Реферат: I. Современные подходы к систематике рукокрылых 10 Глава П

www.diplomrus.ru ®

Авторское выполнение научных работ любой сложности – грамотно и в срок

Содержание

Оглавление


Введение 5


Глава I. Современные подходы к систематике рукокрылых 10


Глава П. Материалы и методы 20


2.1. Объем материала и география сборов 20


2.2. Диагностика и морфологическое исследование материала 34


2.3. Выделение ДНК 35


2.4. Условия эксперимента 36


2.5. Компьютерная математическая обработка результатов 38


Глава III. Отряд Chiroptera: общая характеристика, подразделение на


подотряды и семейства 41


3.1. Общая характеристика отряда и географическое распространение 41


3.2. Характеристика геноспектров, полученных методом MS-ПЦР при анализе ядерной ДНК рукокрылых 42


3.3. Подотряды и семейства рукокрылых 43


3.4. Индексы генетической дистанции 47 Глава IV. Подотряд Megachiroptera — крыланы, семейство Pteropodidae 49


4.1. Общая характеристика группы и географическое распространение 49


4.2. Pteropodidae: таксономические отношения изученных форм по данным морфологических исследований, распространение 51


4.2.1. Подсемейство Pteropodinae 51


4.2.2. Подсемейство Macroglossinae 60


4.3. Pteropodidae: молекулярная дивергенция изученных форм по данным интер-MIR ПЦР; сопоставление результатов с данными морфологических и других видов исследований 62


Глава V. Подотряд Microchiroptera — летучие мыши; надсемейство


Emballonuroidea; семейство Emballonuridae — футлярохвостые


летучие мыши 71


5.1. Общая характеристика семейства и географическое распространение 71


5.2. Таксономические отношения изученных форм по данным морфологических исследований, распространение 72


5.2.7. Подсемейство Taphozoinae 72


5.2.2. Подсемейство Emballonurinae 75


5.3. Молекулярная дивергенция изученных форм по данным интер-MIR ПЦР 76


Глава VI. Подотряд Microchiroptera — летучие мыши; надсемейство


Rhinolophoidea — Часть I 80


6.1. Семейство Megadermatidae — Ложные вампиры 80


1.1.I. Общая характеристика и географическое распространен ие 80


6.1.2. Megadermatidae: таксономические отношения изученных форм по данным морфологических исследований, распространение 80


6.2. Семейство Nycteridae — Щелеморды: общая характеристика группы и изученных форм, географическое распространение 81


6.3. Семейство Hipposideridae — Листоносы Старого Света 83


6.3.1. Общая характеристика группы и географическое распространение 83


6.3.2. Таксономические отношения изученных форм по данным морфологических исследований, распространение 85


6.4. Молекулярная дивергенция изученных форм Megadermatidae, Nycteridae и Hipposideridae по данным интер-MIR ПЦР; сопоставление результатов с данными морфологических и других видов исследований 89


Глава VII. Подотряд Microchiroptera — летучие мыши; надсемейство Rhinolophoidea — Часть II; семейство Rhinolophidae — подковоносы 97


7.1. Общая характеристика группы и географическое распространение 97


7.2. Таксономические отношения изученных форм по данным морфологических исследований, распространение 99


7.3. Молекулярная дивергенция изученных форм по данным интер-MIR ПЦР; сопоставление результатов с данными морфологии и кариосистематики 105


Глава VIII. Подотряд Microchiroptera — летучие мыши; надсемейство Vespertilionoidea — Часть I; семейство Molossidae — бульдоговые летучие мыши 112


8.1. Общая характеристика группы и географическое распространение 112


8.2. Подсемейство Tadaridinae: таксономические отношения изученных форм по данным морфологических исследований, распространение 114


8.3. Молекулярная дивергенция изученных форм по данным интер-MIR ПЦР;


сопоставление с данными морфологических и других видов исследований 118


Глава IX. Подотряд Microchiroptera — летучие мыши; надсемейство Vespertilionoidea — Часть II; семейство Vespertilionidae —


гладконосые летучие мыши 122


9.1. Общая характеристика семейства и географическое распространение 122


9.2. Таксономические отношения изученных форм по данным морфологических и других видов исследований, распространение 125


9.2.1. Подсемейство Kerivoulinae 125


9.2.2. Подсемейство Vespertilioninae 126


9.2.3. Подсемейство Miniopterinae 158


9.2.4. Подсемейство Murininae 162


9.3. Молекулярная дивергенция изученных форм по данным интер-MIR ПЦР; сопоставление с результатами морфологических и других видов исследований 168


9.3.1. Подсемейство Vespertilioninae: Myotis 173


9.3.2. Подсемейство Vespertilioninae: остальные формы (кроме Myotis) 191


9.3.3. Подсемейство Miniopterinae 212


9.3.4. Подсемейство Murininae 216 Заключение 221 Выводы 223 Список цитированной литературы 225 Благодарности 248 Приложен ие-1 250 Приложен ие-2 289 Приложен ие-3 291 Приложен ие-4 293

Введение


Введение


Рукокрылые, Chiroptera, - один из самых богатых видами отрядов млекопитающих, уступающих по этому показателю лишь грызунам, Rodentia. Отряд подразделяют на два подотряда: крыланы (Megachiroptera) и летучие мыши (Microchiroptera), хотя иногда такое объединение считают парафилетическим (Pettigrew et. al., 1989; Pettigrew, 1991). Первая группа включает одно семейство, состоящее из 42 родов (в Старом Свете 37 (Koopman, 1993, 1994; Nowak, 1991)) и 173 видов (в Старом Свете 115 (Nowak, 1991)), тогда как летучих мышей — намного более разнообразную и многочисленную группу — подразделяют не менее чем на 16 семейств и 135 родов (в Старом Свете 10 и 56 соответственно), насчитывающих порядка 800 видов (в Старом Свете 556 (Nowak, 1991)). В таксономическом отношении рукокрылые — чрезвычайно сложная группа с недостаточно разработанной системой. Состав многих таксонов и их родственные связи друг с другом неясны. Это верно как для низкоранговых таксонов группы вида, так и для целых семейств. Так, например, многие исследователи высказывают свои сомнения по поводу монофилетического происхождения гладконосых летучих мышей (Vespertilionidae). Симмонс (Simmons, 1998), в частности, считает, что гладконосые — это во многом сборная группа, объединяющая в себе таксоны по принципу отсутствия сколько-нибудь заметных апоморфий.


Для многих видов рукокрылых характерна значительная географическая изменчивость всевозможных морфологических и физиологических признаков, следствием чего может оказаться ошибочное разбиение одного вида на несколько. Отдельную проблему представляют виды-двойники. Самостоятельность их зачастую становится очевидна только лишь в случае установления факта симпатричного обитания как минимум в период спаривания. Так, в случае с перелетными видами (к которым относятся многие палеарктические летучие мыши) симпатрия в период беременности еще не является доказательством симпатричного обитания в период спаривания (Koopman, 1979).


Все вышеизложенное свидетельствует в пользу того, что рукокрылые — трудная в таксономическом отношении группа. При этом методы сравнительной


морфологии и кариосистематики, привычные зоологам, зачастую не оправдывают себя при разрешении многих спорных вопросов, касающихся этой группы млекопитающих. Именно поэтому так актуальны новые подходы, которые в сочетании с методами сравнительной морфологии и кариосистематики могут быть полезными в изучении микро- и макроэволюции группы. Таковыми нам представляются методы молекулярной систематики, все более успешно привлекаемые в последнее время к разрешению вопросов филогении.


Вместе с тем, разные маркеры, используемые в молекулярной систематике, не одинаково универсальны для применения на разных таксономических уровнях и каждый из них имеет свои недостатки. Например, митохондриальная ДНК животных как генетический маркер имеет большее значение в систематике внутривидового уровня. Так, Майер (Mayer, 1995) использовал ее в качестве маркера при выявлении генетической структуры популяций рыжих вечерниц (Nyctalus noctula). Простая организация последовательности, большая скорость эволюции, отсутствие процесса рекомбинации между отдельными ее участками и в большинстве случаев наследование только по материнской линии (Harrison, 1989; Chikuni et al, 1995) делают митохондриальную ДНК удобной для исследования межпопуляционных взаимоотношений. Вместе с тем, известны результаты исследования, проведенного для изучения последнего из перечисленных ее свойств на 101 экземпляре большой ночницы (Myotis myotis) из трех материнских колоний (Petri et al, 1995), которые показали наличие митохондриальных геномов двух или более типов у 33% особей, причем характер различий допускал вероятность попадания к потомству генома отцовских митохондрий. Если же в процессе постановки опыта произойдет случайная амплификация (а затем и анализ) ядерных копий митохондриальных генов, то это может привести к неверным результатам (Zhangh, Hewitt, 1996). В свою очередь RAPD-анализ, используемый в надвидовой систематике, дает трудновоспроизводимые результаты, а для выявляемых им случайных мутаций характерен внутривидовой полиморфизм (Rothuizen, Van Wolveren, 1994). Метод таксонпринта, позволяющий выявлять тандемные последовательности в геноме, удобен для надвидовой систематики, поскольку получаемые картины распределения полос обладают видовой, но не


популяционной или индивидуальной спецификой (Федоров и др., 1992; Банникова и др., 1996; Медников и др., 1995; Fedorov et al, 1999; Матвеев и др., 2000). В то же время, в случае с рукокрылыми он требует более тщательного подбора рестриктаз, поскольку не все из них позволяют получить высокоинформативные паттерны тандемных повторов ДНК (Матвеев и др., 2000; Matveyev et al., 2001).


В настоящей работе использована другая разновидность фингерпринта, основанная на анализе коротких диспергированных элементов ядерного генома, так называемых SINE-повторов (short interspersed elements), с помощью полимеразной цепной реакции. Мы исследовали разновидность SINE-повторов, называемую MIR (mammalian interspersed repeats). MIR-элементы описаны сравнительно недавно (Smit, Riggs, 1995; Jurka et al., 1995) и представляют собой группу древних SINE-повторов, встречающихся в геномах всех млекопитающих, а также некоторых других позвоночных. Геном млекопитающих содержит несколько сотен тысяч укороченных копий этих последовательностей с длиной порядка 70 нуклеотидных пар (Smit, Riggs, 1995), реже доходящей до 260 н.п. (близкое к предковому состояние), которые, скорее всего, утратили способность к горизонтальной амплификации в пределах генома. Интер-SINE ПЦР с праймерами, подобранными к наиболее консервативным частям их последовательностей, выявляет несколько сотен фрагментов ядерного генома, длина которых составляет приблизительно от 100 до 1000 пар оснований, и образующих видоспецифичные картины распределения (Jurka et al., 1995). Их отличия друг от друга являются отражением деградации или исчезновения MIR-элементов и (или) процессов вставок или делеций между этими последовательностями после того, как они распространились по геному.


В целях систематики MIR-повторы начали использовать совсем недавно, особенно если говорить об изучении филогении таких мелких млекопитающих как насекомоядные (Lipotyphla) и летучие мыши — преимущественно гладконосые (Vespertilionidae), однако это сразу позволило получить массу интересных результатов и прояснить многие сложные вопросы (Buntjer, Lenstra, 1997; Банникова и др., 2002; Матвеев и др., 2003). Еще раньше изучение последовательностей SINE-элементов лососевых рыб позволило восстановить


филогенетическую структуру семейства Salmonidae (Murata et al, 1993), тогда как наличие или отсутствие человеческих AIu SINE-элементов используется при изучении эволюции человека (Batzer et al, 1994).


В настоящей работе мы показываем, что MIR-специфичная полимеразная цепная реакция выявляет наборы фракций ядерной ДНК с относительно низким внутривидовым полиморфизмом и является информативным методом для изучения вопросов филогении отряда рукокрылых (Chiroptera).


Цель работы заключалась в выяснении филогенетических связей между отдельными таксонами рукокрылых методом интер-SINE ПЦР (MS-PCR), а также установление уровня генотипической дивергенции в отряде и сопоставление его с уровнем морфологической дивергенции. Для осуществления этой цели поставлены следующие задачи:


1) выявить область наиболее эффективного приложения метода интер-SINE ПЦР в систематике рукокрылых;


2) оценить возможности метода интер-SINE ПЦР как инструмента для оценки уровня дивергенции между таксонами рукокрылых разного ранга;


3) сопоставить уровень дивергенции ядерной ДНК в разных таксонах рукокрылых Старого Света;


4) установить таксономические взаимоотношения между рукокрылыми Старого Света:


— с помощью метода интер-SINE ПЦР установить степень родства и уточнить ранг таксонов, составляющих отряд Chiroptera в пределах Старого Света;


— проанализировать родственные отношения рукокрылых Старого Света, исходя из известных данных их морфологии и цитогенетики;


— сопоставить полученные данные о генотипической дивергенции с известными результатами морфологических и кариологиченских исследований, и ранее предложенными филогенетическими схемами;


— уточнить таксономический статус спорных форм;


5) уточнить границы географического распространения отдельных таксономически спорных форм.


Актуальность темы определяется чрезвычайной сложностью изучаемой группы, давно назревшей необходимостью ревизии многих из составляющих ее таксонов и вместе с тем — довольно частой несостоятельностью морфологического критерия, особенно в случаях определения видовой самостоятельности популяций.


Научная новизна: настоящая работа представляет собой наиболее полное филогенетическое исследование рукокрылых на основе сопоставления их тотальной ядерной ДНК. Опробован эффективный молекулярный маркер, позволяющий реконструировать филогенетическую структуру таксонов рукокрылых на основе анализа полиморфизма значительных по протяженности участков ядерного генома. Расширены представления о возможностях метода интер-MIR ПЦР.


Теоретическая и практическая ценность. Полученные результаты способствуют лучшему пониманию процессов эволюции в пределах одной из самых богатых видами, и сложной в таксономическом отношении группы плацентарных млекопитающих, вместе с тем решая ряд конкретных задач и спорных вопросов систематики рукокрылых. Наши данные могут быть использованы в классификации рукокрылых, в том числе при проведении ревизий различных групп.


Метод интер-SINE ПЦР позволяет проводить филогенетические реконструкции на рукокрылых на уровнях от межпопуляционного до межродового. Он может быть использован специалистами-систематиками, а также учеными, занимающимися общими вопросами видообразования. Несомненную ценность метод представляет для интересующихся проблемами видов-двойников.


ГЛАВА I. Современные подходы к систематике


рукокрылых


Как уже было сказано выше, установление родственных связей между многими группами отряда Chiroptera затруднено. Положение еще больше усугублено тем, что даже самые ранние из известных ископаемых рукокрылых (например, Icaronycteris index) лишь незначительно отличаются от современных форм, а ископаемые находки большинства семейств появляются только в среднем эоцене и при этом они уже практически неотличимы от современных представителей (Кэрролл, 1988; Jones, Genoways, 1970).


Подходы сравнительной морфологии. За некоторыми исключениями, классификацию рукокрылых на надродовом уровне проводят с учетом данных, полученных при изучении структуры костного скелета (в основном скелета крыльев, плечевого пояса, грудины и черепа) и в несколько меньшей степени — с учетом развития и структуры зубов. На родовом и видовом уровнях наибольшее внимание уделяют внешним признакам и строению черепа, а также структуре зубов и зубной формуле (Jones, Genoways, 1970). Однако, некоторые авторы предполагают возможность использования в целях классификации на уровне родов и видов особенностей внутреннего строения, не связанных со скелетом. Например, Тиунов (Tiunov, 1987) сообщает о соответствии строения верхней поверхности языка и мужских придаточных желез систематическому положению группы (вида или рода). Важное систематическое значение имеет также форма бакулюма — os penis (Strelkov, 1989; Volleth, 1989).


Если говорить об использовании особенностей зубной системы в систематике рукокрылых, то стоит заметить, что строение моляров и последних премоляров имеет большое значение для изучения эволюционных связей таксонов на уровне подотрядов и семейств, тогда как для резцов и передних премоляров характерна значительная вариабельность даже на более низких таксономических уровнях (Koopman, Maclntyre, 1980). По этой причине строение передних зубов важно для выяснения родственных отношений именно между родами и видами. Купман и Макинтайр также замечают, что благодаря сложной системе бугров и гребней на щечных зубах большинства летучих мышей, определяющей картину смыкания, верхние и нижние коренные (и задние малые коренные) в своей изменчивости тесно связаны друг с другом. По этой причине даже незначительное изменение в положении или размере любого бугорка в этой


10


системе вызовет как на верхней, так и на нижней челюстях ряд мелких, скоординированных изменений, восстанавливающих полное смыкание. У растительноядных рукокрылых такой связи между щечными зубами нижней и верхней челюстей, благодаря отсутствию бугров, нет, что позволяет этим зубам довольно быстро эволюционировать независимо друг от друга. Именно поэтому у крыланов и некоторых групп летучих мышей использование строения щечных зубов в систематике затруднено даже на уровне родов.


Подходы кариосистематики. Наряду с морфологическими признаками в систематике рукокрылых широко используют данные кариологии, причем наибольшее внимание уделяют форме и числу хромосом (Baker, Qumsiyeh, 1988), реже рассматривают строение ядрышкового организатора (Volleth, 1987), строение интерфазного гетерохроматина и т. д. Целесообразность применения всех этих сведений можно объяснить тем, что основной составной частью хромосом является генетический материал, поэтому, по сравнению с прочими морфологическими и физиологическими характеристиками организма, кариотип меньше подвержен влиянию внешних факторов (John, Lewis, 1966: цит. по Baker, 1970). Для кариотипа рукокрылых характерна значительная стабильность, в частности — очень низкая степень его внутривидовой изменчивости (Baker, 1970). Более того, большинство видов в составе некоторых родов семейства гладконосых {Myotis, Eptesicus и Lasiurus) имеют неотличимые кариотипы (Baker, Patton, 1967).


Согласно Бэйкеру (Baker, 1979) ископаемые находки обычно подтверждают, что дивергенция морфологических признаков соответствует эволюционным связям таксонов. Это показывает, что в большинстве случаев данные классической морфологии дают более приемлемое и точное отражение эволюционной истории, чем степень дивергенции кариотипов. С другой стороны, есть случаи, когда данные кариологии оказываются более информативными, чем сведения, полученные сравнительноморфологическими методами. Так, результаты G-бэндинга при дифференциальном окрашивании хромосом оказываются гораздо более информативными для кладистических построений, чем данные сравнительной морфологии, так как вероятность того, что одинаковые картины распределения G-бэндов являются следствием конвергенции, очень мала. Дифференциальное окрашивание хромосом применяли, в частности, при изучении изменчивости хромосом африканских крыланов (Haiduk et al., 1981).


Подходы молекулярной систематики. Прежде всего стоит заметить, что для генома рукокрылых, характеризующегося чрезвычайно высокой степенью


11


консерватизма (Baker, Bickham, 1980), свойствен ряд особенностей, не только выделяющих этих животных среди других млекопитающих, но, возможно, имеющих также значение и для систематики самого отряда. Во-первых, представители отряда Chiroptera обладают самым маленьким в классе Mammalia геномом. По некоторым сведениям (Manfredi Romanini, 1985), среднее значение для размера генома в классе составляет 7,25±1,53 пг на ядро, укладываясь в ряд значений от 6 до 9 пг. В то же время, у разных видов рукокрылых из нескольких семейств эти показатели составили 2-4 пг на клетку (по другим сведениям — до 5,43 пг (Burton, Bickham, 1989)) и положительно коррелировали с размером ядра. Другие исследователи (Miranda et al, 1997) для трех семейств — Vespertilionidae, Mormoopidae и Phyllostomidae — приводят цифры от 4,5 пг на клетку до 5,9 пг. Существует мнение (Capanna, Manfredi Romanini, 1971; Manfredi Romanini et al., 1975), что подобный феномен может быть связан с уровнем специализации животных, и для отряда Chiroptera прослеживается даже на уровне родов. При этом данный признак является самостоятельным, поскольку не обнаружено заметных связей между количеством ДНК и особенностями кариотипа, например, диплоидным числом хромосом (Burton, Bickham, 1989).


Более поздние исследования (Pettigrew, 1995) показывают, что в пределах подотряда Microchiroptera существует гораздо большее разнообразие в количестве ДНК, приходящейся на одно ядро, в сравнении с одинаково низким показателем практически для всех представителей Megachiroptera. Автор связывает процесс сокращения количества ядерной ДНК у крыланов и летучих мышей с высокой интенсивностью метаболизма. По его мнению, редукция части генома могла привести к уменьшению размера ядра и клетки в целом, сделав более эффективным трансмембранный перенос веществ, что особенно важно для быстрого протекания различных биохимических процессов.


В этой же работе рассматривается еще одна характерная особенность генома рукокрылых: значительное преобладание А—Т нуклеотидных пар над G—С парами (58-67% для летучих мышей и 70-74% - для крыланов), хотя вряд ли это может иметь большое значение для систематики уровня подсемейств и ниже.


Наибольший интерес для молекулярной систематики представляют исследования некоторых групп белков, а также ядерной и митохондриальной ДНК. Так, в результате проведения гель-электрофореза определенных групп белков могут быть получены высокоинформативные спектры, позволяющие оценивать межпопуляционные, межвидовые и другие различия (Назарова, 1986; Ruedi, Arlettaz, 1990).


12


Результаты исследований ДНК находят гораздо более разнообразное применение в систематике рукокрылых, нежели данные по белкам. Например, митохондриальная ДНК животных играет важную роль в реконструкции родственных взаимоотношений на межпопуляционном и других таксономических уровнях. Так, Майер (Mayer, 1995) использовал митохондриальную ДНК в качестве маркера при выявлении генетической структуры популяций рыжих вечерниц (Nyctalus noctula). Простая организация последовательности, отсутствие процесса рекомбинации между отдельными ее участками и наследование только по материнской линии (Harrison, 1989) делают эту молекулу удобной для исследования межпопуляционных взаимоотношений. Вместе с тем, для изучения последнего ее свойства были проведены специальные исследования мтДНК 101 экземпляра Myotis myotis (еще одного представителя Vespertilionidae) из трех материнских колоний (Petri et al., 1995), которые показали наличие митохондриальных геномов двух или более типов у 33% особей, причем характер различий допускает вероятность попадания к потомству генома отцовских митохондрий. Кроме того, в процессе постановки опыта вероятна и случайная амплификация (а затем и анализ) ядерных копий митохондриальных генов, что также может привести к искаженным или даже неверным результатам (Zhangh, Hewitt, 1996).


Один из способов, применяемых для установления родства между разными группами рукокрылых сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей определенных участков митохондриальной или ядерной ДНК. В частности, секвенированием участка мтДНК, кодирующего цитохром Ь, установлена дифилетичность рода Pipistrellus (Barratt et al., 1995). Другая аналогичная работа (Baker et al., 1994) была проделана для выяснения филогенетических связей в роде Chiroderma путем изучения вариабельности последовательности гена цитохрома Ь. Еще одним популярным объектом являются гены, кодирующие РНК митохондриальных рибосом, работы по исследованию которых имеют значение и для выяснения спорных вопросов филогении в пределах отряда Chiroptera. В частности, путем сравнительного анализа длины фрагментов рестрикции генов рРНК получены новые данные, касающиеся филогении подотряда Megachiroptera (Colgan, Flannery, 1995) и семейства Phyllostomidae из подотряда Microchiroptera (Van Den Bussche, 1992). Подобные эксперименты были поставлены на рибосомальных генах мтДНК в работе с представителями американского рода гладконосых летучих мышей Lasiurus (Morales, Bickham, 1995).


Рестриктазный анализ довольно часто используют при реконструкции


13


филогенетических связей между разными группами рукокрылых. При этом сайтспецифической рестрикции одновременно могут быть подвергнуты сразу многие участки ядерной ДНК, за чем следует гель-электрофорез полученных фрагментов. В зависимости от типа использованных ферментов, таким образом могут быть проиллюстрированы межпопуляционные, межвидовые и другие различия. С помощью подобного анализа Пэмбертон и Робинсон (Pemberton, Robinson, 1992) выявили различия в строении сателлитной ДНК у нескольких экземпляров позднего кожана (Eptesicus serotinus).


В современной филогенетике и таксономии внутриотрядного уровня заметно возросла роль подходов, основанных на использовании полимеразной цепной реакции (ПЦР). Это, например, RAPD, выявляющий случайно амплифицированные полиморфные фрагменты ДНК с помощью единичного случайного праймера. Однако, RAPD-анализ, может быть использован лишь в систематике видового уровня (для выявляемых им случайных мутаций характерен также внутривидовой полиморфизм (Rothuizen, Van Wolveren, 1994)) и при этом дает трудновоспроизводимые результаты. Другие виды мультилокусного анализа — это, например, SSR-ПЦР, позволяющий амплифицировать участки ДНК, расположенные между микросателлитами, AFLP, заключающийся в избирательной амплификации рестриктных фрагментов геномной ДНК и др.


Из вышеизложенного ясно, что каждый из упомянутых методов не лишен определенных недостатков и помимо этого ни один из них не является абсолютно универсальным. По этой причине, для получения более достоверной картины филогенетических отношений целесообразно использование комплексного подхода. Таким образом, данные общей морфологии, кариологии и биохимии (полученные путем электрофореза белков и нуклеиновых кислот, с помощью иммунологических методов или гибридизации ДНК), являясь независимыми друг от друга источниками информации, в своей совокупности должны давать наиболее полную картину филогенеза и системы таксона, а также объяснение его эволюционной стратегии (Baker, 1979).


С точки зрения систематики рукокрылых до сих пор актуальным остается вопрос поиска более информативных и универсальных методов разрешения вопросов филогении, вместе с тем лишенных недостатков, свойственных многим из вышеописанных подходов. Одним из таковых нам представляется разновидность мультилокусного анализа, называемая интер-SINE ПЦР.


SINE и LINE — семейства соответственно коротких и длинных


14


диспергированных повторов, для которых, фактически сразу после открытия, впервые была показана их таксоноспецифичность для вида и более высоких таксонов (Singer, 1982). Вместе с тем, довольно долго не могли понять, какие функции выполняют эти последовательности. Предполагали, что они являются молчащими и не несут никакой функциональной нагрузки (е. g. Schmid, Jelinek, 1982).


Сейчас все более понятными становятся функции этих семейств повторов. Среди них, например, регуляция процесса транскрипции генов вследствие ретропозиции повторов (Dobrowski et al., 1991; Britten, 1994; Schmid, 1998), возможность встраивания SINE-повторов в экзоны структурных генов без изменения рамки считывания, а также в интроны, в результате чего может измениться мозаика сплайсинга, так как ретропозоны имеют потенциальные сайты сплайсинга (Бородулина, 1999), в некоторых случаях это и регуляция синтеза белков (Chu et al., 1998). Ретропозиции коротких диспергированных повторов также происходят не случайным образом (Tatout et al., 1998). Помимо этого, в SINE-элементах даже самых далеких таксонов (от растений до млекопитающих) была обнаружена консервативная последовательность, названная CORE-SINE (Gilbert, Labuda, 1999). Это, скорее всего, говорит в пользу общности происхождения данного типа повторов, а значит и в пользу того, что SINE-элементы могут играть значительную роль в видообразовательных процессах или, по крайней мере, каким-то образом быть с ними связанными.


Как уже было сказано выше, SINE-повторы, видимо, присутствуют в геномах всех эукариот и при этом весьма специфичны для крупных таксонов. Есть SINE-элементы, присущие отдельным семействам, при этом как число повторов, так и степень сходства последовательностей, судя по всему, являются дискриминирующим признаком не только на родовом уровне, но и между близкими семействами. Совсем недавно такой семействоспецифичный SINE-элемент был открыт у представителей двух семейств подотряда летучих мышей: гладконосых (Vespertilionidae) и бульдоговых (Molossidae) (Бородулина, 1999; Borodulina, Kramerov, 1999). На предмет наличия данного элемента были также исследованы представители других семейств Chiroptera: Hipposideridae (листоносы Старого Света), Rhinolophidae (подковоносы), Emballonuridae (мешкокрылые летучие мыши) и даже представители подотряда крыланов — Pteropodidae. Тем не менее, распадение на две филы по признаку SINE VES произошло таким образом, что этот элемент был обнаружен у представителей лишь тех семейств, которые объединяются систематиками в одно надсемейство Vespertilionoidea. На наш взгляд, эта работа открывает многообещающие перспективы.


Этими же авторами выделены новые SINE, оказавшиеся специфичными для


15


нескольких семейств насекомоядных (Lipotyphla): Soricidae (землеройковых), Talpidae (кротовых) и Erinaceidae (ежовых). В результате сравнения их последовательностей выяснено, например, что выхухолей (Desmana), скорее всего, не следует выделять в самостоятельное семейство (что также согласуется с ранее полученными данными таксонпринта (Банникова и др., 1995; Банникова 1996; Банникова и др., 1996)), а подсемейство гимнуровых (Echinosoricinae), напротив, сильно отличается от ежей; исследованы также межвидовой полиморфизм ДНК в роде Erinaceus и внутривидовой геномный полиморфизм сложнейших с точки зрения их систематики белогрудого ежа Е. concolor (Банникова и др., 2002) и обыкновенной бурозубки Sorex araneus (Bannikova et al., 2003).


Крамеровым (1987) было предложено прямо использовать рассеянные повторы SINE в качестве генетических маркеров филогенеза, что коррелировало с более ранними рассуждениями некоторых исследователей, например, Сингер (Singer, 1982).


В результате всего вышесказанного можно сделать выводы о том, что наличие или отсутствие какой-либо специфичной группы SINE уже является маркером клады в определенном узле (при этом не говоря о специфичности самой последовательности), а также отражает свойства фланкирующих повтор участков, поскольку они оказываются не случайными при ретропозиции очередного мономера (Tatout et al., 1998; Schmid, 1998). Наличие или отсутствие в геноме семейства SINE представляет собой совершенную синапоморфию, так как однажды возникнув, семейство SINE сохраняется во всех позднее отделившихся ветвях данного ствола эволюционного древа (Serdobova, Kramerov, 1998; Крамеров, 1999). Не менее совершенный синапоморфный признак — наличие или отсутствие отдельных копий SINE в определенных локусах. Эти признаки с успехом использовали в изучении филогенеза млекопитающих и рыб. Однако, такой подход методически трудоемок и дорог. Стоит заметить, что конвергентное происхождение SINE маловероятно, поскольку эти повторы не перемещаются. Из этого можно сделать вывод, что таксон, не имеющий данного повтора, должен был ответвиться ранее, чем тот, у кого он есть. Вместе с тем, нельзя полностью исключить потери.


Отдельное семейсвтво повторов, называемое MIR (от английского «Mammalian Interspersed Repeat»), присуще геномам всех млекопитающих. Замечательны они в частности тем, что структура их варьирует между отрядами, то есть амплификация этих элементов происходила независимо в каждой линии, следуя за радиацией млекопитающих (Jurka et al., 1995). MIR-элементы описаны сравнительно недавно (Smit, Riggs, 1995; Jurka et al., 1995) и представляют собой группу древних SINE-


16


повторов: распространение этого семейства повторяющихся последовательностей среди плацентарных, сумчатых и яйцекладущих указывает на то, что амплификация его имела место еще в мезозое (Jurka et al., 1995). Подсчитано, что геном человека содержит несколько сотен тысяч укороченных копий MIR-повторов с максимальной длиной 260 нуклеотидных пар (Smit, Riggs, 1995). Принципиальной их особенностью является потере ими способности к горизонтальной амплификации в пределах генома, необратимость вставок в то или иное место генома, а также отсутствие реверсий (а значит, отсутствие гомоплазий).


Изучение полиморфизма участков инсерции ретропозонов путем их амплификации с использованием направленных праймеров — сравнительно простой и дешевый метод, позволяющий устанавливать гомологию этих участков. Именно такой подход использует метод MS-PCR (Buntjer, 1997), удобный для изучения внутриотрядных связей. Он использует праймеры, комплементарные консервативной части MIR-элемента (Buntjer, Lenstra, 1997). Упрощенная схема процесса изображена на рис. 1. Этот метод не чувствителен к точковым мутациям внутри повтора и в то же время обнаруживает видоспецифичные картины, имеющие некоторую внутривидовую гетерогенность (Jurka et al., 1995). К настоящему времени интер-SINE ПЦР был применен только для изучения филогении парнокопытных. Как было показано в этих работах (Buntjer, 1997; Buntjer, Lenstra, 1997) на представителях двух семейств парнокопытных — бычьих (Bovidae) и оленьих (Cervidae) — в исследованном ими отряде млекопитающих интер-МШ. ПЦР выявляет различия на довольно высоких таксономических уровнях. Так, в частности показано, что мунтжаковые, скорее всего, представляют собой отдельную трибу в составе подсемейства Cervinae, а не отдельное подсемейство, что подтверждает полученные ранее данные анализа мтДНК. Уточнено также положение некоторых других представителей: косули (Capreolus) и северного оленя (Rangifer tarandus).


MIL17


MIR17


MIR


MIL17


Геномная ДНК


Продукты ПЦР


Рис. 1. Схема процесса MS-PCR. Места посадки праймера показаны тонкими стрелками.


17

Список литературы