Боркин и др. (2005) Массовая полиплоидия в гибридогенном комплексе Rana esculenta

Боркін Л. Я., Зіненко А. І., Коршунов А. В., Лада Г. А., Литвинчук С. М., Розанов Ю. М., Шабанов Д. А. Масова поліплоїдія в гібридогенному комплексі Rana esculenta (Ranidae, Anura, Amphibia) на Сході України // Матеріали Першої конференції Українського Герпетологічного Товариства – К.: Зоомузей ННПМ НАНУ, 2005. – С. 23–26.

Масова поліплоїдія в гібридогенному комплексі Rana esculenta (Ranidae, Anura, Amphibia) на Сході України

Л. Я. Боркін¹, А. І. Зіненко², А. В. Коршунов³, Г. А. Лада^1,4, С. М. Литвинчук⁵, Ю. М. Розанов⁵, Д. А. Шабанов³

¹ Зоологічний інститут РАН, Університетська наб., 1, С.-Петербург, 199034. E-mail: lacerta@zin. ru

² Музей природи ХНУ ім. В. Н. Каразіна, вул. Трінклера, 8, Харків, 61022. E-mail: zinenkoa@yahoo. com

³ Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, Харків, 61077. E-mail: d_sh@list. ru

⁴ Тамбовський державний університет, вул. Інтернаціональна, 33, Тамбов, 392622. E-mail: esculenta@mail. ru

⁵ Інститут цитології РАН, Тихорецький пр., 4, С.-Петербург, 194064. E-mail: slitvinchuk@yahoo. com

Mass triploidy in hybrid Rana esculenta was revealed by means of DNA flow cytometry in 19 localities of eastern Ukraine (Kharkov, Donetsk, and Lugansk provinces). Triploids consist of two groups in terms of parental species genomes: LLR and LRR. The both groups were recorded in population systems of the E and R-E types. Two tetraploids were found as well. All polyploids were distributed along the middle part of Seversky Donets River basin (above 450 km). The nearest localities with mass occurrence of triploidy were known at distance of 1000 km (Poland) or 1500 km (Hungary).

На території Східної Європи зелені жаби (Rana esculenta complex) представлені трьома таксонами: озерною (Rana ridibunda Pallas, 1771), ставковою (Rana lessonae Camerano, 1882) та їстівною (Rana esculenta Linnaeus, 1758) жабами. Остання виникає в результаті гібридизації двох перших видів. Для даного комплексу характерне незвичайне видоутворення, механізми якого включають гібридизацію, напівклональне (чи мероклональне) успадкування, поліплоїдію та різноманітність складу популяційних систем, де R. esculenta може бути представлена як однією, так і двома статями (див. Gbnther, 1990, 1991; Vinogradov et al., 1990). Таким чином, комплекс R. esculenta може розглядатися як одна з моделей сітчастого (гібридогенного) видоутворення у тварин (Боркін, Даревський, 1980). Незважаючи на широке поширення R. esculenta (від Франції до Волги), триплоїдія у гібридів була виявлена лише в Західній та Центральній Європі. Найчастіше вона трапляється на північному заході від Франції до Швеції та Польщі, знайдена також у Словаччині та Угорщині (Borkin et al., 2004). Багаторічні дослідження, що проводяться нами та іншими авторами з кінця 1970-х рр. на території колишнього СРСР за допомогою різноманітних методів (електрофорез білків, каріотипування, ДНК-цитометрія), не виявляли наявність поліплоїдів, не рахуючи 3n особини з Калінінградської обл. та 4n особини з Латвії (Боркін, 2001). У цьому зв'язку виявлення масової поліплоїдії в цілому ряді популяцій R. esculenta на сході України (Borkin et al., 2004) виявилося несподіваним результатом.

Наші дослідження зелених жаб у цьому регіоні за допомогою проточної ДНК-цитометрії були розпочаті ще в 1989 р. Перший триплоїд був виявлений у 1996 р. (Іськів став, с. Гайдари, Зміївський р-н, Харківська обл.). Однак найбільш інтенсивні збори та аналіз матеріалу були виконані в 2002-2005 рр. Усього нами вивчено 813 екз. з 48 пунктів. Згідно з нашими даними, на території Харківської, Донецької та Луганської областей мешкають усі три види зелених жаб. R. lessonae трапляється найрідше (близько 2%), і була зареєстрована лише в 6 пунктах Харківської обл.: на північному заході (населені пункти Козіївка, Городне, Михайлівське, Гайдари, Велика Гомольша; два перших дані за музейними колекціями) та на південному заході (заказник «Руський Орчик»). У Гайдарах і Великій Гомольші знайдені лише поодинокі цьоголітки R. lessonae, що може бути результатом їх вищеплення при схрещуванні самців і самок R. esculenta. Більшість вивчених особин належала до R. esculenta (63%), а решта — до R. ridibunda (35%).

Серед R. esculenta диплоїди склали 76% (354 з 467 особин), а поліплоїди 24% (113). Останні були виявлені в околицях 16 населених пунктів: Ізбицьке, Жаданівка, Гайдари, Велика Гомольша, Суха Гомольша, Крейдянка, Червона Гусарівка, Вільхуватка, Червоний Шахтар, Задонецьке, Лиман, Балаклія та Студенок у Харківській обл., Святогірськ у Донецькій обл., а також Новокондрашівка та Станично-Луганське в Луганській обл. Серед поліплоїдів 111 особин мали 3 n, а 2 екз. — 4 n. Частка триплоїдів серед гібридів (у вибірках, де було не менше 10 гібридів) склала в середньому 41% числа гібридів у локальній вибірці, варіюючи від 9 до 76%.

За розміром геному триплоїди розпадаються на два чітко виражених класи. Особини з відносно меншим геномом віднесені нами до LLR-типу (два гаплоїдних геноми від R. lessonae і один від R. ridibunda; 54,8 %), а з відносно більшим — до RRL-типу (41,5 %). 3,7% триплоїдів мали проміжні розміри геному й не були співвіднесені з жодним із вищеназваних типів. Обидва типи триплоїдів подібно поширені та представлені як самцями, так і самками. Трапляння триплоїдів у вибірках і частка серед них гібридів LLR-типу збільшується при просуванні вниз за течією річки Сіверський Донець. Частка триплоїдних особин різко зменшується при віддаленні від неї. Триплоїди були виявлені як у популяційних системах, що складаються з R. esculenta та R. ridibunda (так званий R-E-тип), так і таких, що складаються лише з R. esculenta (чистий Е-тип).

Порівняльний аналіз вмісту ДНК у соматичних (кров) і статевих клітинах за допомогою проточної ДНК-цитометрії показав, що у вибірці з околиць с. Гайдари (R-E-тип, n=47) триплоїдні самці RRL-типу передають нащадкам, найімовірніше, лише гаплоїдні гамети, що містять один геном ridibunda. Складнішою виявилася ситуація з диплоїдними самцями R. esculenta. З'ясувалося, що у 35 % самців у гаплоїдних гаметах містився геном лише ridibunda, а у 17% лише lessonae. Був виявлений також третій тип самців з обома лініями геномів, тобто в одного й того ж самця одна частина гамет несла геном ridibunda, а інша — lessonae, причому співвідношення таких гаплоїдних гамет помітно варіювало в різних особин (від приблизної рівності до явного переважання одного з геномів). Поява триплоїдів, мабуть, пов'язана з утворенням нередукованих диплоїдних яйцеклітин у гібридних самок.

Тетраплоїди (околиці с. Велика Гомольша, Харківська обл.) були знайдені у змішаній системі R-E-типу разом з LLR і LRR триплоїдами, а також диплоїдами R. esculenta. Ця знахідка поряд з раніше виявленими тетраплоїдами з Латвії та Швеції (Боркін, 2001) підтверджує реальність спонтанної тетраплоїдії серед гібридів, що може слугувати ще одним підтвердженням концепції сітчастої еволюції, заснованої на взаємозв'язку гібридизації, клональності та поліплоїдії (Боркін, Даревський, 1980).

Диплоїдні R. esculenta були виявлені нами в багатьох регіонах європейської частини колишнього СРСР, від Калінінградської області та Закарпаття до Удмуртії та Самарської обл., у тому числі в північних лісових і лісостепових районах України (Borkin et al., 2004: Fig. 4). На відміну від цього масове поширення триплоїдів, на підставі наявних у нас даних, обмежене лише вузькою смугою вздовж середньої течії річки Сіверський Донець. Тим не менш тут воно охоплює досить велику територію протяжністю понад 450 км - від смт Ізбицьке на півночі Харківської обл. до смт Станично-Луганське на сході Луганської обл. Остання знахідка дозволяє припускати існування триплоїдів і на суміжній території південно-західної Росії в нижній частині Сіверського Дінця. Слід, однак, зазначити, що вони не були виявлені нами на території Росії - у північній частині басейну річки Сіверський Донець (Lada et al., 1995).

Масова поліплоїдія у R. esculenta на сході України цікава також з географічної точки зору. Найближчі райони, де відоме подібне явище, розташовані досить далеко, приблизно на відстані від 1000 до 1500 км. Це — західна частина Угорщини (Tunner, Tunner-Heppich, 1992) і Польща (Rybacki, Berger, 2001) відповідно. На думку останніх авторів, спостерігається тенденція до явного зниження частоти триплоїдів від східної Німеччини на південь і схід. У цьому відношенні висока частота трапляння 3 n гібридів, знайдена нами в географічній ізоляції на сході України, становить інтригуючу загадку.

Роботу виконано за часткової підтримки Російського фонду фундаментальних досліджень (гранти РФФД 05—04—48403 та 05-04-48815).

Боркін Л. Я. Видоутворення, гібридизація та поліплоїдія у земноводних Палеарктики // Питання герпетології. — Пущино; Москва, 2001. — С. 46-48.

Боркін Л. Я., Даревський І. С. Сітчасте (гібридогенне) видоутворення у хребетних // Журн. заг. біол. — 1980. — 41, № 4. — С. 485-506.

Borkin L. J., Korshunov А. V., Lada G. A. et al. Mass occurrence of polyploid green frogs (Rana esculenta complex) in eastern Ukraine // Russ. J. Herpetol. — 2004. — 11, N. 3. - P. 203-222.

Gunther R. Die Wasserfrosche Europas (Anura — Froschlurche). — Wittenberg, Lutherstadt: A. Ziemsen, 1990, — 288 S. — (Die Neue-Brehm-Biicherei, 600).

Gunther R. Europaische Wasserfrosche (Anura, Ranidae) und biologisches Artkonzept //Mitt. Zool. Mus. Berlin, - 1991. - 67, H. 1. - S. 39-53.

Lada G. A., Borkin L. J., Vinogradov A. E. Distribution, population systems and reproductive behavior of green frogs (hybridogenetic Rana esculenta complex) in the Central Chernozem Territory of Russia // Russ. J. Herpetol. — 1995. — 2, N. 1. - P. 46-57.

Rybacki M., Berger L. Types of water frog populations (Rana esculenta complex) in Poland // Mitt. Mus. Naturkunde Berlin, Zool. Reihe, — 2001. — 77, H. 1. -P. 51-57.

Tunner H. G., Heppich-Tunner S. A new population system of water frogs discovered in Hungary // Korsys Z., Kiss I. (eds.), Proceedings of the 6^th Ordinary General Meeting of the Societas Europaea Herpetologica. 19-23 August 1991. Budapest, Hungary. — Budapest, 1992. — P. 453-460.

Vinogradov A. E., Borkin L. J., Gunther R., Rosanov J. M. Genome elimination in diploid and triploid Rana esculenta males: cytological evidence from DNA flow cytometry // Genome. - 1990. — 33, N. 5. - P. 619-627.