Сельскохозяйственная биология, 2018, том 53, № 2, с. 348-354.
(для цитирования)

doi: 10.15389/agrobiology.2018.2.348rus

УДК 639.2/.3:502.743:575.174.015.3

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЕСТЕСТВЕННЫХ ПОПУЛЯЦИЙ
СТЕРЛЯДИ (Acipenser ruthenus L.) В БАССЕЙНАХ РЕК КАМА И ОБЬ
НА ОСНОВАНИИ ПОЛИМОРФИЗМА ISSR МАРКЕРОВ

Л.В. КОМАРОВА^{1, 2} , Н.В. КОСТИЦЫНА¹ , С.В. БОРОННИКОВА¹ ,
А.Г. МЕЛЬНИКОВА²

Стерлядь (Acipenser ruthenus L.) включена в Красные книги Российской Федерации, Пермского края и Кировской области. Ввиду необходимости охраны промысловых и исчезающих рыб особенно важны исследования популяций, претерпевающих антропогенные нагрузки. Один из методов изучения генетического разнообразия популяций растений и животных — межмикросателлитный анализ полиморфизма ДНК (inter simple sequence repeats, ISSR). Изучение генетической структуры популяций стерляди в бассейнах рек Камы и Оби с использованием межмикросателлитного анализа полиморфизма ДНК ранее не проводилось. Целью нашего исследования был анализ генетического разнообразия и структуры естественных популяций стерляди из Кировской области, Пермского края и Ханты-Мансийского автономного округа на основании полиморфизма ISSR маркеров. Объектом исследований были естественные популяции стерляди в возрасте 3-4 лет. Отбор проб проводили в 2015-2016 годах у 195 особей из рек Кама, Обь и Вятка. Материалом для экстракции ДНК служили фрагменты грудных плавников рыб, зафиксированных в спирте. Пробы ДНК были проанализированы с пятью эффективными ISSR-праймерами. Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программ POPGENE 1.31 и GenAlEx6. Определяли долю (P95) полиморфных локусов, а также ожидаемую (He) гетерозиготность, абсолютное (Na) и эффективное число аллелей (Ne), число редких аллелей (R). Баейсовский анализ структуры популяции выполняли с использованием пакета STRUCTURE 2.3.4. Для описания генетической структуры популяции были использованы ожидаемая доля гетерозиготных генотипов (HT) во всей популяции, ожидаемая доля гетерозиготных генотипов (HS) в субпопуляции и показатель подразделенности популяций (GST). Выявлено 128 ISSR-PCR маркеров. В зависимости от ISSR-праймера число амплифицированных ISSR-PCR маркеров варьировало от 7 до 23. Доля полиморфных локусов A. ruthenus в общей выборке была высока — 0,938. Наибольшие показатели генетического разнообразия обнаружены в популяции стерляди из реки Вятка (P95 = 0,876; Не = 0,232; Ne = 1,402; R = 10), а наименьшие — в популяции из реки Обь (P95 = 0,634; Не = 0,100; Ne = 1,175; R = 3). В общей выборке выявили 23 редких ISSR-PCR маркера, причем 10 из них — в популяции из реки Вятка, что указывает на возможность успешной идентификации стерляди этой популяции. Величина HT составила 0,283, HS оказалась значительно ниже — 0,173, поэтому показатель GST был высок и составил 0,386. Изученные популяции стерляди были сильно дифференцированы: на межпопуляционную компоненту приходилось 38,6 % генетического разнообразия, на внутрипопуляционную — 61,4 %. Показана эффективность межмикросателлитного анализа ДНК для идентификации стерляди на популяционном уровне. Установлено, что ISSR-PCR маркеры могут быть использованы как для характеристики генофондов, так и для молекулярно-генетической идентификации популяций и пород, включая популяции и ремонтно-маточные стада. Даны рекомендации по сохранению генофондов естественных популяций A. ruthenus в бассейнах рек Кама и Обь. Данные о генетическом разнообразии естественных популяций стерляди необходимо использовать при формировании ремонтно-маточных стад для искусственного воспроизводства стерляди c дальнейшим выпуском молоди в популяцию с идентичным генофондом.

Ключевые слова: генетическое разнообразие, генофонд, генетическая структура, ISSR-PCR маркеры, молекулярно-генетическая идентификация, Acipenserruthenus L., осетровые.

Полный текст

GENETIC STRUCTURE OF NATURAL POPULATIONS OF STERLET
(Acipenser ruthenus L.) IN THE CATCHMENT BASINS OF THE KAMA
AND OB RIVERS BASED ON POLYMORPHIC ISSR MARKERS

L.V. Komarova^{1, 2}, N.V. Kostitsyna¹, S.V. Boronnikova¹, A.G. Melnikova²

Starlet (Acipenser ruthenus L.) is included in the Red Data Books of the Russian Federation, Perm Krai and Kirov Province. Inter-microsatellite DNA polymorphism analysis of sterlet populations of the Kama and Ob rivers has not been performed until now. This paper reports on genetic diversity and genetic structure of five natural sterlet populations of the Kama, Ob and Vyatka rivers based on polymorphism of ISSR-PCR markers. The study was carried out in 2015-2916. DNA was extracted from fragments of pectoral fins of fishes aged 3 to 4 years. DNA samples from 195 individuals were analyzed with five effective ISSR primers. POPGENE 1.31 and GenAlEx6 software was used for statistical processing. Basic genetic parameters were proportion (P95) of polymorphic loci, expected (He) heterozygosity, number of alleles per locus (Na), effective number of alleles per loci (Ne), and number of rare alleles (R). The Bayesian method of population structure analysis was performed using STRUCTURE 2.3.4 software. Genetic structure of a population was characterized by proportion of heterozygous genotypes (HT) in the entire population, the expected proportion of heterozygous genotypes (HS) in the subpopulation, and the proportion of interpopulation genetic diversity (GST). As a result, a total of 128 ISSR-PCR markers were identified. The number of amplified ISSR-PCR markers ranged from 7 to 23 depending on the ISSR primer. It was found that the portion of polymorphic loci in A. ruthenus populations was high and amounted to 0,938. Genetic diversity was the highest in the Vyatka sterlet population (P95 = 0.876; Не = 0.232; Ne = 1.402; R = 10) and the lowest in the Ob sterlet population (P95 = 0.634; Не = 0.100; Ne = 1.175; R = 3). A total of 23 rare ISSR-PCR markers were identified for all the samples studied, and 10 of these markers were characteristic of the Vyatka river sterlets. This indicates the possibility of successful identification of these sterlets by population-specific markers. Genetic structure analysis showed that the expected proportion of heterozygous genotypes (HT) for the total sample was 0.283, whereas HS index was much lower making 0.173, therefore, GST value was high and amounted to 0.386. The studied populations were highly differentiated. The interpopulation component accounted for 38.6 % of genetic diversity, while intrapopulation component was responsible for 61.4 %. In each of the studied populations, the rare ISSR-PCR markers have been determined that can be used for identification of studied populations of this species. Thus, the efficiency of ISSR analysis for the identification of sterlets at population level has been proved. It has been established that polylocus ISSR-PCR markers can be used both for characterizing gene pools and for molecular genetic identification of populations and breeds, including sterlet populations and replacement broodstocks. Recommendations for genetic conservation of the Kama and Ob sterlet populations have been developed. These data should be used to manage replacement broodstocks in sterlet artificial reproduction for further release of the fry in a population with an identical gene pool.

Keywords: genetic diversity, gene pool, genetic structure, ISSR-PCR markers, molecular-genetic identification, Acipenser ruthenus L., sterlets.