Genetic diversity of the little ground squirrel Spermophilus pygmaeus Pallas, 1779 (sciuridate, rodentia) in the Northern Caucasus

Full Text

Изучение генетической структуры и генетического разнообразия популяций животных является одним из актуальных направлений современных экологических исследований. Подобные исследования особенно необходимы при изучении видов, резко сокращающих свою численность или находящихся в долговременном депрессивном состоянии. К числу таковых относится малый суслик Spermophilus pygmaeus Pallas, 1779, в отношении которого проводились грандиозные по масштабу истребительские работы в аридных ландшафтах бывшего СССР [1]. В частности, на Северном Кавказе в прошлом веке было рекомендовано полное истребление сусликов [2]. В итоге интенсивная сельскохозяйственная деятельность человека, антропогенное преобразование ландшафта на обширной территории, а также снижение пастбищной нагрузки вследствие резкого сокращения поголовья скота и соответственно восстановление высокого травостоя привели к существенному сокращению численности и площади поселений малого суслика не только на Кавказе, но и во многих регионах России: Самарский край [3], Ростовская область [4, 5], Астраханская область [6], Калмыкия [7] и т. д. К числу факторов, предопределивших современную тотальную депрессию численности малого суслика на европейском юго-востоке России, относятся еще и климатические – повышение среднегодовой температуры в течение XX в., что приводит к нарастанию аридности [8, 9].

По данным службы защиты растений (1958–1984 гг.), практически на все виды сусликов негативно повлияло увеличение площадей распашки. Это привело к постепенному дроблению популяций сусликов на все более мелкие группировки, увеличению их изоляции вплоть до полного прекращения контактов [4]. В результате поселения малого суслика, особенно в пределах степной зоны, приобрели сильно мозаичный характер. Данное положение еще более усугубляется и тем, что подвижность сусликов невелика, и сезонные перемещения молодняка обычно не превышают 1–2 км (по данным мечения – максимум 5 км) [10]. А как известно, пространственная подразделенность и временная изоляция популяций приводят к ограничению потока генов, снижению уровня гетерозиготности, повышению уровня инбридинга, а также к потере генетического разнообразия. В некоторых случаях возможны как полное вымирание, так и коренная перестройка структуры в связи с прохождением популяциями состояния “бутылочного горлышка” или восстановлением численности при ограниченном числе первопоселенцев (цит. по: Титов с соавт., 2020) [11]. При этом суслики, являясь важным звеном пищевой цепи, служат главным кормовым объектом для множества редких видов змей, птиц и млекопитающих. Колонии этого вида – основа сохранения других редких видов животных, в том числе хищных птиц. Кроме того, их норы, расположенные на целине, часто служат единственным природным укрытием для многих видов позвоночных, не выживающих в условиях трансформированного человеком ландшафта [12–14]. По данным Н.М. Окуловой [15], в норах малого суслика обитают 12 тыс. различных видов животных разных систематических групп.

Крупномасштабное картографирование ареала горного суслика в Центрально-Кавказском очаге чумы показало наличие изоляции отдельных поселений, отсутствие постоянного обмена особями между поселениями и достаточно длительное существование их без притока зверьков извне [16].

Как справедливо отмечают в своей работе В.А. Матросова с соавт. [17], поддержание генетического разнообразия и устойчивости популяций может быть обеспечено реинтродукцией и обменом особями между изолированными популяциями, для чего необходимо знать их генетическую структуру, происхождение, степень внутри- и межпопуляционного полиморфизма. С появлением молекулярно-генетических методов стало возможным не только оценить уровень генетического разнообразия, но и исследовать филогеографическую структуру видов – пространственное распределение генеалогических линий на ареале, выявить генетически обособленные популяции и группировки и т. д. В этом плане наиболее интересен малый суслик, представленный на Кавказе отдельными поселениями, разобщенными физико-географическими барьерами.

Данный вид привлекает внимание исследователей издавна, однако работ, основанных на анализе участка гена cytb мтДНК, на обозначенной территории очень мало [18, 19]. Следует отметить, что в базе Генбанк к настоящему времени доступны всего 16 последовательностей cytb мтДНК Spermophilus pygmaeus Кавказа, из которых восемь происходят из разных точек Восточного Кавказа, в частности Дагестана, а шесть – из Центрального Кавказа (Эльбрус, Баксан, Джилы-Су, Шaджатмаз). Также еще две последовательности малого суслика из п. Эльбрус депонированы в Генбанк P. Харрисоном с соавт. в 1993 г. [18]. Работы, основанные на исследовании маркеров митохондриальной (С-регион) и ядерной (интрон 6 гена р53) ДНК [20, 21], также выполнены на единичных последовательностях (от 1–3) из Дагестана, Ингушетии, Кабардино-Балкарии [21], что явно недостаточно для столь обширной и географически сложной территории Кавказа. Наибольшее количество экземпляров малого суслика изучено на территории Центрально-Кавказского высокогорного природного очага чумы [22]. В данной работе проанализированы 64 последовательности С-региона горного суслика, собранные на территориях Кабардино-Балкарской и Карачаево-Черкесской республик (29 поселений).

К числу неразрешенных вопросов, как справедливо отмечают О.А. Ермаков с соавт. [21], относятся и филогенетические отношения между “горными” и “равнинными” сусликами Северного Кавказа. Отсутствие подобного рода работ по молекулярной генетике вероятно связано с исчезновением равнинно-предгорных популяций сусликов во многих регионах России, в том числе и на Кавказе [23]. Так, если в 1970–1980 гг. на территории Кабардино-Балкарской Республики равнинно-предгорная форма малого суслика была распространена на левобережье р. Малки, охватывая равнинную степь, предгорные луговые степи и среднегорье в области Мелового (Джинальского) хребта [24], то по последним данным сельскохозяйственное освоение равнинных и предгорных территорий привело к почти полному исчезновению этих популяций малого суслика [23]. С 1990-х гг. предгорно-равнинные популяции малого суслика не регистрируются и занесены в Красную книгу КБР [25] как находящиеся на грани исчезновения. В связи с вышеизложенным сравнение горных и равнинных форм малого суслика в пределах Центрального Кавказа становится невозможным. Отмеченное справедливо и для Восточного Кавказа, где высотные пределы распространения малого суслика не превышают 700 м над ур. моря [26].

Цель исследования – изучить генетическое разнообразие сусликов Центрального и Восточного Кавказа на основании анализа фрагмента гена сytb мтДНК и оценить эволюционный возраст восточно- и центральнокавказских группировок S. pygmaeus.

Материалы и методы

Проведен молекулярно-генетический анализ популяций малого суслика в условиях Центрального (Кабардино-Балкарская Республика (КБР): окр. с. Безенги, Актопракский перевал, окр. г. Тырныауз, окр. п. Эльбрус (ущелье Ирикчат, урочище Джилы-Су)) и Восточного Кавказа (Республика Дагестан): долина Кар-Кар, окр. п. Львовский № 13, окр. с. Зеленоморск, окр. с. Хумтоп. Места сбора материала приводятся на рис. 1.

 

Рис. 1. Карта происхождения материала Spermophilus pygmaeus на Северном Кавказе. Центральный Кавказ, Кабардино-Балкарская Республика: 1 – Шаджатмаз, 2 – Джилы-Су, 3 – Эльбрус (Ирик-Чат), 4 – Баксан (Тырныауз), 5 – Актопрак, 6 – Безенги; Восточный Кавказ, Республика Дагестан: 7 – Сухокумск, 8 – Кочубей, 9 – Львовский № 13, 10 – Хумтоп, 11 – Кар-Кар, 12 – Параул, 13 – Зеленоморск. Черными треугольниками обозначены места сбора наших образцов, квадратами – места сбора образцов, использованных в работе [19], ромбами – наши точки сбора, совпавшие с таковыми по [19].

 

Изучение генетического разнообразия Spermophilus pygmaeus выполнено на основании данных о 66 последовательностях фрагмента гена cytb мтДНК длиной 840 пн. Места сбора материала и количество исследованных особей в каждой выборке представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Характеристика исследованного материала S. pygmaeus Центрального и Восточного Кавказа

Гаплотип	Образцы	Место сбора	Координаты	Идентичен гаплотипам из Генбанка
3260Bez	3260Bez–3262Bez, 3735Bez, 3737Bez, 3739Bez–3744Bez	КБР, окр. с. Безенги	N 43.240254° E 43.139148°	AF157904 OP588865 OP588866 - OP588868 OP588903 OP588904
	3719Akto–3727Akto, 3258Akto, 3696Akto, 87Akto–90Akto, 3698Akto, 3697Akto, 3695Akto	КБР, Актопракский перевал	N 43.389237° E 43.139148°
	132Tyr, 3266Tyr, 3313Tyr, 3701Tyr, 3703Tyr, 3704Tyr	КБР, окр. г. Тырныауз	N 43.412555° E 42.938234°
	134Elb, 3267Elb	КБР, окр. п. Эльбрус	N 43.265347° E 42.636483°
	4061Dzhi	КБР, ущелье Джилы-Су	N 43.434402° E 42.540295°
3744 Bez	3744Bez	КБР, окр. с. Безенги
3702 Tyr	3702Tyr	КБР, окр. г. Тырныауз
4057Dzhi	4057Dzhi	КБР, ущелье Джилы-Су
4058Dzhi	4058Dzhi, 4060Dzhi, 4062Dzhi	»
4059Dzhi	4059Dzhi	»
3268Elb	3268Elb	КБР, окр. п. Эльбрус
3255Akto	3255Akto	КБР, Актопракский перевал
3694Akto	3694Akto	»
3693Akto	3693Akto	»
11Kar	11Kar	РД, долина Кар-Кар	N 42.862909° E 47.225681°
12Kar,	12Kar, 9Kar	»		OP588899, OP588902
16Zelen	16Zelen	РД, окр. с. Зеленоморск	N 42.791189° E 47.707594°
19Lvov	19Lvov	РД, окр. п. Львовский № 13	N 43.470495° E 47.305398°
20Lvov	20Lvov	»
22Lvov	22Lvov	»
23Lvov	23Lvov	»		OP588898, OP588900, OP588901
25Lvov	25Lvov	»
27Lvov	27Lvov	»
66Hum	66Hum	РД, окр. с. Хумтоп	N 43.045594° E 47.244806°
	10Kar	РД, долина Кар-Кар
	13Zelen–15 Zelen	РД, окр. с. Зеленоморск
68Hum	68Hum	РД, окр. с. Хумтоп

 

В целях сравнения полученных данных с описанными ранее в литературе в исследование были включены последовательности мтДНК S. pygmaeus (ОР588846–ОР588904) [19], AF157907, AF157910 [18], S. musicus Menetries, 1832 (AF157900, AF157904) [18], размещенные в базе GenBank (ncbi.nlm.nih.gov). Также были использованы сиквенсы представителей рода Spermophilus: S. taurensis Gündüz et al., 2007 (KY938064, KY938069, KY938073) [27], № S. сitellus Linnaeus, 1766 (AM691632–AM691640), S. xanthoprymnus Bennett, 1835 (AM691658–AM691663) [28] и AF157902, AF157909 [18]. Для укоренения филогенетического дерева в качестве внешней группы использовалась последовательность Marmota monax Linnaeus, 1758 – AF157953 [18].

Для молекулярно-генетического анализа использовали участок гена сytb ДНК. Тотальную ДНК из образцов мышечной ткани, зафиксированных в 96%-ном этиловом спирте, выделяли вручную с использованием набора реагентов Diatom™ DNA Prep 100 (OOO “Лаборатория Изоген”, Москва) по инструкции производителя. Полученные растворы ДНК хранили при температуре –18 °С.

Амплификацию фрагментов ДНК осуществляли с использованием набора MasterMix Х5 (Диалат, Москва). Для полимеразной цепной реакции использовались праймеры: L14725 TGAAAAAYCATCGTTGT [29] и H15915 TCTTCATTTYWGGTTTACAAGAC [18] при параметрах цикла ПЦР, рекомендованных в цитируемой работе. Полученные ПЦР-продукты очищали переосаждением в 0.15 М растворе ацетата натрия в 90%-ным этаноле с последующей промывкой 70%-ном этанолом. Результат визуализировали электрофорезом в 1.5%-ном агарозном геле в присутствии бромистого этидия.

Секвенирование проводили на базе ООО “Синтол” (Москва).

Редактирование и выравнивание полученных последовательностей проводили с использованием программы BioEdit 7.09.0. [30]. Определение одинаковых последовательностей (гаплотипов) выполняли с помощью онлайн-сервиса FaBox 1.5 [31]. Филогенетический анализ нуклеотидных последовательностей методом Байеса MCMC проводили в MrBayes v3.2.6 [32]. Для построения медианной сети методом Median-Joining использовали программу Network 4.6.1 [33].

Количество гаплотипов, значения гаплотипического (h) и нуклеотидного (π) разнообразия, индексы Таджимы и Фу, а также показатели демографической и пространственной экспансий были рассчитаны в программе Arlequin v3.5 [34].

Время, прошедшее с момента существования последних общих предков (TMRCAs) для клад мтДНК, рассчитывали в программе BEAST V1.10.4 [35] методом байесовской цепи Маркова Монте-Карло (MCMC), используя модель замещения HKY+I, выбранную в Mega 6 [36]. Мы использовали некоррелированные расслабленные часы в качестве модели часов и размер констант в качестве коалесцентной модели. Для молекулярного датирования использовали следующие калибровки: 10.9 млн лет для корневого узла расхождения Marmota и других видов Spermophilus [37], 5.0 млн лет – время дивергенции между S. xanthoprymnus и S. сitellus + S. taurensis и 2.5 млн лет между S. сitellus и S. taurensis [28]. Время расхождения узлов дендрограммы Spermophilus рассчитано для шести вариантов замен за миллион лет: 0.5, 0.9, 1.2, 2.4, 3.2 и 6.7%.

Результаты

Среди 66 проанализированных последовательностей фрагмента гена cytb мтДНК S. pygmaeus Центрального и Восточного Кавказа обнаружен 21 гаплотип (табл. 1). Всего выявлено 36 вариабельных позиций, из них 21 парсимони-информативные. Усредненный нуклеотидный состав исследованного фрагмента (аденин – 26.7%, тимин – 33.5%, цитозин – 26.5%, гуанин – 13.4%) сходен с таковым у других мелких млекопитающих [38], особенностью которых является низкое содержание гуаниновых оснований [39].

Филогенетическое дерево, полученное по результатам байесовского анализа, демонстрирует существование в пределах вида S. pygmaeus двух крупных кластеров с высоким уровнем поддержки (рис. 2).

 

Рис. 2. Байесовское филогенетическое дерево представителей рода Spermophilus, основанное на aнализе гаплотипов фрагмента гена cytb мтДНК (840 пн). Числа в узлах ветвления – значения апостериорных вероятностей (больше 0.900), числа в квадратах – номера узлов. Черными треугольниками обозначены гаплотипы сусликов Восточного Кавказа, а черными кружочками – гаплотипы зверьков Центрального Кавказа. РД – Республика Дагестан, КБР – Кабардино-Балкарская Республика.

 

Данные кластеры соответствуют выделенным О.А. Ермаковым с соавт. [19] группировкам малого суслика – “восточной” (S. pygmaeus 1) с левого берега и “западной” (S. pygmaeus 2) с правого берега р. Волги. Как видно из рис. 2, “западный” кластер более крупный и сформирован из двух гаплогрупп (А и В). Первая, более крупная гаплогруппа (А) включает в себя две подгруппы A1 и A2. А1 образована нуклеотидными последовательностями сусликов [19]: Крыма (г. Джанкой), Харьковской (п. Конное), Ростовской (с. Лакедемоновка), Волгоградской (хут. Попов 2, села Родинское, Горный Балыклей, Дубовый овраг), Астраханской (с. Никольское) областей, Дагестана (г. Сухокумск).

Особое внимание обращает на себя положение гаплотипов малого суслика из долины Кар-Кар на филогенетическом дереве (рис. 2). Несмотря на их обособленное положение, следует отметить, что из четырех исследованных гаплотипов малого суслика долины Кар-Кар только три попали в подгруппу А1, тогда как четвертый, идентичный гаплотипу 66Hum, вошел в подгруппу А2. Таким образом, в одном из исследованных нами географических пунктов Восточного Кавказа (долина Кар-Кар) отмечены две генетически различающиеся группировки малого суслика.

Большая часть анализируемых нами гаплотипов (9 из 11) из разных географических точек Восточного Кавказа образовали компактную группу (A2) вместе с гаплотипами ОР588863 из Астраханской области (с. Никольское) и ОР588896 из Дагестана (г. Сухокумск). Один из наших гаплотипов (23) из окр. п. Львовский № 13 был идентичен трем последовательностям ОР588898, ОР588900 и ОР588901 из окр. с. Параул Республики Дагестан [19]. Вторая гаплогруппа (B) сформирована гаплотипами сусликов из разных географических пунктов только Центрального Кавказа (3743Bez, 3268Elb, 3744Bez, 3693Akto, 4058Dzhi, 3702Tyrn, 3255Akto, 3694Akto, 4057Dzhi и 4059Dzhi). Следует отметить, что все гаплотипы из Кабардино-Балкарской Республики, анализируемые в работе О.А. Ермакова с соавт. [19], оказались полностью идентичны гаплотипу 3743Bez из окр. с. Безенги.

“Восточный” кластер (S. pygmaeus 1) образован последовательностями мтДНК сусликов из Волгоградской (с. Красноселец), Астраханской (с. Баскунчак), Оренбургской (с. Шестаковка, с. Ащебутак), Саратовской (с. Рахмановка, п. Дергачи и с. Новотулка), Актюбинской (г. Эмба, с. Алабас) и Карагандинской (г. Каражал и Арзабай) областей. Генетическая дистанция между “западной” и “восточной” кладами составила 4.6%.

Также в анализ были включены последовательности и других представителей рода Spermophilus: S. сitellus, S. taurensis и S. xanthoprymnus. При попарном сравнении отмеченных таксонов дистанции варьировали от 5.9 до 12.1%. Минимальная дистанция 5.9 отмечена между видами S. сitellus–S. taurensis, максимальная – 12.1% между парами видов S. pygmaeus и S. xanthoprymnus. Близкая к максимальной дистанция 11.6% выявлена между S. pygmaeus и S. taurensis (табл. 2). Генетические дистанции, составляющие около 10%, выявлены между парами S. pygmaeus–S. citellus, S. сitellus–S. xanthoprimnus и S. xanthoprimnus–S. taurensis.

 

Таблица 2. Межвидовые генетические дистанции представителей рода Spermophilus для области гена цитохрома b 840 пн

Виды	S. pygmaeus	S. taurensis	S. xanthoprymnus	S. citellus
S. pygmaeus	–	0.0118	0.0121	0.0111
S. taurensis	0.1155	–	0.0114	0.0089
S. xanthoprymnus	0.1212	0.1018	–	0.0120
S. citellus	0.0995	0.0588	0.1006	–

 

Анализ медианной сети гаплотипов демонстрирует разделение сусликов Центрального и Восточного Кавказа на две группы. Данные группировки условно названы как восточнокавказская и центральнокавказская соответственно их географическому происхождению (рис. 3). Как видно из рис. 3, для 49 исследованных особей из Центрального Кавказа было отмечено всего 10 гаплотипов. Базовый гаплотип 3743Bez широко представлен на Центральном Кавказе и встречается во всех исследованных географических точках с высокой частотой. Он отмечен у 38 особей сусликов и обнаружен у большинства особей из Актопракского перевала (18), Эльбруса (2), Джилы-Су (1), а также у шести особей из семи окр. г. Тырныауза и 11 особей из 12 окр. с. Безенги.

 

Рис. 3. Медианная сеть гаплотипов мтДНК S. pygmaeus, построенная на основе анализа участка cytb (алгоритм – Median-Joining, Network 4.6.1.). Величина круга пропорциональна количеству идентичных гаплотипов. Гаплотипы, выявленные на территории Республики Дагестан: Kar (долина Кар-Кар) обозначены коричневым цветом, Zelen (окр. с. Зеленоморск) – черным цветом, Hum (окр. с. Хумтоп) – голубым цветом, Lvov (окр. п. Львовский № 13) – розовым цветом; гаплотипы, выявленные на территории КБР: Tyr (окр. г. Тырныауз) – синим цветом, Bez (окр. с. Безенги) – желтым цветом, Akto (Актопракский перевал) – красным цветом, Elb (окр. п. Эльбрус) – оранжевым цветом, Dzhi (ущелье Джилы-Су) – салатовым цветом. Цифры – позиции нуклеотидных замен, красные ромбики – гипотетические гаплотипы.

 

При сравнении наших последовательностей с таковыми из базы Генбанк выявлено, что гаплотип 3743Bez полностью совпадает со всеми последовательностями из Кабардино-Балкарской Республики: одной последовательностью из Шатджатмаза, Джилы-Су, Баксана и тремя последовательностями из Эльбруса [19]. Гаплотипы девяти особей (3255Akto, 3694Akto, 3693Akto, 3268Elb, 3744Bez, 3702Tyr, 4057Dzhi, 4058Dzhi и 4059Dzhi) являются уникальными и отличаются от широко распространенного на одну-две замены, а гаплотип 4058Dzhi является общим для двух особей из урочища Джилы-Су. В восточнокавказской выборке полученные 17 последовательностей сформировали 11 гаплотипов, из которых преобладающий гаплотип 66Нum отмечен у шести особей из трех географических точек (окр. с. Хумтоп, окр. с. Зеленоморск и окр. п. Львовский № 13). Второй по частоте встречаемости гаплотип 12Kar отмечен у двух особей из долины Кар-Кар. Данный гаплотип отмечен и на других территориях Дагестана (Параул, Кочубей) [19]. В целом в восточнокавказской группировке количество уникальных гаплотипов выше, чем в центральнокавказской, и составляет около 53%. В выборке из окр. п. Львовский № 13 все гаплотипы были уникальными, т. е. представлены одной особью каждый. Однако, как было отмечено ранее, гаплотип 23 из данной выборки совпал с тремя последовательностями из окр. с. Параул Республики Дагестан. Важно отметить, что полностью идентичных гаплотипов у сусликов Центрального и Восточного Кавказа не выявлено. Между двумя кладами выявлено 12 замен и два гипотетических гаплотипа.

Показатели генетического разнообразия приводятся в табл. 3. Как видно, уровень гаплотипической изменчивости отличается в центрально- и восточнокавказских выборках. Среди центральнокавказских выборок наибольшими значениями гаплотипического и нуклеотидного разнообразия характеризуется выборка из урочища Джилы-Су. Большая же часть центральнокавказских выборок характеризовалась очень низкими значениями как гаплотипического (от 0.1667 до 0.2857), так и нуклеотидного разнообразия (от 0.0002 до 0.0007). Несколько выше данные показатели в выборке из окр. п. Эльбрус (ущелье Ирикчат) (табл. 3). В целом суммарная выборка из Центрального Кавказа также характеризуется низкими значениями обоих показателей. Если исходить из того, что популяции с низкими значениями h и π исторически более молодые [40, 41], можно предположить, что по сравнению с восточнокавказской выборкой центральнокавказская более молодая. В отличие от центральнокавказских в большинстве выборок Восточного Кавказа наблюдаются высокие значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия. Исключение составляет выборка из окрестностей с. Зеленоморск, для которой приводимые значения в 2 и более раз ниже, чем в остальных выборках. При объединении всех выборок Восточного Кавказа в одну значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия также были высокими. Согласно данным некоторых авторов [42, 43], наибольшее генетическое разнообразие видов встречается в местах предполагаемых предковых рефугиумов.

 

Таблица 3. Показатели гаплотипического (h) и нуклеотидного (π) разнообразия и значения тестов Таджимы и Фу S. pygmaeus на Центральном и Восточном Кавказе

Географические группировки (размер выборки)	N	π ± S.E.	h ± S.E.	Tajima,s D	Fu,s F
Центральный Кавказ
1. КБР, окр. с. Безенги (12)	2	0.0002 ± 0.0003	0.1667 ± 0.134	–1.1405	–0.4757
2. КБР, Актопракский перевал (21)	4	0.0006 ± 0.0006	0.2714 ± 0.1242	–1.7268	–1.6297 -
3. КБР, окр. г. Тырныауза (7)	2	0.0007 ± 0.0007	0.2857 ± 0.1964	–1.237	0.856
4. КБР, окр. п. Эльбрус (3)	2	0.0008 ± 0.0010	0.6667 ± 0.3143	0.0000	0.20067
5. КБР, ущелье Джилы-Су (6)	4	0.0017 ± 0.0014	0.8000 ± 0.1721	0.6003	–1.072
Для Spermophilus Центрального Кавказа (49) в целом	10	0.0007 ± 0.0006	0.3997 ± 0.0889	–2.1373	–8.676 -
Восточный Кавказ
6. РД, долина Кар-Кар (4)	3	0.0060 ± 0.0044	0.8333 ± 0.2224	–0.834	1.506
7. РД, окр. п. Львовский № 13 (6)	6	0.0028 ± 0.0020	1.0000 ± 0.0962	–1.390	–3.927
8. РД, окр. с. Зеленоморск (5)	2	0.0005 ± 0.0006	0.4000 ± 0.2373	–0.817	0.090
Для Spermophilus Восточного Кавказа (15) в целом	10	0.0054 ± 0.0032	0.8952 ± 0.0704	–0.611	–2.443

Примечание. N – число гаплотипов, S. E. – стандартная ошибка, статистически достоверные значения тестов выделены полужирным. РД – Республика Дагестан, КБР – Кабардино-Балкарская Республика.

 

Значения критерия Таджимы (D = –2.137, p = 0.003) и теста Фу (F_s = −8.676, p = 0.000) для суммарной центральнокавказской выборки малого суслика оказались отрицательными и статистически значимыми, что свидетельствует о возможном действии отрицательного отбора на данный участок генома в этих популяциях либо о популяционной экспансии.

Результаты молекулярного датирования, основанные на трех калибровочных данных (табл. 4), показали, что эволюционный возраст (для модели, рассчитанной для частоты мутаций 0.5% на миллион лет) исследуемых образцов S. pygmaeus в целом как вида составил 2.277 млн. лет (95% HPD: 1.475–3.166 млн лет) (узел 4). Возраст так называемого “восточного” кластера S. pygmaeus 1 (узел 5) из левого берега р. Волги [19] составил 349 тыс. лет (95% HPD: 0.186–0.534), “западного” S. pygmaeus 2 кластера (узел 6), в который вошли и все анализируемые нами последовательности как из Центрального, так и Восточного Кавказа, составил 739 тыс. лет (95% HPD: 0.451–1.058). Возраст центральнокавказской группировки (узел 10) составил 163 тыс. лет (95% HPD: 0.0698–0.270), а восточнокавказской вместе с одним образцом ОР5888863 из Астраханской области (узел 9) составил 260 тыс. лет (95% HPD: 0.114–0.431).

 

Таблица 4. Время расхождения (млн лет) таксонов Spermophilus с шестью вариантами (%) скоростей эволюции

Номер узла на дереве. Род, вид	0.5	0.9	1.2	2.4	3.1	6.7
1. Marmota/Spermophilus	8.594	7.693	7.426	6.525	6.250	5.506
2. S. xanthoprymnus/S. taurensis+ S.citellus	4.642	4.181	4.044	3.568	3.427	3.001
3. S. taurensis/S. citellus	2.606	2.382	2.313	2.077	2.001	1.778
4. S. Pygmaeus 1 (“восточная”)/ S. Pygmaeus 2 (“западная”) группы	2.277	1.984	1.899	1.610	1.517	1.226
5. S. pygmaeus1 (“восточная” группа)	0.349	0.304	0.294	0.249	0.235	0.193
6. S. pygmaeus 2 (“западная” группа)	0.739	0.644	0.616	0.522	0.494	0.399
7. S. citellus	0.730	0.644	0.620	0.532	0.504	0.414
8. S. xanthoprymnus	0.411	0.360	0.346	0.295	0.280	0.230
9. S. pygmaeus (Восточный Кавказ)	0.260	0.227	0.218	0.186	0.175	0.144
10. S. pygmaeus (Центральный Кавказ) (В)	0.163	0.143	0.138	0.118	0.112	0.0916
11. S. pygmaeus (А1)	0.343	0.299	0.286	0.244	0.231	0.187
12. S. taurensis	0.109	0.097	0.093	0.0806	0.077	0.064

 

Обсуждение

Результаты проведенного анализа последовательностей фрагмента гена cytb малого суслика из девяти географических выборок Центрального и Восточного Кавказа свидетельствуют о некоторой степени генетической дифференциации центрально- и восточнокавказских выборок. Видно, что на филогенетическом дереве, как и на медианной сети, гаплотипы малого суслика с Центрального и Восточного Кавказа в основном группируются отдельно друг от друга, т. е. отмечается достаточно четкая связь распределения гаплотипов по регионам. Идентичных гаплотипов у малого суслика из центрально- и восточнокавказских группировок не обнаружено.

Данные о генетической дистанции между анализируемыми группировками малого суслика согласуются с их географическим распространением. Генетические дистанции (Net distance), полученные при попарном сравнении между собой выборок из Центрального и Восточного Кавказа, варьировали от 1.33 до 1.67, что свидетельствует о некоторой степени генетической обособленности центрально- и восточнокавказских выборок. На основании выполненного крупномасштабного картографирования поселений сусликов в эльбрусской части ареала А.И. Дятлов с соавт. [44] высказали мнение о том, что никаких связей, по крайней мере в последние несколько тысяч лет, нельзя предполагать между сусликами из Приэльбрусья и зверьками, населяющими Алханчуртскую долину (Терско-Сунженское междуречье), а также с поселениями равнинного Дагестана. Географические группировки малого суслика, обитающие на Центральном Кавказе, оказались генетически близки между собой. Следует отметить, что несмотря на генетическую близость восточнокавказских и равнинных правобережных выборок, идентичных гаплотипов выявлено не было.

В пределах вида S. pygmaeus между “восточной” и “западной” группировками (S. pygmaeus 1 и S. pygmaeus 2) (рис. 2) дистанция составила 4.6%. Полученные результаты практически совпадают с данными О.А. Ермакова с соавт. [19], выявившими между “западной” и “восточной” группами гаплотипов дистанцию 4.9%. Между видами рода Spermophilus, анализируемыми в данной работе, отмечается размах дистанции от 5.9–12.1%. По результатам, полученным на основании анализа того же фрагмента мтДНК другими исследователями, средние генетические дистанции между видами сусликов рода Spermophilus колебались от 0.0260 (2.6%) до 0.1401 (14%) [45].

Сравнение нуклеотидного и гаплотипического разнообразия в популяциях малого суслика из разных географических точек Центрального и Восточного Кавказа показало, что центральнокавказские выборки характеризуются существенно более низкими показателями генетического разнообразия по сравнению с сусликами Восточного Кавказа. Среди всех анализируемых центральнокавказских выборок самые высокие значения гаплотипического и нуклеотидного разнообразия отмечены в выборке с наибольшей высотой местности – урочище Джилы-Су (около 2400 м над ур. моря). Полученные результаты согласуются с данными Е.С. Котенева с соавт. [21], показавшими наиболее высокое разнообразие “высокогорной” гаплогруппы на основании анализа последовательностей С-региона мтДНК. Как и было отмечено ранее, объединенная выборка из Центрального Кавказа (n = 49) также характеризуется низкими значениями обоих показателей. Аналогичные результаты были получены О.А. Ермаковым с соавт. [19], которые отмечали низкое нуклеотидное (0.0003) и гаплотипическое (0.333) разнообразие для центральнокавказской выборки. Низкие значения нуклеотидного и гаплотипического разнообразия, отмечаемые в центральнокавказских группировках, позволяют предположить, что эти популяции проходили через так называемое “бутылочное горлышко”, в результате чего была утеряна значительная часть генетического разнообразия. Что касается численности, согласно данным Н.Н. Мадьянова [46], по сравнению со временем открытия природного очага (в 1971 г.) за последние годы заметно сократилась не только площадь поселений носителя, особенно в рассматриваемой части Центрально-Кавказского высокогорного природного очага чумы, но и снизилась численность, а также существенно изменились количество и конфигурация заселенных сусликами участков. Таким образом, можно предположить, что длительное падение численности и изоляция привели к увеличению доли обычных гаплотипов и в целом к снижению генетического разнообразия. Об обособлении приэльбрусской части ареала исследователи писали еще в 1980 г. и связывали этот процесс с вымиранием поселений на предгорной южной окраине равнин. Уже в 1980 г. отмечалось, что приэльбрусские поселения изолированы от основной части ареала, расположенного на Прикаспийских равнинах, причем пространственный разрыв между окраинными поселениями составлял 30–50 км, тогда как до 1970-х гг. разрыв составлял всего 10–20 км [44]. В сравнении с центральнокавказскими выборками восточнокавказские характеризуются достаточно высокими значениями нуклеотидного и гаплотипического разнообразия. Учитывая, что уровень генетического разнообразия определяется рядом факторов – временем существования вида, численностью, ареалом [47], можно предположить, что наиболее высокий уровень гаплотипического разнообразия в восточнокавказской выборке определяется более длительным временем существования S. pygmaeus на отмеченной территории, что подтверждается полученными датировками. Как видно из табл. 4, возраст восточнокавказской группы (узел 9) составил 260 тыс. лет, а центральнокавказской (узел 10) составил 163 тыс. лет (для модели, рассчитанной для частоты мутаций 0.5% на миллион лет), из чего можно предположить, что малый суслик проник в горы с равнины. Точку зрения, что предки современных горных сусликов в разное время проникали в высокогорье из равнинных районов, высказывали и другие исследователи [44, 48], о возможном расселении суслика в горы с равнин Предкавказья говорится и в монографии Н.К. Верещагина [49].

Таким образом, относительно обособленное положение гаплотипов малого суслика Центрального и Восточного Кавказа на филогенетическом дереве, отсутствие идентичных гаплотипов у центрально- и восточнокавказских группировок, а также генетическая дистанция, полученная между ними (1.34%), указывают на генетическую гетерогенность S. pygmaeus на исследуемой территории. Также выявлено, что в долине Кар-Кар встречаются две генетически различающиеся группировки малого суслика, дистанция между которыми составляет 0.0108 (1.1%).

Высокое генетическое разнообразие исследованных восточнокавказских выборок по сравнению с центральнокавказскими свидетельствует, что они, возможно, более благополучны и жизнеспособны, чем центральнокавказские. Снижение популяционного генетического разнообразия может быть связано со снижением приспособленности популяции [50]. Потери аллельного разнообразия могут также негативно повлиять на долгосрочную жизнеспособность популяций, снижая способность популяций адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды [51].

Работа выполнена по программе Государственного задания Института экологии горных территорий им. А.К. Темботова РАН (FMEU-2023-0001 “Разнообразие (генетическое, морфологическое, таксономическое) позвоночных Северного Кавказа, структура их размещения в регионе как основа долгосрочного мониторинга природных и антропогенных экосистем”).

Исследование одобрено Этическим комитетом ФБУН “Институт экологии горных территорий им. А.К. Темботова РАН”, протокол № 1 от 10.12.2022 г.

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

About the authors

F. А. Tembotova

Tembotov Institute of Ecology of Mountain Territories, Russian Academy of Sciences

Email: h.a.amshokova@mail.ru
Russian Federation, 360051, Nalchik

М. S. Gudova

Tembotov Institute of Ecology of Mountain Territories, Russian Academy of Sciences

Email: h.a.amshokova@mail.ru
Russian Federation, 360051, Nalchik

A. Kh. Amshokova

Tembotov Institute of Ecology of Mountain Territories, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: h.a.amshokova@mail.ru
Russian Federation, 360051, Nalchik

A. Kh. Khalidov

Dagestan Anti-Plague Station

Email: h.a.amshokova@mail.ru
Russian Federation, 367010, Makhachkala

References

Supplementary files