Efekti B hromozoma na genetičku varijabilnost i strukturu populacija žutogrlog miša Apodemus flavicollis (Mammalia, Rodentia)

Abstract

B hromozomi predstavljaju prekobrojne hromozome koji nisu neophodni za normalan rast i razviće svojih nosilaca. Dosadašnja istraživanja, na različitim vrstama, su pokazala da B hromozomi nisu inertni i da se njihovi efekti u različitom stepenu manifestuju od molekularnog do populacionog nivoa. Jedna od vrsta roda Apodemus, kod koje su prisutni B hromozomi, jeste žutogrli miš Apodemus flavicollis, koja je rasprostranjena u Palearktiku. U cilju utvrđivanja efekata B hromozoma analizirane su četiri populacije vrste A.flavicollis sa različitom frekvencom B hromozoma, iz topološki i ekološki različitih staništa iz Srbije. Genotipizacija je izvršena multilokusnom metodom AFLP (Amplified Fragment Lenght Polymorphism) i primenom 14 prajmerskih kombinacija je dobijen ukupno 471 marker. Detektovane su značajne razlike u genetičkom diverzitetu i diferenciranosti među analiziranim populacijama A. flavicollis. Najveći genetički diverzitet je detektovan u populaciji sa lokaliteta Fruška gora koji predstavlja optimalno stanište za datu vrstu. Ispitivanje na nivou individua je pokazalo postojanje većih genetičkih razlika između jedinki sa B hromozomima, nego između jedinki bez B hromozoma, kako unutar populacija tako i između populacija. Razlika između jedinki sa i bez B hromozoma nije detektovana ispitivanjem na nivou populacija, ali je detektovana razlika u alelskim frekvencama između ove dve grupe jedinki. Raščlanjivanje genetičke varijabilnosti na različitim populacionim nivoima je pokazalo da je najveći deo genetičke varijabilnosti raspoređen na interpopulacionom i individualnom nivou. Genetičke razlike između jedinki sa i bez B hromozoma nisu detektovane. Visok nivo diferencijacije populacije na osnovu lokaliteta je potvrđen prostornom analizom molekularne varijanse, dok je nepostojanje korelisanosti genetičkih i geografskih distanci pokazalo da nisu genetički diferencirane uprkos udaljenosti. U ovom slučaju veliku genetičku Rezime/Summary diferenciranost između ispitivanih populacija možemo da objasnimo postojanjem lokalnih adaptacija. Ukupno dvanaest lokusa je detektovano kao mogući lokusi pod delovanjem selekcije ili koji se nalaze blizu lokusa koji su pod delovanjem selekcije. Tri lokusa su detektovana u svim populacijama, dok je ostalih devet karakteristično ili za populaciju sa nižom (Fruška gora) ili za populacije sa višom frekvencom B hromozoma (Tara, Devojački bunar i Lisine). S obzirom na to da su jedinke iz topološki i ekološki različitih staništa, pretpostavili smo da postoje različiti selekcioni pritisci u zavisnosti od toga da li je stanište optimalno za vrstu ili ne. Testiranje uticaja različitih sredinskih varijabli, koje su značajne za ovu vrstu, pokazalo je da je najveći broj asocijacija AFLP lokusa i sredinskih varijabli detektovan za dve varijable koje su bitne za populacionu dinamiku odnosno za dostupnost hrane koju preferiraju i reprodukciju vrste A. flavicollis. Selekcioni pritisci koje nameću dužina zime i leta bi mogli da predstavljaju glavni mehanizam variranja frekvence B hromozoma kako unutar populacija, tako i između populacija iz različitih staništa. U ispitivanim populacijama nije potvrđen efekat B hromozoma na genetički diverzitet i diferenciranost populacija. Pretpostavljamo da selekcija izazvana ekološkim faktorima dovodi do adaptiranosti populacija na specifične uslove sredine i direktno delujući na mehanizam transmisije B hromozoma favorizuje jedinke sa B hromozomima u populacijama koje naseljavaju staništa koja nisu optimalna za datu vrstu. Moguće je da su epistatički ili slabi aditivni efekti B hromozoma efikasniji u neoptimalnim sredinama, mada se ne sme zanemariti i moguće postojanje epigenetičkih procesa koji dovode do modifikacije u ekspresiji gena. U ovom slučaju B hromozomi imaju adaptivnu ulogu čime se potvrđuje heterotični model održavanja B hromozoma u populacijama iz Srbije.

B chromosomes (Bs) are supernumerary to the standard set of chromosomes characterized with dispensable nature. Studies on various species, showed that they are not inert, with expression of their effects on different levels from molecular to population level. One of the species from genus Apodemus with B chromosomes, yellow-necked mouse Apodemus flavicollis, is widespread in Palearctic. In order to determine effects of Bs, four populations of A. flavicollis from localities in Serbia, differing in both topological and ecological conditions, as well as frequency of Bs, were examined. Genotyping was done by AFLP (Amplified Fragment Lenght Polymorphism) multiloci method, and 14 primer combinations produced 471 marker. We detected significantly different level of genetic diversity and differentiation between studied populations. Greatest genetic diversity was detected for Fruška gora population, settled in locality with optimal condition for this species. Band based approach estimated greatest genetic differencies between individuals with Bs, in comparison with individuals without Bs, on interpopulation as well as intrapopulation level. Allele frequency based approach did not detect difference between individuals with and without Bs, but it showed difference in alelle frequencies between these two groupes. Partitioning of genetic variability showed that majority of genetic variability is distributed on interpopulation and individual level. Genetic differencies between individuals with and without Bs were not detected. Spatial analysis of molecular variance confirmed high level of genetic differentation based on locality, while lack of correlation of genetic and geographic distances showed that population are not differentiated due to spatial separation. In this case, high level of genetic differentation detected between populations could be explained by local adaptation. Total of twelve loci were Rezime/Summary detected as loci under selection or close to loci under selection. Three of these loci were detected in all populations, while remaining nine were unique to either population with lower frequency (Fruška gora) or populations with higher frequency of Bs (Tara, Devojački bunar and Lisine). Considering the fact that population are settled on topologicaly and ecologicaly different habitats, we assumed existance of different selection preassures based on the optimality of habitat for this species. Analysis of assosiation of environmental variables ecologicaly important for this species with AFLP markers showed that the greatest number of associations was detected for two variables that could influence population dynamics of A. flavicollis, by affecting availability of preferred food and timing of reproduction. Selection pressures imposed by duration of winter and summer could represent main factors of Bs frequency variation at intrapopulation and interpopulation level. Effect of Bs on genetic diversity and differentiation was not detected in analyzed populations. Ecologically based selection led to adaptation of populations to different habitats, directly acting on mechanism of Bs transmission, favoring individuals with Bs in populations settled in habitats suboptimal for this species. It is possible that epistatic or very small additive effects of Bs are more effective in suboptimal environments, but their epigenetic effects, like modification of the expression of certain genes, could not be excluded either. In this case Bs can be considered as adaptive, confirming heterotic model of B chromosomes maintenance in populations from Serbia.