Использование маркеров митохондриального ДНК в отслеживании путей распространения уссурийского полиграфа в Сибири




Дата канвертавання26.04.2016
Памер27.8 Kb.
Использование маркеров митохондриального ДНК в отслеживании путей распространения уссурийского полиграфа в Сибири

Баранчиков Ю.Н. 1, Устьянцев К.В. 2, Кононов А.В. 2, Блинов А.Г. 2



1 Институт леса им.В.Н.Сукачева СО РАН, Россия, baranchikov-yuri@yandex.ru

2 Институт цитологии и генетики СО РАН, Россия
Уссурийский полиграф Polygraphus proximus Bladford (Coleoptera, Curculionidae, Scolytinae) является относительно недавним дальневосточным инвайдером в пихтовых лесах и декоративных посадках пихты в Южной Сибири и в Европейской части России (в Московском регионе). В Красноярском крае самые ранние повреждения пихт полиграфом датированы, по дендрохронологическим данным, началом 1970-х годов (Баранчиков и др., 2014). В настоящее время этот вид, совместно с ассоциированным офиостомовым грибом Grosmannia aoshimae (Ohtaka et Masuya) Masuya et Yamaoka, является одним из главных факторов патологии лесов из пихты Abies sibirica Ledeb. в связи с малым прессом со стороны паразитом и отсутствием устойчивости у местной пихты к инвазийному тандему.

Мы постарались отследить распространение полиграфа при помощи молекулярных методов. Изучали генетическую изменчивость последовательностей генов цитохромоксидазы I и II митохондриального ДНК у 309 жуков полиграфа из 22 популяций, собранных в Японии, на Сахалине, в Хабаровском и Красноярском краях, Томской, Новосибирской и Кемеровской областях, Республиках Хакасия и Алтай, в г.Москве.

Анализ объединенных последовательностей COI и COII жуков позволил выявить 18 гаплотипов, принадлежащих, согласно методу максимального правдоподобия, к пяти группам. Гаплотипы четырех из пяти групп присутствовали в дальневосточных популяциях полиграфа, трех групп – в московской популяции, в то время как японской и двум сибирским популяциям принадлежали гаплотипы только одной (но разной) группы. Распределения гаплотипов в начальном и вторичном ареалах полиграфа четко демонстрировали инвазийную природу сибирских и европейской популяций P. proximus. Наборы гаплотипов дальневосточных популяций оказались наиболее изменчивыми и содержали гаплотипы из всех групп, обнаруженных на континенте. Хотя японские популяции и были четко отличны от континентальных, им также была свойственна высокая изменчивость. По контрасту, инвазийные Западно-Сибирские (Томск, Кемерово, Новосибирск и Алтай) и Восточно-Сибирское (Красноярск) популяции имели каждый только по два гаплотипа и каждая из этих пар была полностью отличной. При этом три из этих четырех гаплотипов присутствовали на Дальнем Востоке. Все это привело к низкой генетической изменчивости в сибирских популяциях, свойственной обычному при интродукции эффекту «бутылочного горлышка», и позволило предположить, что инвазии в Западную и Восточную Сибирь были независимыми друг от друга.

На запад полиграф пришел по Транссибирской магистрали в вагонах с древесиной или в неокоренных вагонных стойках. Детали локальных распространений могут быть отслежены по особенностям гаплотипов. К примеру, популяции полиграфа на восточном склоне Кузнецкого Алатау обладают иным, «красноярским» набором гаплотипов, нежели популяции на западном склоне. Изначально, по-видимому, жуки попали на хребет с грузами по ветке Ачинск-Белогорск в начале 1960х. Затем они самостоятельно продвигались на юг со средней скоростью 2-3 км/год. Жуки с гаплотипами восточно-сибирской группы были недавно найдены близ станций Балыкса и Лужба на железнодорожной ветке Новокузнецк-Абакан.

Работа частично поддержана средствами РФФИ (грант 14-04-01235а).
Mitohondrial DNA markers in pathway tracing of the four-eyed fir bark beetle invasion in Siberia
Baranchikov Yu.N.1, Ustyantsev K.V.2, Kononov A.V. 2, Blinov A.G. 2

1V.N.Sukachev Institute of Forest SB RASc, Russia, baranchikov-yuri@yandex.ru

2Institute of cytology and genetics SB RASc., Russia
A four-eyed fir bark beetle Polygraphus proximus Bladford (Coleoptera, Curculionidae, Scolytinae) is a relatively recent Far Eastern invader in fir forest and ornamental fir stands in Southern Siberia and European part of Russia (Moscow region). In Krasnoyarsk Kray its earliest damage occasion was dated back to 1970ies by dendrochronological methods (Baranchikov et al., 2014). Nowadays this species (with associated ophiostomal fungus Grosmannia aoshimae (Ohtaka et Masuya) Masuya et Yamaoka ) is one of the main threats of Siberian fir (Abies sibirica Ledeb.) forest in Southern Siberia because of a natural enemies shortage and luck of resistance in a new host plant to this invasive tandem.

We tried to trace pathways of P. proximus westward invasion using molecular methods. We studied genetic variation of partial mitochondrial sequences of the cytochrome oxidase subunit I and II genes in 309 specimens of bark beetle from 22 pest populations located in Japan, Sakhalin, Primorye, Khabarovsk and Krasnoyarsk Kray, Tomsk, Novosibirsk and Kemerovo Oblast, Republics of Khakasiya and Altay, city of Moscow and its suburbs.

Both the COI and the COII sequences obtained were concatenated and then were treated as new sequences which were subsequently compared. Among these sequences overall 18 haplotypes were identified with the partition into five groups according to the maximum-likelihood analysis. Four of the five groups were present in beetle’s aboriginal Far Eastern populations, three of the five - in introduced European populations from Moscow region, while only one (but different) group was present in each of the invasive Siberian populations and aboriginal Japan population. The haplotype distribution over initial and secondary parts of P. proximus range clearly demonstrates an invasive nature of Siberian and European population of his bark beetle. The native Far Eastern populations appear to be most variable and comprise haplotypes from all groups revealed at the continent. Although, the Japan populations were apparently genetically distinct from the continental ones, the relatively high level of diversity was observed for them, thus, providing the example of the second naturally evolving but isolated populations. In contrast, the introduced West (Tomsk, Kemerovo, Novosibirsk and Altay) and East Siberia (Krasnoyarsk) populations have only two haplotypes each and these pairs are entirely different (with three of them being presented in the Far East populations). That has led to the substantially lower genetic variability observed which is typical for the “bottle neck” effect during invasions and allowed us to suggest that introductions into the West and East Siberia regions were independent, since no overlapping in haplotype variants was found.

The main pathway of invasive mico-entomological tandem distribution is evident: wood and wagon poles of Trans-Sibrian rail road trains. Details of the local distribution pattern can be précised due to geography of haplotype distribution. For example, P. proximus populations on the Eastern slopes of Kuznetskiy Alatay Mountains have haplotypes entirely different fron ones on the Western slope. There, in Khakasiya, beetle populations have “Krasnoyarsk” set of COI-COII haplotypes. We can suggest that initially beetles were transported to the south of Transsib along the branch railway Achinsk-Belogorsk at the beginning of 1960s and than moved by itself to the South along ridge with the speed of appr. 2-3 km per year. Beetles with East Siberian haplotypes were found recently at Balyksa and Luzhba stations on the branch railway Novokuznetsk-Abakan.



This work was supported in part by the Russian Fund for Fundamental Research (grant 14-04-01235a).


База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка