Genetic Polymorphism and Differentiation of Populations of Sterlet Acipenser ruthenus (Acipenseridae) in the Lower Irtysh and Middle Ob Basins

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents data on polymorphism of intermicrosatellite sequences in the sterlet Acipenser ruthenus of the lower reaches of the Irtysh River and the middle reaches of the Ob River. We assessed intra- and interpopulation variability and genetic differentiation of A. ruthenus and revealed a high ISSR polymorphism in the species from the central part of the Ob-Irtysh basin. The proportion of polymorphic amplicons was 0.966, genetic diversity was 0.355, and the average number of alleles per locus was 1.97. The highest polymorphism was typical for the sterlet from the Tobol River at the confluence with the Irtysh River. Genetic differentiation between the sterlet groups of the Irtysh and Ob rivers is well pronounced, the interpopulation component accounts for 42% of variability (Gst = 0.42), gene flow is limited (Nm = 0.67). The sterlet groups inhabiting the Lower Irtysh from the mouth of the Tobol River to the mouth of the Konda River do not differ genetically and form one population (Gst = 0.08–0.12, Nm = 3.76–5.55). The sterlet from the Irtysh River within the Vagay region is genetically different from the other Irtysh samples (Gst = 0.22, Nm = 1.68) and belongs to a different population group. The differentiation between samples of sterlet from the Ob basin is higher than between samples from the Irtysh basin. Groups of sterlet from the Ob River and the Yuganskaya Ob canal are genetically different (Gst = 0.30, Nm = 1.19) and form various subpopulations. Spawning migrations, as well as confinement to wintering pits, play a decisive role in the formation of the sterlet population structure in the studied part of the distribution area. The identified sterlet population groups should be considered as separate units of environmental and economic management.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. I. Volosnikov

Tobolsk Complex Scientific Station, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: zhigileva@mail.ru
Russian Federation, Tobolsk

O. N. Zhigileva

University of Tyumen

Author for correspondence.
Email: zhigileva@mail.ru

AquaBioSafe Laboratory

Russian Federation, Tyumen

A. A. Stafeeva

University of Tyumen

Email: zhigileva@mail.ru

AquaBioSafe Laboratory

Russian Federation, Tyumen

References

  1. Алямкин Г.В., Жигилева О.Н., Жохов А.Е. 2022.Генетическая изменчивость ротана Perсcottus glenii и его паразита, цестоды Nippotaenia mogurndae, за пределами естественного ареала // Биология внутр. вод. № 2. С. 181–191. https://doi.org/10.31857/S0320965222010028
  2. Барминцева А.Е., Мюге Н.С. 2013. Использование микросателлитных локусов для установления видовой принадлежности осетровых (Acipenseridae) и выявления особей гибридного происхождения // Генетика. Т. 49. № 9. С. 1093. https://doi.org/10.7868/S0016675813090038
  3. Борисенко Э.С., Мочек А.Д., Павлов Д.С., Чемагин А.А. 2013. Распределение рыб в речной системе Нижнего Иртыша // Вопр. ихтиологии. Т. 53. № 1. С. 31. https://doi.org/10.7868/S0042875213010049
  4. Булгакова Т.И., Кульба С.Н., Пятинский М.М. 2022. Моделирование сценариев восстановления запаса русского осетра Acipenser gueldenstaedtii Азовского моря при отсутствии естественного воспроизводства // Вопр. ихтиологии Т. 62. № 2. С. 198. https://doi.org/10.31857/S0042875222020047
  5. Быков А.Д., Бражник С.Ю. 2022. Современное состояние запасов и искусственного воспроизводства стерляди в России // Вопр. рыболовства. Т. 23. № 3. С. 5. https://doi.org/10.36038/0234-2774-2022-23-3-5-30
  6. Животовский Л.А., Рубцова Г.А., Каев А.М. и др. 2022. Эколого-географическая и генетическая дифференциация – единицы запаса кеты Oncorhynchus keta южных Курильских островов // Вопр. ихтиологии. Т. 62. № 3. С. 335. https://doi.org/10.31857/S0042875222030249
  7. Зайцев В.Ф., Балацкий П.С., Визер А.М. и др. 2022. Исследование нерестилищ стерляди Acipenser ruthenus в реках Новосибирской, Томской и Омской областей // Рыбоводство и рыбное хозяйство. Т. 16. № 6(197). С. 386. https://doi.org/10.33920/sel-09-2206-03
  8. Интересова Е.А., Бабкина И.Б., Сусляев В.В. и др. 2018. Стерлядь Acipenser ruthenus L. в бассейне Средней Оби (в пределах Томской области). Распространение, динамика промысла, возраст и рост // Вестник рыбохоз. науки. Т. 5. № 2(18). С. 60.
  9. Калмыков В.А., Рубан Г.И., Павлов Д.С. 2010. Миграции и запасы стерляди Acipenser ruthenus (Acipenseridae) нижнего течения реки Волги // Вопр. ихтиологии. Т. 50. № 1. С. 48.
  10. Комарова Л.В., Костицына Н.В., Боронникова С.В., Мельникова А.Г. 2018. Генетическая структура естественных популяций стерляди (Acipenser ruthenus L.) в бассейнах рек Кама и Обь на основании полиморфизма ISSR маркеров // Сельскохозяйственная биология. Т. 53. № 2. С. 348. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.2.348rus
  11. Комарова Л.В., Пелеева А.Р., Костицына Н.В. и др. 2021. Полиморфизм ДНК, генетическая оригинальность и идентификация популяций и ремонтно-маточных стад стерляди (Acipenser ruthenus) // Вестн. Пермск. ун-та. Серия: Биология. № 1. С. 53. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2021-1-53-60
  12. Крохалевский В.Р., Бабкина И.Б., Визер А.М. и др. 2018. Состояние запасов осетровых рыб в водных объектах Сибири // Вопр. рыболовства. Т. 19. № 3. С. 269.
  13. Михеев П.Б., Петренко Н.Г., Огородов С.П., Михеева О.И. 2014. Об изменчивости числа жучек стерляди Acipenser ruthenus в ареале и аквакультуре // Рыбоводство и рыбное хозяйство. № 10. С. 25.
  14. Павлов Д.С., Мочек А.Д. 2006. Рыбные ресурсы Обь-Иртышского бассейна и роль зимовальных ям в их формировании // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами. М.: Тов-во науч. изданий КМК. С. 132.
  15. Павлов Д.С., Мочек А.Д. 2009. Распределение рыб в речных системах как динамичное явление // Успехи соврем. биол. Т. 129. № 6. С. 528.
  16. Павлов Д.С., Мочек А.Д., Борисенко Э.С. и др. 2011. Распределение рыб в пойменно-русловом комплексе Нижнего Иртыша // Биология внутр. вод. № 2. С. 71.
  17. Пелеева А.Р., Комарова Л.В., Васильева Ю.С. 2018. Анализ генетического разнообразия естественных популяций и ремонтно-маточных стад стерляди на основании полиморфизма межмикросателлитных маркеров // Бюллетень науки и практики. Т. 4. № 4. С. 20. https://doi.org/10.5281/zenodo.1218207
  18. Правдин И.Ф. 1966. Руководство по изучению рыб. М.: Пищ. пром-сть.
  19. Рожкован К.В., Челомина Г.Н., Рачек Е.И. 2008. Молекулярная идентификация и особенности генетического разнообразия межвидовых гибридов амурского осетра (Acipenser schrenckii × A. baerii, A. baerii × A. schrenckii, A. schrenckii × A. ruthenus, and A. ruthenus × A. schrenckii) по данным изменчивости мультилокусных RAPD-маркеров // Генетика. Т. 44. № 11. С. 1453.
  20. Рыжков Л.П., Дзюбук И.М., Кучко Т.Ю. 2013. Ихтиологические исследования на водоемах. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ.
  21. Слуквин А.М., Конева О.Ю., Лесюк М.И. 2008. Генетическая идентификация стерляди (Acipenser ruthenus L.), выращенной в ОАО “Рыбхоз “Полесье” Пинского района Брестской области, по микросателлитным маркерам // Молекулярная и прикладная генетика: Cб. науч. тр. Институт генетики и цитологии НАН Беларуси. Минск: Право и экономика.
  22. Тимошкина Н.Н., Водолажский Д.И., Усатов А.В. 2010. Молекулярно-генетические маркеры в исследовании внутри- и межвидового полиморфизма осетровых рыб (Acipenseriformes) // Экологическая генетика. Т. 8. № 1. С. 12. https://doi.org/10.17816/ecogen8112-24
  23. Третьякова Т.В. 2014. Анализ размерно-возрастной структуры стерляди нижнего течения реки Иртыш в аспекте сохранения ее запасов // Фундаментальные исследования. № 11–6. С. 1306.
  24. Чемагин А.А. 2020. Локалитет формирующейся зимовальной ямы в реке Иртыш // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Серия: Рыбное хозяйство. № 4. С. 7. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2020-4-7-21
  25. Чемагин А.А. 2021. Структура незаконных уловов осетровых рыб р. Иртыш в 2013–2020 гг. (по данным ихтиологических экспертиз) // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Серия: Рыбное хозяйство. № 4. С. 17. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2021-4-17-23
  26. Чугунова Н.И. 1959. Руководство по изучению возраста и роста рыб. М.: Изд-во АН СССР.
  27. Шишанова Е.И., Павлов А.Д. 2013. Генетическая изменчивость стерляди (Acipenser ruthenus, Linnaeus, 1758) в процессе доместикации в условиях установки замкнутого водоснабжения // Естественные и технические науки. № 1(63). С. 85.
  28. Экология рыб Обь-Иртышского бассейна. 2006. М.: Тов-во научн. изданий КМК.
  29. Anderson W.G., Schreier A., Crossman J.A. 2022. Chapter 2 – Conservation aquaculture – A sturgeon story // Fish Physiol. V. 39. Part B. P. 39. https://doi.org/10.1016/bs.fp.2022.04.013
  30. Arthington A.H., Dulvy N.K., Gladstone W., Winfield I.J. 2016. Fish conservation in freshwater and marine realms: status, threats and management // Aquat. Conserv.: Mar. and Freshwater Ecosystems. V. 26(5). P. 838. https://doi.org/10.1002/aqc.2712
  31. Bender W., Pierre S., Hognes D.S. 1983. Chromosomal walking and jumping to isolate DNA from Ace and rosy loci of bithorax complex in Drosophila melanogaster // J. Mol. Biol. V. 168. P. 17. https://doi.org/10.1016/S0022-2836(83)80320-9
  32. Bielikova O.Y., Mariutsa A.E., Mruk A.I. et al. 2021. Genetic structure of rainbow trout Oncorhynchus mykiss (Salmoniformes, Salmonidae) from aquaculture by DNA-markers // Biosystems Diversity. V. 29. № 1. P. 28. https://doi.org/10.15421/012104
  33. Billard R., Lecointre G. 2000. Biology and conservation of sturgeon and paddlefish // Reviews in Fish Biol. and Fish. V. 10. № 4. P. 355. https://doi.org/10.1023/A:1012231526151
  34. Carvalho G.R., Hauser L., Martinsohn J., Naish K. 2016. Fish, genes and genomes: contributions to ecology, evolution and management // J. Fish Biol. V. 89. № 6. P. 2471. https://doi.org/10.1111/jfb.13228
  35. Cvijanović G., Adnadević T., Lenhardt M., Marić S. 2015. New data on sterlet (Acipenser ruthenus L.) genetic diversity in the middle and lower Danube sections, based on mitochondrial DNA analyses // Genetika. V. 47. № 3. P. 1051. https://doi.org/10.2298/GENSR1503051C
  36. Gordon T.A.C., Harding H.R., Clever F.K. et al. 2018. Fishes in a changing world: learning from the past to promote sustainability of fish populations // J. Fish Biol. V. 92. № 3. P. 804. https://doi.org/10.1111/jfb.13546
  37. Hildebrand L.R., Drauch Schreier A., Lepla K. et al. 2016. Status of White Sturgeon (Acipenser transmontanus Richardson, 1863) throughout the species range, threats to survival, and prognosis for the future // J. Appl. Ichthyol. V. 32 (S1). P. 261. https://doi.org/10.1111/jai.13243
  38. Hilton E.J., Kynard B., Balazik M.T. et al. 2016. Review of the biology, fisheries, and conservation status of the Atlantic Sturgeon (Acipenser oxyrinchus oxyrinchus Mitchill, 1815) // J. Appl. Ichthyol. V. 32 (S1). P. 30. https://doi.org/10.1111/jai.13242
  39. Huang Z., Wang L. 2018. Yangtze Dams Increasingly Threaten the Survival of the Chinese Sturgeon // Current Biol. V. 28. № 22. P. 3640. e18. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.09.032
  40. Jarić I., Riepe C., Gessner J. 2018. Sturgeon and paddlefish life history and management: Experts' knowledge and beliefs // J. Appl. Ichthyol. V. 34. P. 244. https://doi.org/10.1111/jai.13563
  41. Kubala M., Farský M., Krajč T., Pekárik L. 2021. Bayesian modelling suggests that the sterlet (Acipenser ruthenus, Linnaeus 1758) population is ageing in the middle Danube River // Aquat. Conserv: Mar. and Freshwater Ecosystems. V. 31. № 3. P. 469. https://doi.org/10.1002/aqc.3515
  42. Lenhardt M., Jarić I., Cvijanović G. et al. 2010. Sterlet (Acipenser ruthenus L.) as an object of research, fishery and aquaculture in Serbia: 38th Conference of the International Association for Danube Research. June 2010, Dresden, Germany.
  43. Lochmann S.E. 2019. Introduction to a Special Section: Captive Propagation of Imperiled Species // North Am. J. Aquaculture. V. 81 (4). P. 279. https://doi.org/10.1002/naaq.10121
  44. Orlov A.M., Interesova E.A., Dyldin Yu.V., Romanov V.I. 2022. The Endangered Eurasian Freshwater Sturgeons // Imperiled: The Encyclopedia of Conservation, Elsevier. P. 541. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821139-7.00135-5
  45. Mikheev P.B., Kazarinov S.N., Melnikova A.G. et al. 2022. Artificial enhancement of sturgeon stock in freshwater reservoirs: A case study on sterlet Acipenser ruthenus of the Kama reservoir // Aquaculture and Fisheries. (Available online 11 May 2022). https://doi.org/10.1016/j.aaf.2022.04.004
  46. Pobedintseva M.A., Makunin A.I., Kichigin I.G. et al. 2018. Population genetic structure and phylogeography of sterlet (Acipenser ruthenus, Acipenseridae) in the Ob and Yenisei River basins // Mitochondrial DNA. Part A. V. 30. № 1. P. 156. https://doi.org/10.1080/24701394.2018.1467409
  47. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. 2000. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. V. 155. № 2. P. 945. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2007.01758.x
  48. Vasilyeva L.M., Elhetawy A.I.G., Sudakova N.V., Astafyeva S.S. 2019. History, current status and prospects of sturgeon aquaculture in Russia // Aquaculture Res. V. 50. № 4. P. 979. https://doi.org/10.1111/are.13997
  49. Yeh F.C., Yang R., Boyle T. 1999. POPGENE. Version 1.31. University of Alberta and Centre for International Forestry Research.
  50. Zhigileva O.N., Baranova O.G., Pozhidaev V.V. et al. 2013. Сomparative analysis of using isozyme and ISSR-PCR markers for population differentiation of cyprinid fish // Turk. J. Fish. Aquat. Sci. V. 13. P. 159. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v13_1_19

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Map of fishing sites. 1 – Irtysh river, Vagaysky district (865-868 km); 2 – Tobol river, Tobolsk district (0-30 km); 3 – Irtysh river, village. Suzgun (644-671 km); 4 – Irtysh river, Uvatsky district (Gornoslinkinskaya riverbed pit); 5 – the confluence of the Konda River with the Irtysh River (Kondinskaya riverbed pit, 90-91 km); 6 – Yuganskaya Ob channel, Nefteyugansk district, village. Cheuskino (1353 km); 7 – Yuganskaya Ob bayou, Nefteyugansk district, village High Cape; 8 – Ob river, Surgut district (before the bridge); 9 – Ob river, Surgut district (behind the bridge).

Download (185KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dendrogram of genetic distances of sterlet samples from different parts of the Ob-Irtysh basin. The location of the samples is given in Table 1.

Download (33KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Differentiation of sterlet samples based on the results of the STRUCTURE algorithm (K = 3). Different colors indicate that the samples belong to different groups. The location of the samples (1-9) is given in Table 1. Along the ordinate axis is the frequency of the genotype, fractions.

Download (58KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences