Боркин Л. Я., Зиненко А. И., Коршунов А. В., Лада Г. А., Литвинчук С. Н., Розанов Ю. М., Шабанов Д. А. Массовая полиплоидия в гибридогенном комплексе Rana esculenta (Ranidae, Anura, Amphibia) на Востоке Украины // Матеріали Першої конференції Українського Герпетологічного Товариства – К.: Зоомузей ННПМ НАНУ, 2005. – С. 23–26.
Массовая полиплоидия в гибридогенном комплексе Rana esculenta (Ranidae, Anura, Amphibia) на Востоке Украины
Л. Я. Боркин1, А. И. Зиненко2, А. В. Коршунов3, Г. А. Лада1,4, С. Н. Литвинчук5, Ю. М. Розанов5, Д. А. Шабанов3
1 Зоологический институт РАН, Университетская наб., 1, С.-Петербург, 199034. E-mail: lacerta@zin. ru
2 Музей природы ХНУ им. В. Н. Каразина, ул. Тринклера, 8, Харьков, 61022. E-mail: zinenkoa@yahoo. com
3 Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, Харьков, 61077. E-mail: d_sh@list. ru
4 Тамбовский государственный университет, ул. Интернациональная, 33, Тамбов, 392622. E-mail: esculenta@mail. ru
5 Институт цитологии РАН, Тихорецкий 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 территории Восточной Европы зеленые лягушки (Rana esculenta complex) представлены тремя таксонами: озерной (Rana ridibunda Pallas, 1771), прудовой (Rana lessonae Camerano, 1882) и съедобной (Rana esculenta Linnaeus, 1758) лягушками. Последняя возникает в результате гибридизации двух первых видов. Для данного комплекса характерно необычное видообразование, механизмы которого включают гибридизацию, полуклональное (или мероклональное) наследование, полиплоидию и разнообразие состава популяционных систем, где R. esculenta может быть представлена как одним, так и двумя полами (см. Gbnther, 1990, 1991; Vinogradov et al., 1990). Таким образом, комплекс R. esculenta может рассматриваться как одна из моделей сетчатого (гибридогенного) видообразования у животных (Боркин, Даревский, 1980). Несмотря на широкое распространение R. esculenta (от Франции до Волги), триплоидия у гибридов была обнаружена лишь в Западной и Центральной Европе. Чаще всего она встречается на северо-западе от Франции до Швеции и Польши, найдена также в Словакии и Венгрии (Borkin et al., 2004). Многолетние исследования, проводимые нами и другими авторами с конца 1970-х г. на территории бывшего СССР с помощью разнообразных методов (электрофорез белков, кариотипирование, ДНК-цитометрия), не выявляли наличие полиплоидов, не считая Зn особи из Калининградской обл. и 4n особи из Латвии (Боркин, 2001). В этой связи обнаружение массовой полиплоидии в целом ряде популяций R. esculenta на востоке Украины (Borkin et al., 2004) оказалось неожиданным результатом.
Наши исследования зеленых лягушек в этом регионе с помощью проточной ДНК-цитометрии были начаты еще в 1989 г. Первый триплоид был выявлен в 1996 г. (Иськов пруд, с. Гайдары, Змиевской р-н, Харьковская обл.). Однако наиболее интенсивные сборы и анализ материала были выполнены в 2002-2005 гг. Всего нами изучено 813 экз. из 48 пунктов. Согласно нашим данным, на территории Харьковской, Донецкой и Луганской областей обитают все три вида зеленых лягушек. R. lessonae встречается реже всего (около 2%), и была зарегистрирована лишь в 6 пунктах Харьковской обл.: на северо-западе (населенные пункты Козиевка, Городное, Михайловское, Гайдары, Великая Гомольша; два первых даны по музейным коллекциям) и на юго-западе (заказник «Русский Орчик»), В Гайдарах и Великой Гомольше найдены лишь единичные сеголетки R. lessonae, что может быть результатом их выщепления при скрещивании самцов и самок R. esculenta. Большинство изученных особей принадлежало к R. esculenta (63%), а остальные — к R. ridibunda (35%).
Среди R. esculenta диплоиды составили 76% (354 из 467 особей), а полиплоиды 24% (113). Последние были обнаружены в окрестностях 16 населенных пунктов: Избицкое, Жадановка, Гайдары, Великая Гомольша, Сухая Гомольша, Крейдянка, Червоная Гусаровка, Ольховатка, Червоный Шахтер, Задонецкое, Лиман, Балаклея и Студенок в Харьковской обл., Святогорск в Донецкой обл., а также Новокондрашовка и Станично-Луганское в Луганской обл. Среди полиплоидов 111 особей имели 3 n, а 2 экз. — 4 n. Доля триплоидов среди гибридов (в выборках, где было не менее 10 гибридов) составила в среднем 41% числа гибридов в локальной выборке, варьируя от 9 до 76%.
По размеру генома триплоиды распадаются на два четко выраженных класса. Особи с относительно меньшим геномом отнесены нами к LLR-типу (два гаплоидных генома от R. lessonae и один от R. ridibunda; 54,8 %), а с относительно большим — к RRL-типу (41,5 %). 3,7% триплоидов имели промежуточные размеры генома и не были соотнесены ни с одним из вышеназванных типов. Оба типа триплоидов сходно распространены и представлены как самцами, так и самками. Встречаемость триплоидов в выборках и доля среди них гибридов LLR-типа увеличивается при продвижении вниз по течению реки Северский Донец. Доля триплоидных особей резко уменьшается при удалении от нее. Триплоиды были обнаружены как в популяционных системах, состоящих из R. esculenta и R. ridibunda (так называемый R-E-тип), так и состоящих только из R. esculenta (чистый Е-тип).
Сравнительный анализ содержания ДНК в соматических (кровь) и половых клетках с помощью проточной ДНК-цитометрии показал, что в выборке из окр. с. Гайдары (R-E-тип, п=47) триплоидные самцы RRL-типа передают потомству, скорее всего, только гаплоидные гаметы, содержащие один геном ridibunda. Более сложной оказалась ситуация с диплоидными самцами R. esculenta. Выяснилось, что у 35 % самцов в гаплоидных гаметах содержался геном только ridibunda, а у 17% только lessonae. Был обнаружен также третий тип самцов с обеими линиями геномов, т. е. у одного и того же самца одна часть гамет несла геном ridibunda, а другая — lessonae, причем соотношение таких гаплоидных гамет заметно варьировало у разных особей (от примерного равенства до явного преобладания одного из геномов). Появление триплоидов, по-видимому, связано с образованием нередуцированных диплоидных яйцеклеток у гибридных самок.
Тетраплоиды (окр. с. Великая Гомольша, Харьковская обл.) были найдены в смешанной системе R-E-типа вместе с LLR и LRR триплоидами, а также диплоидами R. esculenta. Эта находка наряду с ранее выявленными тетраплоидами из Латвии и Швеции (Боркин, 2001) подтверждает реальность спонтанной тетраплоидии среди гибридов, что может служить еще одним подтверждением концепции сетчатой эволюции, основанной на взаимосвязи гибридизации, клональности и полиплоидии (Боркин, Даревский, 1980).
Диплоидные R. esculenta были обнаружены нами во многих регионах европейской части бывшего СССР, от Калининградской области и Закарпатья до Удмуртии и Самарской обл., в том числе в северных лесных и лесостепных районах Украины (Borkin et al., 2004: Fig. 4). В отличие от этого массовое распространение триплоидов, на основании имеющихся у нас данных, ограничено лишь узкой полосой вдоль среднего течения реки Северский Донец. Тем не менее здесь оно охватывает довольно большую территорию протяженностью более 450 км - от пос. Избицкое на севере Харьковской обл. до пос. Станично-Луганское на востоке Луганской обл. Последняя находка позволяет предполагать существование триплоидов и на смежной территории юго-западной России в нижней части Северского Донца. Следует, однако, отметить, что они не были обнаружены нами на территории России - в северной части бассейна реки Северский Донец (Lada et al., 1995).
Массовая полиплоидия у R. esculenta на востоке Украины интересна также с географической точки зрения. Ближайшие районы, где известно подобное явление, находятся довольно далеко, примерно на расстоянии от 1000 до 1500 км. Это — западная часть Венгрии (Tunner, Tunner-Heppich, 1992) и Польша (Rybacki, Berger, 2001) соответственно. По мнению последних авторов, наблюдается тенденция к явному понижению частоты триплоидов от восточной Германии к югу и востоку. В этом отношении высокая встречаемость 3 n гибридов, найденная нами в географической изоляции на востоке Украины, представляет собой интригующую загадку.
Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты РФФИ 05—04—48403 и 05-04-48815).
Боркин Л. Я. Видообразование, гибридизация и полиплоидия у земноводных Палеарктики // Вопросы герпетологии. — Пущино; Москва, 2001. — С. 46-48.
Боркин Л. Я., Даревский И. С. Сетчатое (гибридогенное) видообразование у позвоночных // Журн. общ. биол. — 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 6th 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.