Population Genetic Structure in Polar Bears ( Ursus maritimus ) from the Russian Arctic Seas

P. A. Sorokin; Сорокин П. А.; E. Yu. Zvychaynaya; Звычайная Е. Ю.; E. A. Ivanov; Иванов Е. А.; I. A. Mizin; Мизин И. А.; I. N. Mordvintsev; Мордвинцев И. Н.; N. G. Platonov; Платонов Н. Г.; A. I. Isachenko; Исаченко А. И.; R. E. Lazareva; Лазарева Р. Е.; V. V. Rozhnov; Рожнов В. В.

doi:10.31857/S0016675823120123

Популяционно-генетическая структура белого медведя (Ursus maritimus) в морях российской Арктики

Авторы: Сорокин П.А.¹, Звычайная Е.Ю.¹, Иванов Е.А.¹, Мизин И.А.², Мордвинцев И.Н.¹, Платонов Н.Г.¹, Исаченко А.И.³, Лазарева Р.Е.³, Рожнов В.В.¹
Учреждения:
1. Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук
2. Национальный парк “Русская Арктика”
3. ООО “Арктический Научный Центр”
Выпуск: Том 59, № 12 (2023)
Страницы: 1393-1406
Раздел: ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
URL: https://journals.rcsi.science/0016-6758/article/view/233638
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016675823120123
EDN: https://elibrary.ru/VDKHCW
ID: 233638

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Рассмотрена популяционно-генетическая структура белого медведя (Ursus maritimus) на модельных участках в морях российской Арктики по материалам, собранным в период 2010–2021 гг. Получены данные по полиморфизму 17 микросателлитных локусов ядерной ДНК и фрагмента D-петли мтДНК длиной 610 пн для 93 животных. Для исследованной выборки взрослых белых медведей обнаружено высокое генетическое разнообразие ядерной ДНК и низкое значение нуклеотидной изменчивости π по митохондриальной ДНК. По всем генетическим маркерам обнаружена дифференциация медведей из южной части Баренцева моря от животных севера Баренцева и Карского морей. Данные группировки различаются по распределению митохондриального маркера (θ_st = 0.270) и слабо дифференцируются по ядерным локусам (R_st = 0.018).

Ключевые слова

белый медведь, Ursus maritimus, контрольный регион, микросателлиты, полиморфизм, Баренцево море, Карское море.

Список литературы

Liu S., Lorenzen E.D., Fumagalli M. et al. Population genomics reveal recent speciation and rapid evolutionary adaptation in polar bears // Cell. 2014. V. 157. P. 785–794. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.03.054
Hassanin A. The role of Pleistocene glaciations in shaping the evolution of polar and brown bears. Evidence from a critical review of mitochondrial and nuclear genome analyses // C. R. Biol. 2015. V. 338. P. 494–501.https://doi.org/10.1016/j.crvi.2015.04.008
Taylor M.K., Akeeagok S., Andriashek D. et al. Delineating Canadian and Greenland polar bear (Ursus maritimus) populations by cluster analysis of movements // Can. J. Zool. 2001. V. 79. P. 690–709. https://doi.org/10.1139/z01-028
Paetkau D., Amstrup S.C., Born E.W. et al. Genetic structure of the world’s polar bear populations // Mol. Ecol. 1999. V. 8. P. 1571–1584. https://doi.org/10.1046/j.1365-294x.1999.00733.x
Malenfant R.M., Coltman D.W., Davis C.S. Design of a 9K Illumina BeadChip for polar bears (Ursus maritimus) from RAD and transcriptome sequencing // Mol. Ecol. Resour. 2015. V. 15(3). P. 587–600. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12327
Cronin M.A., Amstrup S.C., Scribner K.T. Microsatellite DNA and mitochondrial DNA variation in polar bears in the Beaufort and Chukchi seas, Alaska. // Can. J. Zool. 2006. № 84. P. 655–660. https://doi.org/10.1139/Z06-039
Peacock E., Sonsthagen S.A., Obbard M.E. et al. Implications of the circumpolar genetic structure of polar bears for their conservation in a rapidly warming arctic // PLoS One. 2015 V. 10(1). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0112021
Malenfant R.M., Davis C.S., Cullingham C.I., Coltman D.W. Circumpolar genetic structure and recent gene flow of polar bears: a reanalysis // PLoS One. 2016. V. 11(3). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148967
Mauritzen M., Derocher A.E., Wiig Ø. et al. Using satellite telemetry to define spatial population structure in polar bears in the Norwegian and western Russian Arctic // J. Appl. Ecol. 2002. V. 39. P. 79–90. https://doi.org/10.1046/j.1365-2664.2002.00690.x
Amstrup S.C., Durner G.M., McDonald T.L. et al. Comparing movement patterns of satellite-tagged male and female polar bears // Can. J. Zool. 2001. V. 79. P. 2147–2158. https://doi.org/10.1139/z01-174
Zeyl E., Ehrich D., Aars J. et al. Denning-area fidelity and mitochondrial DNA diversity of female polar bears (Ursus maritimus) in the Barents Sea // Can. J. Zool. 2010. V. 88. P. 1139–1148. https://doi.org/10.1139/Z10-078
Laidre K., Born E., Gurarie E. et al. Females roam while males patrol: Divergence in breeding season movements of pack-ice polar bears (Ursus maritimus) // Proc. Biol. Sciences. The Royal Society. 2013. V. 280. https://doi.org/10.1098/rspb.2012.2371
Wiig Ø., Born E., Laidre K. et al. Performance and retention of lightweight satellite radio tags applied to the ears of polar bears (Ursus maritimus) // Animal Biotelemetry. 2017. V. 5. P. 1–11. https://doi.org/10.1186/s40317-017-0124-0
Matsuhashi T., Masuda R., Mano T. et al. Microevolution of the mitochondrial DNA control region in the japanese brown bear (Ursus arctos) population // Mol. Biol. Evol. 1999. V. 16(5). P. 676–684. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026150
Hall T.A. Bioedit: A user friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT // Nucl. Acids Symp. Series. 1999. V. 41. P. 95–98.
Bandelt H.J., Forster P., Rohl A. Median-Joining networks for inferring intraspecific phylogenies // Mol. Biol. Evol. 1999. V. 16. № 1. P. 37–48. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026036
Excoffier L.G., Lischer H.E. Arlequin suite ver 3.5: А new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows // Mol. Ecol. Resour. 2010. V. 10. P. 564–567. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x
Park S.D.E. Trypanotolerance in West African Cattle and the Population Genetic Effects of Selection. Ph.D. thesis Univ. Dublin, 2001. 53 p.
Posada D., Crandall K.A. Modeltest: Testing the model of DNA substitution // Bioinformatics. 1998. V. 14. № 9. P. 817–818. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/14.9.817
Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. 2000. V. 155. P. 945–959. https://doi.org/10.1093/genetics/155.2.945
Kopelman N.M., Mayzel J., Jakobsson M. et al. Clumpak: A program for identifying clustering modes and packaging population structure inferences across K // Mol. Ecol. Resour. 2015. V. 15(5). P. 1179–1191. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12387
Kalinowski S.T., Taper M.L., Marshall T.C. et al. Revising how the computer program CERVUS accommodates genotyping error increases success inpaternity assignmen // Mol. Ecol. 2007. V. 16. P. 1099–1106. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2007.03089.x
Zeyl E., Aars J., Ehrich D., Wiig Ø. Families in space: Relatedness in the Barents sea population of polar bears (Ursus maritimus) // Mol. Ecol. 2009. V. 18(4). P. 735–749. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2008.04049.x
Cronin M.A., Amstrup S.C., Talbot S.L. et al. Genetic variation, relatedness, and effective population size of polar bears (Ursus maritimus) in the southern Beaufort sea, Alaska // J. Hered. 2009. № 100. P. 681–690. https://doi.org/10.1093/jhered/esp061
Crompton A.E., Obbard M.E., Petersen S.D., Wilson P.J. Population genetic structure in polar bears (Ursus maritimus) from Hudson Bay, Canada: implications of future climate change // Biol. Conserv. 2008. V. 141(10). P. 2528–2539. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2008.07.018
Платонов Н.Г., Мизин И.А., Иванов Е.А. и др. Использование белым медведем (Ursus maritimus) местообитаний вдоль береговой линии в течение года по данным спутникового мониторинга // Исследование Земли из космоса. 2019. № 3. С. 80–91. https://doi.org/10.31857/S0205-96142019380-91
Campagna L., Van Coeverden de Groot P.J., Saunders B.L. Extensive sampling of polar bears (Ursus maritimus) in the Northwest Passage (Canadian Arctic Archipelago) reveals population differentiation across multiple spatial and temporal scales // Ecol. Evol. 2013. V. 3(9). P. 3152–3165. https://doi.org/10.1002/ece3.662
Miller W., Schuster S.C., Welch A.J. et al. Polar and brown bear genomes reveal ancient admixture and demographic footprints of past climate change // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012. V. 109(36). P. E2382–E2390. https://doi.org/10.1073/pnas.1210506109
Viengkone M., Derocher A.E., Richardson E.S. et al. Assessing polar bear (Ursus maritimus) population structure in the Hudson Bay region using SNPs // Ecol. Evol. 2016. V. 6. P. 8474–8484. https://doi.org/10.1002/ece3.2563
Jensen E.L., Tschritter C., de Groot P.V.C. et al. Canadian polar bear population structure using genome-wide markers // Ecol. Evol. 2020. P. 1–9. https://doi.org/10.1002/ece3.615
Maduna S., Aars J., Fløystad I. et al. Sea ice reduction drives genetic differentiation among Barents sea polar bears // Proc. R. Soc. B. 2021. https://doi.org/10.1098/rspb.2021.1741