Генетические линии Parisotoma notabilis sensu lato (Hexapoda, Collembola) и их использование в биологическом мониторинге

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Широко распространенные виды мелких почвенных членистоногих традиционно используют в биологическом мониторинге состояния окружающей среды. Перспективным развитием этого направления может стать использование генетических методов, а именно состава генетических линий в популяциях политипических видов. К таким видам относится коллембола Parisotoma notabilis sensu lato, особенно многочисленная в Европе. На сегодня известно 6 линий этого комплекса, генетические дистанции между которыми близки к видовым. Ранее нами была показана дифференцировка этих линий в градиенте урбанизации (природный лес – лесопарк – городской газон) на примере Московского региона. В данной работе дивергенция генетических линий по этим местообитаниям была подтверждена для различных природных зон. Минимально нарушенные местообитания маркируют линии L2, L4-Hebert и L0, наиболее нарушенные – L1. Мониторинг изменений в почвенном ярусе экосистем возможен лишь в зонах симпатрии различных генетических линий P. notabilis, т.е. районах их совместной встречаемости. Согласно полученным данным, к таким территориям относится, по-видимому, вся европейская часть России.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Стрючкова

Московский педагогический государственный университет

Email: astr2502@yandex.ru
Россия, Москва

Н. А. Кузнецова

Московский педагогический государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: mpnk@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Антипова М.Д., Бабенко А.Б., 2023. Формирование сообществ коллембол (Hexapoda, Collembola) при отступании Цейского ледника (Северная Осетия – Алания) // Зоологический журнал. Т. 102. № 12. C. 1370–1388. https://doi.org/10.31857/S0044513423120036
  2. Кузнецова Н.А., 2005. Организация сообществ почвообитающих коллембол. М.: Прометей. 244 с.
  3. Потапов М.Б., 2022. Поиск морфологических различий между генетическими линиями видов-убиквистов – насущная задача систематики коллембол // Биота, генезис и продуктивность почв. Материалы XIX Всероссийского совещания по почвенной зоологии. Под редакцией А.В. Тиунова, К.Б. Гонгальского, А.В. Уварова. Улан-Удэ: Бурятский научный центр Сибирского отделения РАН. С. 130–131.
  4. Стрючкова А.В., Кузнецова Н.А., 2023. Экотипы широкораспространенных видов: перспектива использования в экологическом мониторинге // Биодиагностика и экологическая оценка окружающей среды: современные технологии, проблемы и решения. Материалы IV международного симпозиума. Отв. ред. Терехова В.А., Кулачкова С.А., Ковалева Е.И. М.: Научная библиотека МГУ. С. 227–231. https://doi.org/10.61271/j8240-4277-2929-x
  5. Чернова Н.М., Потапов М.Б., Савенкова Ю.Ю., Бокова А.И., 2009. Экологическая роль партеногенеза у коллембол // Зоологический журнал. Т. 88. № 12. С. 1455–1470.
  6. Шарин В.Г., 2004. Группировка ногохвосток (Collembola) свалки бытовых отходов Подмосковья // Зоологический журнал. Т. 83. № 12. С. 1419– 1426.
  7. Шеховцов С.В., Ермолов С.А., Держинский Е.А., Полубоярова Т.В., Ларичева М.С., Пельтек С.Е., 2020. Генетическая и размерная изменчивость Octolasion tyrtaeum (Lumbricidae, Annelida) // Письма в Вавиловский журнал генетики и селекции. Т. 6. № 1. С. 5–9. https://doi.org/10.18699/Letters2020-6-01
  8. Anslan S., Tedersoo L., 2015. Performance of cytochrome c oxidase subunit I (COI), ribosomal DNA Large Subunit (LSU) and Internal Transcribed Spacer 2 (ITS2) in DNA barcoding of Collembola // European Journal of Soil Biology. V. 69. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2015.04.001
  9. Bahrndorff S., Loeschcke V., Pertoldi C., Beier C., Holmstrup M., 2009. The rapid cold hardening response of Collembola is influenced by thermal variability of the habitat // Functional Ecology. V. 23. P. 340–347. https://doi.org/10.1111/j.1365-2435.2008.01503.x
  10. Connell J.H., 1978. Diversity in tropical rain forests and coral reefs: high diversity of trees and corals is maintained only in a nonequilibrium state // Science. V. 199. № 4335. P. 1302–1310. https://doi.org/10.1126/science.199.4335.1302
  11. Connell J.H., Hughes T.P., Wallace C.C., 1997. A 30-year study of coral abundance, recruitment, and Disturbance at several scales in space and time // Ecological Monographs. V. 67. № 4. P. 461–488. https://doi.org/10.2307/2963466
  12. Culliney T.W., 2013. Role of arthropods in maintaining soil fertility // Agriculture. V. 3. № 4. P. 629–659. https://doi.org/10.3390/agriculture3040629
  13. Deiner K., Bik H.M., Mächler E., Seymour M., Lacoursière-Roussel A., et al., 2017. Environmental DNA metabarcoding: Transforming how we survey animal and plant communities // Molecular Ecology. V. 26. № 21. P. 5872–5895. https://doi.org/10.1111/mec.14350
  14. Dopheide A., Xie D., Buckley T.R., Drummond A.J., Newcomb R.D., 2019. Impacts of DNA extraction and PCR on DNA metabarcoding estimates of soil biodiversity // Methods in Ecology and Evolution. V. 10. № 1. P. 120– 133. https://doi.org/10.1111/2041-210X.13086
  15. Fernandes K., van der Heyde M., Bunce M., Dixon K., Harris R.J., et al., 2018. DNA metabarcoding – a new approach to fauna monitoring in mine site restoration // Restoration Ecology. V. 26. № 6. P. 1098–1107. https://doi.org/10.1111/rec.12868
  16. Fjellberg A., 2007. The Collembola of Fennoscandia and Denmark, Part II: Entomobryomorpha and Symphypleona. Fauna Entomologica Scandinavica. V. 42. Brill. 264 p.
  17. Frumkin H., 2016. Environmental health: from global to local. San Francisco: John Wiley & Sons. 896 p.
  18. Geisen S., 2021. Molecular approaches to revolutionize soil biodiversity monitoring // Soil biodiversity from the lowlands to the high mountains: the XVIII International Colloquium on Soil Zoology and XV International Colloquium on Apterygota. Eurac Research, Bozen/Bolzano, Italy. P. 44.
  19. Ji Y., Ashton L., Pedley S.M., Edwards D.P., Tang Y. et al., 2013. Reliable, verifiable and efficient monitoring of biodiversity via metabarcoding // Ecology Letters. V. 16. № 10. P. 1245–1257. https://doi.org/10.1111/ele.12162
  20. Linhart Y.B., Grant M.C., 1996. Evolutionary significance of local genetic differentiation in plants // Annual Review of Ecology and Systematics. V. 27. № 1. P. 237–277.
  21. McKinney M.L., 2008. Effects of urbanization on species richness: A review of plants and animals // Urban Ecosystem. V. 11. P. 161–176. https://doi.org/10.1007/s11252-007-0045-4
  22. Menta C., Remelli S., 2020. Soil health and arthropods: from complex system to worthwhile Investigation // Insects. V. 11. № 1. P. 54. https://doi.org/10.3390/insects11010054
  23. Orgiazzi A., Bardgett R.D., Barrios E., Behan-Pelletier V., Briones M.J.I., et al., 2016. Global soil biodiversity atlas. European Commission. 176 p.
  24. Orgiazzi A., Dunbar M.B., Panagos P., de Groot G.A., Lemanceau P., 2015. Soil biodiversity and DNA barcodes: opportunities and challenges // Soil Biology and Biochemistry. V. 80. P. 244–250. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.10.014
  25. Pfingstl T., Lienhard A., Baumann J., Koblmüller S., 2021. A taxonomist’s nightmare – Cryptic diversity in Caribbean intertidal arthropods (Arachnida, Acari, Oribatida) // Molecular Phylogenetics and Evolution. V. 163. 107240. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2021.107240
  26. Phillips H.R.P., Guerra C.A., Bartz M.L.C., Briones M. J. I., Brown G. et al., 2019. Global distribution of earthworm diversity // Science. V. 366. № 6464. P. 480–485. https://doi.org/10.1126/science.aax4851
  27. Porco D., Bedos A., Greenslade P., Janion C., Skarżyński D. et al., 2012. Challenging species delimitation in Collembola: cryptic diversity among common springtails unveiled by DNA barcoding // Invertebrate Systematics. V. 26. P. 470–477. https://doi.org/10.1071/IS12026
  28. Porco D., Potapov M., Bedos A., Busmachiu G., Weiner W.M. et al., 2012a. Cryptic diversity in the ubiquist species Parisotoma notabilis (Collembola, Isotomidae): a long-used chimeric species? // PLOS ONE. V. 7. e46056. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0046056
  29. Potapov A.M., Guerra C.A., van den Hoogen J. et al., 2023. Globally invariant metabolism but density-diversity mismatch in springtails // Nature Communications. V. 14. № 674. P. 1–13.
  30. Potapov M., 2001. Synopses on Palaearctic Collembola: Isotomidae. Senckenberg Museum of Natural History Görlitz. 603 p.
  31. Potapov M.B., Kuznetsova N.A., Janion-Scheepers C., Bokova A.I., Panina K.S., 2021. Alien species of Collembola in agroecosystems in the European part of Russia // Borok-VI: sixth International Symposium – Invasion of Alien Species in Holarctic. Kazan. Buk. P. 184.
  32. Prendini L., Weygoldt P., Wheeler W.C., 2005. Systematics of the Damon variegatus group of African whip spiders (Chelicerata: Amblypygi): Evidence from behaviour, morphology and DNA // Organisms Diversity and Evolution. V. 5. № 3. P. 203–236. https://doi.org/10.1016/j.ode.2004.12.004
  33. Rusek J., 2004. Collembola succession on deposits from a chemical factory // Pedobiologia. V. 48. № 5–6. P. 519–525. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2004.06.008
  34. Saltzwedel H., Scheu S., Schaefer I., 2017. Genetic structure and distribution of Parisotoma notabilis (Collembola) in Europe: Cryptic diversity, split of lineages and colonization patterns // PLOS ONE. V. 12. e0170909. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0170909
  35. Saltzwedel H. von, Maraun M., Scheu S., Schaefer I., 2014. Evidence for frozen-niche variation in a cosmopolitan parthenogenetic soil mite species (Acari, Oribatida) // PLOS ONE. V. 9. e113268. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0113268
  36. Schäffer S., Kerschbaumer M., Koblmüller S., 2019. Multiple new species: Cryptic diversity in the widespread mite species Cymbaeremaeus cymba (Oribatida, Cymbaeremaeidae) // Molecular Phylogenetics and Evolution. V. 135. P. 185–192. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2019.03.008
  37. Shekhovtsov S.V., Ershov N.I., Vasiliev G.V., Peltek S.E., 2019. Transcriptomic analysis confirms differences among nuclear genomes of cryptic earthworm lineages living in sympatry // BMC Evolutionary Biology. V. 19. Suppl. 1: 50. P. 13–22. https://doi.org/10.1186/s12862-019-1370-y
  38. Spellerberg I.F., 2005. Monitoring Ecological Change. Cambridge: Cambridge University Press. 411 p.
  39. Striuchkova A., 2023. Distribution of genetic lineages of Parisotoma notabilis (Collembola) in the urbanistic gradient // Russian Journal of Ecology. V. 54. P. 347–351. https://doi.org/10.1134/S1067413623040112
  40. Striuchkova A., Malykh I., Potapov M., Kuznetsova N.A., 2022. Sympatry of genetic lineages of Parisotoma notabilis s. l. (Collembola, Isotomidae) in the East European Plain // ZooKeys. V. 1137. P. 1–15. https://doi.org/10.3897/zookeys.1137.95769
  41. Stronen A.V., Norman A.J., Vander Wal E., Paquet P.C., 2022. The relevance of genetic structure in ecotype designation and conservation management // Evolutionary Applications. V. 15. № 2. P. 185–202. https://doi.org/10.1111/eva.13339
  42. Sun X., Bedos A., Deharveng L., 2018. Unusually low genetic divergence at COI barcode locus between two species of intertidal Thalassaphorura (Collembola: Onychiuridae) // PeerJ. V. 6. e5021. https://doi.org/10.7717/peerj.5021
  43. Taberlet P., Coissac E., Pompanon F., Brochmann C., Willerslev E., 2012. Towards next-generation biodiversity assessment using DNA metabarcoding // Molecular Ecology. № 8. V. 21. P. 2045–2050. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2012.05470.x
  44. Turesson G., 1922. The genotypical response of the plant species to the habitat // Hereditas. V. 3. № 3. P. 211–350. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1922.tb02734.x
  45. Wanner M., Dunger W., 2002. Primary immigration and succession of soil organisms on reclaimed opencast coal mining areas in eastern Germany // European Journal of Soil Biology. V. 38. № 2. P. 137–143. https://doi.org/10.1016/S1164-5563(02)01135-4
  46. Whiting M.F., 2002. Mecoptera is paraphyletic: multiple genes and phylogeny of Mecoptera and Siphonaptera // Zoologica Scripta. V. 31. № 1. P. 93–104. https://doi.org/10.1046/j.0300-3256.2001.00095.x
  47. Yang Ch., Wang X., Miller J.A., de Blécourt M., Ji Y., et al., 2014. Using metabarcoding to ask if easily collected soil and leaf-litter samples can be used as a general biodiversity indicator // Ecological Indicators. V. 46. P. 379–389. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.06.028
  48. Zhang B., Chen T.-W., Mateos E., Scheu S., Schaefer I., 2018. Cryptic species in Lepidocyrtus lanuginosus (Collembola: Entomobryidae) are sorted by habitat type // Pedobiologia. V. 68. P. 12–19. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2018.03.001

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Районы исследования

Скачать (271KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема отбора проб. Наборы данных: квадрат – 1, кружок – 2; номера соответствуют номерам в табл. 1

Скачать (127KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение генетических линий в различных по нарушенности местообитаниях в зоне бореальных лесов. На столбцах указано количество особей

Скачать (72KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение генетических линий в различных по нарушенности местообитаниях в зоне смешанных лесов. На столбцах указано количество особей

Скачать (73KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение генетических линий в разных по нарушенности местообитаниях в зоне степей. На столбцах указано количество особей

Скачать (71KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сравнение генетического состава популяций P. notabilis в лесах, лесопарках и на городских газонах по анализу избыточности (RDAs)

Скачать (61KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024