НОВЫЕ ДАННЫЕ К ПОЛИМОРФИЗМУ ПОВОЛЖСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ ОРЛА-МОГИЛЬНИКА (AQUILA HELIACA, FALCONIFORMES, ACCIPITRIDAE) ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ И МИКРОСАТЕЛЛИТНОЙ ДНК

Симаков М.Д., Корепов М.В., Стрюков С.А., Корепова Д.А., Кузьмин А.А., Титов С.В.

RJEE Vol. 6 (3). 2021 | DOI: 10.21685/2500-0578-2021-3-2
Аннотация | PDF (Rus) | Дополнительные файлы

Дата поступления 15.05.2021 | Дата опубликования 26.09.2021

 

УДК 598.279.23:575.2(470.4)

 

НОВЫЕ ДАННЫЕ К ПОЛИМОРФИЗМУ ПОВОЛЖСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ ОРЛА-МОГИЛЬНИКА (AQUILA HELIACA, FALCONIFORMES, ACCIPITRIDAE) ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ И МИКРОСАТЕЛЛИТНОЙ ДНК

 

М. Д. Симаков¹, М. В. Корепов², С. А. Стрюков³, Д. А. Корепова⁴, А. А. Кузьмин⁵, С. В. Титов^{6
1, 6} Пензенский государственный университет, Россия, 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40
² Ульяновский государственный педагогический университет имени И. Н. Ульянова, Россия, 432071, г. Ульяновск, пл. Ленина, 4/5
^{3, 4} Ульяновский областной краеведческий музей имени И. А. Гончарова, Россия, 432017, г. Ульяновск, б. Новый Венец, 3 /4
⁵ Пензенский государственный технологический университет, Россия, 440039, г. Пенза, проезд Байдукова/ул. Гагарина, 1а/11
¹ maksimakov@bk.ru, ² korepov@list.ru, ³ stanislav_str@mail.ru, ⁴ dahafomina@list.ru, ⁵ kuzmin—puh@yandex.ru, ⁶ svtitov@yandex.ru

 

Аннотация. Актуальность и цели. Анализ имеющихся данных по изучению полиморфизма контрольного региона мтДНК в евразийских популяциях орлов-могильников (1996–2020 гг.) свидетельствует об их генетической дифференциации по географическому распространению, а периодическое обнаружение новых гаплотипов указывает на актуальность таких исследований и недостаточную изученность данного вопроса. Целью работы было уточнение уровня полиморфизма и выявление специфических генетических черт поволжской популяции орла-могильника (А. heliaca) по данным анализа изменчивости митохондриальной и микросателлитной ДНК. Материалы и методы. Материалом для генетических исследований послужили новые сборы (n = 22) линных перьев орлов-могильников, коллекционированных в Ульяновской области (n = 15), Республиках Татарстан (n = 4) и Мордовия (n = 2), Чувашской Республике (n = 1). ДНК выделяли из линных перьев взрослых птиц, пульпы и крови птенцов по стандартной методике фенол-хлороформной экстракции. Для генетического анализа использовали фрагмент (345 пн) контрольного региона мтДНК (D-loop) и три тетрануклеотидных микросателлитных повтора (IEAAAG09, IEAAAG11, IEAAAG15). Секвенирование фрагментов контрольного региона мтДНК (n = 22) и микросателлитной ДНК (n = 171) проводили на секвенаторе ABI 3500 (Applied Biosystems). Гаплотипическое и нуклеотидное разнообразие изучали с помощью программы DnaSP 5.10.01. Для реконструкции филогенетических отношений использовали методы максимального правдоподобия (ML) и присоединения соседа (NJ) в программе MEGA X. Анализ микросателлитных генетических данных осуществляли при использовании программ Arlequin 3.5.2 и Structure 2.3.4. Полученные нуклеотидные последовательности вновь выявленных гаплотипов мтДНК орла-могильника были депонированы в GenBank NCBI под номерами OK504653 (гаплотип RE) и OK504654 (гаплотип RF). Для статистической обработки результатов для всех тестов был установлен уровень значимости p < 0.05. Результаты. Анализ распределения гаплотипов контрольного региона мтДНК по пяти географически изолированным гнездовым группам орла-могильника в Поволжье (UlR-NW – северо-запад Ульяновской области, UlR-NE – северо-восток Ульяновской области, UlR-С – центр Ульяновской области, UlR-S – юг Ульяновской области, RTat – Республика Татарстан) выявил их подразделенность. При анализе средних чисел нуклеотидных различий заметна обособленность гнездовых групп из Республики Татарстан и Ульяновской области. Среднее число нуклеотидных различий (k) между всеми гнездовыми группами составило 1.606 и оказалось ниже этого показателя при сравнении группы из Татарстана с ульяновскими группами (1.739). В филогенетическом анализе выделили две гаплогруппы орла-могильника. Первую гаплогруппу (AqH_1) формируют гаплотипы мтДНК, характеризующиеся одной или двумя нуклеотидными заменами. Вторая гаплогруппа (AqH_2), напротив, состоит из гаплотипов, имеющих от 3 до 5 нуклеотидных замен. Результаты медианного теста также указывают на существование двух генетически близких групп последовательностей фрагмента контрольного региона мтДНК, соответствующих в бóльшей и мéньшей степени измененным гаплотипам. Проведенный анализ микросателлитной ДНК географически изолированных гнездовых групп орлов-могильников на территории Ульяновской области выявил низкий уровень внутреннего полиморфизма. Заключение. Проведенные исследования показали, что поволжская популяция является генетически дифференцированной. Она состоит из двух субпопуляций – ульяновской и татарстанской, характеризующихся специфическими гаплотипами мтДНК и приуроченных к различным возвышенностям – Приволжской и Бугульминско-Белебеевской. Несмотря на эти выявленные различия, анализ микросателлитной ДНК, а также реконструкция эволюционных событий, связанных с изменчивостью гаплотипов мтДНК, показывают, что уровень полиморфизма ульяновской субпопуляции орлов-могильников является низким, а сама популяция достаточно однородной.

 

Ключевые слова: Aquila heliaca, контрольный регион, мтДНК, гаплотипическое разнообразие, поволжская популяция

 

Благодарности. Выражаем благодарность за предоставление некоторых образцов перьев орла-могильника Глушенкову Олегу Владимировичу, ведущему научному сотруднику Государственного природного заповедника «Присурский» и Национального парка «Чаваш Вармане», и Лапшину Александру Сергеевичу, сотруднику биологического музея Национального исследовательского Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева.

 

Для цитирования: Симаков М. Д., Корепов М. В., Стрюков С. А., Корепова Д. А., Кузьмин А. А., Титов С. В. Новые данные к полиморфизму поволжской популяции орла-могильника (Aquila heliaca, falconiformes, accipitridae) по результатам анализа митохондриальной и микросателлитной ДНК // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2021. Vol. 6 (3). https://doi.org/10.21685/2500-0578-2021-3-2

 

NEW DATA ON THE POLYMORPHISM OF THE VOLGA POPULATION OF THE IMPERIAL EAGLE (AQUILA HELIACA, FALCONIFORMES, ACCIPITRIDAE) BASED ON THE RESULTS OF THE ANALYSIS OF MITOCHONDRIAL AND MICROSATELLITE DNA

 

M. D. Simakov¹, M. V. Korepov², S. A. Stryukov³, D. A. Korepova⁴, A. A. Kuz’min⁵, S. V. Titov^{6
1, 6} Penza State University, 40 Krasnaya street, Penza, 440026, Russia
² Ulyanovsk State Pedagogical University named after I. N. Ulyanov, 4/5 Lenin square, Ulyanovsk, 432071, Russia
^{3, 4} Ulyanovsk Regional Museum of Local History named after I. A. Goncharov, 3 /4 b. Novyy Venets, Ulyanovsk, 432017, Russia
⁵ Penza State Technological University, 1A / 11 Baidukova proezd / Gagarina street, Penza, 440039, Russia
¹ maksimakov@bk.ru, ² korepov@list.ru, ³ stanislav_str@mail.ru, ⁴ dahafomina@list.ru, ⁵ kuzmin-puh@yandex.ru, ⁶ svtitov@yandex.ru

 

Abstract. Background. The analysis of the available data on the study of the polymorphism of the mtDNA control region in the Eurasian populations of burial eagles (1996-2020) indicates their genetic differentiation by geographical distribution. The periodic detection of new haplotypes indicates the relevance of such studies and insufficient knowledge of this issue. The aim of the work is to clarify the level of polymorphism and identify specific genetic features of the Volga population of the imperial eagle (A. heliaca) according to the analysis of the variability of mitochondrial and microsatellite DNA. Materials and methods. The material for genetic research was new collections (n = 22) of linn feathers of burial eagles collected in the Ulyanovsk region (n = 15), the Republic of Tatarstan (n = 4), the Republic Mordovia (n = 2) and the Chuvash Republic (n = 1). DNA was isolated from feathers of adult birds and the pulp and blood of chicks according to the standard method of phenol-chloroform extraction. A fragment (345 pn) of the mtDNA control region (D-loop) and three tetranucleotide microsatellite repeats (IEAAAG09, IEAAAG11, IEAAAG15) were used for genetic analysis. Fragments of the mtDNA control region (n = 22) and microsatellite DNA (n = 171) were sequenced using an ABI 3500 sequencer (Applied Biosystems). Haplotypic and nucleotide diversity were studied using the DnaSP 5.10.01 program. To reconstruct phylogenetic relationships, Maximum Likelihood (ML) and Neighbor-Joining (NJ) methods were used in the MEGA X program. Microsatellite genetic data was analyzed using the Arlequin 3.5.2 and Structure 2.3.4 programs. The obtained nucleotide sequences of newly identified mtDNA haplotypes of the imperial eagle were deposited in GenBank NCBI under the numbers OK504653 (haplotype RE) and OK504654 (haplotype RF). For statistical processing of the results, a significance level of p < 0.05 was set for all tests. Results. Analysis of the distribution of mtDNA control region haplotypes across 5 geographically isolated Imperial eagle breeding groups in the Volga region (ULR-NW – northwest of the Ulyanovsk region, UlR-NE – northeast of the Ulyanovsk region, UlR–C – center of the Ulyanovsk region, UlR-S – south of the Ulyanovsk region, RTat – Republic of Tatarstan) revealed their subdivision. When analyzing the average numbers of nucleotide differences, the isolation of the breeding groups from the Republic of Tatarstan and the Ulyanovsk region is noticeable. The average number of nucleotide differences (k) between all nest groups was 1.606 and was lower than this indicator when comparing the group from Tatarstan with the Ulyanovsk groups (1.739). In the phylogenetic analysis, two haplogroups of the imperial eagle were identified. The first haplogroup (AQH_1) is formed by mtDNA haplotypes characterized by one or two nucleotide substitutions. The second haplogroup (AQH_2) consists of haplotypes having from 3 to 5 nucleotide substitutions. The results of the median test also indicate the existence of 2 genetically close groups of sequences of a fragment of the mtDNA control region corresponding to more or less altered haplotypes. The analysis of microsatellite DNA of geographically isolated breeding groups of imperial eagles in the Ulyanovsk region revealed a low level of internal polymorphism. Conclusion. The conducted studies have shown that the Volga population of the imperial eagle is genetically differentiated. It consists of two subpopulations – Ulyanovsk and Tatarstan, characterized by specific mtDNA haplotypes. These subpopulations are confined to the Volga and Bugulminsko-Belebeevskaya uplands. The analysis of microsatellite DNA, as well as the reconstruction of evolutionary events related to the variability of mtDNA haplotypes show that the level of polymorphism of the Ulyanovsk subpopulation of imperial eagles is low, and the population itself is fairly homogeneous.

 

Keywords: Aquila heliaca, control region, mtDNA, haplotype diversity, Volga region population

 

Acknowledgments. We extend our gratitude to Oleg Vladimirovich Glushenkov, leading researcher of the Prisurskiy State Nature Reserve and the Chavash Varmane National Park, and Aleksandr Sergeevich Lapshin, curator of the Biological Museum of N.P. Ogarev National Research Mordovia State University for the provided samples of imperial eagle feathers.

 

For citation: Simakov M.D., Korepov M.V., Stryukov S.A., Korepova D.A., Kuz’min A.A., Titov S.V. New data on the polymorphism of the volga population of the imperial eagle (Aquila heliaca, falconiformes, accipitridae) based on the results of the analysis of mitochondrial and microsatellite DNA. Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2021;6(3). (In Russ.). Available from: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2021-3-2