Разнокачественность трехиглой колюшки (Gasterosteus aculeatus) Белого моря в начале нереста по активности кальций-зависимых протеиназ и популяционным характеристикам

Людмила Александровна Лысенко, Надежда Павловна Канцерова, Екатерина Дмитриевна Тушина, Наталья Владимировна Полякова, Дмитрий Людвигович Лайус, Нина Николаевна Немова, Liudmila Lysenko, Nadezhda Kantserova, Ekaterina Tushina, Natalya Poliakova, Dmitry Lajus, Nina Nemova

Аннотация


Трёхиглая колюшка Gasterosteus aculeatus Белого моря подходит для нереста в начале лета с мест зимовки в прибрежную зону. Для описания пространственной гетерогенности нерестовых группировок этого вида мы сравнивали размерные характеристики и биохимические показатели в органах нерестящихся рыб из трёх местообитаний в Кандалакшском заливе, расположенных на расстоянии не более нескольких километров друг от друга, но заметно отличающихся температурным режимом, кормовой базой и подводной растительностью. Наши выборки были взяты в пределах недели после начала нерестового подхода колюшки. Мы не выявили размерных различий между выборками из разных биотопов. Активность внутриклеточных кальций-зависимых протеиназ (кальпаинов) статистически достоверно отличалась у рыб из разных местообитаний. Полученные результаты могут объясняться как исходными генетическими отличиями рыб, подходящих на разные нерестилища, так и ответом изначально гомогенной группировки колюшки на разные условия среды. В пользу первого предположения говорит то, что для формирования различий по уровню протеолиза требуется значительное время, и того времени, которое прошло со времени начала нерестовой миграции, может быть недостаточно для их проявления. В пользу второго предположения свидетельствуют наблюдения за распределением колюшки в зимний период. Колюшка отсутствует в прибрежной зоне и зимует на значительном отдалении от берегов, что препятствует структурированию популяции. Помимо этого, уровень активности кальпаинов у рыб оказался тем более сходен, чем выше было сходство условий в их местообитаниях. На настоящий момент у нас нет оснований предпочитать то или иное объяснение. Этому может способствовать анализ данных по размерным и биохимическим показателям колюшки на последующих этапах нереста.


Ключевые слова


Gasterosteus aculeatus; нерест; кальпаины

Полный текст:

PDF

Литература


Лайус Д. Л., Иванова Т. С., Шатских Е. В., Иванов М. В. "Волны жизни" беломорской колюшки // Природа. 2013. № 4(1172). С. 43-52.

Немова Н. Н., Лысенко Л. А., Канцерова Н. П. Деградация белков скелетных мышц в процессах роста и развития лососевых рыб // Онтогенез. 2016. Т. 47, № 4. С. 197-208. doi: 10.7868/S0475145016040066

Немова Н. Н., Лысенко Л. А., Канцерова Н. П. Протеиназы семейства кальпаинов. Структура и функции // Онтогенез. 2010. Т. 41, № 5. С. 381-389.

Armsworth P. R., Roughgarden J. E. The impact of directed versus random movement on population dynamics and biodiversity patterns // Am. Nat. 2005. Vol. 165. P. 449–465. doi: 10.1086/428595

Arnegard M. E., McGee M. D., Matthews B., Marchinko K. B., Conte G. L., Kabir S., Bedford N., Bergek S., Chan Y. F., Jones F. C., Kingsley D. M., Peichel C. L., Schluter D. Genetics of ecological divergence during speciation // Nature. 2014. Vol. 511. P. 307–311. doi:10.1038/nature13301

Bakhvalova A. E., Ivanova T. S., Ivanov M. V., Demchuk A. S., Movchan E. A., Lajus D. L. Long-term changes in the role of threespine stickleback Gasterosteus aculeatus in the White Sea: predatory fish consumption reflects fluctuating stickleback abundance during the last century // Evol. Ecol. Res. 2016. Vol. 17(3). P. 317-334.

Barber I. Sticklebacks as model hosts in ecological and evolutionary parasitology // Trends Parasitol. 2013. Vol. 29(11). P. 556-566. doi: 10.1016/j.pt.2013.09.004

Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. Vol. 72. P. 248–254.

Conover D. O., Duffy T. A., Hice L. A. The covariance between genetic and environmental influences across ecological gradients: Reassessing the evolutionary significance of countergradient and cogradient variation // Ann. NY Acad. Sci. 2009. Vol. 1168. P. 100–129. doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.04575.x

Demchuk A. S, Ivanov M. V., Ivanova T. S., Polyakova N. V., Mas-Marti E., Lajus D. L. Feeding patterns in seagrass beds of three-spined stickleback Gasterosteus aculeatus juveniles at different growth stages // JMBA. 2015. Vol. 95(8). P. 1635-1643. doi: 10.1017/S0025315415000569

Elofsson H., Vanlook K., Borg B., Mayer I. Influence of salinity and ovarian fluid on sperm motility in the fifteenspined stickleback // Journal of Fish Biology. 2003. Vol. 63. P. 1429–1438.

Enns D. L., Belcastro A. N. Early activation and redistribution of calpain activity in skeletal muscle during hindlimb unweighting and reweighting // Can. J. Physiol. Pharmacol. 2006. Vol. 84. P. 601–609. doi: 10.1139/y06-013

Gibbons T. C., Metzger D., Healy T. M., Schulte P. M. Gene expression plasticity in response to salinity acclimation in threespine stickleback ecotypes from different salinity habitats // Mol. Ecol. 2017. Vol. 26(10). P. 2711-2725. doi: 10.1111/mec.14065

Goll D. E., Neti G., Mares S. W., Thompson V. F. Myofibrillar protein turnover: The proteasome and the calpains // J. Anim. Sci. 2008. Vol. 86. E19-E35. doi: 10.2527/jas.2007-0395

Goll D. E., Thompson V. F., Li H., Wei W., Cong J. The calpain system // Physiol. Rev. 2003. Vol. 83(3). P. 731–801. doi: 10.1152/physrev.00029.2002

Hendry A. P., Bolnick D. I., Berner D., Peichel C. L. Along the speciation continuum in stickleback // J. Fish Biol. 2009. Vol. 75. P. 2000–2036. doi:10.1111/j.1095-8649.2009.02419.x

Hendry A. P., Peichel C. L., Matthews B., Boughman J. W., Nosil P. Stickleback research: the now and the next // Evol. Ecol. Res. 2013. Vol. 15. P. 111–141.

Ivanova T. S., Ivanov M. V., Golovin P. V., Polyakova N. V., Lajus D. L. The White Sea threespine stickleback population: spawning habitats, mortality, abundance // Evol. Ecol. Res. 2016. Vol. 17(3): 301-315.

Jaenike J., Holt R. D. Genetic variation for habitat preference: evidence and explanations // Am. Nat. 1991. Vol. 137. S67–S90.

Johnston I., Bower N., Macqueen D. Growth and the regulation of myotomal muscle mass in teleost fish // J. Exp. Biol. 2011. Vol. 214. P. 1617–1628. doi: 10.1242/jeb.038620

Jones F. C., Grabherr M. G., Chan Y. F. et al. The genomic basis of adaptive evolution in threespine sticklebacks // Nature. 2012. Vol. 484. P. 55–61. doi:10.1038/nature10944

Lysenko L. A., Kantserova N. P., Kaivarainen H. I., Krupnova M. Ju., Nemova N. N. Skeletal muscles protease activities in the early growth and development of wild Atlantic salmon (Salmo salar L.) // Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. 2017. doi: 10.1016/j.cbpb.2017.05.001

Lysenko L. A., Sukhovskaya I. V., Borvinskaya E. V., Krupnova M. Y., Kantserova N. P., Bakhmet I. N., Nemova N. N. Detoxification and protein quality control markers in Mytilus edulis (Linnaeus) exposed to crude oil: Salinity-induced modulation // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2015. Vol. 167, Part A. – P. 220-227. doi: 10.1016/j.ecss.2015.10.006

Lysenko L., Kantserova N., Käiväräinen E., Krupnova M., Shklyarevich G., Nemova N. Biochemical markers of pollutant responses in macrozoobenthos from the White Sea: Intracellular proteolysis // Marine Env. Res. 2014. Vol. 96. P. 38-44. doi: 10.1016/j.marenvres.2014.01.005

Nemova N. N., Kaivarainen E. I., Krupnova M. Y., Veselov A. E., Murzina S. A., Pavlov D. S. Intracellular proteolysis in Atlantic salmon Salmo salar fingerlings (0+) from different biotopes in an Arctic river (Varzuga River, White Sea basin) // Polar Records. 2017. Vol. 53(2). P. 153-159. doi: 10.1017/S003224741600084X

Overturf K., Gaylord T. Determination of relative protein degradation activity at different life stages in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) // Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. 2009. Vol. 152. P. 150–160. doi: 10.1016/j.cbpb.2008.10.012

Rybkina E. V., Demchuk A. S., Lajus D. L., Ivanova T. S., Ivanov M. V., Galaktionov K. V. Dynamics of parasite community during early ontogenesis of marine threespine stickleback, Gasterosteus aculeatus // Evol. Ecol. Res. 2016. Vol. 17. P. 335–354.

Scharsack J. P., Franke F., Erin N. I., Kuske A., Büscher J., Stolz H., Samonte I. E., Kurtz J., Kalbe M. Effects of environmental variation on host–parasite interaction in three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) // Zoology. 2016. Vol. 119(4). P. 375-383. doi:10.1016/j.zool.2016.05.008

Scharsack J. P., Schweyen H., Schmidt A. M., Dittmar J., Reusch T. B. H., Kurtz J. Population genetic dynamics of three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) in anthropogenic altered habitats // Ecol. Evol. 2012. Vol. 2. P. 1122–1143. doi: 10.1002/ece3.232

Seiliez I., Dias K., Cleveland B. M. Contribution of the autophagy-lysosomal and ubiquitin-proteasomal proteolytic systems to total proteolysis in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) myotubes // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2014. Vol. 307. R1330–R1337. doi: 10.1152/ajpregu.00370.2014

Westin L., Nissling A. Effects of salinity on spermatozoa motility, percentage of fertilized eggs and egg development of Baltic cod (Gadus morhua), and implications for cod stock fluctuations in the Baltic // Marine Biology. 1991. Vol. 108(1). P. 5–9. doi: 10.1007/BF01313465

Wolinska J., King K. C. Environment can alter selection in host–parasite interactions // Trends Parasitol. 2009. Vol. 25(5). P. 236–244. doi: 10.1016/j.pt.2009.02.004

============================================

Armsworth P. R., Roughgarden J. E. The impact of directed versus random movement on population dynamics and biodiversity patterns // Am. Nat. 2005. Vol. 165. P. 449–465. doi: 10.1086/428595

Arnegard M. E., McGee M. D., Matthews B., Marchinko K. B., Conte G. L., Kabir S., Bedford N., Bergek S., Chan Y. F., Jones F. C., Kingsley D. M., Peichel C. L., Schluter D. Genetics of ecological divergence during speciation // Nature. 2014. Vol. 511. P. 307–311. doi:10.1038/nature13301

Bakhvalova A. E., Ivanova T. S., Ivanov M. V., Demchuk A. S., Movchan E. A., Lajus D. L. Long-term changes in the role of threespine stickleback Gasterosteus aculeatus in the White Sea: predatory fish consumption reflects fluctuating stickleback abundance during the last century // Evol. Ecol. Res. 2016. Vol. 17(3). P. 317-334.

Barber I. Sticklebacks as model hosts in ecological and evolutionary parasitology // Trends Parasitol. 2013. Vol. 29(11). P. 556-566. doi: 10.1016/j.pt.2013.09.004

Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. Vol. 72. P. 248–254.

Conover D. O., Duffy T. A., Hice L. A. The covariance between genetic and environmental influences across ecological gradients: Reassessing the evolutionary significance of countergradient and cogradient variation // Ann. NY Acad. Sci. 2009. Vol. 1168. P. 100–129. doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.04575.x

Demchuk A. S, Ivanov M. V., Ivanova T. S., Polaykova N. V., Mas-Marti E., Lajus D. L. Feeding patterns in seagrass beds of three-spined stickleback Gasterosteus aculeatus juveniles at different growth stages // JMBA. 2015. Vol. 95(8). P. 1635-1643. doi: 10.1017/S0025315415000569

Elofsson H., Vanlook K., Borg B., Mayer I. Influence of salinity and ovarian fluid on sperm motility in the fifteenspined stickleback // Journal of Fish Biology. 2003. Vol. 63. P. 1429–1438.

Enns D. L., Belcastro A. N. Early activation and redistribution of calpain activity in skeletal muscle during hindlimb unweighting and reweighting // Can. J. Physiol. Pharmacol. 2006. Vol. 84. P. 601–609. doi: 10.1139/y06-013

Gibbons T. C., Metzger D., Healy T. M., Schulte P. M. Gene expression plasticity in response to salinity acclimation in threespine stickleback ecotypes from different salinity habitats // Mol. Ecol. 2017. Vol. 26(10). P. 2711-2725. doi: 10.1111/mec.14065

Goll D. E., Neti G., Mares S. W., Thompson V. F. Myofibrillar protein turnover: The proteasome and the calpains // J. Anim. Sci. 2008. Vol. 86. E19-E35. doi: 10.2527/jas.2007-0395

Goll D. E., Thompson V. F., Li H., Wei W., Cong J. The calpain system // Physiol. Rev. 2003. Vol. 83(3). P. 731–801. doi: 10.1152/physrev.00029.2002

Hendry A. P., Bolnick D. I., Berner D., Peichel C. L. Along the speciation continuum in stickleback // J. Fish Biol. 2009. Vol. 75. P. 2000–2036. doi:10.1111/j.1095-8649.2009.02419.x

Hendry A. P., Peichel C. L., Matthews B., Boughman J. W., Nosil P. Stickleback research: the now and the next // Evol. Ecol. Res. 2013. Vol. 15. P. 111–141.

Ivanova T. S., Ivanov M. V., Golovin P. V., Polyakova N. V., Lajus D. L. The White Sea threespine stickleback population: spawning habitats, mortality, abundance // Evol. Ecol. Res. 2016. Vol. 17(3): 301-315.

Jaenike J., Holt R. D. Genetic variation for habitat preference: evidence and explanations // Am. Nat. 1991. Vol. 137. S67–S90.

Johnston I., Bower N., Macqueen D. Growth and the regulation of myotomal muscle mass in teleost fish // J. Exp. Biol. 2011. Vol. 214. P. 1617–1628. doi: 10.1242/jeb.038620

Jones F. C., Grabherr M. G., Chan Y. F. et al. The genomic basis of adaptive evolution in threespine sticklebacks // Nature. 2012. Vol. 484. P. 55–61. doi:10.1038/nature10944

Lajus D. L., Ivanova T. S., Shatskikh E. V., Ivanov M. V. "Waves of life" of the White Sea stickleback // Priroda. 2013. Vol. 4(1172). P. 43-52.

Lysenko L. A., Kantserova N. P., Kaivarainen H. I., Krupnova M. Ju., Nemova N. N. Skeletal muscles protease activities in the early growth and development of wild Atlantic salmon (Salmo salar L.) // Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. 2017. doi: 10.1016/j.cbpb.2017.05.001

Lysenko L. A., Sukhovskaya I. V., Borvinskaya E. V., Krupnova M. Y., Kantserova N. P., Bakhmet I. N., Nemova N. N. Detoxification and protein quality control markers in Mytilus edulis (Linnaeus) exposed to crude oil: Salinity-induced modulation // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2015. Vol. 167, Part A. – P. 220-227. doi: 10.1016/j.ecss.2015.10.006

Lysenko L., Kantserova N., Käiväräinen E., Krupnova M., Shklyarevich G., Nemova N. Biochemical markers of pollutant responses in macrozoobenthos from the White Sea: Intracellular proteolysis // Marine Env. Res. 2014. Vol. 96. P. 38-44. doi: 10.1016/j.marenvres.2014.01.005

Nemova N. N., Kaivarainen E. I., Krupnova M. Y., Veselov A. E., Murzina S. A., Pavlov D. S. Intracellular proteolysis in Atlantic salmon Salmo salar fingerlings (0+) from different biotopes in an Arctic river (Varzuga River, White Sea basin) // Polar Records. 2017. Vol. 53(2). P. 153-159. doi: 10.1017/S003224741600084X

Nemova N. N., Lysenko L. A., Kantserova N. P. Degradation of skeletal muscle protein during growth and development of salmonid fish // Russ. J. Dev. Biol. 2016. Vol. 47(4). P. 161-172. doi: 10.1134/S1062360416040068

Nemova N. N., Lysenko L. A., Kantserova N. P. Proteases of the calpain family: structure and functions // Russ. J. Dev. Biol. 2010. Vol. 41(5). P. 318-325. doi: 10.1134/S1062360410050073

Overturf K., Gaylord T. Determination of relative protein degradation activity at different life stages in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) // Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. 2009. Vol. 152. P. 150–160. doi: 10.1016/j.cbpb.2008.10.012

Rybkina E. V., Demchuk A. S., Lajus D. L., Ivanova T. S., Ivanov M. V., Galaktionov K. V. Dynamics of parasite community during early ontogenesis of marine threespine stickleback, Gasterosteus aculeatus // Evol. Ecol. Res. 2016. Vol. 17. P. 335–354.

Scharsack J. P., Franke F., Erin N. I., Kuske A., Büscher J., Stolz H., Samonte I. E., Kurtz J., Kalbe M. Effects of environmental variation on host–parasite interaction in three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) // Zoology. 2016. Vol. 119(4). P. 375-383. doi:10.1016/j.zool.2016.05.008

Scharsack J. P., Schweyen H., Schmidt A. M., Dittmar J., Reusch T. B. H., Kurtz J. Population genetic dynamics of three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) in anthropogenic altered habitats // Ecol. Evol. 2012. Vol. 2. P. 1122–1143. doi: 10.1002/ece3.232

Seiliez I., Dias K., Cleveland B. M. Contribution of the autophagy-lysosomal and ubiquitin-proteasomal proteolytic systems to total proteolysis in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) myotubes // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2014. Vol. 307. R1330–R1337. doi: 10.1152/ajpregu.00370.2014

Westin L., Nissling A. Effects of salinity on spermatozoa motility, percentage of fertilized eggs and egg development of Baltic cod (Gadus morhua), and implications for cod stock fluctuations in the Baltic // Marine Biology. 1991. Vol. 108(1). P. 5–9. doi: 10.1007/BF01313465

Wolinska J., King K. C. Environment can alter selection in host–parasite interactions // Trends Parasitol. 2009. Vol. 25(5). P. 236–244. doi: 10.1016/j.pt.2009.02.004




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eco700

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2018