ИСТИНА

Молекулярная филогенетика, систематика, эволюционная история, насекомоядные, грызуны, летучие мыши

We first sequenced 13 introns and cytochrome b from specimens of the three species of Neomys and two of the subspecies currently recognised in this genus. Species delimitation methods revealed the existence of four independently evolving lineages, two of which were the two subspecies considered, supporting their elevation to species status: N. anomalus and N. milleri. After estimating mutation rates from the mammalian orthologues, we determined that the split time for these two taxa was dated at 0.4 Myr ago. We sequenced the complete mitochondrial cytochrome b (cytb) gene and fragments of three nuclear loci of Chimarrogale. These data allowed us to provide new insights into the diversity of the Asiatic water shrews of Indochina. A new, highly divergent genetic lineage of Chimarrogale was found in southern Vietnam. Such finding represents the newest and southernmost records of Chimarrogale in Indochina. Morphological analysis classified the specimens from southern Vietnam as C. varennei proper, whereas the polymorphic C. himalayica, which contained at least four cytochrome b haplogroups, occurred in central and northern Vietnam and southern China. This distinct C. varennei lineage closely related to the C. platycephalus + C. leander clade suggests the existence of an unknown glacial refuge in Tay Nguyen Plateau, southern Vietnam. Because the Bornean C. phaeura (i) was sister-group of the rest of Chimarrogale sensu lato and (ii) had a high genetic divergence (~15% for cytochrome b) and geographical isolation, we suggest that C. phaeura be placed into a separate genus, Crossogale Thomas, 1921. This genus should also include C. sumatrana (Sumatra) and C. hantu (Peninsular Malaysia). On those grounds, we propose a new classification system for Asiatic water shrews. We study the molecular phylogenetic position of the Gansu mole, Scapanulus oweni based on mitochondrial cytb gene and five nuclear genes. Our data recover a monophyly of Scalopini tribe including S. oweni and show that two highly fossorial talpid tribes, Talpini and Scalopini, are not immediate sister taxa. These results provide the first genetic evidence to date for convergent evolution in extremely fossorial talpids. We examined diversity of 6 microsatellite loci and partial RAG1 exon of “barabensis” and “pseudogriseus” karyoformes in Cricetulus barabensis sensu lato species complex. 435 specimens from 68 localities ranging from Altai to Far East were investigated. The results of the population structure analysis (Factor Analysis and NJ tree based on Nei genetic distances) support subdivision into two well-differentiated clusters corresponding to the two karyoformes. Also these karyoformes are well differentiated by the level of microsatellite variability. In several “barabensis” specimens we found microsatellite alelles which are common in “pseudogriseus” populations but are otherwise absent in “barabensis”. Most of these specimens originate from a single population in one of the zones of potential contact between karyoformes- Kharkhorin in Central Mongolia. These molecular results are concordant with previously published karyological data in suggesting that rare hybridization events between the two chromosomal races occur in nature. The phylogeography and genetic variability of northern three-toed jerboa (Dipus sagitta Pallas, 1773) were examined using mitochondrial (cytb, COI) and nuclear molecular markers (BRCA1, IRBP). Phylogenetical, phylogeographycal, and demographical analyzes have been performed on 217 samples from the most eastern and western part of species range. The obtained data of mtDNA show that D. sagitta has a high level of intraspecific variation. Ten high or moderately supported phylogroups with strict geographical affiliation were found. These phylogroups generally coincide with morphologically distinguished subspecies. The analysis of two nuclear genes partly confirmed this distribution. The previous assumption of the division into two subspecies groups, that was suggested earlier, was not supported by any marker. According to our data, the most isolated lineage from the territory of Tsaidam Plateau is the most ancient and, probably, deserves the species. Central Asia, possibly, seems to be the center of origin and expansion of the species. Phylogenetic analysis of 5 nuclear and mitochondrial cytochrome b gene of palaearctic serotines yield 5 monophyletic clades: Botta's serotine and South African Hottentot bat E. hottentottus; Common serotine (including all studied E. serotinus subspecies, and form andersoni of undefined status) and Isabelline serotine bat; Gobi serotine, including Bobrinski's serotine; Northern serotine; New World serotines. We found latest taxonomic decigions regarding mirza and pachyomus doubtful and needing further revision. Significant inconsistence between mitocondrial and nuclear phylogenies suggests repetitive introgression events in serotines evolution.

1. Молекулярная филогения трибы Talpini и Scalopini с молекулярной ревизией систематики кротов Восточной Азии (Mogera, Euroscaptor). 2. Молекулярной филогении Cricetinae. 3. Разработка молекулярной филогении подсемейства Soricinae, датирование основных событий радиации рода Sorex; ревизия систематики Neomys и Chimarrogale. 4. Получить данные по филогенетическим связям видов рода Crocidura ЮВ Азии. 5. Молекулярная филогения рода Eptesicus; анализ процессов гибридизации и интрогрессии между поздними кожанами Eptesicus s. serotinus/E.s. turcomanus 6. Филогеографическая структура и внутривидовая таксономия Dipus sagitta. 7. Филогеографическая структура и демографическая история Sorex araneus. 8. Генетическое разнообразие обыкновенных ежей Erinaceus europaeus и E. roumanicus

Результаты исследования: 1. Молекулярная филогения трибы Talpini и Scalopini с молекулярной ревизией систематики кротов Восточной Азии (Mogera, Euroscaptor). 2. Молекулярной филогении Cricetinae. 3. Разработка молекулярной филогении подсемейства Soricinae, датирование основных событий радиации рода Sorex; ревизия систематики Neomys и Chimarrogale. 4. Предварительные данные по филогенетическим связям видов рода Crocidura ЮВ Азии. 5. Молекулярная филогения рода Eptesicus; анализ процессов гибридизации и интрогрессии между поздними кожанами Eptesicus s. serotinus/E.s. turcomanus 6. Филогеографическая структура и внутривидовая таксономия Dipus sagitta. 7. Филогеографическая структура и демографическая история Sorex araneus. 8. Генетическое разнообразие обыкновенных ежей Erinaceus europaeus и E. roumanicus на всем ареале и интрогрессивная гибридизация этих видов в Восточной Европе.

Общее изложение выполненной работы. Анализ коалесцентных событий и сравнительная оценка вклада одних и тех же генов в филогенетический сигнал в разных таксономических группах требует, прежде всего, массового секвенирования многих локусов генома у изучаемых животных. Далее определяются скорость эволюции и времена коалесценции, проводится сравнение скорости с показателем аллельного разнообразия образцов θπ (дистанция между аллелями гетерозиготного локуса у одного животного). Эти данные необходимы для оценки глубины коалесценции конкретных генов в каждом таксоне и, как следствие, определения того, насколько аллелизм генов влияет на результаты филогенетического анализа видов. Для выполнения изложенной выше цели проекта в течение этапов 2014, 2015 и 2016 гг было проведено секвенирование 4-8 (в зависимости от задачи и таксономической группы) ядерных генов и митохондриального гена cytb в следующих таксономических группах. Lipotyphla, Soricidae: Sorex, Neomys, Chimarrogale, Blarinella, Blarina, Anourosorex, Episoriculus, Crocidura; Erinaceidae: Erinaceus, Hemiechinus, Hylomys; Talpidae: Talpa, Mogera, Euroscaptor, Parascalops, Scapanulus, Scapanus, Condylura, Desmana. Rodentia, Cricetinae: Cricetulus; Dipodidae: Dipus, Allactaga, Cardiocranius, Pygeretmus, Eremodipus. Chiroptera: Eptesicus, Plecotus, Hipposideros. Для филогенетических реконструкций были использованы также данные, полученные ранее и последовательности, доступные из Генбанка. Полученные сведения о филогенетических отношениях, таксономической структуре и паттерне внутривидовой генетической изменчивости были использованы для анализа влияния биологических и генетических факторов, а также физико-химических особенностей ДНК на филогенетический сигнал. Роль гибридизации и интрогрессии изучена на примере рода Eptesicus и рода Erinaceus; влияние на филогенетические реконструкции глубоких коалесценций отражено в исследовании Crocidura, молекулярные конвергенции выявлены на уровне митохондриальной ДНК между некоторыми кротами и землеройками; значение сдвига нуклеотидного состава показано на примере филогенетических связей ключевых семейств в пределах отряда Lipotyphla. Последнему разделу в нашем исследовании было уделено отдельное внимание. Определения истинного порядка ветвления мультилокусных филогенетических деревьев в присутствии вторичных сигналов, способных существенно исказить результат филогенетических реконструкций, - была одной из важнейших задач нашего проекта. Мы исследовали это явление на примере одного из самых неожиданных результатов молекулярной филогенетики млекопитающих – это сестринские отношения между землеройками (Soricidae) и ежами (Erinaceidae), а не землеройками и кротами (Talpidae) как это принималось большинством морфологов. Общее заключение по результатам проекта в связи с основной целью проекта. (1) Особенности биологии и степень морфо-экологической специализации могут играть ключевую роль в формировании генетической структуры таксонов не только видового, но и надвидового уровня. Мы показали, что определение видовых границ в роде Talpa и Euroscaptor и вообще в трибе Talpini (облигатно подземных кротов) представляет собой задачу особой сложности в связи со спецификой подземной ниши. Подземный образ жизни, обусловливая сходство морфологической специализации, по этой же причине не дает возможности эффективно разделиться в пространстве или по объектам питания. Поэтому события видообразования не сопровождаются видимыми морфологическими изменениями за исключением размерных различий. Морфологическое единообразие при крайней узости трофической ниши приводят к конкурентному исключению, из-за чего, видимо, кроты плохо уживаются на одной территории и, как правило, имеют аллопатричные или парапатричные ареалы. По-видимому, виды кротов могут достигать симпатрии только после длительного периода аллопатрической эволюции, за время которой уже достигается высокий уровень генетической дивергенции. Эта гипотеза согласуется с нашими данными о том, что все симпатрические виды кротов характеризуются безусловно большими, пре-плейстоценовыми, временами дивергенции и соответственно большими генетическими дистанциями по сравнению со многими надземными видами, а это в свою очередь объясняет отсутствие сигнала генного потока между ними в зонах симпатрии или парапатрии. (2) В эволюции некоторых групп, особенно тех, историческая эволюция которых связана многократным и широким изменением ареала, роль гибридизации и интрогрессии может оказаться едва ли не ведущим факторов формирования генетического разнообразия. Исследование по молекулярной филогенетике кожанов показало, что несоответствие ядерной и митохондриальной генеалогии объясняется многократными интрогрессивными процессами в эволюции Eptesicus. Вполне вероятно, что гипотеза переноса полезных адаптаций между видами в ходе интрогрессии, вследствие чего гибридные популяции легче осваивают новые местообитания и формируют новые формы, справедлива и для эволюционной истории этой группы. Увеличение объёма ядерных данных в нашей работе по сравнению с предыдущими исследованиями позволило уточнить эволюционную историю рода и более точно определить число и порядок событий древней межвидовой гибридизации в пределах изучаемого рода. Молекулярные конвергенции встречаются относительно редко и захватывают незначительную и только функциональную часть генома. Однако адаптивная конвергенция аминокислотного состава – не редкое и вполне логичное явление, особенно если речь идет об одном или немногих генах. В нашем исследовании это явление с очевидностью проявилось на уровне митохондриального дерева насекомоядных между ветвями землеройкового крота Uropsilus и кротовой землеройки Anourosorex: Uropsilus попадает к землеройкам, а Anourosorex оказывается среди кротов. (3) Глубокая коалесценция как причина несоответствия между разными генными и генными и видовыми деревьями, встречается наиболее часто. Наиболее актуальна эта причина при анализе филогенетических линий, находящихся на начальных стадиях формообразования в связи с длительным сохранением в ядерном геноме анцестрального полиморфизма. С серьезными проблемами адекватной оценки порядка ветвления дерева в условиях быстрой и недавней радиации группы мы столкнулись в работе над молекулярной филогений видов Crocidura ЮВ Азии. Многие виды рода Crocidura из ЮВ Азии имеют сильную филогеографическую структуру, что с экологической точки зрения объясняется физико-географической подразделенностью ареалов тропических видов при стабильных условиях среды. Можно предположить, что и предковые популяции таких видов (соответствующие внутренним узлам видового дерева) были сильно структурированы. Кроме того, есть еще один фактор, который относится к специфической особенности Crocidura и усугубляет анцестральный полиморфизм - это высокая скорость видообразования, что следует из коротких внутренних ветвей филогенетического дерева. Итак, подразделенность предковой популяции ведет к повышенному анцестральному полиморфизму, который усугубляется высокой скоростью радиации, что выражается в коротких внутренних ветвях филогенетического дерева. В этом случае трудно восстановить последовательность дивергенции ветвей и получить разрешенную филогению. Это же объясняет несовпадение между генными и видовыми деревьями. (4) Одна из важных задач нашего проекта состояла в определения истинного порядка ветвления мультилокусных филогенетических деревьев в присутствии вторичных сигналов, способных существенно исказить результат филогенетических реконструкций. К числу таких факторов относится сдвинутый нуклеотидный состав. Мы исследовали это явление на примере одного из самых неожиданных результатов молекулярной филогенетики млекопитающих – это сестринские отношения между землеройками (Soricidae) и ежами (Erinaceidae), а не землеройками и кротами (Talpidae) как это принималось большинством морфологов в отряде Lipotyphla. Мы тестировали гипотезу о том, что этот паттерн ветвления есть проявление вторичного сигнала, связанного с аномальным CG-составом генома Sorex (и, отчасти, Erinaceus) а также с высокой скоростью молекулярной эволюции в этих ветвях.