Filogenia moleculara a salmonidelor pe baza markerilor mitocondriali

Filogenia moleculara a salmonidelor pe baza markerilor mitocondriali

Stabilirea relatiilor filogenetice pe baza caracterelor moleculare a cunoscut un real progres o data cu aparitia tehnicilor moleculare moderne.

Reconstructia profilului filogenetic utilizand markeri nucleari este dificil de realizat, datorita recombinarii meiotice si modului de mostenire diploid al ADN nuclear. Datorita avantajelor pe care le prezinta (mostenirea pe linie materna, rata de evolutie rapida, un nivel de variabilitate si o rata a mutatiilor crescuta), markerii mitocondriali sunt folositi cu succes in studiile de sistematica la diferite nivele taxonomice. Astfel, ADNmt este ideal pentru studii filogenetice si filogeografice (Brown et al., 1979).

De remarcat ca nu toate genele sunt indicatori filogenetici, ci numai cele care prezinta un grad crescut de conservare evolutiva. Zardoya et al. (1995) au studiat posibilitatea ca genele CytB si COX sa fie mai bine conservate datorita faptului ca ele codifica pentru centre redox active, in timp ce genele mitocondriale NADH si ATP-aza codifica pentru subunitati reglatoare. Cu toate acestea, secventa ATP8 este puternic conservata la Salmo salar, prezentand o identitate de 96% a secventei nucleotidice si 100% a secventei de aminoacizi comparativ cu cea de la O. mykiss (Hurst, 1999).

Studiile evolutive bazate pe analiza ARNr au determinat un real progres in cazul metodelor de filogenie, deoarece ARNr poseda cateva avantaje care il fac un bun ceas molecular. Este o molecula veche, prezenta la toate speciile vii, este inalt conservata ca structura si functie, chiar si la specii indepartate din punct de vedere filogenetic, se schimba destul de putin astfel incat poate sa ofere informatie pentru tot spectrul evolutiv. De asemanea, pana acum, nu a existat nici o dovada de transfer de gene pe orizontala a ARNr intre diferite specii.

Filogenia salmonidelor a fost obiectul unui numar considerabil de studii, dar relatiile filogenetice intre anumite specii acestui grup de pesti au ramas neclarificate. Cele 66 de specii de salmonide sunt reunite intr-o singura familie - Salmonidae, ce cuprinde trei subfamilii Coregoninae, Thymallinae si Salmoninae. Cea mai numeroasa dintre aceastea, subfamilia Salmoninae include 5 genuri - Hucho, Salmo, Oncorhynchus, Brachymystax si Salvelinus, cu o larga distributie in emisfera nordica. Desi au fost efectuate studii bazate pe caractere morfologice (Norden, 1961; Kendall & Behnke, 1984; Dorofeyeva, 1989; Stearley, 1992), toate au propus relatii diferite intre genurile familiei Salmonidae (Figura 7).

In ciuda importantei salmonidelor, istoria lor evolutiva a constituit pentru o lunga perioada un subiect de disputa (de ex., Domanico et al., 1997; McKay et al., 1996; Norden, 1961; Oakley & Phillips, 1999; Phillips& Oakley, 1997; Phillips & Pleyte, 1991; Utter et al., 1973; Utter & Allendorf, 1994). Studiile filogenetice anterioare la nivel de gen si specie au oferit informatii importante despre relatiile existente intre reprezentantii familiei Salmonidae, dar mai raman inca destule intrebari, in special vizand speciile genului Oncorhynchus si Salvelinus.

Figura 7: Relatii filogenetice la salmonide propuse pe baza caracterelor morfologice. (A) Norden (1961); (B) Kendall & Behnke (1984); (C) Dorofeyeva(1989); (D) Stearley & Smith (1993).

Studiile filogenetice in cadrul familiei Salmoninae bazate pe ADN mitocondrial (ADNmt) au fost initiate de Berg si Ferris care au examinat relatiile filogenetice intre membrii apartinand urmatoarelor genuri Salvelinus, Salmo si Onchorhyncus. Studiile ulterioare (Thomas et al., 1986; Gyllensten et al., 1987; Ginatulina et al., 1988; Thomas et al., 1989; Grewe et al, 1990; Shedlock et al., 1992; Phillips et al., 1995; Kitano et al., 1997; Ohara et al., 1997) s-au axat pe stabilirea relatiilor filogenetice utilizand markeri mitocondriali la speciile apartinand unui singur gen din cele mentionate anterior, celelalte trei fiind utilizate ca outgrup.

Shedko (2001) a analizat relatiile filogenetice existente intre speciile familiei Salmoninae pe baza secventelor genei citocrom b de la 9 specii de salmonide. Arborii filogenetici pe baza haplotipurilor genei cyt b au fost generati prin diferite metode: UPGMA (unweighted pair-group method with rithmetic mean), NJ (neighbor-joining), ML (maximum likelihood) si MP (maximum parsimony). Gena mitocondriala pentru citocrom b este considerata un marker molecular util in studii de genetica la pesti, nu numai la nivel intra- si interspecific, dar si nivel de familii sau chiar taxoni superiori.

Oakley & Phillips (1999) au ales un marker nuclear in studiul sistematicii genurilor Salmo si Oncorhynchus, si anume intronul genei pentru hormonul de crestere (GH). Secventa in cauza a fost aleasa pentru o analiza filogenetica luand in considerare rata de evolutie a acesteia si studii anterioare care au sugerat ca intronii genei GH au o rata de evolutie care ii fac compatibili pentru studii intergenerice si interspecifice la salmonide (McKay et al., 1996; Domanico et al., 1997).

Crespi et al., 2003 au dedus relatiile filogenetice existente intre 30 de specii de salmonide pe baza secventelor a 16 gene mitocondriale si 9 gene nucleare. Fiecare gena a fost analizata separat prin metodele ML si MP si ulterior toate datele au fost combinate si analizate impreuna. Surprinzator, arborii filogenetici cu cea mai buna rezolutie au fost obtinuti din datele nucleare, in timp ce ADNmt a perturbat semnalul filogenetic, aparent ca rezultat al saturarii, hibridizarii, selectiei sau a combinatiei in diferite proportii a acestor fenomene. Relatiile filogenetice deduse din combinarea datelor mitocondriale si nucleare au fost urmatoarele: (1) Hucho hucho si Brachymystax lenok formeaza un grup inrudit cu Salmo, Salvelinus, Oncorhynchus si Hucho perry; (2) speciile genului Salmo formeaza un grup inrudit cu cladele genurilor Oncorhynchus si Salvelinus; (3) Oncorhynchus masou formeaza un grup monofiletic cu O. mykiss si O. clarki, si aceste trei specii impreuna formeaza o clada inrudita cu celelelate 5 specii ale genului Oncorhyncus (Figura 8).

Figura 5: Arbori filogenetici rezultati prin metodele Maximum Parcimony si Bayesian prin combinarea datelor mitocondriale (A) si tuturor datelor (nucleare si mitocondriale) (E).

Speciile de salmonide din Romania au fost carcaterizate din punct de vedere taxonomic prin metode clasice (analize biometrice si morfologice) de Banarescu et al., 1964, astfel incat "Fauna Romaniei - Pisces Osteichthyes" este si astazi o carte de referinta. Totusi, analiza taxonomica a ajuns in impas datorita imposibilitatii de a determina morfometric diferentele dintre speciile de pesti apropiate si se impune o caracterizare filogenetica a speciilor utilizand criterii moleculare. Tinand seama de importanta economica si stiintifica a acestor specii, este absolut necesara realizarea unor studii de filogenie moleculara bazate pe analiza ADN la salmonide, luand in considerare si datele clasice de filogenie si sistematica de inalta valoare stiintifica.