Применение молекулярно-генетических методов в изучении зоопланктона в Южном океане

1. Применение молекулярно-генетических методов в изучении зоопланктона в Южном океане Лаб. структуры и динамики планктонных сообществ А.Н. Ступникова Д.Н. Кулагин Т.В. Неретина Н.С. Мюге

2. Применение молекулярно-генетических методов в вопросах изучения планктонных сообществ • Однозначное определение вида. • Возможность подразделения вида на популяции и оценки степени взаимодействия таких популяций. • Изучение барьеров различной природы в изоляции популяций зоопланктона. • Возможность проследить происхождение популяций и пути распространения вида. 1

3. 3’ Пр 5’ Схема изучения нуклеотидных последовательностей 5’ 3’ Пр ДНК Пр 3’ 5’ 5’ 3’ Пр nх230 копий искомого фрагмента ДНК = 30 циклов 1. Сбор материала 2. Выделение ДНК 3. ПЦР - амплификация фрагмента ДНК 4. Секвенирование ПЦР-фрагмента 5. Стыковка и множественное выравнивание последовательностей 6. Построение кладограммы 2

4. Выбор изучаемого фрагмента ДНК • 1. Анализ ядерных генов - позволяет делать межвидовые и более высокого ранга филогенетические построения. • Метод слабо применим для внутривидовых филогенетических построений, требует предварительной модификации для работы с новым организмом. • 2.Анализ митохондриальных генов - позволяет делать внутривидовые • филогенетические построения. • Метод не может быть применим для групп, далеко отстоящих друг от друга по времени образования • 3.Микросателлитный анализ позволяет: • проводить внутривидовые филогенетические построения, в том числе для изучения малых, изолированных и однополых популяций; • изучать наличие генетической дифференциации популяций и выявление популяционной структуры вида; • выявлять криптические симпатрические виды на ранних этапах видообразования; • оценивать поток генов (миграции) между популяциями. • НО: микросателлитные маркеры надо искать для каждой группы! 3

5. Генетические базы данных National Center for Biotechnology Information GenBank molecular sequence database http://www.ncbi.nlm.nih.gov The EMBL Nucleotide Sequence Database (EMBL-Bank) http://www.ebi.ac.uk/embl/ DNA Data Bank of Japan (DDBJ) http://www.ddbj.nig.ac.jp/ SwissProt (Swiss institute of bioinformatics) http://expasy.org/people/swissprot.html 4

6. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФРОНТАЛЬНЫХ ЗОН НА ИЗОЛЯЦИЮ ПОПУЛЯЦИЙ МЕЗОПЛАНКТОНА • Поиск генетически дифференцированных популяций среди зоопланктона Южного океана. • Выявление причин изоляции таких популяций. 5

7. Расположение точек отбора проб для генетического анализа относительно положения океанических фронтов в 30-м рейсе НИС «Академик Иоффе» пролив Дрейка СТФ – Субтропический фронт, ССАФ – Северная струя Субантарктического фронта, СрСАФ – Средняя струя Субантарктического фронта, ЮСАФ – Южная струя Субантарктического фронта, АПФ – Антарктический полярный фронт, СЮФ АЦТ – Северная струя Южного фронта АЦТ, ЮЮФ АЦТ – Южная струя Южного фронта АЦТ. Восточный разрез Западный разрез струи АЦТ 6

8. Изучаемые виды • Copepoda: • Calanus simillimus • C. propinquus • Calanoides acutus • Rhincalanus gigas • Metridia lucens • Chaetognatha: • Eukrohnia hamata Всего обработано 180 образцов. Проводился SNP-анализ по фрагменту гена mtCO1, 16S, ПДРФ-анализ. Обработка данных произведена с помощью пакета программ LASERGENE-97. Последовательности ДНК, полученные в результате секвенирования, сравнивали с базой данных GenBank. Генетический анализ собранного материала выполнен на современном оборудовании в лаборатории Биохимической эмбриологии института Биологии развития им. Н.К.Кольцова РАН и в молекулярной лаборатории Беломорской биологической станции им. Н.А.Перцова МГУ. 7

9. ст.2330 АПФ ст.2240 ст.2250 ст.2330 САП ст.2240 ст.2242 ст.2246 ст.2234 АПФ Молекулярно-генетический анализ хетогнаты Eukrohnia hamata Западный разрез Кладограмма генетической изменчивости по фрагменту гена СО1 Eukrohnia hamata СТрП ст.2232 ст.2296 ст.2269 АП ст.2296 ст.2281 ст.2277 Pseudosagitta gazellae ст.2296 Pseudosagitta gazellae ст.2277 САП – Субантарктическая популяция, СТрП – Субтропическая популяция, АП – Антарктическая популяция. Восточный разрез 8

10. ст.2330 Кладограмма генетической изменчивости по фрагменту гена СО1 Eukrohnia hamata ст.2240 ст.2250 САП ст.2330 ст.2240 ст.2242 ст.2246 ст.2234 ст.2232 SE A GenBank СТрП SE A GenBank SE A GenBank Arc GenBank АркП Arc GenBank ст.2296 ст.2296 ст.2269 АП ст.2281 ст.2277 Сравнение наших данных с базой данных GenBank

11. ПДРФ-анализ (рестрикционный анализ) – экспресс метод, позволяющий определить принадлежность особи Eukrohnia hamata к одной из двух популяций – Субантарктической или Антарктической Хетогната Eukrohnia hamata Субтропическая популяция СТрФ Субантарктическая популяция СрСАФ ЮСАФ АПФ Антарктическая популяция ЮГ АЦТ 10

12. Кладограмма генетической изменчивости по гену СО1 копеподы Metridia lucens Восточный разрез ст.2296 Западный разрез ст.2242 ст.2296 2 ст.2242 ст.2300 ст.2277 ст.2242 Клада 1 ст.2242 ст.2240 Клада 2 ст.2240 ст.2240 1 ст.2242 ст.2242 ст.2242 Metridia gerlacheiст.2277 Внешняя группа Metridia gerlacheiст.2307 11

13. ст.2242 ст.2242 ст.2242 ст.2240 1 ст.2240 ст.2240 ст.2242 SW P GenBank N P GenBank N P GenBank NW A GenBank ст.2300 ст.2242 ст.2242 ст.2242 2 ст.2277 ст.2296 ст.2296 A P GenBank Сравнение наших данных с базой данных GenBank Направление Антарктического циркумполярного течения Кладограмма генетической изменчивости по гену СО1 копеподы Metridia lucens Клада 1 Клада 2 12

14. ст. 2324 ст. 2242 S A GenBank ст. 2277 ст. 2277 ст. 2296 ст. 2296 ст. 2252 ст. 2281 ст. 2300 ст. 2294 ст. 2290 GenBank ст. 2300 Отсутствие подразделения на группы у других видов Calanoides acutus Rhincalanus gigas, Calanus simillimus, C. propinquus, Calanoides acutus по фрагменту гена mtCO1 не подразделяются на дифференцированные группы Rhincalanus gigas 13

15. Зона распространения некоторых массовых видов зоопланктона, выделяемая по морфологическим признакам - морфологически единый вид Морфологически единый вид Eukrohnia hamata Metridia lucens Calanus simillimus Calanus propinquus Rhincalanus gigas 14

16. Три варианта деления «морфологической популяции» на генетически дифференцированные популяции II Физическая граница I Генетически единая популяция Eukrohnia hamata Calanus simillimus Calanus propinquus Rhincalanus gigas III Разные источники популяций Морфологически единый вид Metridia lucens 15

17. Направление переноса особей между генетически различными популяциями • дрейф • вихревой перенос • с течениями АЦТ III вариант. Metridia lucens II вариант. Eukrohnia hamata направление переноса особей без нарушения генетической изоляции 16

18. Спасибо за внимание