Результаты комплексного анализа видов Chironomus группы obtusidens (Diptera, Chironomidae) на основе морфологии, кариотипа и молекулярно-генетических данных

Таким образом, новый подход позволил с большой точностью и скоростью провести определение вида, сравнив исследуемый объект с серией фотографий в нашей базе данных.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Синичкина О.В., Аникин В.В. Использование хетотаксии гусениц в систематике мо-лей-чехлоносок (Lepidoptera, Coleophoridae) // Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения: Сб. науч. ст.: Вып. 6. Саратов, 2003. 50-59.

THE USING OF DIGITAL TECHNOLOGY IN CHAETOTAXY OF COLEOPHORIDAE STUDY

O.V. Sinichkina

Saratov State Medical University

In modern study of Coleopforidae's chaetotaxy many laborious tasks have to be solved. We proposed to use the programs CorelDRAW and Maplnfo Professional to process the chaetotaxial data. During our work the invariability of area between the chaetae AF2-AF1-F1-Fa-Fa-F1-AF1-AF2 in each species was established. Thus, fast identification of casebearers's larvae was available.

РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА ВИДОВ CHIRONOMUS ГРУППЫ OBTUSIDENS (DIPTERA, CHIRONOMIDAE) НА ОСНОВЕ МОРФОЛОГИИ, КАРИОТИПА И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Н.В. Полуконова, А.Г. Дёмин

Саратовский государственный медицинский университет

Комплексный анализ комаров-звонцов на основе морфологии личинки, куколки и имаго, строения кариотипа и молекулярно-генетических данных проведен на небольшом числе видов. Актуальность подхода, стоящего на стыке разных научных областей, определяется возможностью всестороннего анализа проблем гибридизации, становления репродуктивной изоляции таксонов подвидового ранга, проблем вида и видообразования.

Группа obtusidеns объединяет 6 палеарктических видов: Ch. obtusidens Goethebuer, Ch. heterodentatus Konstantinov, Ch. acutiventris и Ch. bavaricus, Ch. sokolovae Istomina et al. и Ch. arcustylus Siirin (Goethebuer, 1937; Strenzke, 1959; Шилова, 1958; Линевич, Ербаева, 1971; Pinder, 1978; Wulker et al., 1983; Шилова, Гребенюк, 1985; Константинов, 1956; Полуконова, 1996; Истомина и др., 2000; Istomina et al., 2000; Сиирин, 2003). Отмеченные случаи возвратного скрещивания гибридов Ch. sokolovaeXCh. heterodentatus указывают на их неполную репродуктивную изоляцию, сопровождающуюся четкой межвидовой цитогенетической и морфологической дифференциацией (Сиирин и др., 2002; Истомина и др., 2000, 2004).

В работе представлены результаты комплексного анализа группы obtusidеns на основе морфологических признаков, кариотипа и молекулярно-генетических данных.

Материал и методика Материал и места сбора представлены в табл. 1. Использованы также данные других авторов (Истомина и др., 2000; Сиирин, 2003).

Т а б л и ц а 1

Материал и места сборов

Вид Место и время сбора Количество экземпляров, исследованных по:

имаго кУколке личинке ка-рио-типу

??

Ch. heterodentatus Konstanti-nov, 1956 Саратовская обл.

Волга у Саратова, 1.05.86 Там же, 04.98. 15 13 30 25 25 70

Пруд в Октябрьском р-не Саратова, 10.05.87 - - - 20 20

Красноармейский р-н, Волга у с. Синенькие, 27.05.89 - - - 5 5

Р. Медведица, Лысогорский район, 05.98; 07.99; 07.01 11 9 23 46 46

Ch. obtusudens Goethebuer, 1921 Саратовская обл.

Р. Медведица, Лысогорский район, 05.98 - - - 2 3

Московская обл.

Рыбоводные пруды, п. Рыбное, 6.06.90 - - - 9 9

Ch. ^ю^^ае Istomina et al., 2000 Алтай

Вдхр. ГЭС на реке Чемал, 1995 и 1997 (сбор М.Т. Сиирин) 5 6 11 23 23/ 18

Материал выведения фиксировали в жидкости Удеманса или 70o этаноле, личинок для кариологического анализа - в спирто-уксусной смеси. Препараты политенных хромосом готовили по этил-орсеиновой методике из живых или фиксированных личинок. Для двух видов группы использована информация из GeneBank о нуклеотидной последовательности гена цитохром оксидазы I (COI) - Ch. heterodentatus (AF192199); Ch. acutiventris (AF192200). Калибровка молекулярных часов проводилась с использованием данных о времени возникновения комаров-звонцов - (Bertone, 2008) и времени молекулярной дивергенции рода Sergentia - 39 - 40 млн лет назад (Pa-poucheva et al., 2002).

Результаты и их обсуждение Морфологическая дифференциация (Истомина и др., 2000). Интегрирующими для группы служат следующие признаки: длинные саблевидные заостренные вентральные отростки VIII брюшного сегмента fluviatilis типа,

светлый или светлее остальных четвертый нижний зубец мандибулы, 4-й зубец ментума личинки заметно короче соседних, и широкий анальный отросток самца. Дифференцирующими признаками комара самца являются строение анального отростка самца, форма верхних придатков, опушение первого членика передней лапки, окраска брюшка, строение гоностилей, индекс антенны, число акростихальных и супралярных щетинок и др. При диагностике самки имеют значение рисунок брюшка, число щетинок: груди, крыла и бугра SVIII; форма церки и ветвей аподемы, размеры антенны и др. Куколки видов отличаются строением срединных крючков заднего края второго тергита, шипов задних углов восьмого тергита, длиной чехликов антенны и длиной экзувия. Виды отличаются по личинке - числу бороздок на вен-троментальных пластинках и рядом индексов ротового аппарата.

Хромосомная дифференциация. Кариотипически виды группы obtu-sidens отличаются между собой только по ряду фиксированных хромосомных перестроек инверсионного типа. Всего в кариофондах исследованных популяций видов выявлено (Wülker et al., 1983; Белянина и др., 2000; Istomina et al., 2000; Сиирин и др., 2002; Сиирин, 2003; Полуконова, 2005) следующее число последовательностей дисков хромосом (ПДХ) у Ch. acutiven-tris: 27 ПДХ (в плечах A - 2, B - 4, C - 5, D - 5, E - 4, F - 5 и G - 2); Ch. het-erodentatus 24 ПДХ (в плечах A - 5, B - 3, C - 2, D - 6, E - 2, F - 2 и G - 4); Ch. sokolovае 18 ПДХ (в плечах A - 3, B - 3, C - 4, D - 2, E - 2, F - 2 и G - 2); Ch. arcustylus 10 ЦДХ (в плечах A - 3, B - 2, C - 1, D - 1, E - 1, F - 2 и G - 2).

Встреченные в кариофонде видов этой группы ПДХ, согласно предложенной нами ранее типологии (Полуконова, 2005), можно разделить на четыре типа (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Хромосомная изменчивость и дивергенция кариотипов Chironomus группы obtusidens

Хромосомные последовательности

составляющие внутривидовую хромосомную изменчи- Значение в

вость эволюции ка-

Виды ПДХ I типа, межвидовые гомоло- ПДХ III типа, ПДХ IV типа, внутривидо- риотипа -внутривидо-

гичные редкие вые часто вые базовые

внутривидо- встречаемые ПДХ II типа

вые

1 2 3 4 5

acut A1, acut A2, acut acut C4, acut acut B2, acut acut F1

A4, acut B1, acut B4, D5, acut F5 B3, acut C2,

Ch. acutiven- acut C1, acut C5, acut acut C3, acut

tris D1, acut E3, acut E1, acut E4, acut F2, acut F4, acut G1, acut G2 D2, acut D3, acut D4, acut E2, acut F3

het A3, het A4, het B1, het A5, het het A2, het D3, het A1, het D1

Ch. heteroden- het B2, het C1, het D2, B3, het C2, het G3, het G4

tatus het E1, het E2, het F1, het G1, het G2 het D4, het D6, het F2

О к о н ч а н и е т а б л. 2

1 2 3 4 5

sok A1, sok B2, sok C2, sok A2, sok sok A3, sok G2 sok B1, sok

Ch. sokolovае sok D2, sok E1, sok F2, B3, sok C3, C1, sok D1,

sok G1 sok C4, sok sok E1

E2

arc E1, arc G1 агс A3 arc A2, arc B2 arc A1, arc B1,

Ch. arcustylus arc C1, arc D1,

arc F1

Для кариофонда группы obtusidens характерно, прежде всего, сравнительно большое количество (16) межвидовых гомологичных ПДХ - I типа, а также наличие идентичных ПДХ в короткой хромосоме IV (G плече): в плече А - acut A1 =het A3, acut A2=het A4, acut A4=sok A1, в плече В - acut B1= het B2= sok B2, acut B4=het B1, в плече C - acut C1= sok C2, acut C4=het C1, в плече D - acut D1= het D2= sok D2,

в плече E - acut E1= sok E1, acut E4= het E1, acut E3= het E2, arc E1=obt E1,

в плече F - acut F2 =sok F2, acut F4= het F1, в плече G - acut G1 =sok G1 =arc G1=het G1, acut G2 =het G2. Наибольшее число межвидовых гомологичных ПДХ зарегистрировано у Ch. аcutiventris 15 (из которых 6 ПДХ служат для этого вида, по сути, базовыми); у Ch. heterodentatus - межвидовых гомологичных 11 ПДХ (5), Ch. sokolovае - 7 (3), Ch. arcustylus - 2 (2). При этом внутривидовых базовых меньше всего у Ch. аcutiventris (только одна в плече F), две - у Ch. heterodentatus, четыре у - Ch. sokolovае и больше всего (пять) - у Ch. arcustylus.

К ПДХ II - типа (внутривидовые базовые), имеющих первостепенное значение в эволюции кариотипа, можно отнести следующие (см. табл. 2): у Ch. acutiventris - только одну ПДХ в плече F - acut F1, у Ch. heterodentatus -две ПДХ, в плечах A и D - het A1, het D1; у Ch. sokolovае - четыре ПДХ sok B1, sok C1, sok D1, sok E1; у Ch. arcustylus - пять ПДХ - arc A1, arc B1, arc C1, arc D1, arc F1. Как видно, в эволюции кариотипа видов этой группы изменение ПДХ в плече G хромосомы IV не играло роли, как у подавляющего большинства других близких видов Chironomus.

К ПДХ III - типа (редкие внутривидовые) можно отнести следующие (см. табл. 2): у Ch. acutiventris - acut C4, acut D5, acut F5; у Ch. heterodentatus - het A5, het B3, het C2, het D4, het D6, het F2; у Ch. sokolovае - sok A2, sok B3, sok C3, sok C4, sok E2; у Ch. arcustylus - агс A3.

К ПДХ IV - типа (внутривидовые часто встречаемые), по-нашему мнению, относятся (см. табл. 2): у Ch. acutiventris - acut B2, acut B3, acut C2, acut C3, acut D2, acut D3, acut D4, acut E2, acut F3; у Ch. heterodentatus - het A2, het D3, het G3, het G4; у Ch. sokolovае - sok A3, sok G2; у Ch. arcustylus -arc A2, arc B2. Число ПДХ III и IV типов в кариофондах видов группы obtu-

sidens, усиливающих хромосомную дифференциацию видов, отражает удаленность каждого современного представителя группы от предковой исходной формы.

По данным сравнения нуклеотидной последовательности гена COI мтДНК, Ch. heterodentatus (AF192199) и Ch. acutiventris (AF192200) были обособлены от других видов Chironomus и объединены в единый кластер.

Анализ Chironomus группы obtusidens по признакам самца и личинки обнаружил нескоррелированность различий между видами, которая свидетельствует о нескоррелированности дифференциации в процессе эволюции на разных стадиях жизненного цикла. Так, по признакам самца наиболее близки друг другу Ch. bavaricus и Ch. heterodentatus, а наиболее отличен от других Ch. obtusidens. По морфологии личинки наиболее сходны Ch. acutiventris и Ch. bavaricus, наиболее отличен от других - Ch. sokolovae.

По данным кариотипического анализа, а именно при сравнении рисунка дисков политенных хомосом, установлено, что Ch. acutiventris занимает центральное положение в группе, о чем свидетельствует наибольшее число межвидовых гомологичных ПДХ и наименьшее число внутривидовых базовых ПДХ в кариотипе этого вида. Дальше других видов в группе по карио-типу дивергировал Ch. arcustylus.

Уровень различий между Ch. аcutiventris и Ch. heterodentatus по нуклео-тидному составу гена мтДНК - 3,69%, что свидетельствует о становлении видового уровня у этих представителей и соответственно отсутствии межвидовой гибридизации между ними, по крайней мере, на протяжении 5,3 млн. лет. Между тем наличие идентичных ПДХ в короткой хромосоме IV (см. табл. 2) отражает имевшую место в прошлом гибридизацию между Ch. аcutiventris и Ch. heterodentatus и закрепление ПДХ короткой хромосомы исходного вида - Ch. аcutiventris в кариотипе Ch. heterodentatus и других представителей группы. Приведенные выше особенности, характерные для большинства видов группы obtusidens, а именно, наличие в прошлом ин-трогрессивной гибридизации между таксонами, не достигших видового уровня; симпатрическое обитание современных представителей и вместе с тем редкая встречаемость гибридов между ними; а также наличие четких морфологических и кариотипических критериев вида, по-видимому, может свидетельствовать о симпатрическом видообразовании представителей данной группы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Белянина С.И., Кикнадзе И.И., Полуконова Н.В. и др. Кариотип комара-звонца Chironomus heterodentatus Konstantinov из группы obtusidens (Diptera, Chironomidae) // Цитология. 2000. Т. 42, №6. С. 593-601.

Истомина А.Г., Сиирин М.Т., Полуконова Н.В., Кикнадзе И.И. Chironomus sokolovae sp.n. из группы obtusidens (Diptera, Chironomidae) // Зоол. журн. 2000. Т. 79, №8. С. 928-938.

Истомина А.Г., Кикнадзе И.И., Сиирин М.Т. Кариологический анализ Chironomus группы obtusidens Алтая (Chironomidae, Diptera) // Цитология. 2004. Т. 41, №12. С. 1022-1031.

Константинов А.С. К систематике рода Chironomus Meig. // Тр. Сарат. отд-ния ВНИОРХ. 1956. Т. 4. С. 155-191.

Линевич А.А., Ербаева Э.А. К систематике рода Chironomus Mg. из водоемов Прибайкалья и Западного Забайкалья // Изв. биол.-геогр. НИИ Иркутск. ун-та. 1971. Т. 25. С. 127-190.

Полуконова Н.В. К диагнозу Chironomus heterodentatus Konstantinov // Экология, эволюция и систематика хирономид. Тольятти, Борок, 1996. С. 102-108.

Полуконова Н.В. Морфологическая и хромосомная дифференциация комаров-звонцов в процессе видообразования: Автореф. ... д-ра биол. наук. М., 2005. 52 с.

Сиирин М.Т. Chironomus arcustylus sp. n. из группы obtusidens (Diptera, Chironomidae) // Зоол. журн. 2003. Т. 82, №5. С. 613-622.

Сиирин М.Т., Кикнадзе И.И., Истомина А.Г. Цитогенетическая дифференциация популяций у видов Chironomus heterodentatus и Ch. sokolovae из группы obtusidens (Diptera, Chironomidae) // Зоол. журн. 2002. Т. 82, №12. С. 1476-1486.

Шилова А.И. К систематике рода Tendipes Mg. (Diptera, Tendipedidae) // Энтомол. обозр. 1958. Т. 37, №2. С. 434-451.

Шилова А.И., Гребенюк Л.П. К систематике Chironomus obtusidens Goeth. (Diptera, Chironomidae) // Водные сообщества и биология гидробионтов. Л., 1985. С. 91-104.

Bertone M.A. Macroevolutionary Relationships among Families of Lower Diptera (In-secta): Molecular Systematics, Divergence Times and a Phylogeny of the Tipulidae sensu lato. A dissertation submitted to the Graduate Faculty of North Carolina State University in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy. Carolina. 2008. 269 р.

Goetghebuer M. Tendipedidae - Tendipedinae // Lindner. Die Fliegen der palaearktischen Region. 1937. Bd. 107. S. 1-49.

Istomina A.G., Siirin M.T., Makarevich I.F. et. al.. The fixation of polytene chromosome species - specific band sequences is the main differentiating factor in the obtusidens group of the genus Chironomus (Diptera, Chironomidae) // Biodiversity and dynamics of ecosystems in North Eurasia. Vol.1. P. 3 Molecular-genetic bases of biodiversity (animals and plants). Novosibirsk, 2000. P. 57-59.

Papoucheva E., Proviz V., Lambkin C.et al. Phylogeny of the endemic Baikalian Sergentia (Chironomidae, Diptera) // Molecular Phylogenetics and Evolution. 2002. Vol. 29. P. 120-125.

Pinder L.C.V. A key to the adult males of the British Chironomidae (Diptera) the non-biting midges // Freshwater Biol. Association Sci., Publ. 1978. Vol. 37, № 1-2. 163 p.

Strenzke K. Revision der Gattung Chironomus Meig. 1. Die Imagines von 15 noddeutshen Arten und Unterarten // Arch. für Hydrobiol. 1959. Bd. 56. S. 1-42.

Wüelker W., Ryser H.M., Scholl A. Revision der Gattung Chironomus Meigen (Diptera). VIII. Arten mit larven des fluviatilis - typs (obtusidens - Gruppe): C. acutiventris n. sp. und C. obtusidens Goetgh. // Rev. Suisse Zool. 1983. Vol. 90, №3. P. 725-745.

THE RESULTS OF COMPLEX ANALYSIS SPECIES OF CHIRONOMUS GROUP

OBTUSIDENS (DIPTERA, CHIRONOMIDAE) BASED ON MORPHOLOGY, KARYOTYPE AND MOLECULAR-GENETIC DATA

N.V. Polukonova, A.G. Djomin

Saratov State Medical University

Central location in obtusidens group belong to Ch. ücutiventris. Interspecific hybridization between Ch. ücutiventris and Ch. heterodentatus were lacking according to molecular data for 5,3 mln years.