КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-14-10118

НазваниеИнтегративная таксономия как инструмент оценки биоразнообразия в богатых видами таксонах

РуководительКантор Юрий Израилевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2019 - 2020 

КонкурсКонкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-101 - Зоология

Ключевые словамоллюски; Gastropoda; интегративная таксономия; видовые гипотезы; криптические виды; секвенирование; COI

Код ГРНТИ34.03.21


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект нацелен на исследование морских хищных брюхоногих моллюсков в рамках концепции интегративной таксономии – с использованием всех доступных данных, молекулярно-филогенетических, морфологических, биогеографических, экологических и тд. Основные усилия сконцентрированы на слабо изученных или ключевых для понимания эволюции отряда Neogastropoda группах. Помимо традиционного Сангеровского сиквенирования во время выполнения проекта 2016 были успешно применены две методики, основанные на применении NGS (next generation sequencing). RAD-секвенирование (Restriction site Associated DNA Sequencing) было использовано для исследования комплекса родов Xenuroturris / Iotyrris (сем. Turridae, Conoidea), и метод захвата экзонов (Exon capture) гибридизацией с биотинилированными битами для реконструкции филогении надсемейства Conoidea. Последний метод, несмотря на трудоемкость, позволил разрешить топологию глубоких узлов, что особенно важно при реконструкции филогении крупных таксонов. Таким образом, в результате выполнения проекта 1) были получены важные результаты по слабо изученным группам Neogastropoda, и 2) отработана методология филогенетических исследований крупных таксонов. Этот задел позволяет расширить охват наших исследований в рамках подхода интегративной таксономии на весь отряд Neogastropoda. Актуальность этого исследования трудно переоценить. Реконструкция дерева жизни является одним из самых важных глобальных проектов современной биологии. Несмотря на то, что в последнее десятилетие достигнут значительный прогресс в реконструкции филогении Metazoa, многие сегменты дерева жизни остаются неразрешённым, в первую очередь из-за несовершенства имеющихся в распоряжении методов и/или неполного таксономического сэмплинга. В частности, большие сложности представляют таксоны, претерпевшие взрывообразную адаптивную радиацию (т.е. когда большое разнообразие эволюционных линий образовалось за короткое историческое время). Такие таксоны фигурально называют «кусты в дереве жизни» (bushes in the tree of life). Разрешение филогении таких таксонов проблематично из-за того, что для установления последовательности множественных дивергенций, произошедших за короткий интервал времени, необходим беспрецедентный объём филогенетических данных. Neogastropoda представляет собой пример такого таксона: его быстрая радиация связана с освобождением множества экологических ниш в результате катастрофического вымирания морских фаун в конце Мезозоя. В наше время, это один из самых успешных таксонов морских беспозвоночных, по числу видов (более 12000 видов в составе 45 семейств) сравнимый с надклассом Tetrapoda (Chordata) или типом Annelida. Поэтому Neogastropoda станет идеальной модельной группой для выработки подхода к реконструкции филогений взрывообразно дивергировавших таксонов животных. За последние 50 лет были предложены различные противоречащие друг другу гипотезы о происхождении, сестринской группе и даже составе отряда, основанные исключительно на морфологических данных. Лишь в нескольких работах были осуществлены попытки молекулярно-филогенетического анализа, однако, ни одно из них не позволило разрешить филогению отряда, из-за недостаточного количества данных, и крайне ограниченного набора исследованных таксонов. Основной целью Проекта 2019 будет реконструкция филогении отряда Neogastropoda на основе данных, полученных в ходе выполнения Проекта 2016 года, и новых данных. Реконструкция филогении будет проводиться с использованием метода захвата экзонов. Этот инновационный подход, который мы впервые применим для изучения Neogastropoda в полном объеме отряда, позволяет использовать только филогенетически-информативную фракцию генома в секвенировании нового поколения (next generation sequencing). Благодаря этому, при разумных затратах возможно получить матрицы признаков, включающие сотни тысяч до нескольких миллионов нуклеотидов. Этот метод был успешно применён нами в рамках Проекта 2016 при реконструкции филогении надсемейства Conoidea (Abdelkrim et al., 2018). Есть все основания предполагать, что метод захвата экзонов позволит получить разрешенную филогению таксона и более высокого ранга (т.е. Neogastropoda). Для получения более детальной картины филогенетических отношений Neogastropoda необходимо включить в анализ все известные таксоны отряда, обращая особое внимание на группы, родственные отношения которых все еще не выяснены. Значительная часть таких «энигматичных» таксонов выявлена нами при выполнении Проекта 2016, а некоторые таксоны (например, надсем. Buccinoidea, сем. Marginellidae и Cystiscidae) нуждаются в дополнительных исследованиях. Поэтому, одной из задач исследования станет завершение молекулярных филогений проблематичных (над)семейств. Многие представители групп, работа над которыми планируется, представляют значительные сложности в видовых определениях, особенно это касается глубоководных видов. Поэтому попутно с работой над филогенией будут проведены частичные ревизии некоторых групп (главным образом Buccinoidea, Ptychatractidae, Olividae) и выявленные новые виды будут описаны с использованием морфологических и молекулярных данных. В идеальном случае все видовые таксоны, использованные в анализах по реконструкции молекулярных филогений должны иметь точные видовые определения.

Ожидаемые результаты
Предполагается использовать инновационный метод захвата экзонов для реконструкции филогении крупного таксона брюхоногих моллюсков, претерпевшего взрывообразную адаптивную радиацию – отряда Neogastropoda. В первый год Проекта 2019 будут получены все необходимые дополнительные пробы и закончена лабораторная часть работ по филогениям слабоизученных семейств Marginellidae и Cystiscidae, а также надсемейства Buccinoidea. Для этих таксонов будут получены консенсусные последовательности пяти филогенетических маркеров (COI, 16S, 12S и ядерные гены 28S рРНК и H3). К концу первого года выполнения проекта планируется получить финальные филогенетические деревья Marginellidae, Cystiscidae, и Buccinoidea, а также выполнить основную часть морфологических исследований по этим группам. Также предполагается закончить сравнительный анализ транскриптомов, определить финальный состав экзонов для реконструкции филогении Neogastropoda, выполнить дизайн и синтез зондов для гибридизации. В первый год будут завершены и опубликованы или сданы в печать статьи 1. По частичной ревизии рода Exilia (сем. Ptychatractidae) с подробным анализом комплекса видов Exilia hilgendorfi и описанием новых видов. Таксономия будет основана на молекулярных и морфологических данных, а некоторые рассматриваемые виды будут включены в анализ филогении отряда Neogastropoda. 2. Частичная, основанная на молекулярной филогении ревизия рода Amalda, с анализом полиморфного комплекса Amalda hilgendorfi и описанием новых видов. 3. Молекулярно-морфологическая ревизия подсемейства Siphonaliinae (Buccinoidea) с описанием новых видов рода Phaenomenella, являющаяся частью филогенетического исследования надсемейства Buccinoidea. 4. Частичная молекулярно-морфологическая ревизия родов Tacita и Calliloncha, являющаяся частью филогенетического исследования надсемейства Buccinoidea. Кроме того, будут получены первые данные по молекулярным последовательностям Вьетнамских видов сем. Ovulidae, симбионтов мягких кораллов. На основании полученных данных будет решен вопрос об использовании овулид в качестве аутгруппы в филогенетическом анализе Neogastropoda. Большая часть материала находится в распоряжении участников проекта и частично секвенирована в ходе Проекта 2016. Во второй год будут закончены и сданы в печать и (возможно) опубликованы статьи по молекулярной филогении семейств Marginellidae и Cystiscidae и надсемейства Buccinoidea. Будут закончены лабораторные работы по филогеномике Neogastropoda и получены результаты секвенирования обогащённых ДНК библиотек. Будет выполнен анализ данных секвенирования, получена конечная матрица данных (последовательностей экзонов), и на основании её анализа, реконструировано филогенетическое дерево Neogastropoda. Будет подготовлена новая классификация Neogastropoda, основанная на полученных филогеномных данных. Предлагаемые подходы и ожидаемые результаты соответствуют передовому мировому уровню исследований в малакологии и в зоологии в целом. Применение подхода интегративной таксономии к слабо изученным таксонам Neogastropoda позволит устранить имеющиеся пробелы в знании систематики, разнообразия и эволюционной истории морских моллюсков. Более того, полученные последовательности ДНК моллюсков (всегда ассоциированные с ваучерным образцом), пополнят базы данных GenBank и Barcode of Life, что позволит улучшить эффективность определения ДНК методами метабаркодинга и средовой ДНК (environmental DNA). Предлагаемый проект станет вторым филогенетическим исследованием в мировой практике, применяющим метод захвата экзонов для исследования моллюсков (в первой также участвовали участники проекта), и третьим – для морских беспозвоночных. Полученные результаты будут крайне важны и с методологической точки зрения, так как они позволят сформулировать минимальные требования к матрице данных, т.е. к числу таксонов и признаков, необходимой для разрешения филогении взрывообразно дивергировавших групп животных.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В соответствии с планом работы на 2019 год нами были выполнено следующее: Филогения Neogastropoda. В результате полевых работ во Вьетнаме собраны и вскрыты и зафиксированы для транскриптомного секвенирования образцы моллюсков основных филогенетических групп Neogastropoda (надсемейства Buccinoidea, Conoidea, Muricoidea, Olivoidea, Mitroidea, Turbinelloidea) и близкородственных таксонов (надсемейства Tonnoidea и Cypraeoidea),. Последующая экстракция позволила получить мРНК высокого качества в достаточном количестве для секвенирования на платформе Illumina HiSeq. В результате секвенирования 9 проб слюнных желёз и 3 проб тканей ноги моллюсков были получены данные (в среднем 20 миллионов прочтений на библиотеку) для последующего транскриптомного анализа. Для ряда групп (надсемейства Mitroidea, Cypraeoidea, Olivoidea, Turbinelloidea) данные транскриптомного секвенирования получены впервые. Выполнена сложная вычислительная задача объединения прочтений в протяжённые контиги и поиск ортологичных локусов. В результате попарного сравнение шести групп таксонов были определены 4488 экзонов общей длиной 1,3 миллионов оснований для разработки нуклеотидных зондов. На основании филогенетического анализа последовательностей этих экзонов, вычлененных из транскриптомных данных, получена предварительная реконструкция филогенетических отношений надсемейств Neogastropoda. In silico разработана библиотека 40040 нуклеотидных бит для синтеза зондов, необходимых для выполнения реакций захвата экзонов во второй год проекта. Предварительные результаты и перспективы дальнейшего филогеномного исследования Neogastropoda были представлены на Всемирном малакологическом конгрессе (WCM 2019). Анализ различных молекулярно-филогенетических методов. В настоящее время в мировой практике широко распространяются филогеномные методы. В этой связи было проведено методологическое исследование с целью сравнения эффективности существующих филогенетических методов анализа данных. В качестве модельного таксона было выбрано семейство Turridae, отдельные роды которого были ранее подробно исследованы участниками проекта. Для реконструкции филогении группы было использовано пять стратегий: 1. единственный локус (COI); 2. пять стандартных локусов (COI, 16S rRNA, 12S rRNA, H3 и 28S); 3. полный митохондриальный геном; 4. захват экзонов; 5. анализ транскриптомных данных Для каждой стратегии были оценены необходимые затраты времени, средств и удельной стоимости одного «бита» матрицы данных – то есть, одного азотистого основания ДНК. Для построения матриц данных (от 658 оснований гена СО1 до 14 миллионов оснований полученных при анализе транскриптомных данных), были протестированы различные подходы установления ортологии: c использованием референсного генома и алгоритма BLAST; реконструкция ортогрупп алгоритмом UPhO. Показано, что Сэнгеровское секвенирование всё ещё остаётся наиболее востребованным для целей таксономических исследований (из-за дешевизны, простоты лабораторных работ анализа). В то же время, применение филогеномных методов финансово оправдано и зачастую неизбежно, для получения статистически разрешённых реконструкций (в частности, для разрешения «глубоких» узлов филогенетических деревьев). Хотя секвенирование полного митохондриального генома кажется оптимальным по соотношению расходов и надёжности получаемых филогенетических реконструкций, его эволюция не всегда совпадает с траекторией эволюции ядерного генома, и, соответственно, к митохондриальным филогениям следует относиться с осторожностью. В то время как полногеномное секвенирование остаётся недоступным из-за высокой стоимости и сложности анализа, методы «прицельного секвенирования», в частности, захвата экзонов, являются на настоящее время оптимальными, но требуют усовершенствования методологической базы (в частности, выявления паралогичных локусов). Результаты анализа опубликованы в престижном международном журнале Molecular phylogenetics and Evolution (первый квартиль, WOS, IF 3.992). Исследования филогении и таксономии морских брюхоногих моллюсков: Семейства гастропод Marginellidae и Cystiscidae в сумме включают более 1500 описанных видов, основном очень мелкимх (моллюски родов Ticofurcilla и Granulina зачастую не превышают 1 мм по длине раковины). В связи с этим оба семейства до настоящего момента оставались не затронутыми молекулярно-филогенетическими исследованиями, и их положение в отряде Neogastropoda оставалось невыясненным. В текущем году закончены филогенетические и морфологические исследования маргинеллиформных гастропод. Выполнено секвенирование митохондриального гена CO1 и генов рибосомальной РНК 12S, 16S и 28S для более чем 80 образцов семейств Marginellidae и Cystiscidae (63 вида) и Volutidae (5 видов). Исследована морофология радулы дополнительных 10 видов Marginellidae и Cystiscidae (всего изучено более 30 видов). Получена первая достоверная реконструкция филогении группы. Подтверждено родство маргинеллиформных гастропод с семейством Volutidae, а также, обособленное положение рода Marginellona, который оказался сестринской группой всех прочих маргинеллиформных гастропод, предложено семейство Marginellonidae. Представители Marginellidae (12 родов) образуют хорошо поддержанную монофилетическую группу. В то время, как выделение трёх подсемейств Marginellidae (Austroginellinae, Pruninae и Marginellinae) поддержано нашими данными (и отношения между ними прояснены), положение рода Granulina достоверно установить не удалось из-за значительной степени дивергенции этого таксона. Монофилия семейства Cystiscidae не поддержана, как и выделяемые в настоящее время подсемейства. Подтвержден особый статус Plesiocystiscus (предложенный ранее на основании строения радулы), также продемонстрирована обособленность рода Canalispira. Для обоих родов предложены подсемейства Cystiscidae. Предложенп гипотеза, объясняющая фундаментальные различия морфологии Marginellidae и Cystiscidae. Результаты исследования опубликованы в ведущем международном малакологическом журнале Journal of Molluscan Studies (WOS, IF 1,3). В текущем году начаты исследования моллюсков умеренных вод Австралии -- абиссальных Conoidea из глубоководных рейсов в Восточный и Южный сектор Австралии (более 300 образцов). Были найдены два экземпляра моллюсков нового вида, относящихся к ранее монотипичному семейству Bouchetispiridae, что подтверждено как анализом митохондриальных маркеров COI, 12S и 16S, так и исследованием строения радулы. На основании полученных данных был описан новый для науки вид Bouchetispira ponderi, первая находка Bouchetispiridae за пределами Новой Каледонии. Статья с описанием опубликована в журнале Molluscan Research (WOS IF 0.57). Была завершена частичная ревизия рода Exilia (сем. Ptychatractidae). По последней ревизии, проведенной на основании морфологических данных, род включает 10 редких видов, обитающих на глубинах от 200 до 2000 м (Kantor et al., 2001) и представленных в коллекциях, главным образом, пустыми раковинами. Несколько десятков экземпляров было собрано в последние годы в экспедициях, организованных Muséum national d’Histoire naturelle (Paris) и зафиксировано для молекулярных исследований. Для 68 экземпляров нескольких видов Exilia был секвенирован митохондриальный ген CO1. Полученные результаты молекулярно-филогенетического анализа позволили протестировать и уточнить видовые гипотезы, предложенные ранее. Новые полученные результаты потребовали существенных таксономических изменений. Так, считавшийся ранее единый полиморфный и широко распространенный вид Exilia hilgendorfi оказался комплексом, образованным как минимум шестью видами (четыре из них были секвенированы). Два из этих видов оказались новыми для науки и были описаны (Exilia cognata и E. fedosovi), а три вида, E. gracilior, E. claydoni и E. prellei (последний также был секвенирован), ранее были сведены в синонимы, а теперь в результате переоценки таксономической ценности принаков, были выведены из синонимии Exilia hilgendorfi и признаны валидными видами. В пределах изменчивого, но хорошо диагностируемого вида E. vagrans, описанного Kantor et al. (2001) было выявлено два молекулярно различных вида-двойника, симпатричных в Восточно-Китайском море. Изменчивость в пределах молекулярных видов превосходит межвидовую. В связи с отсутствием пригодных для секвенирования экземпляры E. vagrans из типового местонахождения (Вануату), вопрос о том, какой из молекулярных видов соответствует E. vagrans пока не может быть решен. Новый для науки вид E. karukeraбыл обнаружен у Гваделупы. Это первое нахождение рода в тропической Атлантике. Полученные данные продемонстрировали, что видовое разнообразие Exilia значительно (по крайней мере на 60%) выше, чем считалось ранее по результатам морфологической ревизии. По результатам исследования сдана в печать и принята статья в ведущем международном малакологическом журнале Journal of Molluscan Studies (WOS, IF 1,3). Проведено молекулярно-морфологическое исследование Phaenomenella, рода с неясными родственными отношениями, относящегося к надсемейству BuccinoideaВпервые были получены данные по анатомии мягкого тела и радулы двух видов Phaenomenella, а также впервые секвенированы митахондриальный ген CO1 и ядерный ген 28S rRNA для 17 экземпляров нескольких видов. Для выяснения родственных связей в анализе были использованы последовательности COI и 28S дополнительных 32 таксонов Buccinoidea. Выявлено два новых для науки вида, описанные нами как Phaenomenella nicoi n.sp. и P. samadiae n.sp., впервые было убедительно показано родство Phaenomenella с другим западно-тихоокеанским родом Siphonalia. Подсемейство Siphonaliinae Finlay, 1928, установленное без морфологического диагноза, которое помимо типового рода включало несколько родов Buccinoidea из Южного Полушария. Представители этих родов были включены в анализ, который не подтвердил монофилию подсемейства в его первоначальном объеме. На настоящий момент подсемейство включает представителей родов Siphonlia и Phaenomenella и распространено в северо-западной Пацифике, преимущественно в Японском и Восточно-Китайском морях. По результатам исследования сдана в печать и принята статья в журнале Zoosystema (SCOPUS, WOS, IF 1.116). Изучен материал по абиссальным Buccinoidea, собранный в районе Курило-Камчатского желоба совместным Российско-Германским исследовательским рейсом в 2012 г. В результате в нашем распоряжении оказался материал по нескольким видам, относящимся к роду Bayerius, пригодный для молекулярно-филогенетических исследований. Было отсеквенировано три генетических маркера – фрагменты генов COI, 16S rRNA и ядерного гена28S rRNA. Проведенные молекулярно-филогенетический и морфологический анализы нескольких видов, позволили нам переоценить таксономическую значимость ряда признаков, которые ранее использовались при выделении родов, в частности, морфологии крышечки и радулы. В результате три рода, Tacita, Calliloncha и Paracalliloncha были признаны синонимами Bayerius Olsson, 1971. Была проведена полная ревизия рода, который в настоящее время включает 10 описанных видов и один еще не описанный (в нашем распоряжении есть единственный неполовозрелый экземпляр), что делает Bayerius самым разнообразным из родов, распространенных исключительно в абиссали и ультраабиссали. Два вида, B. inflatus sp. nov. и B. nekrasovorum sp. nov. оказались новыми для науки. Вид B. knudseni, описанный из желоба Кермадек у Новой Зеландии, впервые отмечен нами в районе Курило-Камчатского желоба. Один из видов, описанный в роде Calliloncha, C. nankaiensis вместе с Costaria crosnieri отнесены к новому для науки роду Warenius gen. nov., который по результатам молекулярного анализа попадает в один клад с несколькими родами Buccinoidea с биогенных субстратов. Приведены иллюстрированные переописания всех видов, дополненные новыми данными. Результаты исследования представлены в престижный международный журнал Deep Sea Research I (WOS Q1, IF =2.848). Статья прошла первое рецензирование и в настоящее время в редакцию представлен исправленный вариант. Завершено исследование молекулярной филогении и морфологии рода Amalda (Neogastropoda, Olivoidea, Ancillariidae) из тропической части Тихого океана, преимущественно из Новой Каледонии. Были секвенированы дополнительные экземпляры двух видов, важные для таксономии рода в целом. Подтвержденаь валидность большинства видов из Новой Каледонии, за исключением статуса подвида Amalda hilgendorfi richeri. Генетически особи этого «подвида» (всего было секвенировано 78 экземпляров), описанного из Новой Каледонии, не отличаются от топотипических экземпляров «номинативного подвида» из Японии, Таким образом, подвид A. hilgendorfi richeri признан синонимом A. hilgendorfi. Подтверждено распространение этого вида от Японии до Филиппин, Новой Каледонии и Новой Гвинеи, также вероятно и до Австралии. Молекулярный анализ подтвердил высокую географически обусловленную гетерогенность вида, однако сравнение гаплотипов подтверждает наличие ограниченного дрейфа генов даже между далеко расположенными популяциями вида. Составлены диагнозы всех рассмотренных видов и описания трех новых для науки видов. Рукопись статьи находится на последней стадии подготовки. В ходе выполнения работ по исследованию филогении надсемейства Buccinoidea нами было секвенировано 30 образцов из Антарктики, хранящихся в Italian National Antarctic museum (Генуя), относящихся к непредставленным в нашем материале филогенетическим линиям и/или номинальным таксонам группы семейства. Для 23 удалось получить сиквенсы не менее четырех генов. Антарктические Buccinoidea характеризуются исключительным уровнем эндемизма на родовом уровне, в результате чего ни один из родов Buccinoidea, отмеченных в Антарктике, не был встречен за пределами Антарктической конвекции. Помимо антарктического материала нами было секвенировано несколько видов Buccinoidea важных для понимания филогении группы в целом, собранных весной 2019 года в экспедиции на Корсике. Начато молекулярно-морфологическое исследование моллюсков семейства Ovulidae из Вьетнама, включающего 269 валидных видов. Большинство видов -- симбионты восьмилучевых кораллов. Исследования таксономии этого семейства затруднено высокой изменчивостью формы и окраски раковины, а так же рисунка мантии, результатом чего стала чрезмерная раздробленность видов. Большинство опубликованных исследований не включало молекулярных данных. Нами впервые получены 80 сиквенсов гена CO1, 84 сиквенса 28S РНК, 51 сиквенс митохондриального гена 16S рРНК. Молекулярно-филогенетический анализ позволил выделить в нашем материале 20 видов. Большинство таксонов соответствовало нашим первичным видовым гипотезам, кроме видов рода Phenacovolva, в котором по морфологическим признакам нами было выделено 4 вида, но молекулярно-генетический анализ показал, что три их них принадлежат к одному виду Phenacovolva rosea. Было показано, что разные цветовые морфы видов Cuspivolva queenslandica, Aclyvolva, Crenavolva striatula и Crenavolva tralii не имеют генетических дистанций. Удалось прояснить таксономию некоторых видов подсемейства Eocypraeinae: 1. Показано, что род Prosimnia не является монофилетическим. 2. Naviculavolva deflexa, которая согласно Molluscan Base относится к подсемейству Simniinae, группируется вместе с Crenavolva tralii и C. guidoi (подсем. Eocypraeinae).. 3. С использованием сиквенсов, полученных из Генбанка, показано, что рода Primovula и Procalpurnus не являются монофилетическими. В 2019 году за счет средств гранта два члена коллектива (Ю.И.Кантор и С.С.Звонарева) приняли участие в экспедиции, организованной Национальным Музеем естественной истории Франции сроком с 25 октября по 27 ноября 2019 года на Новую Каледонию, Koumac. В ходе экспедиции были собраны материалы для выполнения гранта (различные Buccinoidea и Ovulidae, представители Neogastropoda для транскриптомных исследований).

 

Публикации

1. Захариас П., Панте Е., Гей Д., Федосов А., Пуляндр Н. Data, Time and Money: evaluating the best compromise for inferring molecular phylogenies of non-model animal taxa. Molecular Phylogenetics and Evolution, vol. 142, Article Number: 106660 (год публикации - 2020).

2. Звонарева С.С.,Мехова Е.С., Ха В.Т., Кантор Ю.И. Checklist of bivalve molluscs in mangroves of Khánh Hòa Province, Vietnam Molluscan Research, 39(4): 296–312 (год публикации - 2019).

3. Кантор Ю.И., Косьян А.Р., Сорокин П.А., Федосов А.Э. On the taxonomic position of Phaenomenella (Neogastropoda: Buccinoidea) with description of two new species Zoosystema, Volume: 42, Issue: 3, Pages: 33-55 (год публикации - 2020).

4. Кантор Ю.И., Пулляндре Н., Буше Ф. The challenge of integrative taxonomy of rare, deep water, gastropods: Exilia revisited (Caenogastropoda, Turbinelloidea, Ptychatractidae) Journal of Molluscan Studies, Volume: 86, Pages: 120-138, Part: 2 (год публикации - 2020).

5. Модика М.В., Горсон, Ж., Федосов А.Э., Малкольм Г., Террин И., Пуляндр Н., Хёлфорд М. Macroevolutionary analyses suggest environmental factors, not venom apparatus, play key role in Terebridae marine snail diversification Systematics biology, Volume 69, Issue 3, Pages 413-430 (год публикации - 2020).

6. Федосов А.Э., Кабальер-Гитеррез М., Бюж Б., Сорокин П.В., Пулляндр Н., Буше Ф. Mapping the missing branch on the Neogastropoda tree of life: molecular phylogeny of marginelliform gastropods Journal of Molluscan Studies, Volume: 85, Pages: 439-451, Part: 4 (год публикации - 2020).

7. Халлан А., Крисционе Ф., Федосов А., Пуляндр Н. Bouchetispira ponderi n. sp. (Conoidea: Bouchetispiridae), a new deep-sea gastropod from temperate Australia Molluscan Research, vol. 40, No. 1: 86-92 (год публикации - 2020).


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Филогеномный анализ Neogastropoda В результате выполненных за отчётный период работ в нашем распоряжении имеются высококачественные библиотеки геномной ДНК для 110 образцов Neogastropoda, как по отдельности, так и в составе пулов по 6-10 образцов с эквимолярным содержанием ДНК. В результате секвенирования этих пулов на двух линейках Illumina HiSeq 4000 получено около 720 Гб данных, от 300 тысяч до 10 миллионов прочтений на образец. Выявлено, что SPAdes эффективно восстанавливает контиги на основании прочтений длиной 100 н.п., но для прочтений длиной 150 н.п. эффективность SPAdes ниже, и необходимо использование двух ассемблеров. На основании этих данных был улучшен протокол анализа данных Adelkrim et al. (2018). В результате обработки данных высокопроизводительного секвенирования, достаточное число экзонов получено для 105 образцов Neogasropoda и для 21 транскриптома. Значительной проблемой филогеномного анализа является отсутствие универсального и гибкого подхода для выявления паралогичных сиквенсов (то есть копий генов, возникших в результате генной дупликации, и искажающих филогенетических сигнал) в филогеномных данных. Нами разработаны два алгоритма фильтрации выравниваний экзонов с удалением последовательностей, являющихся паралогичными копиями целевых генов, и искажающих картину филогенетических отношений. Один из них основан на сравнении топологий филогенетических реконструкций индивидуальных генов с ожидаемыми по составу клад уровня семейства (на основании наших опубликованных данных). Второй подход основан на анализе частоты нуклеотидных замен в консервативных и вариабельных сайтах, с последующим определением аутлайеров – то есть, последовательностей с неожиданно высокой частотой замен в консервативных сайтах выравниваний, как возможных паралогичных копий. На основании обработки данных высокопроизводительного секвенирования стандартными и разработанными нами методами получены 8 матриц данных. В настоящее время мы проводим их филогеномный анализ для построения конечного филогенетического дерева Neogastropoda. Уже полученные нами реконструкции впервые разрешают ряд глубоких узлов эволюционного дерева Neogastropoda. Многие из них важны для переоценки таксономии группы (узлы, поддерживающие монофилию принятых семейств и надсемейств), а также для понимания эволюции морфологии в Neogastropoda. За время выполнения проекта в рамках интегративного подхода были проведены исследования филогении, позволившие выполнить таксономические ревизии различных групп морских хищных брюхоногих (ранга от надсемейства до рода), а также изучение экологии паразитических брюхоногих: Завершена работа по реконструкции филогении надсемейства Buccinoidea (Gastropoda: Neogastropoda), одного из самых таксономических сложных и богатых видами групп неогастропод. Проведен молекулярно-филогенетический анализ, включавший последовательности пяти митохондриальных и ядерных генов (cox1, 16S rRNA, 12S rRNA, гистон 3 (H3) и 28S rRNA) 231 вида Buccinoidea. Всего нами исследованы представители 27 таксонов группы семейства из 31 когда-либо выделяемых в пределах надсемейства, 118 из 327 валидных родов. Была исследована морфология мягкого тела и радула (на сканирующем электронном микроскопе) для представителей выделенных клад. Была показана монофилия надсемейства, хотя узел был статистически поддержан только в Бэйсесовском анализе (PP=0.97). Полученное дерево характеризуется высокой поддержкой 31 терминальной клады, состав которых важен для ревизии системы Buccinoidea. С учетом молекулярных данных, данных о морфологии и анатомии, биогеографии и экологии, мы выделяем 21 семейство Buccinoidea, из которых 5 являются новыми для науки - Eosiphonidae fam. nov. Retimohniidae fam. nov., Chauvetiidae fam. nov. Dolicholatiridae fam. nov. Prodotiidae fam. nov. Общее количество валидных таксонов группы семейства Buccinoidea выросло до 34, что значительно превышает количество валидных семейств, признаваемых ранее (8 в последней сводке Bouchet, Rocroi, 2017). Хотя родовая ревизия не входила в задачи проекта, 290 из 327 валидных в настоящее время родов, были отнесены к уточненным семействам и подсемейства, из них 98 родов на основании молекулярных и морфологических данных, 32 рода на основании морфологических данных и сходстве с представителями секвенированных родов и 21 род на основании только признаков раковины. 37 родов осталось в категории insertae sedis. Морфология мягкого тела достаточно единообразна у исследованных Buccinoidea, хотя для некоторых семейств выявлены уникальные признаки, главным образом в пищеварительной системе. Было показана, что морфология желудка является потенциально важным филогенетическим признаком. Лишь небольшое число семейств характеризуется уникальной радулой (Tudiclidae, Columbellidae, Dolicholatiridae, Belomitridae и подсемейство Beringiinae (Buccinidae)). В то же время, существуют семейства (напр. Prosiphonidae), характеризующиеся очень высоким разнообразием признаков радулы, а некоторые семейства характеризуются специфической, хотя и не уникальной радулой. По результатам работы подготовлена рукопись для представления в Zoological Journal Linnean Society. Завершен молекулярно-филогенетический анализ преимущественно с использованием митохондриального гена cox1 и таксономическая ревизия Cryptogemma (Conoidea:Turridae), рода глубоководных морских брюхоногих, широко распространенного в Мировом океане на батиальных глубинах. Анализ молекулярных данных выявил 8 видов, для которых существует 23 пригодных видовых названий, установленных по признакам раковины. На основании морфометрического анализа раковин секвенированных и типовых экземпляров, были найдены валидные названия для семи выделенных по молекулярным и морфологическим признакам видов, а один из выделенных видов описан как новый для науки Cryptogemma powelli sp. nov. 16 предложенных ранее названий были сведены в синонимы. Это редкая в малакологии ситуация, поскольку обычно при проведении молекулярных исследований результатом оказывается нахождение комплексов криптических видов, тогда как в нашем случае было показано существование множественных синонимов. Для вида Cryptogemma phymatias, обитающего глубже 1400 м, было доказано распространение и в Тихом и в Атлантическом океане, что является первым подобным случаем для брюхоногих моллюсков. Результаты работы опубликованы в Zoological Journal Linnean Society. За отчётный год были продолжены исследования филогении и таксономии коноидей семейства Raphitomidae в глубоководных местообитаниях района Австралии. Исследовано около 310 образцов; выполнены вскрытия, препарирования радулы, анализ изменчивости раковины, тотальное секвенирование фрагмента гена cox1 и выборочное для 16S рРНК, 12S рРНК, 28S рРНК и Н3. На основании интегративного анализа этих данных определены границы видов, и выполнено их сравнение с фаунами смежных биогеографических провинций. Наши результаты демонстрируют уникальность глубоководной фауны Юго-Восточной Австралии, характеризующейся высокой степенью эндемизма на родовом и видовом уровнях. Двенадцать выявленных клад состоят только или преимущественно из неописанных видов; в каждой из таких клад описано по одному виду, наиболее полно представленных в нашем материале, и описанный вид установлен типовым для нового рода. Таким образом описаны новые для науки рода Glaciotomella, Globodaphne, Fusobela, Trochodaphne, Gladiobela, Pueridaphne, Pagodibela, Austrotheta, Biconitoma, Aplotoma, Nodothauma, Austrobela. Результаты проведённых исследований опубликованы высоко-рейтинговым журналом Zoological Journal of the Linnaean Society. Отдельно проведена ревизия описанных нами родов рафитомид Pagodibela и Gladiobela. На основании морфологических и молекулярных данных, предложено 14 первичных видовых гипотез (PSH), для девяти из которых подтверждён видовой статус, семь из этих видов были формально описаны. Из них пять были отнесены к Gladiobela (три из которых являются эндемиками Австралии), а два к Pagodibela (один эндемик для южной Австралии). Ревизия этих родов принята к печать журналом Invertebrate Systematics. Завершена таксономическая ревизия глубоководного рода Sibogasyrinx (сем. Cochlespiridae, Conoidea). Секвенированы все доступные по этому роду образцы из Национального музея естественной истории Франции и Австралийского музея (55 экземпляров) по гену cox1. Использование методов ABGD и GMYC подтвердило наличие 10 видов. Ранее в род было три известных вида, один из которых, Sibogasyrinx archibenthalis (Powell, 1969), отсутствовал в нашем материале. Два вида оказались конхологическими двойниками, морфологически не отличимыми от S. pyramidalis, типового вида рода. Поскольку наш материал не всключал типового местонахождения (Индонезия), в настоящее время не представляется возможным решить, какой из нах является настоящим S. pyramidalis. 7 видов оказались новыми для науки. Виды Sibogasyrinx формируют три хорошо поддержанных клады, причем для каждой из них характерна своя морфология радулы. Конхологически сходные с Sibogasyrinx виды Leucosyrinx (сем. Pseudomelatomidae) имеют принципиально другую радулу и могут быть достоверно диагностированы по этому признаку. По результатам подготовлена статья в European Journal of Taxonomy. Молекулярно-филогенетический анализ выявил 18 видов семейства Ovulidae в материале, собранном во Вьетнаме, причем 13 из них отмечены во Вьетнаме впервые. Таким образом, подтверждённое разнообразие фауны семейства Ovulidae во Вьетнаме на данный момент насчитывает 26 видов. Для двух из обнаруженных видов филогенетический анализ по гену cox1 показал наличие двух отдельных митохондриальных линий. Несмотря на существенные отличия в морфологии и спектру заселяемых хозяев, в обоих случаях мы вынуждены относить дивергировавшие митохондриальные линии к одному виду, поскольку на филогенетических деревьях, по ядерному гену 28S рРНК они не образуют единые кластеры, и (в случае P. rosea), дивергировавшие митохондриальные линии аллопатричны. В обоих этих случаях можно говорить о начавшемся процессе видообразования драйвером которого, скорее всего, выступила специализация к определенному роду кораллов-хозяев. В ходе экспедиции на острова Спратли (Южно-Китайское море) впервые найдены два вида Eulimidae, Stilapex zebra и Pyramidelloides sp., паразитирующие на офиурах. Ранее моллюски-паразиты офиур были отмечены лишь в водах центрального Вьетнама (залив Нячанг). Офиуры вида Ophiothrix (Acanthophiothrix) purpurea были впервые отмечены в качестве хозяев, кроме того, было обнаружено явление гипер-симбиоза среди подвижных макробеспозвоночных животных: офиуры, заселенные моллюсками-паразитами, в свою очередь являются симбионтами мягких кораллов. По результатам опубликована работа в журнале Symbiosis. Были получены данные о трофических отношениях, возникающих между, моллюсками-паразитами семейства Eulimidae и их хозяевами с использованием метода анализа стабильных изотопов углерода и азота. Впервые получены данные по сравнению изотопного состава тканей моллюсков-паразитов и их хозяев: на примере трех видов симбионтов были обнаружены разные пищевые стратегии - моллюски Echineulima mittrei (паразиты морских ежей) питаются жировыми тканями своих хозяев, а моллюски рода Stilifer (Stilifer utinomi и Stilifer variabilis), формирующие галлы в морских звездах, проникают своим хоботом в пищеварительную систему хозяина и поглощают оттуда пищевые частицы. По результатам исследования трофических связей между паразитическими брюхоногими моллюсками и их хозяевами было опубликованы две статьи.

 

Публикации

1. Дгебуадзе П.Ю., Деарт Ю.В.,Куэт Д.Х. First record of eulimids on brittle stars from Spratly Islands Symbiosis, 81 (год публикации - 2020).

2. Дгебуадзе П.Ю., Мехова Е.С., Тхань Н.Т.Н., Залота А.К. Diet relationships between parasitic gastropods Echineulima mittrei (Gastropoda: Eulimidae) and sea urchin Diadema setosum (Echinoidea: Diadematidae) hosts Marine Biology, 167:150 (год публикации - 2020).

3. Захариас П., Кантор Ю.И., Федосов А.Э., Крисчионе Ф., Халлан А., Кано Я., Бардан Дж., Пулляндре Н. Just the once will not hurt: DNA suggests species lumping over two oceans in deep-sea snails (Cryptogemma) Zoological Journal of the Linnean Society, 190: 532–557 (год публикации - 2020).

4. Звонарева С.С., Мехова Е.С., Хоанг З.Т., Нгуйен Т.Х.Т., Во Т.Х., Федосов А.Э. Diversity and relationships of shallow-water Ovulidae (Mollusca: Gastropoda) of Vietnam Archiv für Molluskenkunde, 149 (2), 113-146 (год публикации - 2020).

5. Кантор Ю.И., Кастелян М., Федосов А.Э., Буше Ф. The Indo-Pacific Amalda (Neogastropoda, Olivoidea, Ancillariidae) revisited with molecular data, with special emphasis on New Caledonia European Journal of Taxonomy, 706: 1–59 (год публикации - 2020).

6. Кантор Ю.И., Косьян А.Р., Сорокин П., Герберт Д.Г., Федосов А.Э. Review of the abysso-hadal genus Bayerius (Gastropoda: Neogastropoda: Buccinidae) from the North-West Pacific, with description of two new species Deep-Sea Research Part I, 160: 103256 (год публикации - 2020).

7. Крисчионе, Ф., Халлан, А., Пулляндр, Н., Федосов А.Э. Where the snails have no name: A molecular phylogeny of Raphitomidae (Neogastropoda: Conoidea) uncovers vast unexplored diversity in the deep seas of temperate southern and eastern Australia. Zoological Journal of the Linnean Society, - (год публикации - 2020).

8. Мехова Е.С., Дгебуадзе П.Ю. Trophic interactions between gall-forming molluscs Stilifer spp. (Gastropoda: Eulimidae) and their hosts (Echinodermata) Ruthenica, Russian Malacological Journal, 30(4): 195-202 (год публикации - 2020).

9. Халлан, А., Крисчионе, Ф., Федосов, А., Пулляндр, Н. Few and far apart: integrative taxonomy of Australian species of Gladiobela and Pagodibela (Conoidea: Raphitomidae) reveals patterns of wide distributions and low abundance. Invertebrate Systematics, - (год публикации - 2021).


Возможность практического использования результатов
нет