ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИЙ КРАПЧАТОГО СУСЛИКА (SPERMOPHILUS SUSLICUS GÜLD.) В ПРАВОБЕРЕЖНОМ ПОВОЛЖЬЕ

Титов С.В., Картавов Н.А., Симаков М.Д., Чернышова О.В., Кузьмин А.А.

RJEE Vol. 7 (3). 2022 | DOI: 10.21685/2500-0578-2022-3-1
Аннотация | PDF (Rus) | Дополнительные файлы

Дата поступления 15.06.2022 | Дата опубликования 26.09.2022

 

УДК 599.32: 591.158.1

 

ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИЙ КРАПЧАТОГО СУСЛИКА (SPERMOPHILUS SUSLICUS GÜLD.) В ПРАВОБЕРЕЖНОМ ПОВОЛЖЬЕ

С. В. Титов¹, Н. А. Картавов², М. Д. Симаков³, О. В. Чернышова⁴, А. А. Кузьмин^{5
1, 2, 3, 4} Пензенский государственный университет, Россия, 440026, Пенза, ул. Красная, 40
⁵ Пензенский государственный технологический университет, Россия, 440039, Пенза, пр. Байдукова / ул. Гагарина 1а/11
¹svtitov@yandex.ru, ² nikitakartavov@yandex.ru, ³maksimakov@bk.ru, ⁴oliarabbit@yandex.ru, ⁵kuzmin-puh@yandex.ru

 

Аннотация. Актуальность и цели. Долговременная изоляция популяций приводит к ограничению потока генов, снижению уровня гетерозиготности, повышению уровня инбридинга и к потере генетического разнообразия. Зачастую это ведет к полному вымиранию популяций или сильной перестройке их структуры. Последний процесс связан, прежде всего, с прохождением популяциями состояния «бутылочного горлышка» или восстановлением численности при ограниченном числе первопоселенцев. Целью работы было изучение в модельном поселении крапчатого суслика (Spermophilus suslicus Güld.) особенностей многолетней динамики генетической структуры популяции в связи с сильной изоляцией и волнообразными изменениями численности на фоне существующей симпатрии с большим (S. major Pall.) сусликом. Материалы и методы. Аналитические выборки для генетического анализа составили: 8 экз. – популяция S. suslicus близь с. Трубетчина (Tr1) в 2016 г.; 20 экз. – популяция S. suslicus близь с. Трубетчина (Tr2) в 2021–2022 гг. Сбор образцов тканей, взятых прижизненно в результате биопсии на ушной раковине, проводили неинвазивными методами с учетом Директивы 2010/63/EU Европейского парламента и совета Европейского союза по охране животных, используемых в научных целях (ст. 9 и 42), и рекомендаций ASAB/ABS, Guidelines for the treatment of animals in behavioural research and teaching. Проведен анализ изменчивости двух маркеров мтДНК – контрольный регион (С-регион, D—loop) и ген Сyt b, а также микросателлитной ДНК по четырем локусам – Xm C10, Xm D116, Igs-bm и Ssu 17. Секвенирование фрагментов контрольного региона мтДНК (n = 13) и гена Cyt b (n = 16), а также фрагментов микросателлитной ДНК (n = 33) проводили на секвенаторе ABI 3500 (Applied Biosystems). Нуклеотидные последовательности были изучены с помощью программ BioEdit 7.0, Mega7.0.21, PopArt и DnaSP 5.10.01. Полученные последовательности выделенных гаплотипов мтДНК (D-loop и Cyt b) были размещены в GeneBank NCBI (OP896081–OP896085; OP896086–OP896090). Все результаты были проверены статистическими тестами (STATISTICA 13.3). Результаты. Особенности изменений генетической структуры популяции крапчатого суслика близь с. Трубетчина во времени по митохондриальным маркерам указывают как на факт прохождения популяцией состояния «бутылочного горлышка» (изменение частотного соотношения аллелей), так и на формирование обновленной генетической структуры популяции при участии мигрантов (появление новых аллелей в популяции). Анализ динамики генетической структуры временных состояний популяций крапчатого суслика по более эволюционно «быстрым» микросателлитным маркерам подтверждает полученные данные по мтДНК. Выводы. Проведенные генетические исследования выявили медленные перестройки структуры популяции крапчатого суслика, которые указывают на низкую пластичность вида и подверженность его депрессивным явлениям. Такая уязвимость крапчатого суслика к действиям внешних факторов объясняет его неблагополучное состояние в пределах восточной части ареала и вымирание большого числа современных поселений. Поэтому изучение генетического состояния сохранившихся поселений этого вида является важным в рамках мероприятий по его охране. Особенно такие исследования актуальны при изучении динамики контактных участков зон симпатрии гибридизирующих близкородственных видов.

 

Ключевые слова: крапчатый суслик, генетическая структура популяции, временная динамика, изменчивость, митохондриальные маркеры, правобережное Поволжье

 

Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-24-00108. URL: https://rscf.ru/project/22-24-00108/

 

Для цитирования: Титов С. В., Картавов Н. А., Симаков М. Д., Чернышова О. В., Кузьмин А. А. Особенности динамики генетической структуры популяций крапчатого суслика (Spermophilus suslicus Güld.) в правобережном Поволжье // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2022. Vol. 7 (3). https://doi.org/10.21685/2500-0578-2022-3-1

 

FEATURES OF THE DYNAMICS OF THE GENETIC STRUCTURE OF POPULATIONS OF SPECKLED GROUND SQUIRREL (SPERMOPHILUS SUSLICUS GÜLD.) IN THE RIGHT-BANK VOLGA REGION

S. V. Titov¹, N. A. Kartavov², M. D. Simakov³, O. V. Chernyshova⁴, A. A. Kuzmin^{5
1, 2, 3, 4} Penza State University, 40 Krasnaya street, Penza, 440026, Russia
⁵ Penza State Technological University, 1a/11 Baydukova passage / Gagarin street, Penza, 440039, Russia
¹svtitov@yandex.ru, ² nikitakartavov@yandex.ru, ³maksimakov@bk.ru, ⁴oliarabbit@yandex.ru, ⁵kuzmin-puh@yandex.ru

 

Abstract. Background. Long-term isolation of populations leads to a restriction of gene flow, a decrease in the level of heterozygosity, an increase in the level of inbreeding and a loss of genetic diversity. This often leads to the complete extinction of populations or a strong restructuring of their structure. The latter process is associated with the overcoming of populations of the «bottleneck» state or the restoration of density with a limited number of migrants. The aim of the article was to study in a model colony of the speckled ground squirrel (Spermophilus suslicus Güld.) the features of the long-term dynamics of the genetic structure of the population due to strong isolation and wave-like changes in density against the background of existing sympatry with the russet (S. major Pall.) ground squirrel. Materials and methods. Analytical samples for genetic analysis were: 8 specimens – the population of S. suslicus of the village of Trubetchina (Tr1) in 2016; 20 specimens – the population of S. suslicus of the village of Trubetchina (Tr2) in 2021-2022. Tissue samples were collected in vivo (biopsy on the auricle) by non-invasive methods, taking into account Directive 2010/63/EU of the European Parliament and the Council of the European Union on the protection of animals used for scientific purposes (Articles 9 and 42) and the recommendations of ASAB/ABS, Guidelines for the treatment of animals in behavioral research and teaching. The variability of two mtDNA markers was analyzed: the control region (C-region, D-loop) and the Cyt b gene. Microsatellite DNA was also studied at 4 loci – Xm C10, Xm D116, Igs-bm and Ssu 17. Fragments of the mtDNA control region (n = 13) and the Cyt b gene (n = 16), as well as fragments of microsatellite DNA (n = 33) were sequenced using an ABI 3500 sequencer (Applied Biosystems). The nucleotide sequences were analyzed using the programs BioEdit 7.0, Mega 7.0.21, PopArt and DnaSP 5.10.01. Sequences of isolated mtDNA haplotypes (D-loop and Cyt b) were placed in GeneBank NCBI (OP896081–OP896085; OP896086–OP896090). All results were verified by statistical tests (STATISTICA 13.3). Results. The peculiarities of changes in the genetic structure of the speckled ground squirrel population of the village of Trubetchina by mitochondrial markers indicate that it has overcome the «bottleneck» state (a change in the frequency ratio of alleles), and a new genetic structure of the population has been formed with the participation of migrants (the appearance of new alleles in the population). Analysis of the dynamics of the genetic structure of the temporal states of speckled ground squirrel populations by more evolutionarily «fast» microsatellite markers confirms the obtained mtDNA data. Conclusions. Genetic studies have revealed slow restructuring of the speckled ground squirrel population structure, which indicate low plasticity of the species and its susceptibility to depression. Such vulnerability of the speckled ground squirrel to the actions of external factors explains its unfavorable state within the eastern part of its range and the extinction of a large number of modern colonies. Therefore, the study of the genetic condition of the preserved colonies of this species is important in the framework of measures for its protection. Such studies are especially relevant when studying the dynamics of contact areas of sympatric zones of hybridizing closely related species.

 

Keywords: speckled ground squirrel, genetic structure of the population, temporal dynamics, variability, mitochondrial markers, right-bank Volga region

 

Acknowledgments: the study was supported by the Russian Science Foundation grant № 22-24-00108. URL: https://rscf.ru/project/22-24-00108/

 

For citation: Titov S.V., Kartavov N.A., Simakov M.D., Chernyshova O.V., Kuzmin A.A. Features of the dynamics of the genetic structure of populations of speckled ground squirrel (Spermophilus suslicus Güld.) in the right-bank Volga region. Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2022;7(3). (In Russ.). Available from: https://doi.org/10.21685/2500-0578-2022-3-1