Влияние изменений окружающей среды и демографических особенностей популяций на их генетическое разнообразие

• Автор: Фазалова, Варвара Равильевна
• Шифр специальности: 03.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы
Эволюционные изменения генетического разнообразия популяций
Вариация скорости молекулярной эволюции
Анализ генетического разнообразия популяций
Моделирование эволюционных процессов
Эволюция нейтральных маркеров
Влияние изменений окружающей среды на генетическое разнообразие популяций
Основные характеристики озера Байкал
Очерк биологии объектов исследования
Глава 2. Материалы и методы
Описание модели
Свойства особей и популяции
Размножение
Добавление нейтрального маркера эволюции
Оценка скорости эволюции у представителей отряда Testudines (Черепахи)
Оценка скорости эволюции у байкальских брюхоногих моллюсков
Сбор материала, экстракция ДНК, амплификация, и секвенирование
Филогеографический анализ и реконструкция демографических историй
Глава 3. Результаты и обсуждение
3.1. Влияние возрастной структуры популяции на скорость молекулярной эволюции и
генетическое разнообразие
Поведение модели: результаты численных экспериментов
Аналитическое исследование модели
Сравнение результатов модели с реальными данными
Обсуждение
3.2. Влияние изменений окружающей среды на генетическое разнообразие популяций
байкальских беспозвоночных
Генетическое разнообразие исследованных популяций и результаты
филогеографического анализа
Реконструкция демографических историй
Обсуждение
Заключение
Выводы
Список литературы
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Исследование механизмов формирования современного генетического разнообразия является одним из важнейших разделов биологии. При изучении факторов, влияющих на генетическую структуру популяций, существует сложность выбора подходящего маркера для адекватного отражения процессов на популяционном уровне; кроме того, изменение частот генов в природных популяциях протекает очень медленно, в так называемом эволюционном масштабе времени. Тем не менее, в последние несколько лет в этой области биологии произошел значительный прогресс, обусловленный двумя причинами. Во-первых, при исследовании генетического разнообразия популяций все более широко стали использоваться молекулярные маркеры генетических процессов благодаря доступности методологии секвенирования нуклеотидных
последовательностей. Во-вторых, развитие вычислительных технологий привело к развитию теоретических исследований с применением индивидуально-ориентированных моделей эволюционной динамики популяций, целью которых стало исследование механизмов тех эволюционных событий, которые из-за своей длительности не могут быть исследованы экспериментальным путем.
Г енетическая структура популяций зависит от баланса противодействующих процессов, направленных на увеличение или потерю генетического разнообразия. Например, генетическое разнообразие популяции может быть увеличено при появлении мутаций или установлении потока генов с соседствующей популяцией. С другой стороны, снижение генетического разнообразия может произойти, например, под действием генетического дрейфа (в некоторых случаях опосредованного снижением численности популяций) или под влиянием очищающего отбора.
Генетическое разнообразие популяций определяется частотами генов, причем распространение генов зависит от выживания и последующего
размножения отдельных особей в популяции. В свою очередь, вероятность выживания и размножения отдельной особи определяется демографическими особенностями популяции: максимальной продолжительностью жизни, уровнем смертности ювенильных особей, возрастом половозрелости, числом потомков. Поэтому необходим подробный учет демографических особенностей природных популяций при исследовании эволюционных процессов, что может привести к существенному прогрессу в понимании механизмов их взаимодействия. Учет подробностей популяционной структуры возможен при использовании индивидуально-ориентированного моделирования процессов эволюции. В отличие от детерминированных моделей популяций, которые описывают свойства «средней» особи, пренебрегая индивидуальными характеристиками организмов, индивидуально-ориентированные моделирование способно учитывать взаимодействие отдельных особей, их рост и развитие, а также возможности особей адаптироваться к окружающей среде и изменять ее.
Изменение условий окружающей среды часто считают ключевым фактором, вызывающим изменения генетического разнообразия популяций. Причем под изменением условий среды может подразумевается несколько факторов: изменение количества пищи, доступности местообитаний, а также многие абиотические изменения. Многие работы, посвященные влиянию изменений условий среды (глобальных изменений климата) на генетическое разнообразие популяций, подробно исследовали влияние географической изоляции или влияние снижения доступности местообитаний на генетическое разнообразие популяций. Однако влияние изменений условий среды не ограничивается только географическими трансформациями ареалов. Поэтому важно исследовать генетическое разнообразие в тех экосистемах, где при изменении условий окружающей среды не возникала географическая изоляции. В таких экосистемах возможно отличить влияние генетического дрейфа в изолированных популяциях от других факторов, влияющих на генетическое разнообразие популяций, таких как изменение численности или

1. Достаточно небольшое количество особей видов В. шгг^опта и В. carinatocostata использовалось в работе из-за редкой встречаемости этих гастропод, что отражает ранее описанную редкость этих видов (Кожов, 1936). Экстракция ДНК, амплификация, и очистка ПЦР продукта для вида М. кегйепапа была выполнена по протоколу, описанному ниже. Этапы от экстракции ДНК до секвенирования нуклеотидных последовательностей для других видов беспозвоночных проводилась моими коллегами, протоколы опубликованы в работах (Гоманенко и др. 2005) и (Перетолчина и др. 2007).
Таблица 2.3. Станции сбора [в скобках указан номер станции] и количество образцов для каждого исследованного вида
Место сбора В. carinata В. carinatocostata В. turriformis G. fasciatus М. herderiana
Река Ангара [ 11 - - - 1 -
Муринская Банка [2] 14 2
Утулик [3] 3 - - - -
Култук [4] 5 6 3
Бухта Половинная [5] - 4 5 17
Листвянка [6] - - 10 7
Большие Коты [7] 2 - 3
Варначка [8] - - 4 - -
Бухта Песчаная [9] 3 5 - 4 -
Бугульдейка[10] 2 - - 3
Бухта Тутайская [11] 7 - - - -
Ольхонские ворота [12] 21 2 - 2 -
Мыс Зунду к [13] - - - 3 -
Всего: 57 19 25 43
ДНК экстрагировалась по модифицированным методам Дойла и Диксона (Doyle and Dickson 1987) и Соколова (Sokolov 2000). Этапы выделения ДНК были следующими:.
1. Фиксированный спиртом образец промывался дистиллированной водой три раза по 20 минут.