Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Основной целью проекта является тестирование гипотезы, согласно которой межвидовая гибридизация как таковая приводит у гибридных потомков бабочек к одновременному появлению признаков, отвечающих как за презиготическую репродуктивную изоляцию (за счет параметров, влияющих на визуальное распознавание половых партнеров), так и за постзиготическую изоляцию (за счет возникновения новой комбинации хромосомных перестроек). Второй целью проекта является проверка гипотезы, согласно которой видообразование может осуществляться по схеме “межвидовая гибридизация=>новый триплоидный партеногенетический вид=> реверсия формы размножения, ведущая к новому бисексуальному диплоидному виду”. Для достижения этих целей в 2019 году исследования велись по семи направлениям. 1. Был проведен молекулярный анализ 12 самцов голубянок рода Polyommatus (Lepidoptera, Lycaenidae) – предполагаемых природных межвидовых гибридов первого поколения (или одного из первых поколений). Для проверки гипотезы о гибридном происхождении был использован анализ двух маркеров: очень изменчивой и потому высоко видоспецифичной ядерной последовательности ITS2 и митохондриального гена COI (анализировался фрагмент гена COI длиной 658 пар нуклеотидов, так называемый ДНК-баркод). Гибридное происхождение считалось доказанным, если особь выявлялась как гетерозигота по маркеру ITS2 и включала два дивергировавших аллеля этого маркера, при том что каждый аллель был идентичен (или сходен) с видоспецифичной последвательностью ITS2, характерной для одного из видов данного региона. Для проверки гетерозиготности, полученные после секвенирования хроматограммы проверялись на наличие двойных пиков, а для разделения аллелей использовался метод клонирования. Кроме того, для выявления структуры ITS2 у предполагаемых родительских видов, также производилось их секвенирование. Затем были изучены кариотипы всех выявленных родительских видов. В результате изучения природных гибридов показано, что (1) спорадическая межвидовая гибридизация в роде Polyommatus возможна в природе, более того, она не является исключительно редкой; (2) в гибридизацию вступают виды, различающиеся большим числом хромосомных слияний/разделений. Таким образом, у межвидовых гибридов первого поколения неизбежно возникает новый гетерозиготный кариотип, который потенциально может быть основой для формирования нового видоспецифичного гомозиготного кариотипа по схеме описанной нами ранее (Lukhtanov et al. 2015). Такой измененный гомозиготный кариотип может обеспечивать частичную постзиготическую репродуктивную изоляцию; (3) в результате гибридизации возникают самцы с измененным типом окраски крыльев – либо промежуточным между гибридизирующими видами, либо совсем новым. С учетом того, что окраска крыльев является сигналом, на основании которого самки распознают конспецификов, этот процесс может инициировать формирование презиготической репродуктивной изоляции между новой гибридной линией и родительскими формами. Таким образом, полученные данные приводят к выводу, что в результате природной межвидовой гибридизации могут возникать особи, несущие признаки, ответственные за формирование как презиготической репродуктивной изоляции (окраска крыльев), так и постзиготической репродуктивной изоляции (новый кариотип, гетерозиготный по большому числу хромосомных перестроек). 2. Начат анализ полных геномов в роде Polyommatus с целью получения доказательства того, что узколокальный (Иран/Ирак, западный Загрос) таксон P. peilei является гибридным видом, возникшим в результате гибридизации между более широко распространенными в Иране P. morgani и P. karindus. Секвенирование тридцати особей (10 особей P. peilei, 10 особей P. morgani и 10 особей P. karindus) было осуществлено в компании Macrogen, Корея. Библиотеки были подготовлены при помощи набора TruSeq DNA PCR Free, размер вставки 350 п.н. Секвенирование методом спаренных концов (paired end sequencing) осуществлялось на платформе Illumina HiSeq X Ten с длиной прочтений 150 п.н. Приготовленные библиотеки были отсеквенированны на одной дорожке Illumina, в результате было получено около 113 Gb (млрд) п.н. Полученные данные полностью готовы к последующему анализу. 3. При изучении полных геномов бабочек рода Melitaea (Lepidoptera, Nymphalidae) показано, что молекулярная эволюция половых хромосом происходит быстрее, чем молекулярная эволюция аутосом. Но при этом в случае межвидовой гибридизации половые хромосомы менее подвержены интрогрессии. Пока остается неясным, есть ли причинно-следственная связь между более высокой скоростью молекулярной эволюции половых хромосом и их большей защищенностью от интрогрессии в случае гибридизации. Тем не менее, можно предполагать, что меньший уровень интрогрессии в половых хромосомах может способствовать генетической дифференциации и даже последующему разделению на видовом уровне контактирующих эволюционных линий, в том числе линий, полученных в результате межвидовой гибридизации. 4. Проведены эксперименты по получению гибридов первого поколения между низкохромосомной (n=28) и высокохромосомной расами (n=53) белянки Leptidea sinapis (Lepidoptera, Pieridae). Самцы (n=28) были скрещены с самками (n=53), и наоборот самцы (n=53) были скрещены с самками (n=28). Полученные гибридные особи были жизнеспособны в обоих вариантах скрещивания, их выживаемость не отличалась от таковой в чистых линиях. Был также проведен цитогенетический анализ мейоза гибридных самцов первого поколения, который показал, что гибридные особи, как и ожидалось, являются хромосомными гетерозиготами (тривалентами) по большому числу слияний и фрагментаций хромосом, разделяющих родительские формы. При этом на стадии первой метафазы мейоза в кариотипе наблюдалось от 28 хромосомных элементов до 31 хромосомного элемента, большая часть из которых была тривалентами. 5. В 2019 году нами были получены первые для науки данные по окраске и рисунку бабочек Leptidea в ультафиолете. Получены изображения 340 бабочек представляющих разные популяции видов L. sinapis, L. reali, L. juvernica, L. morsei, L. amurensis, L. gigantea. Было обнаружено, что верхняя сторона крыльев у Leptidea преимущественно поглощает ультрафиолет, поэтому на фотографиях крылья выглядят черными, а не белыми. Нам не удалось найти видоспецифичные элементы крылового рисунка на дорзальной стороне крыльев, хотя не исключено, что виды различаются по интенсивности поглощения/отражения ультрафиолете или по рисунку на вентральной стороне крыльев, что предполагается проверить в 2020 году. 6. На обширном материале, который включал популяционные выборки видов листоблошек рода Cacopsylla (Hemiptera, Psylloidea) с территории северной Европы от Норвегии до Воркуты, а также из Сибири, с использованием методов цитогенетического, филогеографического и морфологического анализа проведено тестирование альтернативных гипотез происхождения бисексуальных и партеногенетических видов и линий в пределах рода листоблошек Cacopsylla. Для каждой популяции были изучены следующие параметры: кариотипы, способ размножения (бисексуальность/партеногенез), уровень плоидности (диплоиды/триплоиды/пентаплоиды), тип мейоза у самцов (хиазматический/ахиазматический), особенности внешней и внутренней морфологии, число семенных фолликулов, кормовое растение. Реконструирована филогения изученного комплекса и прослежена эволюция каждого из вышеперечисленных признаков. Показано, что (1) партеногенетические и бисексуальные виды относятся к разным кладам, т.е. к разным линиям эволюции, таким образом, партеногенетические виды (популяции) не обязательно возникают от бисексуального предка; (2) эволюционный потенциал партеногенетических линий достаточно велик для того, чтобы на основе партеногенеза возникали новые виды; (3) гипотеза о возможности эволюционного перехода от триплоидного партеногенеза к диплоидной бисексуальности пока остается неподтвержденной, и сам этот вопрос нуждается в дальнейшем изучении. 7. Изучена филогеографическая и таксономическая структура видов комплекса Erebia tyndarus (Lepidoptera, Nymphalidae, Satyrinae). Показано, что существовавшие ранее представления о размытости межвидовых границ в этом комплексе были преувеличены. Случаев межвидовой митохондриальной интрогрессии, свидетельствующей о межвидовой гибридизации (гомоплоидном гибридном видообразовании) обнаружено не было.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Изучение бабочек-голубянок рода Polyommatus – лабораторных межвидовых гибридов первого (F1) и второго (F2) поколений Модель гомоплоидного гибридогенного видообразования, разрабатываемая в рамках нашего проекта на видах рода Polyommatus, предполагает, что хромосомные различия играют существенную роль в формировании постзиготической репродуктивной изоляции между видами. Поэтому нам было важно доказать этот эффект хромосомных различий именно для видов рода Polyommatus. Для достижения этой цели в 2020 году мы провели скрещивания между видами голубянок рода Polyommatus с контрастными различиями в гаплоидных числах хромосом (n): P. ripartii (n=90), P. iphigenides melanius (n=66), P. damocles rossicus (n=24) и P. magnificus (n=16). С использованием методики полуискусственного спаривания, когда процесс копуляции запускается в парах конспецификов, а затем на определенном этапе самец-конспецифик заменяется самцом-гетероспецификом, были получены следующие гибридные линии первого поколения: (1) ripartii (n=90) x melanius (n=66); (2) ripartii (n=90) x rossicus (n=24); и (3) ripartii (n=90) x magnificus (n=16). Кроме того, параллельно в качестве контроля было получено потомство (яйца) от всех родительских видов. Для всех вариантов гибридных линий были также получены яйца, представляющие второю генерацию гибридов. 2. Экспериментальная проверка того, что пониженная жизнеспособность межвидовых гибридов обусловлена (а) влиянием хромосомных перестроек, (б) генными несовместимостями, (в) цитоплазматической несовместимостью (эффект вольбахии) Теоретически, постзиготическая изоляция, приводящая к пониженной жизнеспособности гибридов, может быть вызвана тремя группами факторов: (1) несовместимостями, имеющими генную природу, 2) несовместимостями, обусловленными хромосомными различиями, и 3) цитоплазматическими несовместимостями (в частности, эффектом внутриклеточного паразита Wolbachia). Эффект вольбахии на выживаемость у гибридов был отделен от генных и хромосомных эффектов путем изучения выживаемости и заражённости особей, а также генотипирования линий вольбахии. Было показано, что в случае гибридов [ripartii (n=90) x rossicus (n=24)] и [ripartii (n=90) x magnificus (n=16)] вольбахия не влияет на выживаемость. В случае гибрида [ripartii (n=90) x melanius (n=66)] только 61% яиц оказались жизнеспособными (дали гусениц первого возраста), а на стадии имаго была обнаружена резкая диспропорция в соотношении полов у полученных бабочек в пользу самок. Так как в норме у бабочек, в том числе в других вариантах скрещивания в нашем эксперименте, соотношение полов было 1:1, мы сделали вывод, что недостаток самцов объясняется их эмбриональной смертностью. Этот вывод подтверждался тем, что исходное (после откладки яиц) соотношение полов становилось 1:1 при допущении, что все погибшие эмбрионы в яйцах были самцами. Поскольку адроцид (избирательное подавление развития самцов) – это один из наиболее распространенных эффектов вольбахии, то мы предполагаем, что и в этом случае конфликт между разными линиями вольбахии привел к частичной гибели самцов. Что касается влияния генных и хромосомных различий на выживаемость гибридов, то разделить их роль гораздо сложнее. Считается, что хромосомные перестройки влияют на мейоз и приводят в стерильности, поэтому их эффект проявляется только во второй генерации. Генные несовместимости в первую очередь влияют на жизнеспособность, и этот эффект может быть заметен уже в первом поколении. Однако это предсказание не учитывает того, что генные несовместимости (летали) могут быть в основном рецессивны и не проявляться в первой генерации. Зато они могут проявляться во второй генерации за счет того, что после близкородственного скрещивания между гибридами первого поколения, во втором поколении они выщепляются в гомозиготном состоянии. Это приводит к снижению выживаемости во втором поколении, так же как и в случае хромосомных несовместимостей. Такой эффект снижения выживаемости может проявляться на ранних, эмбриональных этапах развития второй генерации. Поэтому его может быть трудно отличить от снижения фертильности особей первой генерации. Особенно трудно это сделать при изучении живородящих организмов, например, млекопитающих, у которых процессы эмбриональной смертности замаскированы. Чтобы решить эту проблему, в нашем исследовании мы не только изучили выживаемость и мейоз в контрольных и гибридных линиях бабочек, мы также изучили развитие (отсутствие развития) в яйцах гибридов второго поколения, чтобы оценить потенциальную эмбриональную смертность. В результате была выявлен следующая картина, характерная для гибридов: (1) нормальное развитие и практически 100% выживаемость у гибридов первого поколения, включая способность самцов и самок к копуляции и самок откладке яиц, (2) наличие очень серьезных нарушений мейоза и спермиогенеза у самцов первого поколения, (3) отложенные яйца не развиваются, а их цитологическое изучение показывает отсутствие в них клеток и клеточных делений. Эта картина доказывает, что снижение приспособленности гибридов Polyommatus проявлялось в форме полной стерильности гибридных самцов F1 и было вызвано хромосомными перестройками. 3. Изучение гибридов F1, F2, F3 и F4, полученных в результате скрещивания хромосомных рас белянки Leptidea sinapis (sinapis n=28 x sinapis n=53): на пути к формированию нового кариотипа и к гомоплоидному гибридогенному виообразованию Были изучены кариотипы и особенности мейоза у испанской (гаплоидное число хромосом, n=53) и шведской (n=28) популяций белянки L. sinapis, а также у их гибридов F1, F2, F3 и F4. Поскольку кариотипы родительской испанской и шведской рас L. sinapis различаются по крайней мере на 24 хромосомных слияния/разделения, в MI у гибридов первого поколения можно ожидать не менее 24 тривалентов и несколько (3-5) бивалентов, при условии правильной конъюгации мелких хромосом испанской расы (n = 53) с более крупными хромосомами шведской расы (n = 28, 29). Именно такой кариотип и был обнаружен у гибридов первого поколения (F1). У выживших гибридов F2 наблюдалось резкое достоверное увеличение доли бивалентов и снижение доли тривалентов на стадии MI, а у выживших гибридов F3 и F4 наблюдалась тенденция к небольшому постепенному увеличению доли хромосом в гомозиготном состоянии. На основании полученный данных по хромосомным гибридам Leptidea были разработаны и обсуждены: 1) Сегрегационная модель эволюции кариотипа, основанная на том, что две хромосомно дивергировавшие линии в результате гибридизации дают популяцию, представленную хромосомными гетерозиготами. Затем, в результате мейотической сегрегации хромосом и эффекта дрейфа генов (и, факультативно, отбора) возникает новая гомозиготная хромосомная раса, в которой все хромосомы унаследованы от родительских форм, но их комбинация отлична от таковой, имеющейся у родителей. 2) Хромосомная модель гомоплоидного гибридогенного видообразования, основанная на том, что описанная выше сегрегационная модель приводит к появлению гибридной популяции, частично изолированной постзиготически от родительских видов за счет формирования нового кариотипа. Обе модели детально обсуждены в нашей публикации (Lukhtanov et al. 2020), опубликованной в журнале Frontiers in Genetics. 4. Анализ скрытого, обнаруживаемого в ультрафиолете крылового рисунка у бабочек рода Leptidea Проведенные исследования показали, что в то время как крылья всех изученных видов (L. reali, L. sinapis, L. juvernica, L. duponchelli, L. morsei, L. darvazensis, L. amurensis, L. lactea, L. gigantea) имеют белую окраску, то есть преимущественно отражают лучи в видимой части спектра, в ультрафиолетовой части спектра они преимущественно поглощают лучи. В результате на фотографиях, сделанных в ультрафиолете, крылья выглядят черными или темными. Видоспецифический крыловой рисунок, обнаруживаемый только в ультрафиолете, был выявлен у двух видов – L. amurensis и L. gigantea. В случае с L. amurensis он потенциально может иметь значение в качестве сигнала для межвидового распознавания, обеспечивающего презиготическую изоляцию, так как он отличает этот вид от обитающих симпатрично, синтопно и синхронно L. sinapis, L. juvernica и L. morsei. 5. Изучение закономерностей гомоплоидного гибридогенного образования у бабочек рода Melitaea на основании анализа их полных геномов Секвенирование и анализ полных геномов образцов таксонов Melitaea acentria, M. persea и M. didyma: (1) показали, что изученные таксоны Melitaea представляют разные виды, (2) выявили гибридизацию и обмен генами между M. didyma и M. acentria, (3) показали, что следствием интрогрессии является появление новой структуры гениталий самцов у M. acentria. Последний вывод особенно важен в контексте главных задач проекта, так как генитальные различия являются известным механизмом формирования и поддержания презиготической репродуктивной изоляции. Полученные данные позволили нам разработать следующий сценарий перипатрического гибридогенного видообразования: (1) Два вида одного рода (не обязательно близкородственные) обитают в симпатрии и не скрещиваются из-за экологических различий и(или) наличия у них специфичных сигнальных признаков, предотвращающих межвидовую гибридизацию; (2) в результате миграции или фрагментации основного ареала первого вида возникает географический изолят. Этот изолят находится внутри ареала второго вида (или позднее окружается вторым видом); (3) изменение среды обитания и/или демографии в пределах изолята приводят к частичному нарушению механизмов репродуктивной изоляции и спорадической гибридизации со вторым видом (но не к полному слиянию со вторым видом); (4) поток генов от второго вида приводит к формированию нового сигнального признака, характерного для изолята (в данном случае новой структуры гениталий). Таким образом, изолят становится новым видом гибридной природы; Все четыре шага этого процесса были реконструированы нами в ходе проведенных в 2020 году анализов полных геномов видов рода Melitaea. 6. Изучение эволюционного перехода от триплоидного партеногенеза к диплоидной бисексуальности (на примере псиллид рода Cacopsylla) Тестировалась гипотеза, согласно которой у апомиктических самок могут происходить реверсии от триплоидии к диплоидии, в результате отрождается двуполое диплоидное потомство, и таким способом партеногенетическая популяция может дать начало новому партеногенетическому или даже новому бисексуальному виду. В 2020 году было проведено исследование на популяционном уровне вида C. myrtilli, который является в норме триплоидным видом с партеногенезом апомиктического тип. Однако в некоторых популяциях встречаются диплоидные самки и самцы. с 24A+XX и, т.н. «редкие», или спанадрические самцы с 2n = 24A+X(0). С целью выяснения истории происхождения диплоидов был проведен филогеографический анализ 884 ДНК баркодов псиллид из 44 популяций. Показано, что триплоидное состояние является исходным для вида, а диплоиды представляют филогенетически продвинутое состояние. По результатам исследования в 2020 году опубликовано 6 статей (4 в журналах первого квартиля по Scopus) https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2020.583827/full https://doi.org/10.1093/biolinnean/blaa077 https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zlaa104 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jbi.14022?af=R https://doi. org/10.3897/compcytogen.v14.i4.59574 https://doi.org/10.3897/abs.6.e55925 Одна статья (Scopus, Q1) находится в печати. Проект освещался в средствах массовой информации: https://www.gazeta.ru/science/news/2020/11/11/n_15214921.shtml https://polit.ru/news/2020/11/12/ps_rnf/ https://indicator.ru/biology/skreshivanie-babochek-gorchichnec-novyi-mekhanizm-evolyucii-16-11-2020.htm https://nauka.tass.ru/nauka/9970837

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Изучение лабораторных межвидовых гибридов бабочек рода Polyommatus с особым акцентом на получение жизнеспособных хромосомных гибридов F2. В 2021 году были продолжены начатые ранее исследования по изучению лабораторных межвидовых гибридов бабочек рода Polyommatus, однако в отличие от 2020 года, специальное внимание было уделено изучению гибридов между видами, которые филогенетически относительно близки друг к другу и имеют меньший уровень хромосомных различий, с целью получения фертильных гибридов первого поколения (F1), а затем гибридов второго поколения (F2). В этих экспериментах впервые удалось получить жизнеспособные межвидовые гибриды F2 для скрещиваний P. ripartii (90 хромосом в гаплоидном наборе) x P. demavendi (66 хромосом в гаплоидном наборе). Гибриды F1 для этого скрещивания имели нормальную (на уровне контроля) выживаемость на всех стадиях развития. В мейозе у самцов F1 наблюдалось образование как бивалентов, так и тривалентов, причем конъюгация гомологов в мейозе выглядела нормальной и приводила к формированию в первой метафазе мейоза 66-67 хромосомных единиц (суммарное число бивалентов и тривалентов). Таким образом, кариотип гибрида на этой стадии имитировал кариотип более низкохромосомного вида, вовлеченного в гибридизацию. Эти особенности можно интерпретировать как признаки нормальной конъюгации, которая должна приводить к правильной сегрегации гомологов. Что касается гибридов F2, то они имели пониженную жизнеспособность по сравнению с контролем. Тем не менее порядка 20% гибридов F2 удалось довести до стадии имаго или куколки. Жизнеспособность таких гибридов (F2 и далее) является важным элементом разрабатываемой нами хромосомной версии (Lukhtanov et al. 2015) гомоплоидного гибридного видообразования на основании гибридизации между цитогенетически дифференцированными родителями. Исходно эта концепция основывалась на непрямых данных по жизнеспособности хромосомных гибридов (Lukhtanov et al. 2015). В рамках данного проекта РНФ мы получили первые прямые, основанные на лабораторных скрещиваниях результаты, которые показывают жизнеспособность гибридов F2 между хромосомно дифференцированными видами рода Polyommatus – модельного объекта наших исследований. 2. Полногеномный анализ гибридного (Polyommatus peilei) и родительских видов (P. karindus и P. morgani). Полногеномный анализ видов Polyommatus peilei, P. karindus и P. morgani выявил очевидную митохондриальную интрогрессию между этими видами, которая привела к почти полному тождеству митохондриальных геномов трех видов, при том, что по ядерному геному эти три вида образуют хотя и близкие, но хорошо дифференцированные и дискретные кластеры. Таким образом, полногеномный анализ подтвердил факт межвидовой гибридизации между этими тремя видами в прошлом. Cледы интрогрессии в ядерных геномах оказались гораздо менее отчетливыми и требуют подтверждения. Вывод о возможном отсутствии ядерной геномной интрогрессии кажется парадоксальным, поскольку митохондриальная интрогрессия невозможна без межвидовой гибридизации и возвратных скрещиваний, в ходе которых отсутствие обмена ядерными генами кажется невозможным. Объяснение может состоять в том, что ядерная интрогрессия была незначительной и не была выявлена и (или) в том, что действовал отбор на элиминацию чужих (неконспецифичных) ядерных аллелей. Эти два объяснения не являются взаимно исключающими. 3. Полногеномный анализ гибридного (Melitaea acentria) и родительских видов (M. persea и M. didyma): сравнительный анализ роли половых хромосом и аутосом в формировании постзиготической репродуктивной изоляции. С использованием данных по секвенированию 27 полных геномов в 2021 году был проведен ряд анализов, чтобы определить направление и интенсивность потоков генов между видами в изучаемом комплексе. Для выявления следов геномной интрогрессии применялся АВВА-ВАВА тест, который позволяет обнаружить отклонения от строго дихотомической модели дивергенции видов при помощи подсчета числа участков генома, которые дают топологии, не соответствующие предполагаемой дихотомической схеме. Этот анализ показал наличие межвидовой интрогрессии между M. didyma и М. acentria. Изучение возможных демографических сценариев в комплексе M. didyma-M. persea-M. acentria с помощью анализа аллель-частотных спектров показало, что эта интрогрессия была однонаправленной и поток генов осуществлялся от M. didyma к M. acentria. Пропорция интрогрессии была рассчитана отдельно для каждой хромосомы в геноме. Показано, что средняя пропорция интрогрессии в половых Z хромосомах была достоверно ниже, чем в аутосомах. Показано, что накопление различий в половых хромосомах и аутосомах происходило неравномерно в течение эволюции: при сравнении близких видов половые хромосомы и аутосомы показывают примерно одинаковое значение FST, которое достоверно выше при сравнении филогенетически более далеких видов Melitaea. Был также оценен уровень нуклеотидного разнообразия; обнаружено, что регионы геномов, обладающие самым высоким нуклеотидным разнообразием, демонстрируют также более высокий уровень межвидовой интрогрессии. Обнаруженная толерантность половых хромосом к межвидовой геномной интрогрессии по сравнению с аутосомами в литературе часто объясняют тем, что у большинства организмов рекомбинация между гетероморфными половыми хромосомами подавлена, и, таким образом, половые хромосомы имеют более низкий шанс обмениваться генами во время межвидовой гибридизации (например: DOI: 10.1101/846147). Это объяснение, однако, не применимо к организмам, у которых отсутствует рекомбинация в аутосомах. Чтобы проверить применимость этого механизма к изучаемой модельной группе, в 2021 году был изучен мейоз (является ли он хиазматическим или ахиазматическим) у самок и самцов бабочек из рода Melitaea. Было обнаружено, что женский мейоз у Melitaea является полностью ахиазматическим, в то время как самцы обладают классическим хиазматическим мейозом. В такой специфической системе (самки гетерогаметны, мейоз ахиазматический во всех хромосомах; самцы гомогаметны, мейоз хиазматический во всех хромосомах) аутосомы (но не половые хромосомы) имеют больше шансов на рекомбинацию и, как ожидается, будут менее склонны к интрогрессии. Несмотря на это ожидание, мы обнаружили, что у Melitaea половые хромосомы меньше подвержены влиянию межвидового потока генов. Таким образом, мы приходим к выводу, что (i) отбор против интрогрессированных половых хромосом из-за наличия несовместимости Добжанского-Мюллера (а не просто уменьшение рекомбинации) приводит к более высокой толерантности половых хромосом к интрогрессии. (ii) Более быстрая эволюция половых хромосом может способствовать формированию дополнительных несовместимостей Добжанского-Мюллера и, следовательно, более высокой толерантности к интрогрессии. Таким образом, оба явления жизненно важны для создания и поддержания репродуктивных барьеров между возникающими и существующими видами, то есть для видообразования и последующей дивергенции видов. 4. Анализ эволюционного сценария “бисексуальный диплоидный предок => триплоидная партеногенетическая раса => диплоидный бисексуальный вид” в формировании генетического и таксономического разнообразия псиллид рода Cacopsylla: роль микроорганизма Wolbachia в возникновении аберрантных типов репродукции и соотношения полов. Листоблошки (Cacopsylla) –это уникальная группа псиллид, характеризующаяся наличием как диплоидных видов (размножающихся половым путём), так и видов с триплоидным и пентаплоидным набором хромосом (размножающихся партеногенетически). Ранее при изучении листоблошек нами была обнаружена картина перехода отдельных видов или популяций к партеногенезу и/или резкое преобладание самок (и соответственно редкое присутствие самцов) в природных популяциях, что теоретически может быть следствием заражения вольбахией – внутриклеточной бактерией, инфицирующей главным образом, насекомых, и способной вызывать, помимо прочих эффектов, (1) андроцид – гибель самцов на ранних стадиях эмбрионального развития (2) феминизацию – превращение «генетических» самцов в функциональных самок с мужским набором хромосом; и (3) переход к партеногенезу. В рамках выполнения задач проекта, заявленных на 2021 год, нами была протестирована гипотеза, согласно которой вольбахия может индуцировать у псиллид переход к партеногенетическому размножению или диверсификацию отдельных популяций на чисто партеногенетические, и популяции с присутствием редких диплоидных самцов. Тестирование гипотезы включало ДНК-скрининг на наличие вольбахии у 526 особей пяти представителей рода Cacopsylla: двух диплоидных (C. lapponica, С. fraudatrix), двух триплодиных (C. myrtilli, С. ledi) и одного пентаплоидного (С. borealis), а также секвенирование фрагмента гена wsp (541 п.н.) вольбахии для зараженных особей. В целом, анализ не выявил существенных различий в степени заражения между партеногенетическими и бисексуальными популяциями и/или разными полами. Это позволяет заключить, что дифференциация репродуктивных стратегий в ходе эволюции этой группы не является следствием заражения вольбахией. Тем не менее, характер и сложный географический паттерн заражения листоблошек бактериями рода Wolbachia, свидетельствует о важной роли этих микроорганизмов в биологии и эволюции псиллид. 5. Анализ скрытого (обнаруживаемого в ультрафиолете) крылового рисунка бабочек рода Leptidea как фактора презиготической репродуктивной изоляции: изучение видов и популяций рода из центра видового разнообразия (Южная и Восточная Сибирь). При изучении скрытого (обнаруживаемого в ультрафиолете) крылового рисунка вида Leptidea amurensis мы не обнаружили различий между изученными популяциями (изучались выборки особей по транссекте от Читы до Магадана). Во всех случаях на фотографиях, сделанных в ультрафиолете, крылья выглядят черными с осветлением в базальной части задних крыльев, и этот видоспецифичный крыловой рисунок L. amurensis сохраняется в разных частях ареала. Этот признак потенциально может иметь значение в качестве сигнала для межвидового распознавания, обеспечивающего презиготическую изоляцию, так как он отличает этот вид от обитающих симпатрично, синтопно и синхронно L. sinapis, L. juvernica и L. morsei. Однако в целом, по совокупности данных для всех видов рода Leptidea мы приходим к выводу, что модель, согласно которой окраска крыльев является сигналом для межвидового распознавания и фактором презиготической изоляции, не универсальна. Эта гипотеза только частично согласуется с паттерном распределения окраски крыльев (в том числе в ультрафиолете) у бабочек рода Leptidea. 6. Поисковые исследования, направлены на выявление новых случаев межвидовой гибридизации в природе. В соответствии с трехлетним планом исследований, были проведены работы, направленные на поиск случаев межвидовой гибридизации и интрогрессии. Cлучаи предполагаемой межвидовой гибридизации, приводящей к митохондриальной интрогрессии, обнаружены в трибе Tomarini (Lycaenidae) (Krupitsky, Shapoval et al., 2021). Часть видов этой трибы не различается по митохондриальному маркеру COI, несмотря на серьёзные различия в морфологии. Межвидовая гибридизация является наиболее правдоподобным объяснением выявленной картины. В роде Hyponephele и у видов группы Melitaea ala не выявлены следы межвидовой гибридизации. Прямые доказательства современных случаев межвидовой гибридизации и митохондриальной интрогрессии были получены для пары видов Callophrys (Callophrys) rubi и Callophrys (Ahlbergia) frivaldszkyi на основании клонирования и секвенирования видоспецифичных ядерных маркеров. Показано, что видоспецифичные нуклеотидные замены обнаруживаются в гетерозиготном состоянии у гибридных особей. Многочисленные случаи гибридизации между генетически дифференцированными популяциями, приводящими к митохондриальной интрогрессии, обнаружены у пядениц (Geometridae). Для представителей этой группы был проведен специальный анализ, основанный на одновременном изучении митохондриальных, ядерных и морфологических маркеров и зараженности вольбахией, позволивший исключить другие, помимо интрогрессии, возможные механизмы обнаруженного внутрипопуляционного диморфизма по митохондриальным ДНК-баркодам, такие как анцестральный полиморфизм и наличие критических видов (Makhov et al., 2021). https://spbu.ru/news-events/novosti/babochki-shashechnicy-smogli-sohranit-geneticheskoe-raznoobrazie-i-vyzhit https://rscf.ru/news/biology/babochki-shashechnitsy/ https://scientificrussia.ru/articles/mezvidovaa-gibridizacia-pomogla-babockam-sasecnicam-sohranit-geneticeskoe-raznoobrazie http://knvsh.gov.spb.ru/news/view/3178/ http://sci-dig.ru/biology/babochki-shashechnicy-smogli-sohranit-geneticheskoe-raznoobrazie-i-vyzhit-izredka-skreshhivayas-s-ochen-dalnimi-rodstvennikami/ https://poisknews.ru/news/babochki-shashechniczy-smogli-sohranit-geneticheskoe-raznoobrazie-i-vyzhit-izredka-skreshhivayas-s-ochen-dalnimi-rodstvennikami/?utm_source=yxnews&utm_medium=mobile http://biotech2030.ru/mezhvidovaya-gibridizatsiya-pomogla-babochkam-shashechnitsam-sohranit-geneticheskoe-raznoobrazie/ https://ab-news.ru/2021/08/14/babochki-shashechniczy/ https://www.newsfactory.su/ru/science/323190-babochki-shashechnitsy-smogli-sokhranit-geneticheskoe-raznoobrazie-i-vyzhit-izredka-skreschivayas-s-ochen-dalnimi-rodstvennikami