Parus major. Ученые МГУ изучили геномное разнообразие больших синиц

Международный коллектив, в состав которого вошли сотрудники биологического факультета МГУ, провел масштабное сравнительное исследование генома большой синицы (Parus major). Были получены и обработаны данные от 647 особей из 29 европейских популяций. Результаты работы внесли важный вклад в понимание паттернов эволюции у этого вида птиц и влияния на них условий внешней среды. Исследование опубликовано в журнале Molecular Ecology Resources.

Эволюционная биология – наука, которая изучает, в том числе, как и почему генетическое разнообразие меняется в пределах различных таксонов. Современные методы позволяют секвенировать геном организмов целиком, то есть «прочитать» последовательность ДНК – узнать, из каких нуклеотидов она состоит. Исследования видов с широким ареалом важны для оценки окружающей среды и популяционных особенностей (например, плотности популяции) на сформировавшееся генетическое разнообразие.

При исследовании генетического разнообразия ученые обращают внимание на SNP (single nucleotide polymorphism – однонуклеотидный полиморфизм) – разницу в один нуклеотид в последовательностях ДНК у разных особей одного вида. При исследованиях эволюции видов с широким ареалом ученые в том числе проводят скрининг на наличие и количество SNP.

Большая синица (Parus major) – один из самых широко распространенных видов певчих птиц в Палеарктике. Синицы – обычные жители крупных и малых городов. Из-за обширного ареала и высокой численности они являются удобным объектом для изучения действия окружающей среды на формирование видов. На них можно проводить долгосрочные исследования и таким образом изучать генетические изменения с течением времени. Регионы, в которых обитают синицы, очень разнообразны по своим условиям (в том числе, по климатическим). Благодаря этому, можно сформировать те или иные гипотезы о ходе эволюции вида и позже проверить их при помощи генетического анализа.

Международный коллектив исследователей, в состав которого вошли ученые с биологического факультета МГУ, провел масштабный анализ генетического разнообразия певчих птиц на примере большой синицы. В ходе работы были собраны образцы ДНК 647 особей этого вида из 29 популяций почти со всей территории Европы. Количество проверенных SNP маркеров достигало 500 000. Ученые представили одно из самых полных и детальных исследований геномной изменчивости у диких позвоночных животных.

Результаты показали следующее. Во-первых, несмотря на то, что все особи относятся к одному виду, в их ДНК наблюдалось достаточно большое количество отличий. Наименьшее генетическое разнообразие было отмечено в островных популяциях больших синиц. Во-вторых, синицы из одной популяции характеризовались определенной «генетической структурой». То есть, особи внутри одной популяции были генетически больше похожи друг на друга, чем на особей из другой популяции. Геномная изменчивость свидетельствовала о том, что большие синицы колонизировали Европу после последнего ледникового периода из одного единственного рефугиума на юго-востоке. Под рефугиумом понимают участок, на котором группа пережила неблагоприятный для них период, в то время как в других местах особи погибали.

В-третьих, геномные различия между популяциями были крайне неоднородны, с четко выраженными «островами дифференциации», причем даже среди популяций с очень низким уровнем геномной дифференциации в целом. Этот термин относят к определенным областям генома, которые демонстрируют значительно более высокий уровень генетических отличий между популяциями или видами по сравнению с другими областями генома. В-четвертых, в нескольких периферийных популяциях большой синицы были обнаружены аномальные геномные участки, возникшие, вероятно, в результате недавнего направленного отбора на краях ареала.

При направленном отборе фенотип (то есть совокупность всех признаков и свойств особи) изменяется в ответ на внешние условия среды и в результате сходится к одному конкретному. Таким образом, исследование убедительно демонстрирует, что всесторонний анализ геномной изменчивости у диких организмов может предоставлять уникальные сведения о пространственно-временной эволюционной динамике.

Большая синица – это модельный вид в исследованиях, использующих свободноживущих птиц. Неудивительно, что это один из самых изученных видов птиц в мире, на нем сделана масса работ в самых разных областях биологии. Я сам по специальности зоолог, работаю с большой синицей более 20 лет, и поэтому мне было особенно интересно участвовать в совместной работе с биоинформатиками. Уверен, что масштабные работы, подобные нашей, сделанные на стыке экологии и геномики, вскоре станут намного более массовыми.
* Андрей Бушуев, один из авторов работы, старший научный сотрудник кафедры зоологии позвоночных биологического факультета МГУ.

На фото: большая синица (Parus major) // Источник: Андрей Бушуев, биологический факультет МГУ