Аннотация результатов, полученных в 2021 году
За отчетный период 362 образца европейской жемчужницы (Margaritifera margaritifera) были генотипированы по 9 микросателлитнsv локусам, а также у 370 образцов европейской жемчужницы были отсеквенированы фрагменты гена цитохром-оксидазы I субъединицы (COI). Для выделения ДНК были использованы зафиксированные в спирте образцы мягких тканей M. margaritifera из коллекций Российского музея центров биологического разнообразия Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова УрО РАН (РМБР ФИЦКИА УрО РАН) и из коллекции Карельского научного центра РАН. Генотипирование по ядерным маркерам проводилось в лаборатории Мюнхенского технического университета, Германия. Были отобраны девять микросателлитных локусов с различными уровнями полиморфизма: восемь локусов (MarMa2671, MarMa3050, MarMa3621, MarMa4143, MarMa4322, MarMa4726, MarMa5167, MarMa5280 и MarMa5023). В среднем 9,1 аллелей (стандартное отклонение SD=4,5) обнаружено для девяти микросателлитных локусов, использованных в данном исследовании. В исследованном наборе последовательностей гена COI M. margaritifera было идентифицировано в общей сложности 32 гаплотипа. Группы, соответствующими морскими бассейнами, имеют относительно высокий уровень гаплотипического разнообразия со средним значением Hd, варьирующим от 0,35 ± 0,12 в группе иберийских популяций до 0,89 ± 0,075 в группе популяций северо-западного побережья Атлантики. В то же время все группы имеют крайне низкий уровень нуклеотидного разнообразия со средним значением π, которое не превышает 0,004 ± 0,002. Полученные микросателлитный и митохондриальный наборы данных были использованы для расчетов популяционных индексов и статистик (частоты аллелей, среднее числа аллелей на локус (A), ожидаемая и наблюдаемая гетерозиготности (HE, HO), тесты на нейтральность, частотные распределния попарного несоответствия), оценки уровня дивергенции между популяциями (FST генетические дистанции, дискриминантный анализ главных компонент (DAPC), генетическая дисперсия AMOVA) и реконструкции путей расселения европейской жемчужницы в голоцене (медианная сеть гаплотипов). Аллельная изменчивость, выраженная средним числом аллелей на локус (A) и аллельным разнообразием (AR), сильно варьирует в популяциях, относящихся к бассейну Белого моря. Микросателлитные маркеры, использованные в данном исследовании, показали низкую степень генетической дифференциации среди большинства популяций пресноводной жемчужницы с общим средним значением FST дистанций 0,135 (SD=0,07). Согласно DAPC, наиболее дистантны популяции рек Тухка и Тавайоки, принадлежащие к верхней части бассейна реки Кеми. К одному кластеру принадлежат реки Лопшеньга (Онежский п-ов), Вожма и Нурис (бассейн Кеми). Генетически близки друг к другу оказались реки бассейна Балтийского моря (Пейпия, Хоринка, Вожма) и Белого моря (Солза, Нименьга, Малошуйка). Географически и генетически обособлены популяции рек Лотта, Наутсйоки и Машйоки, относящиеся к бассейну Баренцева моря. При этом AMOVA, основанный на последовательностях гена COI, показал низкую генетическую дифференциацию как в глобальном, так и в региональном масштабе. Вклад внутрипопуляционной дисперсии в общую почти в четыре раза выше, чем вклад межпопуляционной изменчивости на уровне отдельных популяций, и почти в три раза выше на уровне групп популяций. Анализ генетических FST дистанций показал отсутствие дифференциации между популяциями из Северной Америки и из бассейнов Белого и Балтийского морей, а также низкую дифференциация между другими парами групп популяций, что указывает на относительно недавние и многочисленные связи между различными участками ареала жемчужницы европейской. Статистически незначимые генетические различия между североамериканскими и беломорскими популяциями M. margaritifera поддерживают гипотезу о том, что беломорские популяции атлантического лосося были реколонизированы из ледникового рефугиума, расположенного где-то в западной части Атлантического океана. С другой стороны, медианная сеть гаплотипов COI позволяет увидеть 23 уникальных гаплотипа. Мы предполагаем, что уникальные гаплотипы в современных популяциях происходят из популяций, которые в период последнего ледникового максимума существовали в рефугиумах связанных с Беломорским ледниковым озером и Балтийским ледниковым озером. Также наши данные подтверждают существование существования иберийского пресноводного ледникового рефугиума, который сыграл важную роль в эволюционной истории пресноводных моллюсков. Проведено моделирование распространения жемчужницы европейской на основе координат точек находок и климатических баз данных. Средние температуры воздуха летнего сезона были получены из базы данных по климату CRU TS v. 3.23. Пространственное распределение климатически подходящих районов для популяций M. margaritifera по всей Европе было смоделировано современных климатических условий, а для будущих климатических сценариев по двум репрезентативным прогнозам концентрации углекислого газа в атмосфере (RCP): умеренный - 4,5 и экстремальный - 8,5. Согласно пространственному моделированию, подходящие для обитания M. margaritifera области сократились после потепления климата в период 1991-2010 годов. В соответствии с нашими моделями, в настоящее время жизнеспособные популяции в основном сохранились в Северной Европе и в северной части Британских островов, но большая часть прежнего ареала, по-видимому, неблагоприятна или даже непригодна для этого вида. Пространственные модели климатически пригодных территорий в период 2061-2065 гг. при умеренном и экстремальном сценариях изменения климата предсказывают почти полное исчезновение пресноводной жемчужницы по всей Центральной и Южной Европе. Для прогнозирования динамики генетических кластеров, обусловленных изменениями климата, мы выполнили пространственное моделирование распределения кластеров в при современных климатических условиях с использованием программного обеспечения POPS. Также была смоделирована динамика генетические кластеров для сценариев изменения содержания углекислого газа в атмосфере и изменения климата в период до 2065 года (RCP 4.5 – рост температуры на 1.5 °С и RCP 8.5 – рост температуры на 2.5 °С). Установлено, что исследуемые популяции жемчужницы, в современных климатических условиях, с наибольшей вероятностью относятся к четырем генетическим кластерам. Пространственное моделирование показывает, что при обоих сценариях климатических изменений (RCP 4.5, RCP 8.5) количество кластеров сократиться, что приведет к гомогенизации генетической вариабельности. Согласно модели динамики генетических кластеров, популяции рек Кемь и Ухта с большой долей вероятности утратят значительную часть своего генетического разнообразия. Северные популяции европейской жемчужницы с их исключительным генетическим разнообразием, как по митохондриальному, так и по микросателлитным локусам, требуют особого внимания по их охране. Участки ареала, заселенные жемчужницей в постледниковый период, от Лапландии до Карелии, представляли собой очаги генетического разнообразия в пределах европейского ареала этого вида. Такие популяции как Кемь и Ухта должны рассматриваться как эволюционно-значимые единицы, требующие особого внимания и охраны.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За отчетный период (2022–2023 гг.) в ходе выполнения проекта были проведены полевые работы по отбору образцов мягких тканей особей U. сrassus и P. complanatа. Нелетальным методом были собраны образцы мягких тканей толстой перловицы Unio crassus (n=389) в бассейнах рек Оки, Дона, Камы, Западной Двины, Днепра, Невы, Луги, Нарвы и Хороты; и узкой беззубки Pseudanodonta complanata (n=76) в бассейнах рек Оки, Дона, Камы, Днепра, Невы и Нарвы. Используя опубликованные и неопубликованные фрагментов гена COI (n=815), относящихся к представителям комплекса видов U. crassus, мы сформировали наиболее полный набор последовательностей гена COI и на его основе провели филогенетический анализ группы. Для выделения филогенетических клад видового уровня были выделены молекулярные операционные таксономические единицы (MOTU) с помощью трех различных методов. Методы разграничения молекулярных видов, основанные на фрагментах генов COI показывают радиацию по 10 расходящимся линиям. Однако топологии митохондриальных филогений отличаются от тех, которые были получены с помощью данных AHE, которые показывают эволюционный паттерн, более соответствующий географическому распространению видов. В результате внутри комплекса криптических видов U. crassus выделены 12 молекулярных операционных таксономических единиц (MOTU). У U. crassus не выявлено четкой филогеографической структуры, но большее количество гаплотипов из Дуная может свидетельствовать о происхождении вида где-то в нижних частях этого бассейна. Был выполнен поиск микросателлитных маркеров в ядерном гноме P. complanatа, выделение и секвенирование обнаруженных микросателлитов; у 105 образцов узкой беззубки были отсеквенированы фрагменты гена цитохром-оксидазы I субъединицы (COI) и у 19 образцов фрагменты гена ND1. Для поиска микросателлитных фрагментов в ядерном геноме P. complanata мы протестировали набор из 16 микросателлитных локусов, разработанных для близкородственного моллюска утиной беззубки Anodonta anatina. В результате было успешно амплифицировано 10 последовательностей, восемь из которых идентифицированы как микросателлитные локусы P. complanata. Для обнаруженных локусов мы разработали восемь соответствующих праймеров. Длины обнаруженных микросателлитов варьируют в широком диапазоне от 122 до 234 пн. Все идентифицированные фрагменты представлены полиморфными динуклеотидными повторами. Было проведено генотипирование 210 образцов U. crassus по 8 микросателлитным локусам. Всего было выявлено 97 аллелей. Среднее число аллелей на локус (А) составило 5.8 ± 0.3. Во всех исследуемых микросателлитных локусах наблюдался высокий полиморфизм с числом аллелей (NA) от 6 до 18. Уникальные аллели (private alleles, AP), были обнаружены во всех локусах, кроме Uc39. По всем локусам наблюдается значительный дефицит гетерозиготных генотипов (Fis варьирует от 0.059 до 0.432). Все исследованные локусы значимо отклоняются от равновесия Харди–Вайнберга. Полученные микросателлитный и митохондриальный наборы данных были использованы для расчетов популяционных индексов и статистик, оценки уровня дивергенции между популяциями. Исследованный набор последовательностей гена COI охватывает ареал P. complanata на Восточно-Европейской (Русской) равнине и включает доступные последовательности из остальной части ареала в Европе. TSC сети гаплотипов COI и ND1 демонстрируют существование сильно дивергентной и изолированной внутривидовой генетической линий в бассейне реки Дона и широко распространенной линии, состоящей из нескольких близкородственных гаплотипов, происходящих от популяций по всему ареалу вида. Мы определили эту линию как общеевропейскую (panEUR). Линии DON и panEUR разделены 11 заменами на участке гена COI и 15 заменами на участке гена ND1. Дивергенция COI и ND1 линии DON исключительно высока в диапазоне 0.86–0.95 значений FST и превышает 2 % по p-дистанциям. Отклонение от нейтральности обнаружено для всех выделенных групп популяций. Наблюдаемые распределения несоответствия для линии panEUR демонстрируют унимодальный паттерн с преобладанием близкородственных образцов с нулевым несоответствием. Этот тип одномодального распределения иллюстрирует эффект основателя в ближайшем прошлом, который может быть следствием прохождения популяцией «бутылочного горлышка». Наблюдаемое распределение несоответствия для DON также является унимодальным, но гораздо более однородным с небольшим пиком на уровне 1 bp. Такая картина характерна для стабильную популяцию, которая в недалеком прошлом начала расти. Уровень внутривидовой митохондриальной дивергенции узкой беззубки и топология сетей гаплотипов однозначно свидетельствуют о существовании изолированной генетической линии в бассейне Дона. Чрезвычайно низкая генетическая дифференциация между группами популяций внутри линии panEUR указывает на высокий поток генов и подтверждает наше предположение о миграционных потоках через ареал вида. Из 389 особей U. crassus успешно генотипировать удалось 210 образцов. Набор данных по микросателлитным локусам был использован для популяционно-генетического анализа, охватывающего весь ареал вида на территории России. По всей видимости популяция р. Ирени образовалась в результате слияния ранее изолированных популяций и сейчас в ней идет интенсивный обмен генами, о чем свидетельствуют отклонение от нейтральности, отрицательный коэффициент инбридинга и высокий уровень генетического разнообразия. Наиболее высокими генетическим разнообразием отличаются популяции бассейнов Дона, Кубани и Днепра. Анализ филогенетического дерева, построенного на основании расчета матрицы Nei’s Da генетических дистанций, показывает наличие трех дивергентных кластеров. Наиболее сильным уровнем дифференциации характеризуются два популяционных кластера: популяции из бассейна реки Кубани и бассейна реки Волги. Оставшиеся популяции обособлены в отдельный кластер, представленный тремя подкластерами, ассоциированными с бассейнами Дона и Балтики. Межпопуляционная дифференциация толстой перловицы указывает на наличие бассейновой популяционно-генетической структуры связанной с водосборными бассейнами Кубани, Балтийского моря и Волги. Мы выполнили прогнозирование динамики генетических кластеров U. crassus, обусловленных изменениями климата при умеренном (RCP 4.5) и экстремальном (RCP 8.5) сценариях концентрации углекислого газа в атмосфере. Установлено, что наиболее вероятное число генетических кластеров, обусловленных переменными окружающей среды K=3. Модель распространения генетических кластеров свидетельствует, что популяция U. crassus в реке Ирень обладает уникальной генетической информацией пределах изученного ареала вида, что подчеркивает важность этой популяции для сохранения максимального генетического разнообразия толстой перловицы. Согласно прогнозной модели распределения кластеров, популяции в бассейнах Кубани и Дона в значительной степени утратят свое высокое генетическое разнообразие, ассоциированное с принадлежностью к кластеру 3. Таким образом продолжающееся изменение климата при самом неблагоприятном исходе с большой долей вероятности приведет к утрате значительной части генетического разнообразия в популяциях толстой перловицы на Русской равнине. Существование отдельной генетической линии P. complanata в бассейне реки Дона и высокое генетическое разнообразие в популяциях U. crassus из реки Кубани подтверждает значение стока Азовского моря как очага пресноводного биоразнообразия, имеющего большое природоохранное значение. Интенсивное антропогенное воздействие, а также уязвимость перед климатическими перестройками подчеркивают, что пресноводное биоразнообразие региона требует интенсивных усилий по изучению и эффективного управления природоохранной деятельностью на основе выделения приоритетных природоохранных единиц.