Изменчивость размера генома у диплоидных и полиплоидных скальных ящериц рода Darevskia (Lacertidae, Squamata)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Измерение размера генома в клетках позвоночных животных с помощью прецизионного метода проточной ДНК-цитометрии позволяет безошибочно определять полиплоидных особей, что крайне важно при изучении процессов гибридогенного видообразования. Кроме того, во многих группах позвоночных животных близкородственные виды часто различаются по количеству ядерной ДНК. Поэтому целью нашего исследования было изучение с помощью этого метода изменчивости размера генома и плоидности в популяциях скальных ящериц рода Darevskia, а также их гибридов. В ходе исследования 29 видов и подвидов установлено, что размах изменчивости у особей с разной плоидностью (91% диплоидных и 9% триплоидных особей) не перекрывался. Среди диплоидных видов связи между количеством ядерной ДНК и филогенетическими взаимоотношениями, географическими координатами, высотой, среднегодовыми температурами и количеством осадков выявлено не было. Представители всех изученных комплексов видов (за исключением D. adjarica) имели примерно одинаковые пределы изменчивости. У ряда видов (D. derjugini и D. saxicola) отмечена существенная внутривидовая изменчивость. Сравнение размера генома у партеногенетических и бисексуальных видов в целом не выявило заметных различий между ними. Изучение триплоидных гибридов показало, что их размер генома, как правило, примерно соответствует сумме среднего диплоидного размера генома материнского партеногенетического вида и гаплоидного генома отцовского вида. Изменчивость по размеру генома внутри выборок триплоидных гибридов в среднем была несколько выше, чем у большинства партеногенетических видов, но чуть ниже, чем у бисексуальных видов. В статье обсуждаются особенности гибридогенного видообразования в данной группе животных.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Н. Литвинчук

Институт цитологии РАН; Дагестанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: litvinchukspartak@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург, 194064; Махачкала, 367025 Республика Дагестан

Н. Д. Аксенов

Институт цитологии РАН

Email: litvinchukspartak@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург, 194064

Л. Я. Боркин

Зоологический институт РАН

Email: litvinchukspartak@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург, 199034

И. В. Доронин

Зоологический институт РАН

Email: litvinchukspartak@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург, 199034

В. О. Ерашкин

Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева

Email: litvinchukspartak@yandex.ru
Россия, Москва, 127550

А. А. Кидов

Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева

Email: litvinchukspartak@yandex.ru
Россия, Москва, 127550

Список литературы

  1. Аззелл Т.М., Даревский И.С., 1974. Доказательства гибридного происхождения партеногенетических видов кавказских скальных ящериц рода Lacerta // Журнал общей биологии. Т. 35. № 4. С. 553–561.
  2. Боркин Л.Я., Даревский И.С., 1980. Сетчатое (гибридогенное) видообразование у позвоночных // Журнал общей биологии. Т. 16. № 4. С. 485–507.
  3. Боркин Л.Я., Литвинчук С.Н., 2013. Гибридизация, видообразование и систематика животных // Труды Зоологического института РАН. Приложение 2. С. 83–139.
  4. Боркин Л.Я., Литвинчук С.Н., 2022. Памяти Юрия Михайловича Розанова (1938–2021) // Современная герпетология. Т. 22. № 3/4. С. 166–182.
  5. Даревский И.С., Даниелян Ф.Д., Розанов Ю.М., Соколова Т.М., 1991. Внутриклональное спаривание и его вероятное эволюционное значение в группе партеногенетических видов скальных ящериц рода Archaeolacerta // Зоологический журнал. Т. 70. № 5. С. 63–74.
  6. Доронин И.В., 2015. Систематика, филогения и распространение скальных ящериц надвидовых комплексов Darevskia (praticola), Darevskia (caucasica) и Darevskia (saxicola). Дис. … канд. биол. наук. ЗИН РАН. 371 с.
  7. Литвинчук С.Н., 2021. Видообразование и гибридизация у амфибий Палеарктики. Дунаев Е.А., Поярков Н.А. (Ред.), Вопросы герпетологии. М.: КМК Scientific Press. С. 170–172.
  8. Литвинчук С.Н., Боркин Л.Я., Скоринов Д.В., Пасынкова Р.А., Розанов Ю.М., 2016. Природная полиплоидия у амфибий // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета. Сер. 3. Биология. № 3. С. 77–86.
  9. Литвинчук С.Н., Боркин Л.Я., Мазепа Г.А., Розанов Ю.М., 2018. Размер генома и распространение диплоидных и полиплоидных зелёных жаб рода Bufotes в Узбекистане и Туркменистане // Герпетологические и орнитологические исследования: современные аспекты. Посвящается 100-летию А.К. Рустамова (1917–2005). М.: Товарищество научных изданий КМК. С. 88–101.
  10. Литвинчук С.Н., Скоринов Д.В., Пасынкова Р.А., Кидов А.А., Матушкина К.А., Боркин Л.Я., Розанов Ю.М., 2019. Полиплоидное видообразование у азиатских зеленых жаб рода Bufotes (Bufonidae) // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. Пенза. № 1 (25). С. 80–93.
  11. Розанов Ю.М., Виноградов А.Е., 1998. Прецизионная ДНК-цитометрия: исследование индивидуальной вариабельности размера генома животных // Цитология. Т. 40. № 8/9. С. 792–799.
  12. Чилингарян А.А., Павлов Е.Ф., 1961. Количественные измерения содержания ДНК в ядрах эритроцитов крови у межвидовых гибридов птиц и рептилий // Доклады академии наук Армянской ССР. Т. 32. № 1. С. 55–60.
  13. Abdala C.S., Baldo D., Juárez R.A., Espinoza R.E., 2016. The first parthenogenetic pleurodont iguanian: a new all-female Liolaemus (Squamata: Liolaemidae) from Western Argentina // Copeia. V. 104. № 2. P. 487–497.
  14. Ahmadzadeh F., Flecks M., Carretero M.A., Mozaffari O., Böhme W., Harris D.J., Freitas S., Rödder D., 2013. Cryptic speciation patterns in Iranian rock lizards uncovered by integrative taxonomy // PLoS ONE. V. 8. № 12. P. e80563.
  15. Arakelyan M., Spangenberg V., Petrosyan V., Ryskov A., Kolomiets O., Galoyan E., 2023. Evolution of parthenogenetic reproduction in Caucasian rock lizards: A review // Current Zoology. V. 69. P. 128–135.
  16. Arribas O.J., 1999. Phylogeny and relationships of the mountain lizards of Europe and Near East (Archaeolacerta Mertens, 1921 sensu lato) and their relationships among the Eurasian lacertid radiation // Russian Journal of Herpetology. V. 6. № 1. P. 1–22.
  17. Bezy R.L., 1972. Karyotypic variation and evolution of the lizards in the family Xantusiidae // Contributions in Science. V. 227. P. 1–29.
  18. Bianchi N.O., Redi C., Garagna C., Capanna E., Manfredi-Romanini M.G., 1983. Evolution of the genome size in Akodon (Rodentia, Cricetidae) // Journal of Molecular Evolution. V. 19. P. 362–370.
  19. Bickham J.W., Hanks B.G., 2009. Diploid-triploid mosaicism and tissue ploidy diversity within Platemys platycephala from Suriname // Cytogenetic and Genome Research. V. 127. P. 280–286.
  20. Bickham J.W., Tucker P.K., Legler J.M., 1985. Diploid-triploid mosaicism: an unusual phenomenon in side-necked turtles (Platemys platycephala) // Science. V. 227. P. 1591–1593.
  21. Biriuk O.V., Shabanov D.A., Korshunov A.V., Borkin L.J., Lada G.A., Pasynkova R.A., Rosanov J.M., Litvinchuk S.N., 2016. Gamete production patterns and mating systems in water frogs of the hybridogenetic Pelophylax esculentus complex in north-eastern Ukraine // Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research. V. 54. № 3. P. 215–225.
  22. Bogart J.P., 1980. Evolutionary implications of polyploidy in amphibians and reptiles. Lewis W.H. (ed.). Polyploidy: Biological Relevance. New York and London: Plenum Press. P. 341–378.
  23. Borkin L.J., Litvinchuk S.N., Rosanov J.M., 1996. Spontaneous triploidy in the crested newt, Triturus cristatus (Salamandridae) // Russian Journal of Herpetology. V. 3. № 2. P. 152–156.
  24. Borkin L.J., Litvinchuk S.N., Rosanov J.M., Milto K.D., 2001. Cryptic speciation in Pelobates fuscus (Anura, Pelobatidae): evidence from DNA flow cytometry // Amphibia-Reptilia. V. 22. № 4. P. 387–396.
  25. Borkin L.J., Korshunov A.V., Lada G.A., Litvinchuk S.N., Rosanov J.M., Shabanov D.A., Zinenko A.I., 2004. Mass occurrence of polyploidy green frogs (Rana esculenta complex) in eastern Ukraine // Russian Journal of Herpetology. V. 11. № 3. P. 194–213.
  26. Canapa A., Biscotti M.A., Barucca M., Carducci F., Carotti E., Olmo E., 2020. Shedding light upon the complex net of genome size, genome composition and environment in chordates // The European Zoological Journal. V. 87. № 1. P. 192–202.
  27. Cole C.J., Taylor H.L., Baumann D.P., Baumann P., 2014. “Neaves’ whiptail lizard: the first known tetraploid parthenogenetic tetrapod (Reptilia: Squamata: Teiidae) // Breviora. V. 539. P. 1–19.
  28. Cole C.J., Taylor H.L., Neaves W.B., Baumann D.P., Newton A., Schnittker R., Baumann P., 2017. The second known tetraploid species of parthenogenetic tetrapod (Reptilia: Squamata: Teiidae): description, reproduction, comparisons with ancestral taxa, and origins of multiple clones // Bulletin of the Museum of Comparative Zoology. V. 161. № 8. P. 285–321.
  29. Danielyan F., Arakelyan M., Stepanyan I., 2008. Hybrids of Darevskia valentini, D. armeniaca and D. unisexualis from a sympatric population in Armenia // Amphibia-Reptilia. V. 29. P. 487–504.
  30. Dar T.-Ul.-H., Rehman R.-Ul. (eds.), 2017. Polyploidy: Recent Trends and Future Perspectives. Springer.
  31. Darevsky I.S., Danielyan F.D., 1968. Diploid and triploid progeny arising from natural mating of parthenogenetic Lacerta armeniaca and L. unisexualis with bisexual L. saxicola valentini // Journal of Herpetology. V. 2. № 3–4. P. 65– 69.
  32. Darevsky I.S., Kupriyanova L.A., 1982. Rare males in parthenogenetic lizard Lacerta armeniaca Méhely // Vertebrata Hungarica. V. 21. P. 69–75.
  33. Darevsky I.S., Kupriyanova L.A., Bakradze M.A., 1978. Occasional males and intersexes in parthenogenetic species of Caucasian Rock Lizards (genus Lacerta) // Copeia. № 2. P. 201–207.
  34. Darevsky I.S., Kupriyanova L.A., Uzzell T., 1985. Parthenogenesis in reptiles. Gans C., Billet F. (eds). Biology of Reptiles. V. 15. New York: Wiley J. and Sons. P. 411–526.
  35. Darevsky I.S., Danielyan F.D., Sokolova T.M., Rozanov Y.M., 1989. Intraclonal mating in the parthenogenetic lizard species Lacerta unisexualis. Dawley R.M., Bogart J.P. (eds). Evolution and Ecology of Unisexual Vertebrates. Bulletin of the NY State Museum, New York. P. 228–235.
  36. Disсhe Z., 1931. Nachweis und Bestimmung der Thymonukleinsaure. Abderhalden E., Handbuch der biologischen Arbeitsmethoden. Wien. Abt. 5. T. 2. Hf. 16. P. 18–29.
  37. Dolezel J., Bartos J., Voglmayr H., Greilhuber J., 2003. Nuclear DNA content and genome size of trout and human // Cytometry A.V. 51. № 2. P. 127–128.
  38. Dufresnes C., Mazepa G., Jablonski D., Oliveira R.C., Wenseleers T., Shabanov D.A., Auer M., Ernst R., Koch C., Ramírez-Chaves H.E. Mulder K.P., Simonov E., Tiutenko A., Kryvokhyzha D., Wennekes P.L., Zinenko O.I., Korshunov O.V., Al-Johany A.M., Peregontsev E.A., Masroor R., Betto-Colliard C., Denoël M., Borkin L.J., Skorinov D.V., Pasynkova R.A., Mazanaeva L.F., Rosanov J.M., Dubey S., Litvinchuk S., 2019. Fifteen shades of green: The evolution of Bufotes toads revisited // Molecular Phylogenetics and Evolution. V. 141. P. 106615.
  39. Dufresnes C., Strachinis I., Suriadna N., Mykytynets G., Cogălniceanu D., Székely P., Vukov T., Arntzen J.W., Wielstra B., Lymberakis P., Geffen E., Gafny S., Kumlutaş Y., Ilgaz Ç., Candan K., Mizsei E., Szabolcs M., Kolenda K., Smirnov N., Géniez P., Lukanov S., Crochet P.‐A., Sylvain D., Perrin N., Litvinchuk S.N., Denoël M., 2019а. Phylogeography of a cryptic speciation continuum in Eurasian spadefoot toads (Pelobates) // Molecular Ecology. V. 28. № 13. P. 3257– 3270.
  40. Dufresnes C., Brelsford A., Jeffries D.L., Mazepa G., Suchan T., Canestrelli D., Nicieza A., Fumagalli L., Dubey S., Martínez-Solano I., Litvinchuk S.N., Vences M., Perrin N., Crochet P.-A. 2021. Mass of genes rather than master genes underlie the genomic architecture of amphibian speciation // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. V. 118. № 36. P. e2103963118.
  41. Feulgen R., Rossenbeck H., 1924. Mikroskopisch-chemischer Nachweis einer Nukleinsäure vom Typus der Thymonukleinsäure und die darauf beruhende elektive Färbung von Zellkernen in mikroskopischen Präparaten // Hoppe-Seyler’s Zeitschrift für Physiologische Chemie. V. 135. P. 203–248.
  42. Fick S.E., Hijmans R.J., 2017. WorldClim 2: new 1km spatial resolution climate surfaces for global land areas // International Journal of Climatology. V. 37. № 12. P. 4302–4315.
  43. Freitas S., Rocha S., Campos J., Ahmadzadeh F., Corti C., Sillero N., Ilgaz Ç., Kumlutaş Y., Arakelyan M., Harris D.J., Carretero M.A., 2016. Parthenogenesis through the ice ages: a biogeographic analysis of Caucasian rock lizards (genus Darevskia) // Molecular Phylogenetics and Evolution. V. 102. P. 117–127.
  44. Freitas S.N., Harris D.J., Sillero N., Arakelyan M., Butlin R.K., Carretero M.A., 2019. The role of hybridisation in the origin and evolutionary persistence of vertebrate parthenogens: a case study of Darevskia lizards // Heredity. V. 123. P. 795–808.
  45. Girnyk A.E., Vergun A.A., Semyenova S.K., Guliaev A.S., Arakelyan M.S., Danielyan F.D., Martirosyan I.A., Murphy R.W., Ryskov A.P., 2018. Multiple interspecific hybridization and microsatellite mutations provide clonal diversity in the parthenogenetic rock lizard Darevskia armeniaca // BMC Genomics. V. 19. № 1. P. 979.
  46. Gregory T.R., Nathwani P., Bonnett T.R., Huber D.P.W., 2013. Sizing up arthropod genomes: an evaluation of the impact of environmental variation on genome size estimates by flow cytometry and the use of qPCR as a method of estimation // Genome. V. 56. № 9. P. 505–510.
  47. Hardy L.M., Cole C.J., 1998. Morphology of a sterile, tetraploid, hybrid whiptail lizard (Squamata: Teiidae: Cnemidophorus) // American Museum Novitates. V. 3228. P. 1–16.
  48. Kearney M., Fujita M.K., Ridenour J., 2009. Lost sex in the reptiles: Constraints and correlations. I. Schön I., Martens K., Dijk P. (eds). Lost Sex. Springer. P. 447–474.
  49. Lamborot M.M., Manzur E., Alvarez-Sarret E., 2006. Triploidy and mosaicism in Liolaemus chiliensis (Sauria: Tropiduridae) // Genome. V. 49. P. 445–453.
  50. Litvinchuk S.N., 2018. Testicular anomalies in the hybridogenetic frog Pelophylax esculentus (Amphibia: Anura: Ranidae). Vershinin V.L., Vershinina S.D. (eds). The Second International Conference “Amphibians and Reptiles Anomalies and Pathology: Methodology, Evolutionary Significance, Monitoring and Enveronmental Helth”. KnE Life Science. P. 92–96.
  51. Litvinchuk S.N., Kazakov V.I., Pasynkova R.A., Borkin L.J., Kuranova V.N., Rosanov J.M., 2010. Tetraploid green toad species (Bufo pewzowi) from the Altay Mountains: The first record for Russia // Russian Journal of Herpetology. V. 17. № 4. P. 290–298.
  52. Litvinchuk S.N., Rosanov J.M., Borkin L.J., 2007. Correlations of geographic distribution and temperature of embryonic development with the nuclear DNA content in the Salamandridae (Urodela, Amphibia) // Genome. V. 50. № 4. P. 333–342.
  53. Lutes A.A., Baumann D.P., Neaves W.B., Baumann P., 2011. Laboratory synthesis of an independently reproducing vertebrate species // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. V. 108. № 24. P. 9910–9915.
  54. Mason A.S., Pires J.C., 2015. Unreduced gametes: meiotic mishap or evolutionary mechanism? // Trends in Genetics. V. 31. № 1. P. 5–10.
  55. Moritz C., Uzzell T., Spolsky C., Hotz H., Darevsky I.S., Kupriyanova L.A., Danielyan F.D., 1992. The maternal ancestry and approximate age of parthenogenetic species of Caucasian rock lizards (Lacerta: Lacertidae) // Genetica. V. 87. № 1. P. 53–62.
  56. Muller H.J., 1932. Some genetic aspects of sex // American Naturalist. V. 66. № 703. P. 118–138.
  57. Murphy R.W., Fu J., Macculloch R.D., Darevsky I.S., Kupriyanova L.A., 2000. A fine line between sex and unisexuality: the phylogenetic constraints on parthenogenesis in lacertid lizards // Zoological Journal of Linnean Society. V. 130. P. 527–549.
  58. Ochkalova S., Korchagin V., Vergun A., Urin A., Zilov D., Ryakhovsky S., Girnyk A., Martirosyan I., Zhernakova D.V., Arakelyan M., Danielyan F., Kliver S., Brukhin V., Komissarov A., Ryskov A., 2022. First genome of rock lizard Darevskia valentini involved in formation of several parthenogenetic species // Genes. V. 13. P. 1569.
  59. Pensabene E., Augstenová B., Kratochvíl L., Rovatsos M., 2024. Differentiated sex chromosomes, karyotype evolution, and spontaneous triploidy in carphodactylid geckos // Journal of Heredity. V. 115. № 3. P. 262– 276.
  60. Stöck M., Dedukh D., Reifová R., Lamatsch D.K., Starostová Z., Janko K., 2021. Sex chromosomes in meiotic, hemiclonal, clonal and polyploid hybrid vertebrates: along the ‘extended speciation continuum’ // Philosophical Transactions of the Royal Society B.V. 376. P. 20200103.
  61. Tarkhnishvili D., Gabelaia M., Adriaens D., 2020. Phenotypic divergence, convergence and evolution of Caucasian rock lizards (Darevskia) // Biological Journal of the Linnean Society. V. 130. P. 142–155.
  62. Trifonov V.A., Paoletti A., Caputo Barucchi V., Kalinina T., O’Brien P.C.M., Ferguson-Smith M.A., Giovannotti M., 2015. Comparative chromosome painting and NOR distribution suggest a complex hybrid origin of triploid Lepidodactylus lugubris (Gekkonidae) // PLoS ONE. V. 10. № 7. P. e0132380.
  63. Uzzell T., Darevsky I.S., 1975. Biochemical evidence for the hybrid origin of the parthenogenetic species of the Lacerta saxicola complex (Sauria: Lacertidae), with a discussion of some ecological and evolutionary implications // Copeia. № 2. P. 204–222.
  64. Uetz P. (ed.), 2024. The Reptile Database. http://www.reptile-database.org. Accessed February 28, 2024.
  65. Yanchukov A., Tarkhnishvili D., Erdolu M., Şahin M.K., Candan K., Murtskhvaladze M., Gabelaia M., Iankoshvili G., Barateli N., Ilgaz Ç., Kumlutaş Y., Matur F., Çolak F., Arakelyan M., Galoyan E., 2022. Precise paternal ancestry of hybrid unisexual ZW lizards (genus Darevskia: Lacertidae: Squamata) revealed by Z-linked genomic markers // Biological Journal of the Linnean Society. V. 136. P. 293–305.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта мест сбора скальных ящериц рода Darevskia. Вставка в правом верхнем углу (А) охватывает территорию северной Армении. В правом нижнем углу фотография D. lindholmi с мыса Фиолент (Севастополь).

Скачать (466KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменчивость (виолин-плоты) количества ядерной ДНК у разных видов, подвидов и межвидовых гибридов скальных ящериц рода Darevskia.

Скачать (306KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024