gene pools of the slightly mobile animal species on the example of the land snail Bradybaena fruticum Müll. (Gastropoda, Pulmonata) based on the DNA markers. Ecological genetics. 2017;15(3):4-19. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/ecogen1534-19.Матекин П.В., Макеева В.М. Полиморфная система эстераз и пространственная структура вида у кустарниковой улитки (Bradybaena fruticum Müll.) // Журнал общей биологии. – 1977. – Т. 38. – № 6. – С. 908–913. [Matyokin PV, Makeeva VM. Polymorphic system of esterases and spatial structure of a species in a bush snail (Bradybaena fruticum Müll.). Journal of general biology. 1977;38(6): 908-913. (In Russ.)]Макеева В.М., Белоконь М.М., Малюченко О.П. Оценка состояния генофонда природных популяций беспозвоночных животных в условиях фрагментарного ландшафта Москвы и Подмосковья (на примере кустарниковой улитки Bradybaena fruticum (Müll.)) // Генетика. – 2005. – Т. 41. – № 11. – С. 1495–1510. [Makeeva VM, Belokon’ MM, Malyuchenko OP. Estimating the gene pool condition in natural populations of invertebrates in the fragmented landscape of Moscow and Moscow Region with special reference to bush snail Bradybaena fruticum Müll. Russian Journal of Genetics. 2005;41(11):1230-1244. (In Russ.)]Peakall R, Smouse PE. GenAlEx 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Mol Ecol Notes. 2006;6(1):288-295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x.Chao A. Species richness estimation. In: Balakrishnan N, Read CB, Vidakovic B, ed. Encyclopaedia of statistical science. New York: Wiley; 2005. рр. 7907-7916.Burnham KP, Overton WS. Estimation of the size of a closed population when capture probabilities vary among animals. Biometrika. 1978;65(3):625-633. https://doi.org/10.1093/biomet/65.3.625.Chao А, Shen TJ. SPADE [cited 12.03.2015]. 2009. Available from: http://chao.stat.nthu.edu.tw/wordpress/Wright S. The genetical structure of populations. Ann Eugen. 1951;15(4):323-354.Excoffier L, Smouse PE, Quattro JM. Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: application to human mitochondrial DNA restriction data. Genetics. 1992;131(2):479-491.Slatkin M. Isolation by distance in equilibrium and non-equilibrium populations. Evolution. 1993;47(1):264-279. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1993.tb01215.x.Снегин Э.А. Пространственные и временные аспекты эколого-генетической структуры популяций беспозвоночных животных (на примере наземных моллюсков и насекомых юга Среднерусской возвышенности): Дис. … докт. биол. наук. – Белгород, 2012. – 473 с. [Snegin EA. Prostranstvennyye i vremennyye aspekty ekologo-geneticheskoy struktury populyatsiy bespozvonochnykh zhivotnykh (na primere nazemnykh mollyuskov i nasekomykh yuga Srednerusskoy vozvyshennosti). [dissertation] Belgorod; 2012. 473 р. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.dissercat.com/content/prostranstvennye-i-vremennye-aspekty-ekologo-geneticheskoi-struktury-populyatsii-bespozvonoc. Ссылка активна на 16.07.2019.Снегин Э.А., Артемчук О.Ю. Морфогенетический анализ популяций Helix pomatia L. (Pulmonata, Helicidae) юго-восточной и восточной части современного ареала // Экологическая генетика. – 2014. – Т. 12. – № 4. – С. 25–37. [Snegin EA, Artemchuk OYu. Morphogenetic analysis of Helix pomatia L. (Pulmonata, Helicidae) populations from south-eastern and eastern parts of the modern area. Ecological genetics. 2014;12(4):25-37. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/ecogen12425-37.Снегин Э.А., Снегина Е.А. Генетическая структура популяций особо охраняемого моллюска Cepaea vindobonensis (Mollusca, Gastropoda, Pulmonata) в условиях северо-восточной части современного ареала // Экологическая генетика. – 2016. – Т. 14. – № 3. – С. 13–27. https://doi.org/10.17816/ecogen14313-27. [Snegin EA, Snegina EA. Genetic structure of populations of specially protected mollusk Cepaea vindobonensis (Mollusca, Gastropoda, Pulmonata) in the northeastern part of the modern-day range. Ecological genetics. 2016;14(3):13-27. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/ecogen14313-27.Ли Ч.Ч. Введение в популяционную генетику / пер. с англ. Е.А. Салменковой, Е.Я. Тетушкина, под ред. Ю.П. Алтухова, Л.А. Животовского. – М.: Мир, 1978. – 555 с. [Li CC. First course in population genetics. Transl. from English E.A. Salmenkova, E.Ya. Tetushkin, ed. by Yu.P. Altukhov, L.A. Zhivotovskiy. Moscow: Mir; 1978. 555 р. (In Russ.)]Wright S. Random drift and shifting balance theory of evolution. Mathematical topics in population genetics. Berlin: Springer Verlag; 1970, рр. 1-31.Макеева В.М. Роль естественного отбора в формировании генотипического своеобразия популяций моллюсков (на примере кустарниковой улитки Bradybaena fruticum (Mull.)) // Журнал общей биологии. – 1989. – Т. 50. – № 1. – С. 101–107. [Makeeva VM. The role of natural selection in the formation of the genotypic originality of the populations of mollusks (on the example of the shrub snail Bradybaena fruticum (Müll.)). Journal of general biology. 1989;50(1):101-107. (In Russ)]