Гибридогенное видообразование без полиплоидии: возникновение и эволюция пре- и постзиготических барьеров между гибридными и родительскими формами

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 19-14-00202

НазваниеГибридогенное видообразование без полиплоидии: возникновение и эволюция пре- и постзиготических барьеров между гибридными и родительскими формами

Руководитель Лухтанов Владимир Александрович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Зоологический институт Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-105 - Эволюционная биология

Ключевые слова Межвидовая гибридизация, насекомые, видообразование, эволюция, репродуктивная изоляция, хромосомы, молекулярные маркеры, Lepidoptera, Homoptera, вид, биоразнообразие, сравнительная морфология

Код ГРНТИ34.03.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В течение последних 10-15 лет исследования в эволюционной биологии характеризовались повышенным интересом к проблеме межвидовой гибридизации. Работы многих авторов показали, что это явление встречается гораздо чаще чем предполагалось, а многие виды не только растений, но и животных имеют гибридное происхождение, не являясь при этом полиплоидами. Это говорит о том, что гибридизация на диплоидном уровне наряду с мутагенезом, естественным отбором, дрейфом генов и изоляцией является существенным фактором эволюционного процесса. Важная роль гибридогенного видообразования не была предсказана основными эволюционными теориями. Более того, ранее скорее предполагалась деструктивная роль гибридизации в эволюции. Поэтому причины относительно широкого распространения гомоплоидных гибридных видов требуют объяснения. В отличие от давно изучаемого видообразования через полиплоидию, плохо исследованными остаются генетические и экологические механизмы возникновения новых видов без изменения плоидности. Основной целью данного проекта является проверка гипотезы, согласно которой межвидовая гибридизация как таковая приводит у гибридных потомков к одновременному появлению признаков, отвечающих как за презиготическую репродуктивную изоляцию (например, за счет изменения параметров, влияющих на визуальное распознавание половых партнеров), так и за постзиготическую изоляцию (например, за счет возникновения новой комбинации хромосомных перестроек). Мы полагаем, что поскольку имеется синергизм в действии механизмов пре- и постзиготической изоляции (в частности, через механизмы усиления репродуктивной изоляции, reinforcement), то их одновременное появление и параллельная эволюция приводят к быстрому обособлению гибридной популяции от родительских форм и к последующему видообразованию. Для проверки этой гипотезы мы вначале сконцентрируемся на изучении обнаруженных в природе, а также полученных нами в лаборатории гибридных особей первого (одного из первых) поколений. Их исследование выявит морфологические и цитогенетические признаки, которые могут быть кандидатами на роль параметров, детерминирующих пре- и постзиготическую изоляцию. Затем эволюционная роль этих параметров будет проверена в лабораторных экспериментах по получению искусственных гомоплоидных гибридных линий, а также при изучении геномов, транскриптомов, кариотипов и морфотипов у природного гомоплоидного гибридного вида и его предковых форм. Последнее выявит структурные и регуляторные гены, изменения которых (а также изменения их экспрессии) индуцировали формирование презиготической изоляции, и хромосомные перестройки, фиксация которых вела к постзиготической изоляции. Все эти исследования будут проводиться на насекомых (преимущественно на бабочках, Lepidoptera). Отдельные аспекты эволюции видов гибридного происхождения, в частности возможность реверсии от триплоидного партеногенеза к диплоидной бисексуальности, будут изучены на псиллидах, Psylloidea (Homoptera). В результате будет предложено объяснение относительно частой встречаемости в природе диплоидных видов гибридного происхождения. Будет осуществлен прорыв в расшифровке механизмов гомоплоидного гибридного видообразования на генном и геномном уровнях (изменения генов и их экспрессии, перестройки кариотипа), а также на уровне фенотипа (изменения признаков, ответственных за репродуктивную изоляцию). С использованием методов транскриптомики, впервые будет дано обоснование классической (основанной на гибридной стерильности) модели хромосомного видообразования, одной из наиболее дискуссионных концепций генетики и теории эволюции. Расшифровка этих механизмов будет иметь значение и для практики, поскольку быстрое появление и высокая жизнеспособность гибридных линий и видов - это реальная, еще слабо учитываемая опасность в сохранении биоразнообразия: межвидовая гибридизация с видами-интродуцентами может приводить к вымиранию видов локальных фаун и флор. Только в 2018 году была осознана еще одна грозная опасность: появление вследствие межвидовой гибридизации новых линий насекомых-вредителей, наносящих колоссальный ущерб сельскому хозяйству.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Лухтанов В.А., Ефетов К.А., Данченко А.В. Karyotype reinvestigation does not confirm the presence of two cryptic species and interspecific hybridization in the Polyommatus (Agrodiaetus) damocles complex in the Crimea (Lepidoptera, Lycaenidae) Comparative Cytogenetics, 13, 3, 311-319 (год публикации - 2019)
10.3897/CompCytogen.v13i3.46777

2. Лухтанов В.А., Данченко А.В. Karyotype of Polyommatus (Agrodiaetus) eriwanensis Forster, 1960 and taxonomic position of P. (A.) interjectus de Lesse, 1960 (Lepidoptera, Lycaenidae) Comparative Cytogenetics, 13, 4, 359−366 (год публикации - 2019)
10.3897/CompCytogen.v13i4.46897

3. Ноккала К., Кузнецова В.Г., Рейне В., Ноккала С. Description of two new species of the genus Cacopsylla Ossiannilsson, 1970 (Hemiptera, Psylloidea) from northern Fennoscandia recognized by morphology, cytogenetic characters and COI barcode sequence Comparative Cytogenetics, 13, 4, 367-382 (год публикации - 2019)
10.3897/CompCytogen.v13i4.47395

4. Лухтанов В.А., Сураков А., Тихонов В., Захаров Е. Taxonomic rearrangement of the Erebia tyndarus species group (Lepidoptera, Nymphalidae, Satyrinae) based on analysis of COI barcodes, morphology and geographic distribution Folia Biologica (Kraków), 67(4) (год публикации - 2019)
10.3409/fb_67-4.00

5. Лухтанов В.А., Данченко А.В., Хакимов Ф.Р., Шарафутдинов Д., Паженкова Е.А. Karyotype evolution and flexible (conventional versus inverted) meiosis in insects with holocentric chromosomes: a case study based on Polyommatus butterflies Biological Journal of the Linnean Society, 130(4): 683-699 (год публикации - 2020)
10.1093/biolinnean/blaa077

6. Лухтанов В.А., Динка В., Фрайберг М., Вила Р., Виклунд К. Incomplete sterility of chromosomal hybrids: implications for karyotype evolution and homoploid hybrid speciation. Frontiers in Genetics, 11: 583827 (год публикации - 2020)
10.3389/fgene.2020.583827

7. Маресова Я., Бартонова А.С., Конвичка М., Хойе Т.Т., Гилг О, Крессе Ж.-К., Шаповал Н.А., Яковлев Р.В., Фриц З.Ф. The story of endurance: Biogeography and the evolutionary history of four Holarctic butterflies with different habitat requirements Journal of Biogeography, 10.1111/jbi.14022 (год публикации - 2020)
10.1111/jbi.14022

8. Лухтанов В.А., Дубатолов В.В. Phylogenetic position and taxonomic rearrangement of Davidina (Lepidoptera, Nymphalidae), an enigmatic butterfly genus new for Europe and America Zoological Journal of the Linnean Society, 190(3): 1036–1053 (год публикации - 2020)
10.1093/zoolinnean/zlaa104

9. Яковлев Р.В., Шаповал Н.А., Бахаев Ю.И., Куфтина Г.Н., Храмов Б.А. A new subspecies of Parnassius arcticus (Eisner, 1968) (Lepidoptera, Papilionidae) from the Momsky Range (Yakutia, Russia). Acta Biologica Sibirica, 6: 93–105. (год публикации - 2020)
10.3897/abs.6.e55925

10. Хинохоса Х.К., Даппорто Л., Брокман Е,. Динка В., Тихонов В., Гришин Н., Лухтанов В.А., Вила Р. Overlooked cryptic diversity in Muschampia (Lepidoptera: Hesperiidae) adds two species to the European butterfly fauna Zoological Journal of the Linnean Society (год публикации - 2020)

11. Лухтанов В.А., Данченко А.В., Балаян К.В., Гагарина А.В. Karyotype and DNA barcode of Polyommatus (Agrodiaetus) cyaneus (Staudinger, 1899) from its type locality: implication for taxonomic and evolutionary research in Polyommatus blue butterflies (Lepidoptera, Lycaenidae). Comparative Cytogenetics, 14(4): 567–575 (год публикации - 2020)
10.3897/compcytogen.v14.i4.59574

12. Паженкова Е.А., Лухтанов В.А. Genomic introgression from a distant congener in the Levant fritillary butterfly, Melitaea acentria. Molecular Ecology, 30(19), pp. 4819-4832 (год публикации - 2021)
10.1111/mec.16085

13. Махов И.А., Городилова Е.Ю., Лухтанов В.А. Sympatric occurrence of deeply diverged mitochondrial DNA lineages in Siberian geometrid moths (Lepidoptera, Geometridae): cryptic speciation, mitochondrial introgression, secondary admixture or effect of Wolbachia? Biological Journal of the Linnean Society, 134(2), pp. 342–365 (год публикации - 2021)
10.1093/biolinnean/blab089

14. Талавера Д., Лухтанов В.А., Пиерсe Н., Вила Р. DNA barcodes combined with multi-locus data of representative taxa can generate reliable higher-level phylogenies Systematic Biology, syab038 (год публикации - 2021)
10.1093/sysbio/syab038

15. Шаповал Н.А., Ноккала С., Ноккала К., Куфтина Г.Н., Кузнецова В.Г. The incidence of Wolbachia bacterial endosymbiont in bisexual and parthenogenetic populations of the psyllid genus Cacopsylla (Hemiptera, Psylloidea) Insects, 12(10), 853 (год публикации - 2021)
10.3390/insects12100853

16. Карагян Г., Лухтанов В.А., Мазманян М., Степанян И., Греджян Т., Абакумова А., Нестерова О. Genetic implications of a biological invasion: Chromosomal and DNA barcode monomorphism in Old World populations of Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata (Coleoptera: Chrysomelidae) European Journal of Entomology, 118, pp. 344–354 (год публикации - 2021)
10.14411/eje.2021.036

17. Крупицкий А.В., Шаповал Н.А., Шепетов Д.М., Екимова И.А., Лухтанов В.А. Phylogeny, species delimitation and biogeography of the endemic Palaearctic tribe Tomarini (Lepidoptera, Lycaenidae) Zoological Journal of the Linnean Society, zlab055 (год публикации - 2021)
10.1093/zoolinnean/zlab055

18. Лухтанов В.А., Данченко А.В. Chromosomal and DNA barcode analysis of the Polyommatus (Agrodiaetus) damone (Eversmann, 1841) species complex (Lepidoptera, Lycaenidae) Comparative Cytogenetics, 15(1), pp. 1–22 (год публикации - 2021)
10.3897/compcytogen.v15.i1.60347

19. Лухтанов В.А, Паженкова Е.А. The taxa of the Hyponephele lycaon – H. lupina species complex (Lepidoptera, Nymphalidae, Satyrinae): deep DNA barcode divergence despite morphological similarity Folia Biologica (Kraków), 69(1), pp. 11-21 (год публикации - 2021)
10.3409/fb_69-1.02

20. Лухтанов В.А., Гагарина А.В., Паженкова Е.А. Chromosomal and DNA barcode analysis of the Melitaea ala Staudinger, 1881 species complex (Lepidoptera, Nymphalidae) Comparative Cytogenetics, 15(2), pp. 199–216 (год публикации - 2021)
10.3897/compcytogen.v15.i2.66121

21. Махов И.А. Geometridae (Lepidoptera) of the Baikal region: keys to species and an annotated catalogue. Part 1. Ennominae Zootaxa, 4962 (1), pp. 001–125 (год публикации - 2021)
10.11646/zootaxa.4962.1.1

22. Князев С.А., Махов И.А., Матов А.Ю., Яковлев Р.В. Check-list of Macroheterocera (Insecta, Lepidoptera) collected in 2019 in Mongolia by Russian entomological expeditions Ecologica Montenegrina, 38, pp. 186-204 (год публикации - 2020)
10.37828/em.2020.38.27

23. Махов И.А., Лухтанов В.А. Пяденицы (Lepidoptera, Geometridae) Байкальского региона: уточнение видового состава и результаты молекулярного днк-баркодинга. Энтомологическое обозрение, 100(4), pp. 836-859 (год публикации - 2021)
10.31857/S0367144521040080

24. Шаповал Н.А., Яковлев Р.В., Куфтина Г.Н., Лухтанов В.А., Князев С.А., Романович А.Е., Крупицкий А.В. Identification of Natural Hybrids Between Ahlbergia frivaldszkyi (Lederer, 1853) and Callophrys rubi (Linnaeus, 1758) (Lepidoptera, Lycaenidae) Using Mitochondrial and Nuclear Markers. Insects (год публикации - 2021)

Публикации