Идентификация криптических форм гибридогенного комплекса среднеевропейских зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) в условиях трансформированных биотопов юга Среднерусской возвышенности на основе ДНК-маркеров
- Авторы: Бархатов А.С.1, Снегин Э.А.1
-
Учреждения:
- Белгородский государственный национальный исследовательский университет
- Выпуск: Том 20, № 4 (2022)
- Страницы: 247-260
- Раздел: Генетические основы эволюции экосистем
- URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/132235
- DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen108544
- ID: 132235
Цитировать
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
Открыть статью на сайте журналаОб 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, БелгородЭдуард 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, БелгородСписок литературы
- 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
- Вершинин В.Л. Биота урбанизированных территорий. Екатеринбург: УрГУ, 2007. 85 с.
- Лада Г.А. Среднеевропейские зеленые лягушки (гибридогенный комплекс Rana esculenta): введение в проблему // Флора и фауна Черноземья. Тамбов: ТГУ, 1995. С. 88–109.
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- Berger L. Morphology of the F1 generation of various crosses within Rana esculenta complex // Acta zoologica cracoviensia. 1968. Vol. 13. P. 301–324.
- 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
- 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.
- 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
- Plötner J. Die westpalaarktischen Wasserfrösche. Von Märtyrern der Wissenschaft zur biologischen Sensation. Bielefeld: Laurenti Verlag, 2005.
- 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
- 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.
- Банников А.Г., Даревский И.С., Ищенко В.Г., и др. Определитель земноводных и пресмыкающихся СССР. Москва: Просвещение, 1977. 415 с.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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
- Кузьмин С.Л. Земноводные бывшего СССР. 2-е изд. Москва: КМК, 2012.
- Berger L. European green frogs and their protection. Ecological Library Foundation, 2008.
- 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.
- Лада Г.А. Бесхвостые земноводные (Anura) Русской равнины: изменчивость, видообразование, ареалы, проблемы охраны: дис. … д-ра биол. наук. Казань, 2012. 626 с.
- 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
- 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
- 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
- Вершинин В.Л. Экологические особенности популяций амфибий урбанизированных территорий: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Екатеринбург, 1997. 47 с.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Шабанов Д.А., Литвинчук С.Н. Зеленые лягушки: жизнь без правил или особый способ эволюции? // Природа. 2010. № 3. C. 29–36.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Дегтярь А.В., Григорьева О.И., Татаринцев Р.Ю. Экология Белогорья в цифрах: монография. Белгород: КОНСТАНТА, 2016. 122 с.
- 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.