Аннотация результатов, полученных в 2022 году
“Проблема вида” и внутривидовой дифференциации являются одними из наиболее актуальных вопросов в биологии. Большой интерес для исследователей представляют эволюционно молодые внутривидовые формы, полувиды, хромосомные расы. Одной из таксономически проблемных групп мелких млекопитающих является подрод Stenocranius. Узкочерепная полевка Lasiopodomys (Stenocranius) gregalis sensu lato - генетически дифференцированный вид, представленный четырьмя основными митохондриальными линиями A, B, C и D, последняя была выделена в отдельный криптический вид L. raddei. Виды обитают парапатрично на территории Забайкалья, ареал L. raddei практически окружен ареалом L. gregalis. Часть границы, проходящую по территории Восточной Монголии, сложно объяснить какими-то явными географическими преградами, тем не менее, не обнаружено мест, где виды обитают симпатрично. На территории Тувы наблюдается стык ареалов трех генетических линий L. gregalis sensu stricto (A, B и C), но, несмотря на наличие коридоров пригодных биотопов между ареалами, линии достаточно хорошо генетически изолированы друг от друга за исключением единственной гибридной зоны между ареалами линий В и С. Такие зоны вторичного контакта являются очень удобными моделями для изучения механизмов изоляции и дальнейшего видообразования. Как уже было показано на основании анализа митохондриального гена цитохрома b (мт cytb), Алтае-Саянский регион является центром разнообразия L. gregalis, но, при том, что морфологическая и хромосомная изменчивость узкочерепной полевки была подробно изучена на основной части ареала вида, большая часть территории Алтае-Саянского региона до сих пор оставалась за рамками этих работ. Материала с данной территории для молекулярно-генетического анализа также было недостаточно. В рамках выполнения данного проекта был собран материал по узкочерепной полевке на территории Тувы и Забайкальского Края - пробы для генетического анализа, шкурки и черепа для морфологического анализа, суспензии костного мозга и культуры клеток для кариологического анализа, также были отловлены живые звери для экспериментальной гибридизации и последующего анализа мейоза у гибридов. Всего в ходе полевых работ этого года было отловлено 64 особи узкочерепных полёвок. Для выявления возможного потока генов между L. gregalis и L. raddei в Забайкалье был проведен анализ микросателлитных локусов. Показано, что в нескольких локалитетах наблюдается примесь аллелей другого вида, в частности, на северо-западной границе ареала L. raddei, где мы предполагали наличие географического барьера вдоль реки Шилка (Рис.1). Анализ мт cytb позволил уточнить ареалы распространения генетических линий в Алтае-Саянском регионе (Рис.2). Так, показано, что линия С населяет только восточную часть Тувинской и Турано-Уюкскую котловину. Тоджинская котловина оказалась населена представителями линии А, причем филогенетический анализ демонстрирует базальное положение этих экземпляров для всей территории от Южного Урала до Иркутской области, свидетельствуя о том, что, вероятно, северо-восточная Тува являлась источником расселения узкочерепных полевок на эти территории. По предварительным результатам краниометрического анализа (Рис.3) не видно четкой кластеризации, соответствующей дифференциации по генетическим данным. Полевки Тувы (линии С и В) хорошо отличается от остальных выборок полевок. Объединяются также забайкальские полевки, независимо от генетики (L. gregalis линия В и L. raddei). Возможно такие результаты связаны со смещенной выборкой: в анализе преобладают полевки из Тувы и Забайкалья. Не исключено, что расширение выборки изменит результат. Цитогенетический анализ выявил высокую степень внутривидовой кариотипической изменчивости у L. gregalis, вопреки опубликованным ранее данным о стабильном кариотипе 2n=36 на большей части ареала вида. Выявлено пять дополнительных кариотипических вариантов 2n=37, 38, 39, 40 и 41, изменчивость которых обусловлена 1-5 добавочными В-хромосомами, представляющими собой разнообразные по величине мелкие С-positive акроцентрики. Ни у одного из представителей L. raddei не выявлено добавочных хромосом, 2n=36 (Рис.4). У L. gregalis доля полиморфных кариотипов варьирует внутри мт линий и составляет 2% у линии А, 57% у линии В, а среди полевок линии С вообще отсутствуют кариотипы с 2n=36. На основе флуоресцентной in situ гибридизации было показано, что сигналы теломерной ДНК локализованы на терминальных концах всех аутосом и половых хромосом. Таким образом, линия С L. gregalis оказывается очень своеобразной как по цитогенетическим, так и по краниометрическим характеристикам. При этом, несмотря на очень узкий ареал, группа крайне цитогенетически разнородна (демонстрирует все варианты кариотипов 2n=37-41 кроме стандартного), изменчивость мт cytb у неё также сильно выше, чем у L. raddei, ареал которого обширнее на порядок. Информация о проекте опубликована на сайте ResearchGate https://www.researchgate.net/project/Mechanisms-of-population-differentiation-and-speciation-in-mammals-narrow-headed-voles-of-the-subgenus-Stenocranius-as-an-example

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Комплекс узкочерепных полевок (подрод Stenocranius) представлен двумя криптическими видами – L. raddei и L. gregalis, который подразделён на три хорошо дифференцированные линии A, B и C. Виды обитают парапатрично на территории Забайкалья. На территории Тувы существует потенциальная зона контакта ареалов трех генетических линий L. gregalis, но, несмотря на наличие коридоров пригодных биотопов между ареалами, линии достаточно хорошо генетически изолированы друг от друга. За отчетный период нами был собран материал по узкочерепной полевке на территории Тувы и Монголии – пробы для генетического анализа, шкурки и черепа для морфологического анализа, суспензии митотических хромосом из костного мозга и первичных культур фибробластов для кариологического анализа. Анализ новых данных из пограничной зоны между ареалами криптических видов подтвердил, что ареал L. raddei почти окружен ареалом L. gregalis (Рис.1). Виды строго парапатричны, без единого выявленного случая симпатрии, и такая картина была бы ожидаема, если бы эти виды были полностью репродуктивно изолированы. Хотя микросателлитные локусы демонстрируют следы гибридизации в нескольких популяциях (Рис.1), генотипирование BRCA1 не выявило интрогрессии митохондриального (мт) генома, полностью повторяя картину, продемонстрированную мт цитохромом b (cytb). По результатам моделирования экологической ниши можно предположить, что L. gregalis и L. raddei характеризуются сходными (обусловленными одними и теми же факторами окружающей среды), но, тем не менее, существенно различающимися экологическими предпочтениями. До сих пор неясно, какие механизмы способствуют дифференциации популяций этих видов по всей зоне парапатрии. Расселение одного из видов на изолированные территории, вероятно, происходит во время асинхронных пиков численности; следовательно, “граница” между двумя видами может быть нестабильной. Для понимания истории формирования зоны парапатрии криптических видов мы провели филогеографический анализ для линии В L. gregalis – несмотря на отсутствие видимых географических барьеров, для этой группы была обнаружена хорошо выраженная филогеографическая структура. Источником распространения линии В в конце последнего межледниковья, вероятно, была территория Западной Монголии и юго-восточной Тувы. Митохондриальные кластеры в пределах этой линии оказались почти аллопатрическими, тем самым повторяя паттерн, наблюдаемый у узкочерепных полевок на более высоких таксономических уровнях. Моделирование экологической ниши для линии В L. gregalis и L. raddei в теплые и холодные периоды плейстоцена позволяет предположить, что группы различным образом реагировали на климатические колебания (Рис.2). Современная структура восточной части ареала линии В L. gregalis, по-видимому, является результатом конкурентных взаимодействий с L. raddei. Ареал L. raddei расширялся в холодные эпохи, приводя к фрагментации ареала L. gregalis (Рис.2В), и, напротив, резко сокращался в теплые периоды, что позволило представителям L. gregalis из Забайкалья проникнуть в Восточную Монголию (Рис.2А), практически окружив таким образом ареал L. raddei. Новые молекулярно-генетические данные позволили уточнить географическое распространение линий A, B и C в Туве. Линии полностью аллопатричны (Рис. 3). Единственный случай симпатрии линий В и С в окрестностях пос. Усть-Бурен оказался ошибкой, вызванной неправильной маркировкой тканей. Гипотеза о возможном гибридном происхождении популяции из пос. Балгазын на границе ареалов линий В и С не подтверждается по результатам анализа транскриптомов. Любопытно, что на всех таксономических уровнях у узкочерепных полёвок наблюдается отсутствие перемешивания популяций разных генетических групп. Так, мы не находим симпатрических популяций у криптических видов L. raddei и L. gregalis в Забайкалье (Рис.1), наблюдаем абсолютную аллопатрию линий A, B и C L. gregalis в Алтае-Саянском регионе (Рис.3). Чёткие митохондриальные кластеры характерны для широкоареальных линий А и В, причем в последнем случае (Рис.2А) такую картину сложно объяснить существенными географическими барьерами. В отсутствие барьеров генетическую изоляцию можно было бы объяснить какими-то поведенческими особенностями или механизмами постзиготической изоляции, но таких данных пока нет. По результатам краниометрического анализа (Рис.4) не видно четкой кластеризации, соответствующей дифференциации по генетическим данным. Полевки из Тувы (линии С и В) резко отличаются от остальных выборок полевок. Цитогенетический анализ выявил высокую степень внутривидовой кариотипической изменчивости у L. gregalis, вопреки опубликованным ранее данным о стабильном кариотипе 2n=36 на большей части ареала вида. Выявлено пять дополнительных кариотипических вариантов 2n=37–41, изменчивость которых обусловлена 1–5 добавочными В-хромосомами (Bs), представляющими собой разнообразные по величине мелкие С-positive акроцентрики. Доля особей с Bs сильно варьирует между линиями L. gregalis, и составляет 2% у линии А, около 50% у линии В, а среди полевок линии С вообще отсутствуют кариотипы с 2n=36 (Рис.5). Ни у одного из представителей L. raddei не выявлено Bs, 2n=36. На основе флуоресцентной in situ гибридизации было показано, что сигналы теломерной ДНК локализованы на терминальных концах всех аутосом, половых хромосом, а также Вs. Не выявлено интерстициальных сигналов теломерной ДНК. Локализация и количество кластеров рибосомальной ДНК на хромосомах А-набора значительно варьировало как между двумя сестринскими видами, так и между тремя генетическими линиями L. gregalis. На Вs кластеры рДНК либо совсем отсутствовали, либо были выявлены в интерстициальных районах или на одном или двух терминальных концах хромосом. Резюмируя сказанное выше, линия С L. gregalis оказывается очень своеобразной как по цитогенетическим, так и по краниометрическим характеристикам. При этом, несмотря на очень узкий ареал, группа крайне цитогенетически разнородна (демонстрирует все варианты кариотипов 2n=37–41 кроме стандартного 2n=36), изменчивость мт cytb у неё также сильно выше, чем у L. raddei, ареал которого обширнее на порядок. Таким образом, линия C L. gregalis демонстрирует очень высокие эволюционные скорости и, безусловно, достойна присвоения ей, как минимум, статуса эволюционно значимой единицы (evolutionarily significant unit, ESU). С территории ее распространения не был описан ни один подвид узкочерепных полевок, публикация с описанием нового таксона в работе. Механизмы происхождения Bs у L. gregalis остаются неясными. Тем не менее, наши результаты показывают, что специфические особенности распределения С-гетерохроматина на метафазных (митотических) Bs и гетерохроматина H3K9me3 на мейо-Bs очень похожи на эти особенности в Y-хромосоме (Рис.6 E,F). Эти характеристики, вместе с локализацией мейо-Bs и X- и Y-хромосом в одном и том же домене хроматина, половом тельце (Рис.6 B,С), позволяют предположить, что Bs L. gregalis могли возникнуть из половых хромосом. Остается загадкой тот факт, что Bs обнаруживаются у L. gregalis только на территории Южной Сибири. Рубцов и Борисов (2018) выдвигали гипотезу о гибридогенной природе Bs, однако, пока нет доказанных случаев у млекопитающих. Эта гипотеза очень интересна в случае узкочерепных полевок. В Алтае-Саянском регионе, где наблюдается максимальное кариотипическое разнообразие L. gregalis (и найдена единственная особь, несущая Bs, из широко распространенной линии A), мы видим потенциальную вторичную зону контакта трех молодых групп (линии A, B и C), которые еще не приобрели строгих репродуктивных барьеров, но каким-то образом сохраняют свою генетическую изоляцию. Необходимы дальнейшие исследования для выяснения происхождения, механизмов наследования и стабильности Bs в популяциях L. gregalis. Отчет об участии Павловой С.В. в 5-ой Международной конференции по В-хромосомам в Сербии: https://sev-in.ru/node/3388 Заметка об изучении зоны парапатрии криптических видов в Забайкалье https://sev-in.ru/node/3385