Идентификация криптических форм гибридогенного комплекса среднеевропейских зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) в условиях трансформированных биотопов юга Среднерусской возвышенности на основе ДНК-маркеров

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Цель исследования — на основе молекулярно-генетических маркеров провести видовую идентификацию популяций гибридогенного комплекса среднеевропейских зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) в условиях трансформированных биотопов юга Среднерусской возвышенности.

Материалы и методы. В исследовании были задействованы 770 особей из 36 локальных популяций, обитающих в условиях трансформированных биотопов юга Среднерусской возвышенности. Идентификацию представителей гибридогенного комплекса среднеевропейских зеленых лягушек проводили с помощью мультипраймерной ПЦР-тест-системы. Для амплификации использовали два молекулярно-генетических маркера: интрон 1 гена сывороточного альбумина SAI-1 яДНК для определения гибридов и криптических форм и фрагмент первой субъединицы гена цитохром оксидазы COI мтДНК для определения материнских линий.

Результаты. Согласно полученным данным в регионе исследования преобладают (58,33 %) «чистые» популяционные системы R-типа. Смешанные популяционные системы RE-типа выявлены в 14 локалитетах, система REL-типа на территории региона крайне редка и отмечена только в одном локалитете. Чистых популяционных систем L-типа, E-типа, а также смешанных LE-типа не выявлено. В ходе исследования выявлено статистически значимое (р < 0,001) преобладание гаплотипов «западной» формы (Pelophylax ridibundus).

Выводы. Полученные данные свидетельствуют об активных адаптационных изменениях в популяционной структуре среднеевропейских зеленых лягушек в районе исследования, вызванных разрушением биотопов. Деградация водных объектов, вызванная абиотическими и антропогенными факторами, вынуждает земноводных мигрировать в соседние водоемы, в которых происходит гибридизация представителей данного комплекса. Интрогрессивные и гибридные формы озерной лягушки, а также гибридные особи съедобной, обладая большей экологической пластичностью и толерантностью к антропогенному прессу, вытесняют популяции Pelophylax lessonae. Исходя из вышеизложенного, считаем необходимым включение прудовой лягушки (P. lessonae) в региональную Красную книгу Белгородской области.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Анатолий Сергеевич Бархатов

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: barkhatov@bsu.edu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9996-7251
SPIN-код: 3833-2940

мл. научн. сотр., НИЦ геномной селекции

Россия, Белгород

Эдуард Анатольевич Снегин

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Email: snegin@bsu.edu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7574-6910
SPIN-код: 5655-7828

д-р биол. наук, директор НИЦ геномной селекции

Россия, Белгород

Список литературы

  1. Pillsbury F.C., Miller J.R. Habitat and landscape characteristics underlying anuran community structure along an urban-rural gradient // Ecological applications: Ecological Society of America. 2008. Vol. 18, No. 5. P. 1107–1118. doi: 10.1890/07-1899.1
  2. Вершинин В.Л. Биота урбанизированных территорий. Екатеринбург: УрГУ, 2007. 85 с.
  3. Лада Г.А. Среднеевропейские зеленые лягушки (гибридогенный комплекс Rana esculenta): введение в проблему // Флора и фауна Черноземья. Тамбов: ТГУ, 1995. С. 88–109.
  4. Зарипова Ф.Ф., Юмагулова Г.Р., Файзулин А.И. Характеристика состояния популяции озерной лягушки Rana ridibunda Pallas, 1771 (Anura, Amphibia) в Республике Башкортостан по полиморфизму рисунка окраски спины // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11, № 1. С. 78–82.
  5. Файзулин А.И., Кузовенко А.Е. Использование амфибий в мониторинге состояния окружающей среды в условиях Самарской области: фенетическая структура популяций // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 1–3. С. 829–833.
  6. Файзулин А.И., Замалетдинов Р.И., Литвинчук С.Н., и др. Видовой состав и особенности распространения зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) на особо охраняемых природных территориях Среднего Поволжья (Россия) // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2018. Т. 3, № 1. С. 1–16. doi: 10.24189/ncr.2018.056
  7. Zhelev Z.M., Arnaudova D.N., Popgeorgiev G.S., Tsonev S.V. In situ assessment of health status and heavy metal bioaccumulation of adult Pelophylax ridibundus (Anura: Ranidae) individuals inhabiting polluted area in southern Bulgaria // Ecological Indicators. 2020. Vol. 115. ID106413. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.106413
  8. Свинин А.О., Ермаков О.Е., Литвичнук С.Н., Башинский И.В. Синдром аномалии P у зеленых лягушек: история открытия, морфологические особенности и возможные причины возникновения // Труды Зоологического института РАН. 2020. Т. 324, № 1. С. 108–123. doi: 10.31610/trudyzin/2020.324.1.108
  9. Berger L. Morphology of the F1 generation of various crosses within Rana esculenta complex // Acta zoologica cracoviensia. 1968. Vol. 13. P. 301–324.
  10. Tunner H.G. Das Albumin und andere Bluteiweiße bei Rana ridibunda Pallas, Rana lessonae Camerano, Rana esculenta Linne und deren Hybriden // J Zoolog Syst Evol Res. 1973. Vol. 11, No. 1. P. 219–233. doi: 10.1111/j.1439-0469.1973.tb00143.x
  11. Uzzell T., Berger L. Electrophoretic phenotypes of Rana ridibunda, Rana lessonae, and their hybridogenetic associate, Rana esculenta // Proc Acad Nat Sci Phila. 1975. Vol. 127, No. 2. P. 13–24.
  12. Vinogradov A.E., Borkin L.J., Günther R., Rosanov J.M. Genome elimination in diploid and triploid Rana esculenta males: cytological evidence from DNA flow cytometry // Genome. 1990. Vol. 33, No. 5. P. 619–627. doi: 10.1139/g90-092
  13. Plötner J. Die westpalaarktischen Wasserfrösche. Von Märtyrern der Wissenschaft zur biologischen Sensation. Bielefeld: Laurenti Verlag, 2005.
  14. Дедух Д.В., Красикова А.В. Методические подходы к изучению комплекса среднеевропейских зеленых лягушек Pelophylax esculentus // Генетика. 2017. Т. 53, № 8. С. 885–894. doi: 10.7868/S0016675817080045
  15. Борисовский А.Г., Боркин Л.Я., Литвинчук С.Н., Розанов Ю.М. Морфометрическая характеристика зеленых лягушек (комплекс Rana esculenta) Удмуртии // Вестник Удмуртского университета. 2000. № 5. С. 70–75.
  16. Банников А.Г., Даревский И.С., Ищенко В.Г., и др. Определитель земноводных и пресмыкающихся СССР. Москва: Просвещение, 1977. 415 с.
  17. Akin C., Bilgin C.C., Beerli P., et al. Phylogeographic patterns of genetic diversity in eastern Mediterranean water frogs were determined by geological processes and climate change in the Late Cenozoic // J Biogeogr. 2010. Vol. 37, No. 11. P. 2111–2124. doi: 10.1111/j.1365-2699.2010.02368.x
  18. Иванов А.Ю. Молекулярно-генетические и экологические особенности распространения криптических форм озерной лягушки в восточной части ареала: дис. … канд. биол. наук. Пенза, 2019. 138 с.
  19. Ермаков О.А., Закс М.М., Титов С.В. Диагностика и распространение «западной» и «восточной» форм озерной лягушки Pelophylax ridibundus s. l. в Пензенской области (по данным анализа гена COI мтДНК) // Вестник Тамбовского государственного университета. Серия естественные науки. 2013. T. 18, № 6–1. С. 2999–3002.
  20. Ермаков О.А., Файзулин А.И., Закс М.М., и др. Распространение «западной» и «восточной» форм озерной лягушки Pelophylax ridibundus s. l. на территории Самарской и Саратовской областей (по данным анализа митохондриальной и ядерной ДНК) // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16, № 5–1. С. 409–412.
  21. Замалетдинов Р.И., Павлов А.В., Закс М.М., и др. Молекулярно-генетическая характеристика лягушек Pelophylax esculentus комплекса на восточной периферии ареала (Поволжье, Республика Татарстан) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2015. № 3. С. 54–66. doi: 10.17223/19988591/31/5
  22. Свинин А.О., Иванов А.Ю., Закс М.М., и др. Распространение «западной» и «восточной» форм озерной лягушки, Pelophylax ridibundus, и их участие в образовании полуклональных гибридов P. esculentus в республике Марий Эл // Современная герпетология. 2015. Т. 15, № 3–4. С. 120–129.
  23. Кукушкин О.В., Иванов А.Ю., Ермаков О.А. О генетической неоднородности населения озерных лягушек Крыма, выявляемой по результатам анализа митохондриальной и ядерной ДНК (Pelophylax ridibundus complex; Anura, Ranidae) // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2018. № 3. С. 32–54. doi: 10.21685/2307-9150-2018-3-3
  24. Файзулин А.И., Кукушкин О.В., Иванов А.Ю., Ермаков О.А. Предварительные данные о молекулярно-генетической структуре Pelophylax ridibundus (Amphibia, Anura, Ranidae) южной части Крымского полуострова, по результатам анализа митохондриальной и ядерной ДНК // Современная герпетология. 2017. Т. 17, № 1/2. С. 56–65. doi: 10.18500/1814-6090-2017-17-1-2-56-65
  25. Кузьмин С.Л. Земноводные бывшего СССР. 2-е изд. Москва: КМК, 2012.
  26. Berger L. European green frogs and their protection. Ecological Library Foundation, 2008.
  27. Ручин А.Б., Лада Г.А., Боркин Л.Я., и др. О биотопическом распределении трех видов зеленых лягушек (Rana esculenta сomplex) в бассейне р. Волги // Поволжский экологический журнал. 2009. № 2. С. 137–147.
  28. Лада Г.А. Бесхвостые земноводные (Anura) Русской равнины: изменчивость, видообразование, ареалы, проблемы охраны: дис. … д-ра биол. наук. Казань, 2012. 626 с.
  29. Снегин Э.А., Бархатов А.С. Морфогенетическая структура популяций озерной лягушки Pelophylax ridibundus (Amphibia, Anura) в условиях городской среды // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 1. С. 47–53. doi: 10.25750/1995-4301-2019-1-047-053
  30. Бархатов А.С., Снегин Э.А. Фенотипическая структура популяций Pelophylax esculentus complex в условиях урбанизированных ландшафтов юга Среднерусской возвышенности // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2021. № 3. С. 68–84. doi: 10.21685/2307-9150-2021-3-7
  31. Снегин Э.А., Бархатов А.С., Киселев В.В., и др. Оценка степени повреждения геномной ДНК популяций озерной лягушки (Pelophylax ridibundus Pallas, 1771) Белгородской агломерации методом ДНК-комет // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2021. № 55. С. 58–76. doi: 10.17223/19988591/55/4
  32. Вершинин В.Л. Экологические особенности популяций амфибий урбанизированных территорий: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Екатеринбург, 1997. 47 с.
  33. Липатов В.А., Северинов Д.А., Крюков А.А., Саакян А.Р. Этические и правовые аспекты проведения экспериментальных биомедицинских исследований in vivo. Часть II // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2019. Т. 27, № 2. С. 245–257. doi: 10.23888/PAVLOVJ2019272245-257
  34. Ermakov O., Ivanov A., Titov S., et al. New multiplex PCR method for identification of East European green frog species and their hybrids // Russian Journal of Herpetology. 2019. Vol. 26, No. 6. P. 367–370. doi: 10.30906/1026-2296-2019-26-6-367-370
  35. Lada G.A., Borkin L.J., Vinogradov A.E. Distribution, population systems and reproductive behavior of green frogs (hybridogenetic Rana esculenta — complex) in the Central Chernozem Territory of Russia // Russian Journal of Herpetology. 1995. Vol. 2, No. 1. P. 46–57. doi: 10.30906/1026-2296-1995-2-1-46-57
  36. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research — an update // Mol Ecol Notes. 2006. Vol. 6, No. 1. P. 288–295. doi: 10.1111/j.1471–8286.2005.01155.x
  37. Borkin L.J., Korshunov A.V., Lada G.A., et al. Mass occurrence of polyploid green frogs (Rana esculenta complex) in eastern Ukraine // Russian Journal of Herpetology. 2004. Vol. 11, No. 3. P. 203–222. doi: 10.30906/1026-2296-2004-11-3-203-222
  38. Шабанов Д.А., Литвинчук С.Н. Зеленые лягушки: жизнь без правил или особый способ эволюции? // Природа. 2010. № 3. C. 29–36.
  39. Günther R., Plötner J. Zur Problematik der klonalen Vererbung bei Rana kl. esculenta (Anura) // Beiträge zur Biologie und Bibliographie (1960–1987) der europäischen Wasserfrösche. Jb Feldherp Beiheft. 1988. Vol. 1. P. 23–46.
  40. Mallet J. Hybridization as an invasion of the genome // Trends Ecol Evol. 2005. Vol. 20, No. 5. P. 229–237. doi: 10.1016/j.tree.2005.02.010
  41. Вершинин В.Л., Ситников И.А., Вершинина С.Д., и др. Митохондриальная гетероплазмия у озерной лягушки (Pelophylax ridibundus Pallas, 1771) // Генетика. 2019. Т. 55, № 8. С. 972–977. doi: 10.1134/S0016675819080174
  42. Ballard J.W.O., Whitlock M.C. The incomplete natural history of mitochondria // Mol Ecol. 2004. Vol. 13, No. 4. P. 729–744. doi: 10.1046/j.1365-294x.2003.02063.x
  43. Лада Г.А. Изменения популяционных систем зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) на территории Русской равнины // Полевой журнал биолога. 2021. Т. 3, № 1. С. 53–63. doi: 10.18413/2658–3453-2021-3-1-53-63
  44. Mikulíček P., Pišút P. Genetic structure of the marsh frog (Pelophylax ridibundus) populations in urban landscape // Eur J Wildl Res. 2012. Vol. 58. P. 833–845. doi: 10.1007/s10344-012-0631-5
  45. Holenweg P.A.-K. Dispersal rates and distances in adult water frogs, Rana lessonae, R. ridibunda and their hybridogenetic associate, R. esculenta // Herpetologica. 2001. Vol. 57. P. 449–460.
  46. Smith M.A., Green D.M. Dispersal and the metapopulation paradigm in amphibian ecology and conservation: are all amphibian populations metapopulations? // Ecography. 2005. Vol. 28, No. 1. P. 110–128. doi: 10.1111/j.0906-7590.2005.04042.x
  47. Бархатов А.С., Снегин Э.А., Юсупов С.Р. Генетическая структура популяций комплекса зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) на территории юга Среднерусской возвышенности // Экологическая генетика. 2021. Т. 19, № 2. C. 107–119. doi: 10.17816/ecogen48555
  48. Ермохин М.В., Табачишин В.Г., Иванов Г.А. Размерно-весовая и половая структура популяций Pelophilax ridibundus и bombina bombina (Amphibia, Anura) в пойме р. Медведица (Саратовская область) // Современная герпетология. 2017. Т. 17, № 1/2. С. 10–20. doi: 10.18500/1814-6090-2017-17-1-2-10-20
  49. Spolsky C., Uzzell T. Natural interspecies transfer of mitochondrial DNA in amphibians // PNAS. 1984. Vol. 81, No. 18. P. 5802–5805. doi: 10.1073/pnas.81.18.5802
  50. Plötner J., Uzzell T., Beerli P., et al. Widespread unidirectional transfer of mitochondrial DNA: a case in western Palaearctic water frogs // J Evol Biol. 2008. Vol. 21, No. 3. P. 668–681. doi: 10.1111/j.1420-9101.2008.01527.x
  51. Иванов А.Ю., Ручин А.Б., Файзулин А.И., и др. Первая находка естественного переноса митохондриальной ДНК от Pelophylax cf. bedriagae к P. lessonae (amphibia, anura) // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2019. Т. 4, № 2. С. 125–128. doi: 10.24189/ncr.2019.020
  52. Дегтярь А.В., Григорьева О.И., Татаринцев Р.Ю. Экология Белогорья в цифрах: монография. Белгород: КОНСТАНТА, 2016. 122 с.
  53. Большаков С.Ю., Вакуленко А.Г., Голуб В.Б., и др. Красная книга Белгородской области. Редкие и исчезающие растения, лишайники, грибы и животные. 2-е официальное издание / под ред. Ю.А. Присного. Белгород: ИД «БелГУ», 2019. 600 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пункты сбора. Нумерация соответствует табл. 1

Скачать (597KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фрагмент электрофореграммы мультиплексной ПЦР генов. Ряд № 1: SAI-1 яДНК. Лунки 1, 4 — Pelophylax cf. bedriagae («восточная» форма озерной лягушки); 2, 3, 14, 17 — P. ridibundus («западная» форма озерной лягушки); 5, 7, 13, 15, 16, 18 — P. esculentus (родительские виды P. lessonae и P. Ridibundus, «западная» форма); 8 — P. esculentus (родительские виды P. lessonae и P. cf. Bedriagae, «восточная» форма); 10 — гибридная форма P. ridibundus и P. cf. bedriagae; 11 — маркер длин ДНК 50 + bp; 12 — P. lessonae (прудовая лягушка). Ряд № 2: COI мтДНК. Лунки 1–4, 6–10, 12–18 — гаплотипы P. ridibundus; 5 — гаплотип P. cf. bedriagae; 11 — маркер длин ДНК 50 + bp

Скачать (277KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Пересохший водоем, Красногвардейский район, Белгородская область

Скачать (448KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Озеро Банное, пункт № 11 «Графовка»

Скачать (350KB)
Метаданные

© ООО "Эко-Вектор", 2022


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 65617 от 04.05.2016.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах