КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 14-14-00541

НазваниеГенетическая структура и механизмы формирования биологического разнообразия (на примере насекомых)

РуководительЛухтанов Владимир Александрович, Доктор биологических наук

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

Года выполнения при поддержке РНФ2014 - 2016

КонкурсКонкурс 2014 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 словавид, видообразование, эволюция, биоразнообразие, систематика, энтомология, молекулярная филогенетика, хромосомы, кариотип, цитогенетика, сравнительная морфология

Код ГРНТИ34.03.17


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Вопросы о генетической структуре биологических видов, о таксономической интерпретации этой структуры, а также о генетических и экологических механизмах формирования биологического разнообразия вызывают оживленные дискуссии в связи с их очевидной важностью для понимания закономерностей биологической эволюции и функционирования экосистем, а также для охраны окружающей среды. Виды - это фундаментальные единицы биологического разнообразия, которыми оперируют биологи и специалисты по охране природы. Тем не менее, представления об объемах и границах конкретных видов могут варьировать в гигантской степени вследствие (1) непрерывности эволюционного процесса, создающего объективно существующий континуум между популяциями и видами, (2) несовершенства таксономической изученности биологических объектов и (3) существования разных концепций видовых систем и разных таксономических культур (в частности, “дробителей” и “объединителей”).. В нашей работе для изучения генетической структуры биологического разнообразия и выявления межвидовых границ у насекомых мы будем комбинировать методы молекулярной филогенетики и филогеографии, молекулярной цитогенетики и морфологического анализа. В ходе исследования будет разработан принципиально новый подход к решению проблемы видовых границ, основанный на (а) ясном понимании необходимости учитывать погрешность при определении видовых границ, (б) разработке методов выявления источников и причин этой погрешности, и (в) разработке подходов к минимизации этой погрешности. Полное понимание причин неопределенности межвидовых границ невозможно без изучения механизмов видообразования, которые, поэтому, тоже будут исследоваться. Однако, учитывая необъятность и сложность проблемы возникновения новых видов, в нашем исследовании мы затронем только три принципиальных ее аспекта, по которым у нас уже есть серьезный научный задел. Во-первых, основываясь на разработках, впервые опубликованных в Nature (Lukhtanov et al. 2005), мы изучим процессы, которые происходят на границах ареалов при вторичном контакте дивергировавших популяций и могут приводить как к увеличению видового разнообразия за счет видообразования, так и к уменьшению разнообразия за счет слияния таксонов и гибридного самоуничтожения. Во-вторых, анализируя уникальную хромосомную клину, обнаруженную нами у бабочек-белянок (опубликовано в BMC Evol. Biol и Nature Communications; Lukhtanov et al. 2011; Dincă, Lukhtanov et al., 2011), мы протестируем сценарий клинального видообразования и оценим роль хромосомных перестроек в формировании межвидовых границ. В-третьих, используя в качестве модельных объектов обнаруженные ранее гибридные виды и особи цикадовых и чешуекрылых (Aguin-Pombo, Kuznetsova, Freitas, 2006; Talavera, Lukhtanov et al. 2013), мы проведем изучение роли межвидовой гибридизации как источника для возникновения новых таксонов и как фактора, затрудняющего делимитацию видов.

Ожидаемые результаты
Будет проведен широкомасштабный анализ проблемы неопределенности межвидовых границ, основанный на изучении приблизительно 500 видов насекомых фауны России. Будет изучено криптическое таксономическое разнообразие дневных бабочек, муравьиных львов, некоторых групп клопов, цикадовых и псиллид России, в ходе которого будут получены новые хромосомные данные для примерно 100 проблемных таксонов и молекулярные данные (митохондриальные ДНК-штрихкоды и ядерные нуклеотидные последовательности) для примерно 500 видов и популяций с неясным статусом. Будет разработана филогения и систематика проблемных групп насекомых на основании анализа митохондриальных и ядерных генов, а также кариологических и морфологических данных. Будет проверен эволюционный сценарий, согласно которому видообразование может происходить при вторичном контакте двух дивергировавших популяций в результате отбора на усиление репродуктивной изоляции. Мы также ожидаем получить поддержку для модели клинального видообразование, когда градуальное накопление различий в пределах одной, пространственно протяженной популяционно-генетической системы приводит к появлению групп репродуктивно изолированных особей. Полученные результаты и выявленные закономерности позволят решить задачу по минимизации погрешности экологических, этологических, эволюционных и таксономических исследований, связанной с неопределенностью видовых границ. Таким образом, проведенные работы явятся первым шагом на пути трансформирования исследований в области биоразнообразия и охраны природы в более точную науку, чем это было ранее. В прикладном аспекте важно то, что исследование по выявлению видовых границ после его завершения может быть использовано как прототип для проведения подобных работ с другими группами организмов в зоологии, ботанике, протозоологии, микробиологии, а также как основа для проведения биологического мониторинга. В конечном счете, минимизация ошибок в делимитации видов имеет принципиальное значение для организации санитарно-эпидемиологических мероприятий и мероприятий по карантину и ограничению численности вредителей лесного и сельского хозяйства, кровососов и паразитов человека и домашних животных. Результаты исследования можно будет использовать для организации мероприятий по охране чешуекрылых насекомых - группы организмов, которая широко используется как объект мониторинга и включает большое число полезных видов (наряду с пчелами это одна из основных групп опылителей цветковых растений), в том числе ряд видов, нуждающихся в охране (17 видов занесено в Красную книгу России, и еще около 60 видов занесены в Красные книги субъектов Российской Федерации). В целом, проведенные исследования позволят совершить прорыв в анализе генетической и таксономической структуры биологического разнообразия насекомых, а также в понимании механизмов видообразования и покажут, что Россия является одним из мировых лидеров в изучении этих вопросов. Результаты исследования будут использованы для подготовки и модернизации курсов лекций и практических занятий в рамках образовательных программ подготовки бакалавров и магистров, осуществляемых Санкт-Петербургским государственным университетом. В ходе исследования будут подготовлены высококвалифицированные кадры биологов - экспертов в области биологического разнообразия, владеющих как современными методами молекулярно-генетических и молекулярно-цитогенетических исследований, так и классическими методами сравнительного морфологического анализа. По возрасту и квалификации участники нашей группы представляют градиент “студент – стажер – аспирант – молодой кандидат наук – опытный кандидат наук – доктор наук”. Проведение исследований в такой группе создает условия для эффективного воспроизводства научных кадров и закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий, сохранения преемственности поколений в науке и образовании. Результаты исследований будут опубликованы в ведущих международных и российских журналах, таких как Cladistics, Evolution, Molecular Phylogenetics and Evolution, BMC Evolutionary Biology, Journal of Evolutionary Biology, Chromosome Research, Genetica Biological Journal of the Linnean Society, Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, Genome, Zootaxa, Comparative Cytogenetics, Зоологический журнал и Энтомологическое обозрение.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
В 2014 году главный акцент исследований был сделан на получении конкретных данных, которые будут необходимы в 2015 году для анализа таксономического и генетического разнообразия выбранных модельных групп насекомых. Вначале мы привели в порядок имеющиеся в нашем распоряжении коллекционные сборы. В результате систематизации всех образцов и унификации системы их хранения, фактически была создана коллекция тканей насекомых, пригодных для проведения молекулярных, цитогенетических и морфологических исследований. Затем были проведены подготовительные работы для анализа ДНК. Особое внимание было уделено отработке и модификации методов кариотипического анализа с целью получения цитологических маркеров для последующей делимитации видов. При этом отрабатывались как методы, основанные на рутинной окраске хромосом, позволяющие производить массовый кариотипический анализ, так и тонкие, более трудоемкие молекулярно-цитогенетические подходы (например, флуоресцентная гибридизация in situ), позволяющие выявлять локализацию отдельных генов на хромосомах. На основании этой работы совместно с коллегами из других стран подготовлена коллективная монография Protocols for cytogenetic mapping of Arthropod genomes, вышедшая в 28 октября 2014 года в известном научном издательстве CRC Press (Tailor & Francis Group). Получены данные по молекулярным маркерам, кариотипам и морфологии для примерно 200 видов, представляющих следующие группы насекомых: Parnassius (Lepidoptera, Papilionidae), Leptidea (Lepidoptera, Pieridae), Oeneis (Lepidoptera, Nympalidae), Davidina (Lepidoptera, Nympalidae), Polyommatus (Lepidoptera, Lycaenidae), Empoasca (Homoptera, Cicadellidae, Auchenorrhyncha), Alebra (Homoptera, Cicadellidae), Psylla и Cacopsylla. (Homoptera, Psyllidae), Alebra (Homoptera, Cicadellidae), (семейства Myrmeleontidae и Ascalaphidae) (отряд Neuroptera). Проведен хромосомный и молекулярно-генетический анализ 6 популяций партеногенетического вида Cacopsylla myrtilli в северной Европе (северо-запад России, Финляндия, Норвегия и Швеция). Показано, что в каждой популяции, наряду с триплоидными апомиктическими самками, с низкой (в среднем, 1 самец на 563 самки), но равной частотой встречаются самцы и диплоидные самки, при этом самцы скрещиваются с самками обоих типов. Самки и самцы одной популяции имеют одинаковые гаплотипы, что подтверждает их общее происхождение. Проведено ДНК-штрихкодирование булавоусых чешукрылых юго-востока Европейской России, в ходе которого получены баркоды для приблизительно 150 видов. Первичный анализ этих данных выявил значительное число серьезных несоответствий между видовыми определениями, полученными на основании анализа морфологии, и кластерами ДНК-штрихкодов. Мы рассматриваем эти несоответствия как сигнал к тому, что выявленные ситуации нуждаются в более глубоком генетическом и таксономическом анализе на предмет выявления реальных видовых границ. В целом, полученные данные свидетельствуют о необходимости таксономической ревизии дневных бабочек этого региона, несмотря на кажущуюся их хорошую изученность. Анализ ДНК-штрихкодов бабочек рода Oeneis (Lepidoptera, Nympalidae), напротив, показал, что границы между многими номинальными (формально описанными) видами эфемерны, если рассматриваются не отделено вырванные немногочисленные популяции, а большие выборки, адекватно представляющие географическую изменчивость. По всей вероятности, недооценка непрерывности эволюционного процесса в пространстве и во времени явилась причиной неадекватной видовой делимитации в роде Oeneis, и число дискретных реальных эволюционных линий в этом роде меньше, чем число описанных видов. Проведены эксперименты по гибридизации между хромосомными расами белянки Leptidea sinapis. Ранее нами было показано, что это вид имеет крайне высокий уровень внутривидовой кариотипической изменчивости: число хромосом в пределах вида плавно меняется от 2n=106 в Испании до 2n=56 в восточном Казахстане. Поскольку гетерозиготность по множественным хромосомным перестройкам, как правило, приводит к стерильности (King, 1993), то можно было предполагать, что хромосомные формы, представляющие крайние звенья обнаруженной хромосомной клины, репродуктивно изолированы. Для проверки этой гипотезы в 2014 году мы в лабораторных условиях осуществили эксперименты по скрещиванию между представителями крайних звеньев обнаруженной хромосомной клины. Вопреки ожиданиям, мы обнаружили что гибриды первого поколения были жизнеспособны и плодовиты . В 2014 году были также получены гибридные особи второго поколения, которые также оказались вполне жизнеспособными. Изучение мейоза и сперматогенеза у гибридов первого поколения показало, что все самцы имели нормальные сперматозоиды без заметных морфологических отклонений от нормы. В первой метафазе мейоза наблюдалось 28-30 крупных элементов, большинство из которых были явными мультивалентами. Наблюдалось также небольшое (1-3) число мелких унивалентов. У гибридов второго поколения в первой метафазе мейоза наблюдалось от 32 до 35 хромосомных элементов, большинство из которых также были мультивалентами. Таким образом, предварительные данные свидетельствуют в пользу в целом сбалансированной сегрегации хромосом у гибридов, что соответствует нашим же наблюдениям о сохранении у гибридов жизнеспособности и даже фертильности. Тем не менее, наличие унивалентов все же говорит о том, что незначительные нарушения мейоза наблюдаются, и это может приводить к частичному снижению плодовитости, что предполагается проверить в 2015 году. Итак, гипотеза о репродуктивной изоляции между крайними звеньями обнаруженной хромосомной клины пока не подтвердилась. Тем не менее, мы не исключаем, что обмен генами между этими хромосомным формами может быть подавлен за счет подавления рекомбинации. Таким образом, все запланированные на 2014 год научные результаты достигнуты, а по числу изученных видов (200 против запланированных 150) объем выполненных работ превышает плановые.

 

Публикации

1. Kuznetsova V.G., Anna Maryańska-Nadachowska A., Anokhin B., Dora Aguin-Pombo D. Evidence for TTAGG telomeric repeats and rRNA gene clusters in leafhoppers of the genus Alebra (Hemiptera: Auchenorrhyncha: Cicadellidae) Эта статья была сдана в печать в 2014 году, а опубликована в 2015 - см. список публикаций за 2015 год, - (год публикации - 2014).

2. Аггарвал Р., Аксой С., Анохин Б.А., Агустинос А.А., Буртзис К., Кабрал-де-Мелло Д.С., Кабреро Дж., Камачо Дж.П.М., Дрозопоуло Е., Фалчетто М., Гадау Дж., Джеордж П., Грозева С., Гулия-Нусс М., Хилл С.А., Карамышева Т., Кузнецова В.Г. и др. Protocols for cytogenetic mapping of Arthropod genomes. CRC Press (Taylor & Francis Group), Boca Raton, Boca Raton, FL, USA. 28 October 2014, 526 p. (год публикации - 2014).

3. Агуин-Помбо Д., Кузнецова В.Г. и др. Leafhoppers of the World and their relatives. London, - (год публикации - 2014).

4. Вершинина А.О., Анохин Б.А., Лухтанов В.А. Ribosomal DNA clusters in Polyommatus (Agrodiaetus) species (Lepidoptera, Lycaenidae) with low and high chromosome numbers Эта статья была сдана в печать в 2014 году, а опубликована в 2015 - см. список публикаций за 2015 год, - (год публикации - 2014).

5. Лабина Е.С., Марыанска-Надаховска А., Буркхардт Д., Кузнецова В.Г. Variation in Sperm Formation Patterns in Jumping Plant-Lice (Hemiptera: Psylloidea): a Light Microscopic Study. Folia Biologica-Krakow, 62 (4): 321-333 (год публикации - 2014).

6. Лухтанов В.А., Шаповал Н.А., Данченко А.В. Taxonomic position of several enigmatic Polyommatus (Agrodiaetus) species (Lepidoptera, Lycaenidae) from Central and Eastern Iran: insights from molecular and chromosomal data. Comparative Cytogenetics, 8(4): 313-322 (год публикации - 2014).


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
В 2015 году исследовательской группой В.А.Лухтанова, работающей над проектом РНФ № 14-14-00541 "Генетическая структура и механизмы формирования биологического разнообразия (на примере насекомых)" в Зоологическом институте РАН: 1) сделано открытие в области изучения механизмов биологической эволюции, в частности механизмов эволюции геномов и механизмов формирования биологического разнообразия, 2) получено теоретическое обобщение, потенциально приводящее к прорыву в области изучения криптического биологического разнообразия, 3) выполнен ряд конкретных работ, имеющих прямой выход в разработку таких общих проблем учения о биоразнообразии как неопределённость видовых границ и делимитация таксонов, выявление морфологически неразличимых видов-двойников и интерпретация генетического и цитогенетического разнообразия в терминах таксономии. 1) Открытие в области изучения механизмов биологической эволюции До настоящего времени считалось, что межвидовая гибридизация играет серьезную роль в возникновении новых полиплоидных форм растений и, в меньшей степени, животных. Что касается диплоидных организмов, которые преобладают среди эукариот, особенно среди животных, то считалось, что межвидовая гибридизация либо вообще не играла роли в их появлении и эволюции, либо роль гибридизации была пассивной и сводилась к формирования гибридных популяций, дальнейшая эволюция которых принципиально не отличается от эволюции негибридных линий. В нашем исследовании мы впервые показываем активную роль гибридизации в формировании постзиготической репродуктивной изоляции между диплоидными родительскими и дочерней формами и, соответственно, в видообразовании. Кроме того, мы описываем новый, ранее неизвестный механизм эволюции диплоидного генома. Этот механизм основан на гибридизации двух видов, различающихся по нескольким хромосомным слияниям/разделениям хромосом, и последующей сегрегации хромосом у гибридных потомков. Это приводит к появлению нового, полностью реорганизованного кариотипа, в котором каждая из хромосом получена от одного из предков, но их комбинация уникальна. Мы также предлагаем новую модель видообразования, основанную на том, что возникающий в результате гибридизации диплоидный кариотип с измененным числом хромосом непосредственно приводит к частичной репродуктивной изоляции с предковыми формами. Это происходит в результате подавления рекомбинации и, соответственно, обмена генами между дочерней и предковыми видам. Предпосылкой для реализации этой модели видообразования является условие, что формы, гетерозиготные по множественным хромосомным перестройкам, должны быть частично фертильными. Поэтому мы приводит оригинальные и почерпнутые из литературы сведения о том, что это условия часто выполняется в природе. Исследование опубликовано в одном из наиболее авторитетных научных журналов мира Proceedings of the Royal Society B, издаваемом Лондонским королевским обществом (http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/282/1807/20150157). Работа получила широкое освещение в средствах массовой информации: http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=96661#.VmQDBf_ou48 https://www.nkj.ru/news/26366/ http://argumenti.ru/science/n496/407594 http://scientificrussia.ru/articles/vidoobrazovanie-v-rezultate-skreschivania http://spbu.ru/news-spsu/23650-uchenye-iz-spbgu-i-ran-obnaruzhili-v-prirode-ranee-neizvestnyj-mekhanizm-vidoobrazovaniya http://www.inkapspb.ru/?p=12701 http://chrdk.ru/news/2015/5/27/novyi_mehanizm_vidoobrazovaniya/ http://pda.newsme.com.ua/tech/2970077/ 2) Теоретическое обобщение в области изучения криптического биологического разнообразия Современные молекулярные методы биологической систематики, основанные на анализе множественных генов, являются мощным инструментом для выявления и анализа криптического биологического разнообразия, т.е. для выявления видов, которые не могут быть распознаны традиционными способами. Однако недостатком этих методов является то, что в действительности они выявляют не биологические виды, а так называемые филогенетические линии. Увеличение мощности коалесцентного мультилокусного анализа приводит к ситуации, в которой почти каждая географически изолированная или частично изолированная популяция может быть идентифицирована как линия и, соответственно, повышена в ранге до вида. Это приводит к искусственному завышению числа единиц биоразнообразия и, как следствие, вызывает многочисленные проблемы в природоохранной практике (надо ли охранять искусственно созданные виды?). Чтобы решить эту проблему, мы предлагаем объединить современные молекулярные методы делимитации филогенетических линий с основополагающими принципами, которые положены в основу биологической концепции вида. Мы также предлагаем конкретный алгоритм, как это объединение может быть сделано. В частности для криптических видов, обитающих симпатрично (т.е. на одной территории), был разработан метод их выявления, основанный на анализе двух и более физически несцепленных (то есть находящихся на разных хромосомах) молекулярных маркеров. Разработанные принципы были использованы нами для выявления и описания новых, ранее не известные науке криптических таксонов насекомых. Исследование опубликовано в авторитетном международном журнале по биологии Biological Journal of the Linnean Society http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bij.12596/abstract 3) Конкретные работы по изучению неопределённости видовых границ и делимитация таксонов, выявление видов-двойников и интерпретация генетического и цитогенетического разнообразия насекомых в терминах таксономии изложены в 14 дополнительных статьях (все статьи индексируются в базах WEB of Sciences, Scopus и РИНЦ). http://zookeys.pensoft.net/articles.php?id=6724 http://zookeys.pensoft.net/articles.php?id=6655 http://compcytogen.pensoft.net/articles.php?id=5609 http://www.eje.cz/artkey/eje-201502-0001_evidence_for_ttagg_telomere_repeats_and_rrna_gene_clusters_in_leafhoppers_of_the_genus_alebra_hemiptera_auche.php http://compcytogen.pensoft.net/articles.php?id=5760 http://zookeys.pensoft.net/articles.php?id=6689 http://compcytogen.pensoft.net/articles.php?id=5020 http://zookeys.pensoft.net/articles.php?id=6605 http://zookeys.pensoft.net/articles.php?id=6559 http://compcytogen.pensoft.net/articles.php?id=5429 http://zookeys.pensoft.net/articles.php?id=6722 http://compcytogen.pensoft.net/articles.php?id=4715 doi:10.3409/fb63_4.257 doi:10.3409/fb63_4.295

 

Публикации

1. Вершинина А.О., Анохин Б.А., Лухтанов В.А. Ribosomal DNA clusters and telomeric (TTAGG)n repeats in blue butterflies (Lepidoptera, Lycaenidae) with low and high chromosome numbers Comparative Cytogenetics, 9(2):161-171 (год публикации - 2015).

2. Кузнецова В., Агуин-Помбо Д. Comparative cytogenetics of Auchenorrhyncha (Hemiptera: Homopetera) ZooKeys, 538: 63-93 (год публикации - 2015).

3. Кузнецова В., Хабиев Г., Кривохатский В. Chromosome numbers in antlions (Myrmeleontidae) and owlflies (Ascalaphidae) (Insecta, Neuroptera) ZooKeys, 538: 47–61 (год публикации - 2015).

4. Кузнецова В.Г., Грозева С.М., Хартунг В., Анохин Б.А. First evidence for (TTAGG)n telomeric sequence and sex chromosome post-reduction in Coleorrhyncha (Insecta, Hemiptera) Comparative Cytogenetics, 9(4): 523-532 (год публикации - 2015).

5. Кузнецова В.Г., Марыанска-Надаховска А., Анохин Б.А., Агуин-Помбо Д. Evidence for TTAGG telomeric repeats and rRNA gene clusters in leafhoppers of the genus Alebra (Hemiptera: Auchenorrhyncha: Cicadellidae) European Journal of Entomology, 112(2): 207-214 (год публикации - 2015).

6. Лухтанов В.А. The blue butterfly Polyommatus (Plebicula) atlanticus (Lepidoptera, Lycaenidae) holds the record of the highest number of chromosomes in the non-polyploid eukaryotic organisms Comparative Cytogenetics, 9(4): 683-690 (год публикации - 2015).

7. Лухтанов В.А., Данченко А.В., Вишневская М.С., Сайфитдинова А.Ф. Detecting cryptic species in sympatry and allopatry: analysis of hidden diversity in Polyommatus (Agrodiaetus) butterflies (Lepidoptera: Lycaenidae). Biological Journal of the Linnean Society, 116 (2): 468-485 (год публикации - 2015).

8. Лухтанов В.А., Новикова А.В. Interpretation of mitochondrial diversity in terms of taxonomy: a case study of Hyponephele lycaon species complex in Israel (Lepidoptera, Nymphalidae, Satyrinae) ZooKeys, 538: 21–34 (год публикации - 2015).

9. Лухтанов В.А., Тихонов В.В. Chromosomal and molecular evidence for presence of Polyommatus (Agrodiaetus) poseidon (Lepidoptera, Lycaenidae) in Caucasus region Comparative Cytogenetics, 9(2): 249-255 (год публикации - 2015).

10. Лухтанов В.А., Хрулева О.А. Taxonomic position and status of arctic Gynaephora and Dicallomera moths (Lepidoptera, Erebidae, Lymantriinae) Folia Biologica (Kraków), 63(4): 257-261 (год публикации - 2015).

11. Лухтанов В.А., Шаповал Н.А., Анохин Б.А., Сайфитдинова А.Ф., Кузнецова В.Г. Homoploid hybrid speciation and genome evolution via chromosome sorting. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 282(1807): 20150157 (год публикации - 2015).

12. Паженкова Е.А., Захаров Е.В., Лухтанов В.А. DNA barcoding reveals twelve lineages with properties of phylogenetic and biological species within Melitaea didyma sensu lato (Lepidoptera, Nymphalidae) ZooKeys, 538: 35-46 (год публикации - 2015).

13. Стоянова Д., Грозева С., Симов Н., Кузнецова В. Achiasmate male meiosis in two Cymatia species (Hemiptera, Heteroptera, Corixidae) ZooKeys, 538: 95-104 (год публикации - 2015).

14. Шаповал Н.А., Лухтанов В.А. Taxonomic position and status of Polyommatus (Agrodiaetus) iphigenia (Lepidoptera, Lycaenidae) from the Peloponnese, Southern Greece Folia Biologica-Krakow, 63(4): 295-300 (год публикации - 2015).

15. Шаповал Н.А., Лухтанов В.А. Intragenomic variations of multicopy ITS2 marker in Agrodiaetus blue butterflies (Lepidoptera: Lycaenidae) Comparative Cytogenetics, 9(4): 483-497 (год публикации - 2015).

16. Шаповал Н.А., Лухтанов В.А. Taxonomic interpretation of chromosomal and mitochondrial DNA variability in the species complex close to Polyommatus (Agrodiaetus) dama (Lepidoptera, Lycaenidae) ZooKeys, 538: 1–20 (год публикации - 2015).


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В 2016 году исследования велись по трем основным направлениям: 1) разработка общих принципов и подходов к анализу биологического разнообразия, 2) изучение генетических механизмов гибридогенного видообразования на диплоидном уровне, и 3) анализ генетической структуры и ее таксономическая интерпретация для модельных групп членистоногих. 1) Разработка общих принципов и подходов к анализу биологического разнообразия В 2016 году нами разработаны и апробированы общие принципы и подходы к решению проблемы видовых границ, основанные на включении молекулярных данных в существовавшие ранее, основанные на морфологии таксономические гипотезы (Lukhtanov et al. 2016, опубликовано в Systematics and Biodiversity). Оригинальность и новизна нашего подхода состоит в следующем: (а) современные, основанные на анализе молекулярных маркеров методы делимитации (де факто эти методы выявляют филогенетические линии, а не виды) были дополнены эффективными способами выявления замкнутых (или частично замкнутых) генетических систем (биологических видов). (б) показано, что существует два источника первичных таксономических гипотез, которые следует тестировать в ходе анализа структуры биологического разнообразия. Один источник - это молекулярный анализ, выявляющий генетически сходные кластеры организмов, которые можно и нужно проверять на предмет, являются ли они видами или не являются. Другой источник – это существующая таксономическая литература, которая де факто уже содержит гипотезы о видах. (в) показано, что даже очень скромные молекулярные данные (например, ДНК-баркоды), объединенные с ранее известной информацией о таксоне (морфология, география, экология), приводят к серьезному усовершенствованию предложенных ранее таксономических гипотез; (г) разработан конкретный алгоритм интеграции молекулярных данных с предложенными ранее таксономическими гипотезами. (2) Продолжение исследований генетических механизмов гибридогенного видообразования на диплоидном уровне Было осуществлено полногеномное секвенирование и сборка геномов для гибридного вида Polyommatus peilei и его родительских видов P. morgani и P. karindus. Сам по себе факт получения и сборки и полных геномов трех близкородственных видов голубянок является серьезным шагом на пути к переходу на принципиально новый уровень исследований по изучению генетической структуры биологического разнообразия. Кроме того, полногеномное секвенирование позволило получить детальную информацию о структуре гибридного и родительских геномов. Так, до получения полногеномных данных, нерешенной проблемой гибридогенного видообразования в изученном комплексе являлось неполное соответствие данных, полученных в результате цитогенетических исследований, AFLP-анализа и секвенирования отдельных митоходриальных и ядерных генов. Несмотря на серьезную дифференциацию по кариотипам и анонимным AFLP маркерам, P. karindus и P. peilei были неразличимы по митохондриальным маркерам и почти неразличимы по ядерным маркерам. Полногеномный анализ показал идентичность митохондриальных геномов P. karindus и P. peilei, что является следствием митохондриальной интрогрессии от P. karindus к P. peilei, и глубокую дифференциацию всех трех видов по ядерному геному. Таким образом, сходство по ядерным маркерам, которое было выявлено ранее, является артефактом, связанным с недостаточным разрешением молекулярного анализа, основанного на единичных ядерных локусах. (3) Анализ генетической структуры и ее таксономическая интерпретация для модельных групп насекомых и эриофиоидных клещей с использованием оригинальных наработок в области выявления криптических видов и тестирования таксономических гипотез Помимо теоретических разработок в области теории изучения биоразнообразия, была проведена серия работ по эмпирической проверке наших разработок и конкретному анализу генетических и цитогенетических маркеров и морфологических признаков в разных группах членистоногих. Получаемые данные по разнообразию признаков затем интерпретировались в терминах таксономии и доводились до логического конца, то есть до описания новых видов и создания ревизий и списков таксонов. Первый этап этих исследований, как правило, осуществлялся с применением методологии ДНК-баркодинга. Этот подход на основании анализа одного гена (COI) выявлял генетические кластеры организмов, которые рассматривались в качестве первичных таксономических гипотез - единиц для дальнейшего углубленного генетического, морфологического и таксономического анализа. В случае эриофиоидов был применен еще один прием поиска кандидатов на новые, еще не описанные виды. С учетом тесной связи этой группы с кормовыми растениям кандидаты на новые виды целенаправленно искались на реликтовых видах растений, особенно в районах плейстоценовых рефугиумов, которые можно рассматривать как потенциальные центры формирования биологического разнообразия. На втором этапе исследований производился анализ выявленных потенциальных таксономических единиц на основания изучения множественных генетических маркеров (включая хромосомные) и морфологических признаков. При изучении очень мелких эриофиоидов использовалась конфокальная микроскопия, которая принципиально повышала уровень разрешения морфологического, в частности приводила к открытию неизвестных ранее морфологических структур. Известные из литературы таксоны также рассматривались в качестве первичных таксономических гипотез, которые тестировались путем интеграции морфологических данных с ДНК-баркодами. Таким образом, решалась проблема уменьшения уровня неопределенности видовых границ, связанной с недостаточной изученностью таксонов и с объективными трудностями делимитации молодых видов, хиатусы между которыми еще недостаточно четко выражены. На третьем этапе производилась интерпретация полученных данных в зависимости от применяемой видовой концепции (узкий филогенетический вид и широкий политипический вид, претендующий на то, что он является репродуктивно изолированной единицей). Результатом этих исследовании стали работы, рассматривающие структуру биологического разнообразия нескольких изученных модельных групп на видовом уровне. Подготовлены и опубликованы видовые списки родов Parnassius, Melitaea и Polyommatus (Agrodiaetus), в которых статус и положение каждого таксона обсуждены с учетом полученных данных и разработанных методологических подходов к проблеме неопределенности видовых границ. Cтруктура биологического разнообразия на макротаксономическом уровне (уровне родов, триб и подсемейств) изучена для семейств Hesperiidae (Lepidoptera), Issidae (Hemiptera) и Myrmeleontidae (Neuroptera). Для семейства сем Hesperiidae были проанализированы представители 270 родов, для представителя каждого рода были секвенированы 10 генов (COI, EF1a, wingless, ArgKin, CAD, GAPDH, IDH, MDH, RpS2 и RpS5), общая длина конкатенированного выравнивания, которое использовалось в анализе, составила 7726 пар нуклеотидов. В результате впервые получена филогения и разработана система высших таксонов Hesperiidae мировой фауны. В итоге по результатам исследования в 2016 году опубликованы две монографии и 11 статей в журналах Nature, PeerJ, Systematics and Biodiversity, Comparative Cytogenetics, Systematic & Applied Acarology, Zootaxa, Folia Biologica-Krakow (все журналы индексируются в базах WEB of Science, Scopus и РИНЦ). Суммарный импакт-фактор публикаций 2016 года (по WEB of Science) составил 52.686 (максимальный импакт-фактор=38.13, минимальный импакт-фактор=0.562). Четыре статьи из 11 опубликованы в журналах из первого квартиля (WEB of Science) в своей категории: Nature (1), PeerJ (1) и Systematic & Applied Acarology (2). По материалам исследований сделано 10 докладов на международных конференциях.

 

Публикации

1. - Обнаружен ранее неизвестный науке механизм образования новых видов животных Чердак, - (год публикации - ).

2. - Как из гибрида получается вид Наука и жизнь, - (год публикации - ).

3. - Российские учёные обнаружили ранее неизвестный механизм видообразования Интернет- издание «НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ РОССИИ – STRF.ru», - (год публикации - ).

4. - Рыжая «дочь» синего и зелёного. Неизвестный механизм образования новых видов животных открыли учёные СПбГУ и РАН Аргументы недели Санкт-Петербург, № 26 (467) от 16 июля 2015 (год публикации - ).

5. - Новый вид из генома-трансформера Санкт-Петербургский университет, №5(3890), май-июнь 2015 (год публикации - ).

6. - Создайте условия, и все получится Ителектуальный капитал, - (год публикации - ).

7. - Новый путь видообразования — в результате скрещивания Научная Россия, - (год публикации - ).

8. - Исчезновение пчёл связано с их болезнью Невское время, 08.08.2015 (год публикации - ).

9. - Энтомология поможет лучше понять творчество Набокова Absolut TV, - (год публикации - ).

10. Вишневская М.С., Сайфитдинова А.Ф., Лухтанов В.А. Karyosystematics and molecular taxonomy of the anomalous blue butterflies (Lepidoptera, Lycaenidae) from the Balkan Peninsula. Pensoft, Sofia, - (год публикации - 2016).

11. Дуарте М.Е., Четвериков Ф.Е., Силва Е.С., Навиа Д. Three new species of eriophyoid mites (Acariformes, Eriophyoidea) from Lippia alba (Verbenaceae) from Brazil, and remarks on the thorn-like spermathecal process. Systematic & Applied Acarology, 21, 9, 1225–1249 (год публикации - 2016).

12. Кузнецова В.Г., Хабиев Г.Н., Анохин Б.А. Cytogenetic study on antlions (Neuroptera, Myrmeleontidae): first data on telomere structure and rDNA location Comparative Cytogenetics, 10 (4): 647-656 (год публикации - 2016).

13. Лухтанов А.Г., Лухтанов В.А. Путешествия за бабочками ИП Аникин Б.П., Усть-Каменогорск, 330 с. (год публикации - 2016).

14. Лухтанов В.А, Сураков А., Захаров Е.В. DNA barcodes as a tool in biodiversity research: testing pre-existing taxonomic hypotheses in Delphic Apollo butterflies (Lepidoptera, Papilionidae) Systematics and Biodiversity, 14, 6, 599-613 (год публикации - 2016).

15. Лухтанов В.А. Fine lines: Vladimir Nabokov's Scientific Art. Nature, Vol. 531, issue 7594, page 304 (год публикации - 2016).

16. Лухтанов В.А., Паженкова Е.А., Новикова А.В. Mitochondrial chromosome as a marker of animal migratory routes: DNA barcoding revealed Asian (non-African) origin of a tropical migrant butterfly Junonia orithya in south Israel Comparative Cytogenetics, 10(4): 671-677 (год публикации - 2016).

17. Марыанска-Надаховска А., Анохин Б.А., Гнездилов В.М., Кузнецова В.Г. Karyotype stability in the family Issidae (Hemiptera, Auchenorrhyncha) revealed by chromosome techniques and FISH with telomeric (TTAGG)n and 18S rDNA probes Comparative Cytogenetics, 10, 3, 347-369 (год публикации - 2016).

18. Паженкова Е.А., Лухтанов В.А. Chromosomal and mitochondrial diversity in Melitaea didyma complex (Lepidoptera, Nymphalidae): eleven deeply diverged DNA barcode groups in one non-monophyletic species? Comparative Cytogenetics, 10(4): 697-717 (год публикации - 2016).

19. Сахо Р.К., Уаррен А.Д., Уахлберг Н., Броуер А.В.З., Лухтанов В.А., Кодандарамаиах У. Ten genes and two topologies: an exploration of higher relationships in skipper butterflies (Hesperiidae) PeerJ, 4, e2653 (год публикации - 2016).

20. Четвериков Ф.Е., Крамер Ч. Sierraphytoptines (Eriophyoidea: Phytoptidae) from relict eudicots: reassignment of Sierraphytoptus taiwanensus to a new genus Solenoplatilobus and refinement of generic diagnosis of Austracus Systematic & Applied Acarology, 21, 6, 745–758 (год публикации - 2016).

21. Четвериков Ф.Е., Петанович Р.У. Description of a new early-derivative mite, Pentasetacus plicatus n. sp. (Acariformes, Eriophyoidea), and remarks on the systematic position of pentasetacines Zootaxa, 4144, 2, 211–226 (год публикации - 2016).

22. Шаповал Н.А., Лухтанов В.А. On the generic position of Polyommatus avinovi (Lepidoptera: Lycaenidae) Folia biologica (Krakow), 64(4) (год публикации - 2016).