Учёные провели масштабное геномное исследование рода плотв (отряд карпообразные)

Международная команда исследователей под руководством ихтиолога, ведущего научного сотрудника Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН) кандидата биологических наук Бориса Лёвина изучила таксономию, филогению, эволюционную историю и установила обширную роль гибридизации в эволюции одних из самых часто встречаемых и широко распространенных рыб Северной Евразии - плотв. Ареал рода охватывает территорию от Британских островов на западе до Якутии на востоке и от Скандинавии на севере до южной части бассейнов Каспийского и Аральского морей на юге: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ddi.70124

«Благодаря научной кооперации и обширным собственным экспедициям нам удалось собрать репрезентативный материал от всех видов рода на протяжении всего ареала. Таксономия плотв была очень запутана и дискуссионна – возможно, по причине того, что плотва легко идет на гибридизацию с другими видами рыб. В дополнение к этому, плотва фенотипически и экологически необычайно пластична и границы между видами, определяемые по стандартным признакам фенотипа, не всегда работают» - рассказал к.б.н. Б.А. Лёвин.

Генетические маркеры митохондриальной ДНК, которая передается по материнской линии, применявшиеся в предыдущих исследованиях, давали результаты, противоречащие общепринятой таксономии этой группы. По этой причине ученые решили применить технологически более продвинутый метод анализа геномов – ddRAD-seq с использованием высокопроизводительного секвенирования второго поколения (Illumina). В результате обстоятельной биоинформационной обработки геномных данных, удалось разрешить ряд вопросов, которые казались нерешаемыми с использованием классических методов.

Во-первых, обнаружено скрытое эволюционное и видовое разнообразие – восстановлено три «старых» вида, которые были необоснованно сведены в синонимы других видов (то есть отождествлены с ними), а также обнаружено три новые эволюционные линии – кандидаты в новые виды. «Примечательным является то, что новые эволюционные линии обнаружены в Европе, то есть в одном из самых изученных регионов. В частности, одна линия обнаружена на Балканском полуострове, одна – в бассейне Дуная, и еще одна – в Днепре» - сообщил первый автор статьи Б.А. Лёвин. В итоге, видовое разнообразие рода Rutilus может быть сведено к 22 видам, подразделенных на три подрода.

Во-вторых, вскрыта обширная роль интрогрессивной межвидовой и межродовой гибридизации в эволюционной истории рода, что часто выражается в рассогласованности митохондриальной и ядерной филогений. Так, например, в Каспийском бассейне обнаружена частая гибридизация между кутумом и воблой – историческая и современная. Здесь часты случаи, когда кутум имеет митогеном воблы, и наоборот. Масштабная митохондриальная «маскировка» отмечена и у других видов. На большей части ареала рода на протяжении до 5000 км в долготном направлении – от Восточной Сибири до Балканского полуострова, и около 3700 км в широтном – от Скандинавии до Ирана митохондриальные гены понто-каспийской линии плотвы обнаруживается у многих видов, обитающих на этом крупном участке Евразии. Речь идет о сибирской плотве R. lacustris, аральской плотве R. aralensis, армянской плотве R. shelkovnikovi, обыкновенной плотве R. rutilus, которые являются генетически изолированными видами согласно данным ядерного генома. Такая картина (мито-ядерный диссонанс) является следствием исторической гибридизации. Как полагают авторы статьи, глобальные экспансии каспийско-черноморской линии плотвы в северные экосистемы происходили в результате плювиальных эпох плейстоценовых послеледниковий. Эти экспансии сопровождались вторичным контактом и гибридизацией с местными видами. При этом самая сложная ситуация с гибридизацией разных близкородственных линий плотв отмечена в бассейне Волги, где сошлись и образовали огромную гибридную зону три вида – обыкновенная плотва R. ruiltus, которая пришла из бассейна Балтики, сибирская плотва R. lacustris – из бассейна Оби и вобла R. caspicus из Каспийского моря.

В-третьих, необыкновенно частая внутривидовая гибридизация плотв, а также гибридизация с другими родами рыб привели к становлению гетерогенного генома, который способствует высокой фенотипической и экологической пластичности плотв, которые быстро образуют разные экологические формы. Вместе с тем, это исследование вскрыло и негативную роль гибридизации для узко ареальных видов с малой численностью на примере закавказского вида – ширванской плотвички, которая, хоть и называется плотвичкой, но, как выяснило это исследование, относится к отдельному роду Orthroleucos. Геном ширванской плотвички до 15-20% состоит из генома плотвы, обитающей в Закавказье, а митохондриальный геном – полностью заместился плотвиным. Численность этого вида падает, следствием чего могут быть и негативные последствия гибридизации. Более многочисленный вид при продолжении гибридизации может «растворить» в себе немногочисленную популяцию закавказского эндемика.

Работа поддержана грантом РНФ 24-44-20019.

Рис. 1: Плотва обыкновенная Rutilus rutilus из бас. Балтийского моря. Автор фото: О.Н. Артаев

Рис. 2: Карта сбора материала с маркированием распространения основных трех клад.

Источник: onlinelibrary.wiley.com

Комментарии: