Генетические последствия резкого снижения численности сайгака (Saiga tatarica tatarica) в популяции Северо-Западного Прикаспия: сравнение современных и музейных образцов по мтДНК и микросателлитным локусам

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Численность сайгака (Saiga tatarica tatarica) в популяции Северо-Западного Прикаспия в середине прошлого века достигала почти 800 тысяч особей. В конце ХХ в. произошло ее резкое сокращение, и к 2015 году численность составила около пяти тысяч. В статье представлены результаты анализа полиморфизма микросателлитных локусов и контрольного региона мтДНК, полученные для музейной выборки сайгака из популяции Северо-Западного Прикаспия, собранной на пике численности в 50-е годы ХХ в. Проведено сравнение с данными для образцов сайгака периода депрессии численности 1999–2016 гг. Показатели разнообразия контрольного региона мтДНК образцов музейной и современной выборок сайгака отличались незначительно. Наиболее существенным последствием резкого снижения численности в популяции оказалось значительное увеличение коэффициента инбридинга (Fis), рассчитанного по микросателлитным локусам яДНК.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Кашинина

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nadezda.kashinina@yandex.ru
Россия, Ленинский проспект, 33, Москва, 119071

А. А. Лущекина

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, РАН

Email: nadezda.kashinina@yandex.ru
Россия, Ленинский проспект, 33, Москва, 119071

П. А. Сорокин

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, РАН

Email: nadezda.kashinina@yandex.ru
Россия, Ленинский проспект, 33, Москва, 119071

М. В. Холодова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, РАН

Email: nadezda.kashinina@yandex.ru
Россия, Ленинский проспект, 33, Москва, 119071

Список литературы

  1. Банников А. Г., Жирнов Л. В., Лебедева Л. С. Фандеев А. А. Биология сайгака. М.: Изд-во сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов. 1961. 336 с.
  2. Близнюк А. И. Роль хозяйственного освоения территории в изменении численности калмыцкой популяции сайгака // Биота и природная среда Калмыкии. М.: Элиста. 1995. С. 222–244.
  3. Близнюк А. И. Сайгак калмыцкой популяции. Элиста: ЗАОр “НПП “Джангар”. 2009. 554 с.
  4. Богун С. А. Состояние популяции сайгака в заповеднике “Черные земли”: проблемы и перспективы ее сохранения // Научные труды Национального парка “Хвалынский”. Сборник научных статей VI Международной научно-практической конференции “Особо охраняемые природные территории: прошлое, настоящее, будущее”. Хвалынск, 17–18 октября 2019 г. Саратов: Изд-во ООО “Амирит”. 2019. С. 7–14.
  5. Данилкин А. А. Млекопитающие России и сопредельных регионов. Полорогие (Bovidae). М.: Т-во научных изданий КМК. 2005. 550 с.
  6. Жирнов Л. В. Возвращенные к жизни (экология, охрана и использование сайгаков). М.: Лесная промышленность. 1982. 224 с.
  7. Жирнов Л. В. Антропические факторы и их роль в регуляции численности популяций // Сайгак. Филогения, систематика, экология, охрана и использование. М.: Типография Россельхозакадемии. 1998. С. 252–264.
  8. Жирнов Л. В. Этологическая структура и социальная организация // Сайгак. Филогения, систематика, экология, охрана и использование. М.: Типография Россельхозакадемии. 1998. С. 144–155.
  9. Жирнов Л. В., Бекенов А. Б., Грачев Ю. А., Дуламцэрэн С., Лущекина А. А. Ареал и его изменения в ХХ в. // Сайгак. Филогения, систематика, экология, охрана и использование. М.: Типография Россельхозакадемии. 1998. С. 60–66.
  10. Жирнов Л. В., Проняев А. В., Бекенов А. Б., Грачев Ю. А., Груздев А. Р. Структура популяций (половой и возрастной состав) // Сайгак. Филогения, систематика, экология, охрана и использование. М.: Типография Россельхозакадемии 1998б. С. 180–188.
  11. Жирнов Л. В., Максимук А. В. Численность сайгака в ХХ в. Северо-Западный Прикаспий // Сайгак. Филогения, систематика, экология, охрана и использование. М.: Типография Россельхозакадемии. 1998. С. 219–225.
  12. Каримова Т. Ю., Лущекина А. А. Особенности пространственного размещения и этологической структуры популяции сайгака на территории Заказника “Степной” (Астраханская область) // Экосистемы: экология и динамика. 2018. Т. 2. № 1. С. 73–91.
  13. Каримова Т. Ю., Лущекина А. А., Неронов В. М., Пюрвенова Н. Ю., Арылов Ю. Н. Биологические особенности популяции сайгака Северо-Западного Прикаспия в периоды разной численности // Аридные экосистемы. 2020. T. 26. № 4 (85). C. 51–58. https://doi.org/10.24411/1993-3916-2020-10118
  14. Каримова Т. Ю., Лущекина А. А., Неронов В. М. Современное состояние и ретроспективный анализ популяций сайгака в России и Казахстане // Аридные экосистемы. 2021. Т. 27. № 2 (87). С. 57–67. https://doi.org/10.24411/1993-3916-2021-10151
  15. Кириков С. В. Промысловые животные, природная среда и человек. М.: Наука, 1966. 348 с.
  16. Красная книга Российской Федерации. Животные. М.: ФГБУ «ВНИИ Экология». 2021. 1128 с.
  17. Неверова Г. П., Жданова О. Л., Фрисман Е. Я. Возникновение сложных режимов динамики численности в ходе эволюции структурированной лимитированной популяции // Генетика. 2020. Т. 56. № 6. С. 714–725. https://doi.org/10.31857/S0016675820060065
  18. Приходько В. И. Кабарга: происхождение, систематика, экология, поведение и коммуникация. М.: ГЕОС. 2003. 443 с.
  19. Рожнов В. В., Спасская Н. Н., Чибилев А. А., Левыкин С. В., Орлов В. Н., Паклина Н. В., Позднякова М. К., Петрищев Б. И. Программа по восстановлению лошади Пржевальского в Оренбургской области. М. Т-во научных изданий КМК. 2010. 32 с.
  20. Рожнов В. В., Ячменникова А. А., Найденко С. В., Эрнандес-Бланко Х.А,, Чистополова М. Д., Сорокин П. А., Добрынин Д. В., Сухова О. В., Поярков А. Д., Дронова Н. А., Трепет С. А., Пхитиков А. Б., Пшегусов Р. Х., Магомедов М.-Р.Д. Мониторинг переднеазиатского леопарда и других крупных кошек. М.: Т-во научных изданий КМК. 2018. 121 с.
  21. Стратегия сохранения амурского тигра в Российской Федерации. [Электронный ресурс https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293723/4293723679.htm/ (дата обращения 24.05.2023)], 2010.
  22. Стратегия сохранения редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, растений и грибов в Российской Федерации на период до 2030 года. [Электронный ресурс https://docs.cntd.ru/document/499077974 (дата обращения 24.05.2023)] 2014.
  23. Стратегия сохранения дальневосточного аиста в Российской Федерации. [Электронный ресурс https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/403175695/ (дата обращения 24.05.2023)]. 2021a.
  24. Стратегия сохранения сайгака в Российской Федерации. [Электронный ресурс https://sudact.ru/law/rasporiazhenie-minprirody-rossii-ot-11082021-n-30-r/prilozhenie/ (дата обращения 24.05.2023)]. 2021б.
  25. Avise, J. C. Phylogeography: The History and Formation of Species. Harvard University Press. Cambridge. 2000. 447 p.
  26. Bandelt H. J., Forster P., Rohl A. Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies // Mol. Biol. Evol. 1999. V. 16. P. 37–48. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026036
  27. Brown A., Weir B. Measuring genetic variability in plant populations // Isozymes in Plant Genetics and Breeding / Eds. Part A., Tanksley S. D., Orton T. J. Elsevier; Amsterdam. 1983. P. 219–239. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-42226-2.50016-5
  28. Bundgaard J., Loeschcke V., Schou M. F., Bijlsma K. R. Detecting purging of inbreeding depression by a slow rate of inbreeding for various traits: the impact of environmental and experimental conditions // Heredity, 2021. V. 127. P. 10–20. https://doi.org/10.1038/s41437-021-00436-7
  29. Earl D. A., von Holdt B. M. STRUCTURE HARVESTER: A Website and Program for Visualizing STRUCTURE Output and Implementing the Evanno Method // Conserv. Genet. Resour. 2012. V. 4. P. 359–361. https://doi.org/10.1007/s12686-011-9548-7
  30. Evanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study // Mol. Ecol. 2005. V. 14. P. 2611–2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x
  31. Excoffier L., Lischer H. E.L. Arlequin Suite ver. 3.5.1.2: A 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
  32. Frankham R. Conservation Biology: Ecosystem recovery enhanced by genotypic diversity // Heredity. 2005. V. 95. P. 183–183. https://doi.org/10.1038/sj.hdy.6800706
  33. Hall T. A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT // Nucleic acids symp. ser. 1999. V. 41. P. 95–98.
  34. Harpending R. C. Signature of ancient population growth in a low-resolution mitochondrial DNA mismatch distribution // Hum. Biol. 1994. V. 66. P. 591–600.
  35. Kashinina N. V., Lushchekina A. A., Sorokin P. A., Tarasyan K. K., Kholodova M. V. The modern state of the European saiga population (Saiga tatarica tatarica): mtDNA, DRB3 MHC gene, and microsatellite diversity // Integr. Zool. 2023. V. 00. P. 1–16. https://doi.org/10.1111/1749-4877.12704
  36. Kalinowski S. T., Taper M. L., Marshall T. C. Revising how the computer program CERVUS accommodates genotyping error increases success in paternity assignment // Mol. Ecology. 2007. V. 16. P. 1099–1106. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2007.03089.x
  37. Kuhl A., Balinova N., Bykova E., Arylov Yu., Esipov A., Lushchekina A., Milner-Gulland E. J. The role of saiga poaching in rural communities: Linkages between attitudes, socio-economic circum-stances and behavior // Biol. Conserv. 2009. V. 143. P. 1442–1449. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2009.02.009
  38. Luikart G., Sherwin W. B., Steele B. M., Allendorf F. W. Usefulness of molecular markers for detecting population bottlenecks via monitoring genetic change // Mol. Ecol. 1998. V. 7. P. 963–974. https://doi.org/10.1046/j.1365-294x.1998.00414.x
  39. Milner-Gulland E.J., Bukreeva O. M., Coulson T. Lushchekina A. A., Kholodova M. V., Bekenov A. B., Grachev I. A. Reproductive collapse in saiga antelope harems // Nature. 2003. V. 422. P. 135–135. https://doi.org/10.1038/422135a
  40. Nomura T. Effect size of populations with unequal sex ratio and variation in mating success // J. Anim. Breed. Genet. 2002. V. 119. P. 297–310. https://doi.org/10.1046/j.1439-0388.2002.00347.x
  41. Nowak C., Zuther S., Leontyev S. V., Geismar J. Rapid development of microsatellite markers for the critically endangered Saiga (Saiga tatarica) using Illumina_Miseq next generation sequencing technology // Conserv. Genet. Resour. 2013. V. 6. P. 159–162. https://doi.org/10.1007/s12686-013-0033-3
  42. Peakall R., Smouse P. E. GenAlEx 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research // Mol. Ecol. Notes. 2006. V. 6. P. 288–295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x
  43. Peakall R., Smouse P. E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update // Bioinformatics. 2012. V. 28. P. 2537–2539. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460
  44. Pekkala N., Knott K. E., Kotiaho J. S., Nissinen K., Puurtinen M. The effect of inbreeding rate on fitness, inbreeding depression and heterosis over a range of inbreeding coefficients. Evol. Appl., 2014. V. 7. № 9. P. 1107–1119. https://doi.org/10.1111/eva.12145
  45. Pritchard K. J., Matthew Stephens, 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
  46. Rogers A. R., Harpending H. Population growth makes waves in the distribution of pairwise genetic differences // Mol. Biol. Evol. 1992. V. 9. № 3. P. 552–569. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a040727
  47. Rogers A. R. Genetic evidence for a Pleistocene population explosion // Evolution. 1995. V. 49. № 4. P. 608–615. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1995.tb02297.x
  48. Rogers A. R. Population structure and modern human origin // Progress in population genetics and human evolution. N.Y.: Springer-Verlag. 1997. P. 55–79. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2609-1_4
  49. Soulé M. E. Viable populations for conservation. Cambridge, Univ. Press. 1987. 204 pp.
  50. Sorokin P. A., Soldatova N. V., Lukarevskiya V. S., Kholodova M. V. Genetic diversity and relations of the Goitered Gazelle (Gazella subgutturosa) groups from Uzbekistan, Turkmenistan, and Azerbaijan: Analysis of the D-loop of mitochondrial DNA // Biology Bulletin. 2011. V. 38. № 6. P. 585–590. https://doi.org/10.1134/S1062359011060124
  51. Taberlet P., Griffin S., Goossens B., Questiau S., Manceau V., Escaravage N., Waits L. P., Bouvet J. Reliable genotyping of samples with very low DNA quantities using PCR // Nucleic Acids Res. 1996. V. 24. № 16. P. 3189–3194.
  52. Taberlet P., Waits L. P., Luikart G. Noninvasive genetic sampling: look before you leap // Trends Ecol. Evol. 1999. V. 14. № 8. P. 323–327. https://doi.org/10.1016/s0169-5347(99)01637-7
  53. Tajima F. Statistical method for testing the neutral mutation hypothesis by DNA polymorphism // Genetics. 1989a. V. 123. P. 585–595. https://doi.org/10.1093/genetics/123.3.585
  54. Tajima F. The effect of change in population size on DNA polymorphism // Genetics. 1989b. V. 123. P. 597–601. https://doi.org/10.1093/genetics/123.3.597
  55. Willi Y., van Buskirk J., Hoffmann A. A. Limits to the Adaptive Potential of Small Populations // Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 2006. V. 37. P. 433–458. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110145
  56. Wright S. The genetical structure of populations // Ann. Eugen. 1949. V. 15. P. 323–354. https://doi.org/10.1111/j.1469-1809.1949.tb02451.x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Медианная сеть гаплотипов по фрагменту контрольного региона мтДНК (448 п.н.) музейных образцов сайгака из популяции Северо-Западного Прикаспия. Мутационные позиции обозначены на ветвях вертикальными линиями, а диаметр кругов пропорционален числу образцов в гаплотипах.

Скачать (75KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Медианная сеть гаплотипов контрольного региона мтДНК сайгака из популяции Северо-Западного Прикаспия (448 п.н.). Черным цветом обозначены музейные образцы (1957–1958 гг.) Белым цветом обозначены современные образцы (1999–2016 гг.). Мутационные позиции обозначены на ветвях вертикальными линиями, а диаметр кругов пропорционален числу образцов в гаплотипах.

Скачать (126KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Графики распределения частот (ось ординат) величин парных нуклеотидных различий (ось абсцисс) между гаплотипами фрагмента контрольного региона мтДНК (450 п.н.) сайгака из популяции Северо-Западного Прикаспия: а – для демографической и б – для пространственной экспансий.

Скачать (378KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кластеризация образцов сайгака из популяции Северо-Западного Прикаспия в программе STRUCTURE 2.3.4. (K = 2).

Скачать (114KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024