БИОХИМИЧЕСКИЙ И ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РОДА ABRAMIS (CYPRINIFORMES, CYPRINIDAE)

БИОХИМИЧЕСКИЙ И ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РОДА ABRAMIS (CYPRINIFORMES, CYPRINIDAE)

Научная статья

Карнаухов Г.И. *

ORCID: 0000-0003-4038-1699

Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства, Краснодар, Россия

* Корреспондирующий автор (gik23[at]mail.ru)

Аннотация

Приведены сведения о фракционных составах гемоглобина и кариотипах представителей рода Abramis. Установлена электрофоретическая видоспецифичность гемоглобина. Приведены кариотипы исследованных видов. Сопоставление результатов биохимического и цитогонетического анализов позволило оценить степень генетической дифференцировки рода Abramis. Наиболее обособленное положение в роде занимает белоглазка. По ряду показателей она должна быть признана наиболее эволюционно молодым видом.

Ключеные слова: лещ, синец, белоглазка, фракционный состав гемоглобина, кариотипы, хромосомные наборы.

BIOCHEMICAL AND CYTOLOGICAL ANALYSIS OF ABRAMIS (CYPRINIFORMES, CYPRINIDAE) GENUS

Research article

Karnaukhov G.I.*

ORCID: 0000-0003-4038-1699

Azov Research Institute for Fisheries, Krasnodar, Russia

* Corresponding author (gik23[at]mail.ru)

Abstract

The article contains information on the fractional composition of hemoglobin and karyotypes of the representatives of the Abramis genus. Electrophoretic species-specific hemoglobin is identified. The karyotypes of the studied species are given. Comparison of the results of biochemical and cytogenetic analyzes allowed estimating the degree of genetic differentiation of the Abramis genus. White-eyed bream is the most isolated position in the genus. For a number of indicators, it should be recognized as the most evolutionarily young species.

Keywords: bream, blue bream, white eyed bream, fractional composition of hemoglobin, karyotypes, chromosome sets.

В ихтиологических исследованиях широко используются генетические методы при решении многих сложных проблем теоретического и прикладного направлений. Особая ценность этих методов состоит в том, что они используются для решения тех вопросов, которые трудно или вообще невозможно решить с помощью традиционных для ихтиологии приемов исследования. Они позволяют дифференцировать различные группировки (виды, подвиды, популяции и т.д.), между которыми порою трудно уловить морфологические различия.

Изучение биохимической изменчивости рыб позволяет выявить стабильные показатели, которые могут быть использованы для решения вопросов надвидовой и внутривидовой систематики рыб. Использование электрофоретического и кариологического методов способствуют решению разнообразных вопросов систематики и филогении, выявлению отчетливых межвидовых различий и определению путей эволюционного развития того или иного таксона.

Объектом исследования был широко распространенный в Европейской части России род карповых рыб Abramis, который представлен тремя видами - лещом A. brama (L.), синцом A. ballerus (L.), белоглазкой A. sapa (Pallas). Род Abramis объединяет морфологически близкие (хотя и неплохо различающиеся) симпатрические виды и представляет собой хороший объект для применения комплексного биохимико-цитологического анализа.

Всего для электрофоретического анализа было обработано по 50 экз. каждого вида. Электрофоретический анализ гемоглобина выполняли методом электрофореза в 5%-ном полиакриламидном геле по методу С. Раймонда [1, С. 455]. Для кариологических исследований было использовано 3 самца и 2 самки леща, 2 самца и 5 самок синца и 4 самца и 2 самки белоглазки. От каждой рыбы было проанализировано по 20 метафазных пластинок. Для получения хромосомных препаратов использовали традиционный метод прижизненных колхициновых инъекций [2, С. 767] с некоторыми модификациями [3, С. 267].

Хромосомные наборы изученных видов представлены диплоидным числом 2n=50. Были отмечены единичные гипо- и гиперплоидные клетки (всего около 8%), которые могут являться как результатом методических погрешностей, так и реальной анеуплоидией. Изучение вопросов спонтанной изменчивости кариотипов рыб не являлось целью данного исследования.

В кариотипе леща было выделено 16 мета-, 14 субмета-, 12 субтело- и 8 акроцентрических хромосом. У белоглазки – 10 мета-, 22 субмета-, 10 субтело - и 8 акроцентриков. У синца было выделено 16 мета-, 20 субмета-, 6 субтело- и 8 акроцентрических элементов. Ни у одного из видов межполовых различий по структуре кариотипа установлено не было.

В кариотипах исследованных видов была выделена маркерная для представителей подсемейства Abramidinae пара одноплечных хромосом. У белоглазки она отчетливо субтелоцентрическая, у леща и синца – акроцентрическая.

Морфологические классы хромосом у изученных видов, связаны плавными переходами. Число хромосомных плеч записывалось с учетом точности идентификации морфологии хромосом: лещ – NF=80±2; белоглазка NF=82±2; синец NF =86±2. Если принять во внимание показатель (NF), т.е. число хромосомных плеч с учетом субтелоцентриков, то он полностью совпадает у всех изученных видов и составляет - 82.

Как правило, гемоглобин у рыб имеет гетерогенную природу, у 80% видов внутривидовая изменчивость отсутствует [4, С. 1115]. В то же время фракционный состав гемоглобина в большинстве случаев видоспецифичен и может служить хорошим таксономическим признаком [5, С. 392], [6, С. 145].

Гемоглобин изученных видов оказался полиморфным. Полиморфизм фракционного состава гемоглобина заключался в наличии двух популяционно стабильных типов. Первый тип гемоглобина Hb-I был представлен в целом мажорными компонентами с низкой электрофоретической подвижностью по сравнению со вторым типом Hb-II. Можно предположить, что экспрессия Hb-II у каждого из трех видов свойственна полупроходным особям, а Hb-I – жилым. Это предположение основано на точке зрения о том, что у рыб в морской воде функционируют компоненты с более высокой электрофоретической подвижностью, а в пресной – с более низкой [7, С. 719]. Межвидовые различия электрофореграмм оказались значительными: общим следует признать лишь наличие двух типов гемоглобина – Hb-I и Hb-II. По числу компонентов белоглазка (5 компонентов) отличается от леща и синца (по 4 компонента). Существенно различаются исследованные виды по подвижности основного, наиболее мощного компонента: у леща – 0,20 (Hb-I) или 0,38 (Hb-II); у синца – 0,34 (Hb-I) и 0,39 (Hb-II); белоглазки – 0,29 (Hb-I) и 0,33 (Hb-II). Различия между фенотипами Hb-I и Hb-II наиболее резко выражены были у леща, если в первом типе фракционного состава гемоглобина основное количество белка (65%) приходилось на компонент с подвижностью 0,20, то во втором типе самый мощный компонент (78,9%) имел подвижность 0,38. Также для исследованных видов характерен и ряд мелких отличий, которые заключались в различном относительном содержании белка в компонентах.

Представители рода Abramis, как и большинство карповых рыб – кариотипически тесная группа. Достоверных меж- и внутривидовых различий по структуре кариотипа у исследованных видов выявлено не было. Единственное, но весьма отчетливое различие, которое можно отметить – субтелоцентричекую маркерную пару хромосом у белоглазки. Происхождение короткого плеча может быть связано с дупликациями прицентромерного гетерохроматина. Выявленное отличие может свидетельствовать о большой «продвинутости» кариотипа белоглазки и, следовательно, более молодом ее возрасте как вида. На этом вопросе мы остановимся ниже.

Сопоставление биохимических и кариологических данных по роду Abramis свидетельствует о том, что эволюция в этой группе, как, видимо, и во всем семействе Cyprinidae, не была связана со значительными хромосомными преобразованиями и протекала при значительных изменениях на субхромосомном и генном уровнях.

Хромосомные наборы многих карповых рыб имеют диплоидное число 2n=50 (за исключением небольших по числу видов тетраплоидных групп с 2n=100 и групп с 2n=42-48) при однотипной морфологической структуре кариотипов [8, С. 301]. Достоверные межвидовые и межродовые различия, как правило, у них отсутствуют. Попытки использовать для разграничения отдельных таксонов отличия в числе хромосомных плеч часто представляются сомнительными ввиду невозможности проведения отчетливых границ между различными морфологическими типами хромосом.

Все вышеизложенное об эффективности генетико-биохимического тестирования карповых рыб можно отнести и к роду Abramis. Несмотря на значительное количество исследований, структура рода Abramis вызывает ряд вопросов. В свое время еще А.Я. Щербуха [9, С. 225] считал, что лещ должен быть отнесен к подроду Abramis, а синец и белоглазка – к подроду Ballerus. Некоторые исследователи считают, что лещ, синец и белоглазка обладают равнозначной родовой самостоятельностью [10, С. 3].

При проведении исследований не ставилась задача проведения таксономической ревизии рода Abramis. На основании проведенного генетического анализа необходимо заметить следующее. Наиболее обособленное положение в роде занимает белоглазка. По ряду показателей она должна быть признана наиболее эволюционно молодым видом. В кариотипе белоглазки типичная для многих карповых рыб пара крупных акроцентрических хромосом «превратилась» в субтелоцентрическую. В фракционном составе гемоглобина появился пятый относительно быстрый компонент. Полученные материалы согласуются с остеологическими данными об особенностях строения грудного пояса белоглазки [11, С. 31], которые свидетельствуют об эволюционной «молодости» белоглазки.

Сопоставление результатов биохимического и цитогонетического анализов позволило оценить степень генетической дифференцировки рода Abramis, установить генетическую обособленность белоглазки, связанную с ее меньшим филетическим возрастом.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Raymond S. A conventient apparatus for vertical gel electrophoresis / S. Raymond // Clin. Chem. - 1962. - № 8. - Р. 455-461.
2. McPhail J. D. A simple technique for obtaining chromosomes from teleost fishes / J. D. McPhail, R. L. Jones // J. Fish. Res. Bd. Can. - 1966.- V. 23. - № 5. - Р. 767-769.
3. Rivlin K. A simple method for the preparation of fish chromosomes applicable to field work, teaching and banding / K. Rivlin, J. W. Rachlin, G. Dale // J. Fish Biol. - 1985. - V. 26. - № 3. - Р. 267-272.
4. Алтухов Ю. П. О соотношении моно- и полиморфизма гемоглобинов в микроэволюции рыб / Ю. П. Алтухов // Докл. АН СССР. - 1969.- Т. 189. - № 5. - С. 1115-1117.
5. Лукьяненко В. И. Гетерогенность и полиморфизм гемоглобина рыб / В.И. Лукьяненко, А. С. Васильев, В. В. Лукьяненко // СПб.: Наука. - 1991. - 392 с.
6. Карнаухов Г. И. Гетерогенность гемоглобина и ее связь с экологическими особенностями рыб / Г. И. Карнаухов // Краснодар, Потенциал. - 2002 . – 145 с.
7. Hashimoto K. Comparative studies on two hemoglobin of salmon / K. Hashimoto, F. Matsuura // Bull. Jap. Soc. Sci., Fish. - 1959. - V. 24. -№ 9. - P. 719-723.
8. Васильев В. П. Эволюционная кариология рыб / В. П. Васильев // М.: Наука. - 1985. - 301 с.
9. Щербуха А. Я. Применение таксономического анализа для выяснения родственных связей между представителями рода Abramis и Blicca (Pisces, Cyprinidae) / А. Я. Щербуха // Зоол. ж. - 1973.- Т. 52. - № 2. - С. 225-228.
10. Wierzbicka J. An attempt to explain affinities between Blicca bjoerkna (L.), Abramis brama (L.) and ballerus (L.) on the grounds of their parasitic fauna / J. Wierzbicka // Acta ichthyol. piscator. - 1977. - V. 7. - № 1. - P. 3-13.
11. Howes G. Anatomy and phylogeny of the Chinese major carps Ctenopharyngodon , 1866 and Hypophthalmichthys Blkr., 1860 / G. Howes // Bull. Brit. Mus. (Nat. Hist.), Zool. Ser. - 1981.- V. 41. - № 1. - P. 1-52.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Raymond S. A conventient apparatus for vertical gel electrophoresis / S. Raymond // Clin. Chem. – 1962. – No.8. – Р. 455-461.
2. McPhail J. D. A simple technique for obtaining chromosomes from teleost fishes / J. D. McPhail, R.L. Jones // J. Fish. Res. Bd. Can. - 1966. – V. 23. – No. 5. – Р. 767-769.
3. Rivlin K. A simple method for the preparation of fish chromosomes applicable to field work, teaching and banding / K. Rivlin, J. W. Rachlin, G. Dale // J. Fish Biol. – 1985. – V. 26. – No. 3. – Р. 267-272.
4. Altukhov Yu. P. O sootnoshenii mono- i polimorfizma gemoglobinov v mikroevoliutsii ryb [On the Ratio of Mono- and Polymorphism of Hemoglobins in the Microevolution of Fish] / Yu. P. Altukhov // Report of Academy of Sciences of the USSR. – 1969. – V. 189. – No.5. – P. 1115-1117. [In Russian]
5. Lukyanenko V. I. Geterogennost i polimorfizm gemoglobina ryb [Fish Heterogeneity and Polymorphism] / V. I. Lukyanenko, A. S. Vasilyev, V. V. Lukyanenko // SPb.: Nauka. – 1991. – 392 p. [In Russian]
6. Karnaukhov G. I. Geterogennost gemoglobina i ee svyaz s ekologicheskimi osobennostyami ryb [Hemoglobin Heterogeneity and its Relationship with the Ecological Characteristics of Fish] / I. Karnaukhov // Krasnodar, Potential. – 2002. – 145 p. [In Russian]
7. Hashimoto K., Matsuura F. Comparative studies on two hemoglobin of salmon / K. Hashimoto, F. Matsuura // Bull. Jap. Soc. Sci., Fish. - 1959. - V. 24. -№ 9. - P. 719-723.
8. Vasiliev V. P. Evoliutsionnaya kariologiya ryb [Evolutionary Karyology of Fish] / V. P. Vasiliev // М.: Nauka. – 1985. – 301 p. [In Russian]
9. Shcherbukha A. Ya. Primenenie taksonomicheskogo analiza dlia vyyasneniya rodstvennykh svyazei mezhdu predstaviteliami roda Abramis i Blicca (Pisces, Cyprinidae) [Use of Taxonomic Analysis to Determine the Kinship between Members of the Abramis and Blicca (Pisces, Cyprinidae) Genus] / A. Ya. Shcherbukha // Zool. Mag. - 1973. – V. 52. – No. 2. – P. 225-228. [In Russian]
10. Wierzbicka J. An attempt to explain affinities between Blicca bjoerkna (L.), Abramis brama (L.) and ballerus (L.) on the grounds of their parasitic fauna / J. Wierzbicka // Acta ichthyol. piscator. - 1977. - V. 7. - № 1. - P. 3-13.
11. Howes G. Anatomy and phylogeny of the Chinese major carps Ctenopharyngodon, 1866 and Hypophthalmichthys Blkr., 1860 / G. Howes // Bull. Brit. Mus. (Nat. Hist.), Zool. Ser. – 1981. – V. 41. – No. 1. – P. 1-52.