Анализ информативности митохондриальных генов в филогенетических исследованиях медоносной пчелы

Авторы:
Ильясов Р.А. , Поскряков А.В. , Николенко А.Г.
Название:
Анализ информативности митохондриальных генов в филогенетических исследованиях медоносной пчелы
Страницы:
192-205
скачано
19 раз(а)


Seven informative genes of the honey bee Apis mellifera , which allow differentiating subspecies from evolutionary lineages А, М, С, О, were found based on the comparative analysis of 12 genes mitochondrial genome. We had showed the high level differentiate ability of the gene ND2 mtDNA by comparative analysis of the sequences this gene on statistically significant size of sample of the honey bees. We suggested that each one from the seven informative genes can be used for differentiation the subspecies of the honey bees from evolutionary lineages А, М, С, О.
ВВЕДЕНИЕ Первоначальная филогенетическая структура медоносной пчелы вида Apis mellifera была основана на морфологических исследованиях [Ruttner et al. 1978; Ильясов и др. 2015б]. Медоносная пчела A. mellifera, под воздействием разнообразных факторов окружающей среды, подразделилась на 30 подвидов, распространенных по всей территории Старого Света [Ruttner, 1988; Hepburn, Radloff, 1998; Engel, 1999; Sheppard, Meixner, 2003; Meixner et al., 2011; Papachristoforou et al., 2013; Pentek-Zakar et al., 2015]. Наблюдаемый высокий уровень генетического разнообразия медоносной пчелы произошел в результате непрерывного продолжительного естественного отбора в разных климатических и экологических условиях [Kekecoglu et al., 2009; Ильясов и др., 2015в]. Первоначальные исследования подразделяли подвиды пчел на 3 группы: ветвь А, объединяющая подвиды из Африки (A. m. lamarckii, A. m. yemenitica, A. m. scutellata, A. m. litorea, A. m. adansonii, A. m. capensis), ветвь M, объединяющая подвиды Северной Африки и Западной Европы ( A. m. mellifera, A. m. iberica, A. m. intermissa) и ветвь C, объединяющая подвиды пчел Восточной Европы, Северного Средиземноморья и Ближнего Востока. В дальнейшем эта ветвь С была подразделена на две группы: ветвь С, включающая подвиды Восточной Европы и Северного Средиземноморья (A. m. carnica, A. m. ligustica, A. m. macedonica, A. m. cecropia, A. m. caucasica, A. m. sicula) и ветвь О, включающая подвиды Ближнего и Среднего Востока (A. m. armeniaca, A. m. meda, A. m. anatoliaca, A. m. syriaca, A. m.cypria, A. m. adami) [Ruttner, 1988; Jensen et al., 2005; Whitfield et al., 2006; Soland-Reckeweg et al., 2009; Oleksa et al., 2011; Pinto et al., 2012; Wallberg et al., 2014]. Дальнейшие молекулярно-генетические исследования [Cornuet, Garnery, 1991; Garnery et al., 1992; Arias, Sheppard, 1996] подтвердили ранее полученные морфометрические данные [Ruttner, 1988]. Только ветвь O не была подтверждена, поскольку была выделена только на основе вариабельности микросателлитных локусов и локусов митохондриальной ДНК [Franck et al., 2000; Palmer et al., 2000; Kandemir et al,. 2006; Wallberg et al. 2014]. Дальнейшие, более углубленные молекулярно-генетические исследования позволили выделить ветвь Y, включающую подвид A. m. yemenitica в Эфиопии [Franck et al. 2001] и ветвь Z, включающую подвид A. m. syriaca в Сирии [Alburaki et al., 2013; Meixner et al., 2013]. В геногеографических и филогенетических исследованиях медоносной пчелы постоянно приходится сталкиваться с информативными и неинформативными генами [Ильясов и др., 2008; Ильясов и др., 2015а]. Целью наших исследований является поиск информативных генов митохондриального генома и оценка возможности отдельного использования каждого из этих маркеров для дифференциации подвидов 4 эволюционных ветвей А, М, С, О. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Для проведения сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей 12 генов митохондриальной ДНК (ND2, COII, COI, ATP8, ATP6, COIII, ND3, ND5, ND4, ND4L, ND6, ND1) были использованы последовательности митохондриального генома представителей эволюционных ветвей А, М, С, О (табл. 1). Таблица 1 Нуклеотидные последовательности митохондриального генома подвидов медоносной пчелы четырех эволюционных ветвей А, М, С, О № в генбанке Подвид (эвол. ветвь) Авторы NC_001566 A. m. ligustica (C) Crozier, Crozier, 1993 KJ396189 A. m. mellifera (M) Fuller et al., 2015 KJ396188 A. m. mellifera (M) Fuller et al., 2015 KP163643 A. m. syriaca (O) Haddad, 2015 KJ601784 A. m. scutellata (A) Gibson, Hunt, 2014 KM458618 A. m. intermissa (A) Hu et al., 2014 (A), (M), (C), (O) - принадлежность пчел к эволюционным ветвям A, M, C и O. Нами была определена нуклеотидная последовательность гена ND2 мтДНК 39 образцов пчел, из которых 10 образцов A. m. mellifera были из Республики Башкортостан, 6 образцов A. m. mellifera из Пермского края, 2 образца A. m. mellifera из Швейцарии (эволюционная ветвь М), 9 образцов A. m. caucasica из Краснодарского края, 9 образцов A. m. carpatica из Республики Адыгея, 3 образца A. m. macedonica из Украины, 2 образца A. m. carnica из Литвы (эволюционная ветвь С). Определение нуклеотидной последовательности амплифицированных фрагментов гена ND2 [Arias, Sheppard, 1996] проводили в компании Синтол (Москва) на автоматическом секвенаторе Applied Biosystems (США). Для сравнительного анализа были использованы нуклеотидные последовательности гена ND2 мтДНК 31 образца пчел эволюционной ветви А, 34 образца пчел эволюционной ветви С, 3 образца пчел эволюционной ветви М и 6 образцов эволюционной ветви О из базы данных Генбанка. Всего в сравнительном анализе нуклеотидной последовательности гена ND2 мтДНК нами было использовано 113 образцов пчел, из которых 31 - эволюционной ветви А, 55 - эволюционной ветви С, 21 - эволюционной ветви М, 6 - эволюционной ветви О (табл. 2). В качестве референсной использовались последовательности из полной последовательности митохондриального генома Nc001566 итальянской пчелы подвида A. m. ligustica эволюционной ветви С. Статистический анализ полученных нуклеотидных последовательностей проводили с использованием программ MEGA 6.0, DNAStar 5.05. РЕЗУЛЬТАТЫ Нами был проведен сравнительный анализ пчел четырех эволюционных ветвей A, M, C, O на основе 12 генов митохондриальной ДНК (табл. 2). В качестве референсной последовательности была использована последовательность Nc001566 итальянской пчелы подвида A. m. ligustica эволюционной ветви С. Все 12 генов были отобраны из последовательностей полной митохондриальной ДНК (16343 п.н.) [Crozier, Crozier, 1993], загруженных в базу данных Генбанка. На основе сравнительного анализа с референсной последовательностью были обнаружены следующие однонуклеотидные замены: в гене ND2 (1000 п.н.) - 20 транзиций, в гене COII (676 п.н.) - 17 транзиций, в гене COI (1564 п.н.) - 4 трансверсии и 33 транзиции, в гене ATP8 (157 п.н.) - 5 транзиций, в гене ATP6 (679 п.н.) - 5 транзиций, в гене COIII (778 п.н.) - 3 трансверсии и 11 транзиций, в гене ND3 (352 п.н.) - 11 транзиций, в гене ND5 (1663 п.н.) - 4 трансверсии и 34 транзиции, в гене ND4 (1342 п.н.) - 9 трансверсий и 20 транзиций, в гене ND4L (262 п.н.) - 1 трансвесия и 7 транзиций, в гене ND6 (502 п.н.) - 1 трансверсия и 15 транзиций, в гене ND1 (916 п.н.) - 4 трансверсии и 22 транзиции (табл. 2). Таблица 2 Однонуклеотидные замены в 12 генах мтДНК у представителей подвидов медоносной пчелы эволюционных ветвей A, M и O в сравнении с референсной последовательностью Nc001566 итальянской пчелы подвида A. m. ligustica эволюционной ветви С Образцы пчелы Ген Позиции однонуклеотидных замен NC001566 (reference) A. m. ligustica (C) - KJ396189 A. m. mellifera (M) ND2 537 T>C, 541 T>C, 555 T>C, 634 T>C, 666 A>G, 741 C>T, 816 C>T, 888 T>C, 1176 C>T, 1194 T>C, 1404 C>T, 1454 C>T, 1471 A>G KJ396188 A. m. mellifera (M) 537 T>C, 541 T>C, 555 T>C, 634 T>C, 666 A>G, 741 C>T, 816 C>T, 888 T>C, 1176 C>T, 1194 T>C, 1404 C>T, 1454 C>T, 1471 A>G KP163643 A. m. syriaca (O) 537 T>C, 541 T>C, 555 T>C, 634 T>C, 651 C>T, 666 A>G, 816 C>T, 897 T>C, 857 T>C, 999 C>T, 1188 A>G, 1454 C>T, 1471 A>G KJ601784 A. m. scutellata (A) 537 T>C, 541 T>C, 555 T>C, 634 T>C, 666 A>G, 741 C>T, 816 C>T, 888 T>C, 1176 C>T, 1194 T>C, 1404 C>T, 1454 C>T, 1471 A>G KM458618 A. m. intermissa (A) 537 T>C, 541 T>C, 555 T>C, 634 T>C, 666 A>G, 741 C>T, 816 C>T, 999 C>T, 1050 T>C, 1194 T>C, 1305 T>C, 1404 C>T, 1454 C>T, 1471 A>G KJ396189 A. m. mellifera (M) COII 3632 T>C, 3707 T>C, 3761 C>T, 3767 C>T, 3816 A>G, 3944 A>G, 4004 C>T, 4055 C>T, 4112 C>T, 4127 T>C, 4136 T>C, 4242 A>G KJ396188 A. m. mellifera (M) 3632 T>C, 3707 T>C, 3761 C>T, 3767 C>T, 3816 A>G, 4004 C>T, 4055 C>T, 4112 C>T, 4127 T>C, 4136 T>C, 4242 A>G KP163643 A. m. syriaca (O) 3707 T>C, 3761 C>T, 3767 C>T, 3774 T>C, 3816 A>G, 4004 C>T, 4112 C>T, 4242 A>G KJ601784 A. m. scutellata (A) 3632 T>C, 3707 T>C, 3737 T>C, 3761 C>T, 3767 C>T, 3816 A>G, 4004 C>T, 4055 C>T, 4112 C>T, 4127 T>C, 4136 T>C, 4242 A>G KM458618 A. m. intermissa (A) 3632 T>C, 3707 T>C, 3761 C>T, 3767 C>T, 3816 A>G, 4004 C>T, 4055 C>T, 4112 C>T, 4127 T>C, 4136 T>C, 4220 T>C, 4223 T>C, 4242 A>G, 4286 A>G KJ396189 A. m. mellifera (M) COI 1919 A>C*, 1933 G>A, 1934 C>T, 1967 T>C, 1976 C>T, 2069 C>T, 2072 C>T, 2382 T>C, 2417 A>G, 2598 T>C, 2601 A>G, 2634 C>T, 2660 C>T, 2720 C>T, 2939 T>A*, 3054 C>T, 3084 C>T, 3107 T>C, 3285 C>T KJ396188 A. m. mellifera (M) 1919 A>C*, 1933 G>A, 1934 C>T, 1967 T>C, 1976 C>T, 2069 C>T, 2072 C>T, 2382 T>C, 2598 T>C, 2601 A>G, 2634 C>T, 2660 C>T, 2720 C>T, 2939 T>A*, 3054 C>T, 3084 C>T, 3107 T>C, 3152 T>A*, 3285 C>T KP163643 A. m. syriaca (O) 1841 G>A, 1851 C>T, 1933 G>A, 1934 C>T, 1967 T>C, 1976 C>T, 2030 G>A, 2069 C>T, 2072 C>T, 2144 T>C, 2162 A>G, 2324 C>T, 2354 T>C, 2475 C>T, 2477 T>A*, 2598 T>C, 2633 T>C, 2642 T>C, 2660 C>T, 2672 C>T, 2720 C>T, 2939 T>A*, 3054 C>T, 3107 T>C, 3245 C>T, 3285 C>T, 3308 T>C KJ601784 A. m. scutellata (A) 1933 G>A, 1934 C>T, 1967 T>C, 1976 C>T, 2069 C>T, 2144 T>C, 2382 T>C, 2465 A>G, 2475 C>T, 2477 T>A*, 2598 T>C, 2601 A>G, 2660 C>T, 2720 C>T, 2939 T>A*, 3054 C>T, 3107 T>C, 3285 C>T KM458618 A. m. intermissa (A) 1933 G>A, 1934 C>T, 1967 T>C, 1976 C>T, 2069 C>T, 2144 T>C, 2382 T>C, 2475 C>T, 2477 T>A*, 2598 T>C, 2601 A>G, 2660 C>T, 2720 C>T, 2939 T>A*, 3077 T>C, 3107 T>C, 3176 T>C, 3285 C>T KJ396189 A. m. mellifera (M) ATP8 4507 T>C, 4594 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 4507 T>C, 4594 T>C KP163643 A. m. syriaca (O) 4474 T>C, 4507 T>C, 4512 C>T, 4594 T>C, 4602 A>G KJ601784 A. m. scutellata (A) 4507 T>C, 4594 T>C KM458618 A. m. intermissa (A) 4507 T>C, 4594 T>C KJ396189 A. m. mellifera (M) ATP6 5235 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 5235 T>C KP163643 A. m. syriaca (O) 5012 C>T, 5096 A>C* KJ601784 A. m. scutellata (A) 5235 T>C KM458618 A. m. intermissa (A) 4844 C>T, 5219 T>C, 5235 T>C KJ396189 A. m. mellifera (M) COIII 5320 T>C, 5354 A>T*, 5495 T>A*, 5639 A>G, 5654 A>G, 5772 T>C, 5935 T>C, 5936 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 5354 A>T*, 5495 T>A*, 5639 A>G, 5654 A>G, 5772 T>C, 5935 T>C, 5936 T>C KP163643 A. m. syriaca (O) 5416 A>T*, 5495 T>A*, 5539 T>C, 5639 A>G, 5772 T>C, 5923 T>C, 5959 T>C, 6019 C>T KJ601784 A. m. scutellata (A) 5495 T>A*, 5639 A>G, 5654 A>G, 5772 T>C, 5935 T>C, 5936 T>C, 6010 T>C KM458618 A. m. intermissa (A) 5495 T>A*, 5639 A>G, 5654 A>G, 5772 T>C, 5935 T>C, 5936 T>C KJ396189 A. m. mellifera (M) ND3 6189 A>G, 6376 T>C, 6425 C>T, 6454 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 6189 A>G, 6376 T>C, 6425 C>T, 6454 T>C, 6488 A>G KP163643 A. m. syriaca (O) 6189 A>G, 6355 T>C, 6359 C>T, 6376 T>C, 6397 T>C, 6425 C>T, 6463 T>C, 6488 A>G, 6494 T>C KJ601784 A. m. scutellata (A) 6189 A>G, 6355 T>C, 6359 C>T, 6376 T>C, 6425 C>T, 6454 T>C, 6472 T>C, 6488 A>G KM458618 A. m. intermissa (A) 6189 A>G, 6355 T>C, 6359 C>T, 6376 T>C, 6425 C>T, 6488 A>G KJ396189 A. m. mellifera (M) ND5 6901 A>C*, 6984 A>G, 7063 T>C, 7216 T>C, 7264 T>C, 7312 C>T, 7408 G>A, 7654 C>T, 7825 T>C, 7830 C>A*, 7954 T>C, 8026 C>T, 8089 C>T, 8254 C>T, 8260 T>C, 8302 C>T, 8383 T>C, 8519 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 6901 A>C*, 6984 A>G, 7063 T>C, 7216 T>C, 7264 T>C, 7312 C>T, 7315 C>T, 7408 G>A, 7654 C>T, 7825 T>C, 7830 C>A*, 7954 T>C, 8026 C>T, 8089 C>T, 8254 C>T, 8260 T>C, 8302 C>T, 8383 T>C, 8422 C>T, 8519 T>C KP163643 A. m. syriaca (O) 6899 T>C, 6940 C>T, 7012 T>C, 7092 T>C, 7242 T>C, 7339 T>C, 7408 G>A, 7585 T>C, 7636 C>T, 7654 C>T, 7830 C>A*, 8011 C>T, 8017 A>T*, 8089 C>T, 8158 T>C, 8179 T>C, 8239 T>A*, 8254 C>T, 8302 C>T, 8383 T>C, 8519 T>C KJ601784 A. m. scutellata (A) 6901 A>C*, 6984 A>G, 7063 T>C, 7092 T>C, 7216 T>C, 7264 T>C, 7312 C>T, 7408 G>A, 7585 T>C, 7654 C>T, 7830 C>A*, 7954 T>C, 8026 C>T, 8089 C>T, 8254 C>T, 8260 T>C, 8302 C>T, 8383 T>C, 8404 T>C, 8519 T>C KM458618 A. m. intermissa (A) 6900T>C, 6901 A>C*, 6984 A>G, 7063 T>C, 7216 T>C, 7312 C>T, 7408 G>A, 7585 T>C, 7648 T>C, 7654 C>T, 7795 T>C, 7830 C>A*, 7954 T>C, 8019 T>C, 8026 C>T, 8089 C>T, 8254 C>T, 8260 T>C, 8383 T>C, 8404 T>C, 8519 T>C KJ396189 A. m. mellifera (M) ND4 8668 C>T, 8872 C>T, 8875 G>A, 8923 C>T, 9091 T>A*, 9202 C>T, 9268 C>T, 9361 C>T, 9426 T>C, 9529 C>T, 9532 T>C, 6546 A>G, 9589 T>C, 9613 C>T, 9772 C>T, 9781 T>A*, 9802 A>G, 9833 T>C, 9838 A>G, 9860 T>A* KJ396188 A. m. mellifera (M) 8668 C>T, 8872 C>T, 8875 G>A, 8923 C>T, 9091 T>A*, 9202 C>T, 9268 C>T, 9361 C>T, 9426 T>C, 9529 C>T, 9589 T>C, 9613 C>T, 9772 C>T, 9781 T>A*, 9802 A>G, 9833 T>C, 9838 A>G, 9860 T>A* KP163643 A. m. syriaca (O) 8668 C>T, 8671 T>A*, 8854 C>T, 8872 C>T, 8875 G>A, 9091 T>A*, 9202 C>T, 9268 C>T, 9361 C>T, 9529 C>T, 6546 A>G, 9613 C>T, 9772 C>T, 9789 T>A*, 9833 T>C, 9860 T>A*, 9913 T>A* KJ601784 A. m. scutellata (A) 8668 C>T, 8872 C>T, 8875 G>A, 8893 A>G, 8923 C>T, 9091 T>A*, 9202 C>T, 9268 C>T, 9361 C>T, 9426 T>C, 9529 C>T, 9589 T>C, 9613 C>T, 9772 C>T, 9781 T>A*, 9802 A>G, 9833 T>C, 9838 A>G, 9860 T>A*, 9898 A>T*, 9899 T>A*, 9902 T>A* KM458618 A. m. intermissa (A) 8668 C>T, 8875 G>A, 8923 C>T, 9091 T>A*, 9202 C>T, 9361 C>T, 9426 T>C, 9499 A>G, 9529 C>T, 6546 A>G, 9589 T>C, 9613 C>T, 9772 C>T, 9781 T>A*, 9802 A>G, 9833 T>C, 9860 T>A*, 9898 A>T*, 9899 T>A*, 9902 T>A* KJ396189 A. m. mellifera (M) ND4L 10048 T>A*, 10111 C>T, 10159 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 10048 T>A*, 10111 C>T, 10159 T>C KP163643 A. m. syriaca (O) 10006 T>C, 10048 T>A*, 10141 A>G, 10156 T>C, 10159 T>C, 10207 C>T KJ601784 A. m. scutellata (A) 10048 T>A*, 10111 C>T, 10159 T>C KM458618 A. m. intermissa (A) 10042 T>C, 10048 T>A*, 10111 C>T, 10159 T>C KJ396189 A. m. mellifera (M) ND6 10458 C>T, 10539 C>T, 10581 C>T, 10696 C>T, 10644 T>C, 10660 A>G, 10671 T>C, 10767 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 10458 C>T, 10539 C>T, 10581 C>T, 10696 C>T, 10644 T>C, 10660 A>G, 10671 T>C, 10754 T>C, 10767 T>C KP163643 A. m. syriaca (O) 10473 T>C, 10539 C>T, 10581 C>T, 10632 T>C, 10660 A>G, 10671 T>A*, 10761 C>T KJ601784 A. m. scutellata (A) 10458 C>T, 10581 C>T, 10696 C>T, 10644 T>C, 10660 A>G, 10671 T>C, 10767 T>C, 10884 C>T KM458618 A. m. intermissa (A) 10458 C>T, 10581 C>T, 10696 C>T, 10601 G>A, 10644 T>C, 10660 A>G, 10671 T>C, 10767 T>C, 10786 C>T KJ396189 A. m. mellifera (M) ND1 12386 T>C, 12483 T>C, 12617 T>C, 12692 T>C, 12749 C>T, 12821 C>T, 12899 A>C*, 12908 C>T, 12914 C>T, 12992 T>C, 13085 A>T*, 13184 G>A, 13186 T>C KJ396188 A. m. mellifera (M) 12386 T>C, 12483 T>C, 12617 T>C, 12692 T>C, 12749 C>T, 12821 C>T, 12899 A>C*, 12908 C>T, 12914 C>T, 13085 A>T*, 13184 G>A, 13186 T>C KP163643 A. m. syriaca (O) 12386 T>C, 12483 T>C, 12581 T>C, 12614 T>C, 12617 T>C, 12689 C>A*, 12731 T>C, 12749 C>T, 12821 C>T, 12833 T>C, 12901 C>T, 12905 C>T, 12908 C>T, 12920 A>T*, 13060 A>G, 13091 C>T, 13184 G>A, 13186 T>C KJ601784 A. m. scutellata (A) 12317 T>C, 12386 T>C, 12483 T>C, 12617 T>C, 12692 T>C, 12749 C>T, 12821 C>T, 12899 A>C*, 12908 C>T, 12914 C>T, 13049 T>C, 13085 A>T*, 13184 G>A, 13186 T>C KM458618 A. m. intermissa (A) 12386 T>C, 12483 T>C, 12557 T>C, 12617 T>C, 12692 T>C, 12749 C>T, 12821 C>T, 12899 A>G, 12908 C>T, 12914 C>T, 13060 A>G, 13085 A>T*, 13091 C>T, 13184 G>A, 13186 T>C *- звездочками обозначены трансверсии. В колонке образцы пчел буквами (A), (M), (C), (O) указывается принадлежность пчел к соответствующим эволюционным ветвям A, M, C и O. На основании выявленной вариабельности нуклеотидной последовательности всех 12 митохондриальных генов нами была построена дендрограмма методом ближайшего соседа с применением бутстреп анализа (рис. 1). На дендрограмме по всем 12 генам митохондриального генома представители эволюционных ветвей А, М, С, О четко дифференцируются на 4 отдельные группы, где можно отметить генетическую близость между представителями эволюционных ветвей М и А, а также между представителями эволюционных ветвей О и С. Эти данные согласуются с гипотезой о происхождении эволюционных ветвей, где первоначально пчелы из Юго-Восточной Азии попали через побережье индийского океана на Ближний Восток. Из Ближнего Востока первоначально пчелы попали в Средиземноморье и сформировали эволюционную ветвь С. Позже, из Ближнего Востока пчелы попали в Африку и сформировали там эволюционную ветвь А [Garnery et al., 1992]. Далее пчелы эволюционной ветви А проникли через Иберийский полуостров в Западную Европу и сформировали эволюционную ветвь М. Рис. 1. Дендрограмма генетических взаимоотношений представителей пчел четырех эволюционных ветвей, построенная на основе общего сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей всех 12 митохондриальных генов методом ближайшего соседа с применением бутстреп анализа. Кроме того, мы построили дендрограммы по каждому гену отдельно, чтобы выявить наиболее информативные для филогенетических исследований гены митоходриального генома медоносной пчелы (рис. 2). Рисунок 2. Дендрограммы генетических взаимоотношений представителей пчел четырех эволюционных ветвей, построенные на основе раздельного сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей каждого из 12 митохондриальных генов методом ближайшего соседа с применением бутстреп анализа. На основании сравнительного анализа полученных дендрограмм для каждого из 12 митохондриальных генов (рис. 2) для представителей пчел эволюционных ветвей А, М, С, О с совокупной для всех 12 генов дендрограммой (рис. 1) можно заключить, что информативными маркерами для филогенетических исследований подвидов пчел являются следующие 7 генов митохондриального генома: ND2, ND4, ND4L, ND5, ND6, COI, COIII. Остальные 5 генов митохондриального генома - COII, ATP6, ATP8, ND1, ND3 не информативны для филогенетических исследований и не позволяют дифференцировать подвиды пчел эволюционных ветвей А, М, С, О Таким образом, в результате проведенного сравнительного анализа мы показали, что филогенетические исследования на основе перечисленных 7 информативных локусов, взятых как в отдельности, так и все вместе, позволяют четко дифференцировать подвиды медоносной пчелы эволюционных ветвей А, М, С, О. ОБСУЖДЕНИЕ Для проверки гипотезы о возможности использования сравнительного анализа нуклеотидной последовательности лишь одного из 7 выделенных информативных генов для дифференциации подвидов медоносной пчелы эволюционных ветвей А, М, С, О, мы решили провести сравнительный анализ нуклеотидной последовательности гена ND2 мтДНК статистически значимого объема выборки. Для этого мы секвенировали и депонировали в Генбанк нуклеотидные последовательности 39 образцов пчел, относящихся к эволюционным ветвям М и С. Ранее проведенные экспериментальные филогенетические исследования позволяют примененить сравнительный анализ нуклеотидной последовательности единственного гена ND2 мтДНК для дифференциации подвидов медоносной пчелы эволюционных ветвей А, М, С, О [Arias, Sheppard, 1996; Ilyasov et al., 2011]. Ген ND2 мтДНК медоносной пчелы является наиболее активно изучаемым: в базе данных Генбанка содержатся нуклеотидные последовательности этого гена почти для всех известных подвидов. Для сравнительного анализа мы взяли из Генбанка нуклеотидные последовательности гена ND2 мтДНК 74 представителей пчел разных подвидов эволюционных ветвей А, М, С, О. В результате сравнительного анализа нуклеотидной последовательности гена ND2 113 образцов медоносной пчелы с референсной последовательностью Nc001566 итальянской пчелы подвида A. m. ligustica эволюционной ветви С нами была выявлена 71 однонуклеотидная замена, из которых 20 трансверсий и 51 транзиция (табл. 3). Из всех замен, 21 однонуклеотидная замена была признана неинформативной, поскольку встречалась только у одного единственного представителя пчел и могла быть, в том числе, ошибкой секвенирования. Таблица 3 Однонуклеотидные замены в гене ND2 мтДНК у 113 представителей подвидов медоносной пчелы эволюционных ветвей A, M, C и O в сравнении с референсной последовательностью Nc001566 итальянской пчелы подвида A. m. ligustica эволюционной ветви С Образцы пчел Позиции однонуклеотидных замен U35763 scutellata (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 538 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 478 A>T*, 657 T>C, 1077 T>C U35762 sahariensis (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 539 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 999 C>T, 666 A>G, 478 A>T*, 1050 T>C U35751 intermissa (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 999 C>T, 666 A>G, 478 A>T*, 1050 T>C, 663 C>T U35744 adansonii (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 478 A>T*, 1056 T>C U35761 monticola (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 540 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 888 T>C, 666 A>G, 478 A>T*, 1017 A>T* U35764 scutellata (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 888 T>C, 666 A>G, 478 A>T* U35747 capensis (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 888 T>C, T, 478 A>T* U35746 (africanized) (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 537 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 888 T>C, 666 A>G, 478 A>T*, 663 C>T U35745 (africanized) (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 888 T>C, 666 A>G, 478 A>T*, 1003 C>T U35743 adansonii (A) (Africa) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 888 T>C, 666 A>G, 478 A>T* Kj628987 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 662 C>T Kj628986 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 510 C>T Kj628984 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 837 T>C Kj628983 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 554 T>A* Kj628977 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 813 C>T Kj628974 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 867 T>C, Kj628973 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 900 A>T* Kj628972 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 771 T>C Kj628971 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 913 G>A, 1017 A>T* Kj628970 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 1017 A>T* Kj628968 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G, 1053 T>C Kj628966 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C Kj628964 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 888 T>C, 666 A>G Kj628985 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C Kj628982 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 657 T>C, 1077 T>C, 913 G>A Kj628979 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 666 A>G, 585 T>C Kj628978 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 657 T>C, 1077 T>C, 813 C>T Kj628975 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 657 T>C, 1077 T>C, 959 C>T Kj628969 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 657 T>C, 1077 T>C Kj628967 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 666 A>G, 585 T>C, 552 T>A* Kj628965 (A) (Kenya) 541 T>C, 816 C>T, 741 C>T, 634 T>C, 537 T>C, 555 T>C, 666 A>G Km242631 mellifera (M) (Switzerland) # 541 T>C, 816 C>T, 778 G>A, 838 T>C Km242630 mellifera (M) (Switzerland) # 541 T>C, 816 C>T, 778 G>A, 838 T>C, Km242612 mellifera (M) (Bashkortostan, Birskii) # 541 T>C, 816 C>T, 504 C>T Km242610 mellifera (M) (Bashkortostan, Burzyanskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1015 C>T Km242609 mellifera (M) (Bashkortostan, Beloreckii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1015 C>T, 699 A>G Km242606 mellifera (M) (Bashkortostan, Abzelilovskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1015 C>T, 1050 T>C Ay114495 mellifera (M) (Europe) 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1047 T>C Dq181613 mellifera (M) (Bashkortostan, Burzyanskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T Dq181622 mellifera (M) (Permskii, Osinskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T Dq181621 mellifera (M) (Permskii, Nytvenskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T, 861 G>A Dq181620 mellifera (M) (Permskii, Chastinskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T Dq181619 mellifera (M) (Permskii, Krasnovisherskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 621 C>T Dq181617 mellifera (M) (Permskii, Krasnovisherskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T, 861 G>A Dq181616 mellifera (M) (Bashkortostan, Tatyshlinskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T Dq181615 mellifera (M) (Bashkortostan, Tatyshlinskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T Dq181612 mellifera (M) (Bashkortostan, Burzyanskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T Dq181611 mellifera (M) (Bashkortostan, Burzyanskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T Dq181618 mellifera (M) (Permskii, Krasnovisherskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T, 861 G>A, 1047 T>C, 536 T>C Dq181614 mellifera (M) (Bashkortostan, Tatyshlinskii) # 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 504 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 1015 C>T, 536 T>C U35760 mellifera (M) (Western Europe) 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C U35758 mellifera (M) (Western Europe) 541 T>C, 816 C>T, 999 C>T, 987 T>A*, 1023 T>C, 1071 T>C, 913 G>A, 1047 T>C, 974 T>C U35755 macedonica (C) (Macedonia) 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 478 A>T* Km242629 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G* Km242628 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G* Km242627 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T* Km242626 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T*, 916 T>C Km242625 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T*, 916 T>C Km242624 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G*, 916 T>C Km242623 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T*, 567 A>G Km242622 carpatica (C) (Adygeya) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G* Km242621 carpatica (C) (Adygeya) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G* Km242620 carpatica (C) (Adygeya) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G* Km242619 carpatica (C) (Adygeya) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 936 A>G, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G* U35749 carnica (C) (Eastern Europe) 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 480 A>T*, 484 A>T*, 894 T>C Hq318730 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T* Hq318729 caucasica (C) (Krasnodarskii) # 541 T>C, 481 A>T*, 479 T>A*, 752 C>T, 480 A>T*, 484 A>T*, 476 G>A Km242616 carpatica (C) (Adygeya) # 541 T>C, 481 A>T*, 936 A>G, 480 A>T*, 484 A>T*, 779 T>G* Jq778310 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C Jq778309 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C Jq778308 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C, Jq778307 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C Jq778306 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C Jq778305 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C Jq778304 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C, 1086 T>G* Ay114510 carnica (C) (Eastern Serbia) 541 T>C Ay114508 carnica (C) (Eastern Europe) 541 T>C Ay114505 cecropia (C) (Southern Greece) 541 T>C Ay114502 adami (O) (Crete) 541 T>C, 936 A>G, 752 C>T, 1114 T>A*, 1115 A>T*, 1120 T>A* AY114501 adami (O) (Crete) 541 T>C, 936 A>G, 752 C>T, 1114 T>A*, 1115 A>T*, 1120 T>A* Km242618 carpatica (C) (Adygeya) # 541 T>C, 936 A>G, 779 T>G* Km242617 carpatica (C) (Adygeya) # 541 T>C, 936 A>G, 779 T>G* Km242615 carnica (C) (Lithuania) # 541 T>C, 752 C>T Km242614 carnica (C) (Lithuania) # 541 T>C, 752 C>T, 715 T>C U35748 carnica (C) (Eastern Europe) 541 T>C, 1110 T>A* Dq361090 macedonica (C) (Ukraine) # 541 T>C, 1099 T>C Dq361089 macedonica (C) (Ukraine) # 541 T>C, 1099 T>C Dq361088 macedonica (C) (Ukraine) # 541 T>C Ay114509 carnica (С) (Eastern Europe) 541 T>C, 504 C>T, 894 T>C Ay114507 carnica (C) (Eastern Europe) 541 T>C, 504 C>T, 894 T>C Ay114506 cecropia (C) (Southern Greece) 541 T>C Ay114504 macedonica (C) (Macedonia) 541 T>C Ay114503 macedonica (C) (Macedonia) 541 T>C Ay114500 adami (O) (Crete) 541 T>C Ay114499 anatoliaca (O) (Turkey) 541 T>C, 1003 C>T Ay114498 caucasica (C) (Caucasus) 541 T>C, 936 A>G, 752 C>T Ay114497 caucasica (C) (Caucasus) 541 T>C AY114496 caucasica (C) (Caucasus) 541 T>C, 752 C>T Ay114491 ligustica (C) (Italy) 541 T>C, 999 C>T, 658 G>A Ay114489 ligustica (C) (Italy) 541 T>C, 999 C>T, 658 G>A Ay114485 ligustica (C) (Italy) 541 T>C, 999 C>T, 658 G>A Ay114484 ligustica (C) (Italy) 541 T>C AY136625 pomonella (C) (Tian Shan) 541 T>C, 936 A>G, 752 C>T Ay136624 pomonella (C) (Tian Shan) 541 T>C, 1129 A>G Ay136622 pomonella (C) (Tian Shan) 541 T>C, 888 T>G*, 894 T>G*, 1100 T>C, 763 A>G, 912 A>G, 538 T>G*, 578 A>G, 600 A>G Ay618911 cypria (O) (Cyprus) 541 T>C, 888 T>G*, 894 T>G*, 1100 T>C, 763 A>G, 912 A>G, 886 A>C* Ay618910 cypria (O) (Cyprus) 541 T>C, 888 T>G*, 894 T>G*, 1100 T>C, 763 A>G, 912 A>G, 886 A>C* Ay136623 pomonella (C) (Tian Shan) 888 T>G*, 936 A>G, 752 C>T, 1100 T>C, 538 T>G*, 578 A>G, 1126 A>T* AY114488 ligustica (C) (Italy) - Ay114487 ligustica (C) (Italy) - Ay114486 ligustica (C) (Italy) - U35754 ligustica (C) (Italy) - Nc001566 ligustica (C) (Italy) (reference) - *- звездочками в заменах обозначены трансверсии. # - решетками в образцах указаны образцы, секвенированные сотрудниками нашей лаборатории. На основе сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей гена ND2 мтДНК медоносной пчелы всех 113 образцов нами была построена дендрограмма методом ближайшего соседа с применением бутстреп анализа (рис. 3). На дендрограмме подтверждается информативность применения сравнительного анализа нуклеотидной последовательности гена ND2 для дифференцировки подвидов пчел эволюционных ветвей A, M, C, O. Образцы пчел четко подразделяются на 4 группы. Проанализированные нами образцы пчел Пермского края и Республики Башкортостан попадают в группу с пчелами A. m. mellifera европейских популяций и формируют эволюционную ветвь М. Наши образцы пчел из Краснодарского края и Республики Адыгея попадают в группу с пчелами разных подвидов, формирующих эволюционную ветвь С. На дендрограмме эволюционная ветвь С подразделилась на 2 части, что позволяет предположить наличие внутренней генетической подразделенности. Рисунок 3. Дендрограмма генетических взаимоотношений 113 представителей пчел четырех эволюционных ветвей A, M, C, O, построенная на основе общего сравнительного анализа нуклеотидной последовательности гена ND2 методом ближайшего соседа с применением бутстреп анализа. Рисунок 4. Медианная сеть, построенная на основе однонуклеотидных замен гена ND2 мтДНК для 113 представителей пчел четырех эволюционных ветвей A, M, C, O. Данная группировка совпадает также и с естественным географическим распространением подвидов пчел: эволюционная ветвь А объединила пчел со всей территории Африки, ветвь С - Северного Средиземноморья и Восточной Европы, О - Ближнего Востока и Южного Средиземноморья, М - Западной и Северной Европы и Урала. Для наглядного отображения филогенетических связей и очередности возникновения нуклеотидных замен у представителей пчел разных эволюционных ветвей нами была построена медианная сеть на основе информативных однонуклеотидных замен гена ND2 мтДНК для 113 представителей пчел четырех эволюционных ветвей A, M, C, O (рис. 4). На медианной сети подвиды пчел дифференцируются на 4 эволюционные ветви. Выявляется внутренняя генетическая подразделенность внутри каждой эволюционной ветви, что вызвано естественными эволюционными процессами в процессе адаптации к условиям среды обитания. Медианная сеть дополняет дендрограмму и позволяет рассчитать число нуклеотидных замен между представителями разных подвидов, выявить подвиды, составляющие ядро эволюционной ветви, рассчитать время дивергенции подвидов, предсказать вероятность дальнейших филогенетических изменений. Таким образом, в результате сравнительного анализа 12 генов митохондриального генома нами выявлено 7 информативных генов (ND2, ND4, ND4L, ND5, ND6, COI, COIII), позволяющих четко дифференцировать подвиды медоносной пчелы четырех эволюционных ветвей А, М, С, О. На примере использования сравнительного анализа нуклеотидной последовательности гена ND2 мтДНК на статистически значимом объеме выборки мы показали высокий уровень дифференцирующей способности этого гена и предположили возможность отдельного использования каждого из 7 генов для дифференциации подвидов 4 эволюционных ветвей.
Заказ
Оформите заказ, наш сотрудник свяжется с вами для уточнения деталей.
Ваша заявка успешно отправлена!
Необходимо принять условия соглашения
Вы заполнили не все обязательные поля
Произошла ошибка, попробуйте ещё раз

Обратный звонок
Представьтесь, мы вам перезвоним.
Ваша заявка успешно отправлена!
Необходимо принять условия соглашения
Вы заполнили не все обязательные поля
Произошла ошибка, попробуйте ещё раз