Популяционная идентификация кеты (Oncorhynchus keta Walbaum) по микросателлитным маркерам

Кета является ценным промысловым видом лососевых рыб. Она широко распространена по всей северной части Тихого океана, и нерестится в реках обоих континентов: азиатского и американского.

Промысел кеты является важнейшей отраслью экономики российского Дальнего Востока. Воспроизводство стад кеты осуществляется как естественным путем, так и искусственно на лососевых рыбоводных заводах (ЛРЗ). В связи с особенностями биологии и экологии, такими как более низкий по сравнению с горбушей уровень стреинга, высокой полифагией, пищевой ценностью и др., кета привлекательна в качестве объекта для искусственного воспроизводства. Воспроизводство стад лососей ведется в разных странах Северной Пацифики. Наиболее активно в США и Японии. На островах Хоккайдо и Хонсю более века кета воспроизводится, по большей части, искусственно (Марковцев 2007). В России в последние годы проявляется все больший интерес к разведению именно кеты.

В связи с тенденцией к увеличению объемов промысла и искусственного разведения, возрастает потребность решения вопросов принадлежности, как отдельных рыб, так и выборок к тем или иным нерестовым группировкам, в том числе и принадлежность рыб к естественным популяциям, или искусственным стадам ЛРЗ. Это могут быть проблемы, связанные с необходимостью определения популяционной принадлежности рыб при вылове на путях миграции, при определении состава уловов на ставных неводах, выявлении сезонных или экологических рас, а также и в спорных вопросах о происхождении уловов, или при экологической сертификации морского промысла (Животовский и др. 2010). С каждым годом необходимость решения этих вопросов приобретает всё большую актуальность.

Для решения упомянутых вопросов встает задача нахождения наиболее подходящих для этого генетических маркеров, способных обеспечить необходимую точность при идентификации отдельных рыб или выборок по их популяционной принадлежности.

Животовский (2010) сформулировал следующие принципы популяционно-генетических исследований тихоокеанских лососей при создании популяционных баз ДНК-данных, наиболее важными из которых для целей нашего исследования являются следующие два:

— Наиболее подходящими генетическими маркерами в целях дифференциации популяций являются микросателлиты. Именно на них следует в первую очередь направить работу по созданию референтных баз генетических данных по тихоокеанским лососямпри этом использование других типов генетического полиморфизма (мононуклеотидных замен — 8ЫР, рестрикционных фрагментов и нуклеотидных последовательностей митохондриальной ДНК и ядерных генов, фингерпринтов, аллозимов) может привнести важную дополнительную информацию.

— В целях создания надежной базы генетических данных по стадам лососей следует наращивать число вовлекаемых генетических локусов, тем более что для каждой группы популяций дифференцирующим может оказаться свой специфический набор маркеров.

На данный момент в лаборатории генетических проблем идентификации Института общей генетики РАН разработан и используется набор из десяти микросателлитных локусов кеты (Афанасьев и др. 2008, 2011; Рубцова и др. 2008; Животовский и др. 2008;2010, Шитова 2009). Данный набор с достаточной точностью дифференцирует региональные группировки кеты, а также крупные популяционные группировки в пределах регионов. Для надежной идентификации особей, принадлежащих к географически близкорасположенным группировкам, точность идентификации при использовании набора из этих десяти микросателлитных локусов недостаточна. Один из способов увеличения разрешающей способности метода — расширение используемого набора генетических маркеров.

Актуальность проблемы. На сегодняшний день вопрос о популяционной идентификации — т. е. определения принадлежности рыб к определенным нерестовым группировкам (популяциям), составе уловов на ставных неводах, устанавливаемых на некотором удалении от устья нерестовых рек, а также о составе уловов на путях миграции кеты приобретает все большую актуальность. При этом важно определить не только процентный популяционный состав исследуемой группы рыб в улове, но и популяционную принадлежность каждой отдельной особи. Последнее необходимо при соотнесении биологических характеристик рыб с местом происхождения, полом, возрастом, размерами и т. п. В перспективе использование расширенного набора микросателлитных локусов позволит с высокой точностью определять принадлежность особей кеты в смешанных уловах.

Такой набор маркеров позволит полнее представить картину популяционной структуры и миграционных процессов, характерных для кеты российского Дальнего Востока, а также рационализировать промысел и воспроизводство этого ценного вида рыбы.

Цель и задачи исследования

Цель данной работы — разработать набор микросателлитных маркеров, на основе ранее используемого в лаборатории, позволяющий с высокой точностью идентифицировать отдельных особей и локальные популяционные группировки кеты российского Дальнего Востока.

Для решения поставленной цели, были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Расширить существующий набор микросателлитных маркеров.

2. Оценить надежность идентификации особей кеты по их популяционной принадлежности на основе разработанных методик и собранного материала по кете.

3. Оценить разрешающую способность метода с разными наборами микросателлитных маркеров.

Научная новизна работы. Впервые данные по микросателлитной изменчивости кеты российского Дальнего Востока использованы с целью популяционной идентификации как отдельных особей, так и их группировок. Проведена оценка изменения точности идентификации при расширении количества используемых микросателлитных маркеров. В ходе работы был апробирован ряд локусов, ранее не используемых на кете. Проведено сравнение компьютерных программ, позволяющих проводить популяционную идентификацию особей на основе данных о микросателлитной изменчивости. На примере смешанных траловых уловов кеты в Беринговом и Охотском морях, показана возможность применения разработанной методики популяционной идентификации кеты. Существующая база микросателлитных данных по кете расширена с привлечением материала по кете Аляски.

Научно-практическое значение. Проведена оценка точности идентификации, при использовании разных наборов генетических маркеров. С использованием расширенного набора микросателлитных маркеров показано стабильное увеличение точности идентификации по сравнению с ранее используемым набором локусов. Проведён сравнительный анализ компьютерных программ позволяющих осуществлять популяционную идентификацию на основе данных о генетической изменчивости особей. Оценена генетическая структура популяций на основе расширенного набора микросателлитных локусов. Достигнута высокая точность (до 95%) идентификации для отдельных нерестовых группировок кеты.

Автор признателен научному руководителю Л. А. Животовскому за предложенную тему исследования, руководство работой, возможностью собрать материал по стадам кеты, помощь в подготовке и обработке материала на всех стадиях данного исследования, обсуждение и интерпретацию полученных данных.

Г. А. Рубцовой за помощь в освоении методов микросателлитного анализа и обработке материала по микросателлитным локусам.

М.В. Шитовой за помощь при статистической обработке и интерпретации полученных данных.

Е.Г. Шайхаеву за помощь в разработке праймеров к исследованным микросателлитным локусам и за ценные советы и рекомендации при ' разработке индивидуальных программ амплификации для исследованных локусов.