A magyarországi árutermelő ponty (Cyprinus carpio L.) állományok géntartalékainak vizsgálata mitokondriális és mikroszatellit markerekre alapozva

Dátum
Szerzők
Véghné Tóth, Bianka Mónika
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt
A ponty hatalmas piaci kereslete ellenére a különböző tájfajták eredetét, valamint rokonsági viszonyaikat illetően hiányos genetikai adatokkal rendelkezünk. A hatékonyabb és biztonságosabb pontytermelés feltételeinek megteremtésében kiemelten fontos az őshonos magyar pontytájfajták szélesebb körben való megismerése, a bennük rejlő genetikai tartalékok feltérképezése. Az őshonos magyar pontytájfajták genetikai rokonsági fokának meghatározására, a tájfajták közötti genetikai különbségek felmérésére, továbbá annak érdekében, hogy a molekuláris genetikai hiányosságok pótlásához további információval szolgálhassunk mikroszatellit és mitokondriális DNS markereken alapuló módszerekkel végeztünk vizsgálatot. Az anyai ágon való öröklődésen alapuló vizsgálatunkhoz bevontuk az NCBI génbankban fellelhető szekvenciákat is. Mikroszatellit markeren alapuló vizsgálattal elemeztük a populációk közötti genetikai távolságokat valamint a genetikai diverzitást a tizennégy magyar pontytájfajta 630 egyede esetén tizenkettő polimorf mikroszatellit marker alkalmazásával, melyek négy multiplexben voltak futtatva. Összesen 117 egyedi allélt detektáltunk a tizenkettő polimorf markeren a 630 egyednél. A legnagyobb egyedi allélszám valamint a legnagyobb átlagos allélgazdagság alapján megállapítottuk, hogy a hortobágyi nyurga tájfajta valóban külön tájfajtának tekinthető. Elemzésünk során magas valós és várt heterozigozitási értékeket kaptunk valamint a beltenyésztési együttható értékei szerint a legtöbb általunk vizsgált tájfajta esetén heterozigóta többlet volt jellemző, mely alapján megállapítottuk, hogy a vizsgált tájfajták beltenyésztési leromlásának esélye viszonylag alacsony. A genetikai differenciálódás mértéke (Fst) valamint a Cavalli-Sforza és Edwards-féle genetikai távolság alapján azt tapasztaltuk, hogy kismértékű a genetikai különbség az általunk vizsgált tájfajták között. A Neighbour-Joining filogenetikai fa alapján megfigyelhető klaszterezési minta azonban nem volt összhangban a földrajzi származással, továbbá a vizsgált tájfajták fenotípusos megjelenésüket tekintve is keveredést mutattak. A molekuláris variancia elemzés eredményei azt mutatták, hogy az egyedek között nagy a genetikai változatosság, azonban nem támasztja alá a tájfajták hagyományos megkülönböztetését. A klaszteranalízis alapján azt az eredményt kaptuk, hogy nyolc elemzett tájfajtát nagyon magas rokonsági együttható jellemez, hat tájfajta esetén ugyancsak a tájfajták közötti genetikai keveredés bizonyítékait figyeltük meg. Eredményeinket a főkomponens-analízis is alátámasztotta, mely ugyancsak közeli rokonsági kapcsolatot mutatott az általunk vizsgált pontytájfajták között. A mitokondriális DNS citokróm b markeren alapuló vizsgálatunk esetén összesen 138 magyar pontytájfajtától származó egyedet és további 112 NCBI adatbázisában elérhető szekvenciát elemeztünk. A citokróm b régió 687 bp hosszúságú szakaszát elemeztük, melyet PCR segítségével amplifikáltunk. A magyar pontytájfajtáktól származó 138 szekvencián belül 43 haplotípust detektáltunk, melyből 40 haplotípust elsőként írtunk le. A vizsgált magyar pontytájfajtákban a haplotípus és a nukleotid diverzitás értékek tág határok között (magas, közepes, alacsony) mozogtak. A Tajima D értéke egy vizsgált tájfajtát kivéve negatív volt, azonban ez az érték csak öt tájfajta esetén volt szignifikáns. Eredményeink szerint öt populáció Fu FS értéke ugyancsak negatív volt, azonban ezek közül csupán két tájfajta mutatott szignifikáns értéket. A Tajima D és a Fu FS értékek alapján megállapítottuk, hogy a kapott eredmények múltbeli palacknyak hatást követő jelenkori expanzióra utalnak. A mitokondriális DNS citokróm b régió egy szakaszát vizsgálva az AMOVA analízise alátámasztotta a mikroszatellit markeren alapuló AMOVA analízissel kapott eredményeinket, mely szerint a genetikai variancia a tájfajtákon belül nagyobb, mint a tájfajták között. A Median-Joining Network analízissel végzett haplotípusok közötti kapcsolatok azt mutatták, hogy a tizennégy magyar pontytájfajta valamint az NCBI génbankban elérhető ponty populációk a H1 leggyakoribb haplotípusba csoportosulnak. Az 1-es haplotípusban minden általunk vizsgált magyar pontytájfajta egyedeinek egy része megjelent, kivéve a hortobágyi nyurga pontytájfajta egyedeit. Rávilágítottunk arra, hogy az 1-es haplotípus a legvalószínűbb közös ős az általunk vizsgált ponty populációkban, továbbá a haplotípus központi elhelyezkedése a legősibb haplotípusra utal Magyarországon. A magyarországi és más országokból származó haplotípusok elkülönülését figyeltük meg, mely alapján a tájfajták genetikai izolációját feltételezzük. Kiemelendő, hogy a magyar ponty populációk közös haplotípussal rendelkeznek Németországból, az Egyesült Államokból, Oroszországból és Görögországból származó vonalakkal illetve egy a génbankból származó magyar ponty populáció ugyancsak a leggyakoribb haplotípusban jelent meg. A biparentális és maternális markeren alapuló eredményeink alapján összességében elmondható, hogy a magyar tájfajták keverednek egymással, az eredmények nem minden esetben támasztják alá a tájfajták hagyományos megkülönböztetését. Kivételt képez azonban a hortobágyi nyurga tájfajta, mely tájfajta esetén mindkét marker eredménye azt bizonyította, hogy a hortobágyi nyurga tájfajta tekinthető leginkább genetikailag különálló tájfajtának. Továbbá a klaszteranalízis eredményei mindkét marker esetében bizonyították további öt tájfajta valódi létezését (biharugrai pikkelyes, hajdúböszörményi tükrös, hajdúszoboszlói pikkelyes, szarvasi 15 tükrös, szarvasi P3 pikkelyes).
Despite the huge market demand for common carp, we have incomplete genetic data regarding the origin of the various strains and their relationships. In order to create the conditions for more efficient and safer common carp production, it is extremely important to get to know the native Hungarian common carp strains on a wider scale, and to map the genetic reserves inherent in them. In order to determine the degree of genetic relatedness of the native Hungarian common carp strains, to assess the genetic differences between the strains, and to provide additional information to fill molecular genetic gaps, we conducted a study using methods based on microsatellite and mitochondrial DNA markers. We also included the sequences found in the NCBI gene bank for our study based on inheritance on the maternal side. By conducting a microsatellite marker-based study, we analyzed the genetic distances and the genetic diversity between populations in the case of 630 individuals of the fourteen Hungarian common carp strains using twelve polymorphic microsatellite markers, which were run in four multiplexes. A total of 117 unique alleles were detected on the twelve polymorphic markers in the 630 individuals. Based on the highest number of unique alleles and the highest average allelic richness, we established that the Hortobágy wild can truly be regarded a separate strains. In the course of our analysis, we obtained high real and expected heterozygous values, and according to the values of the inbreeding coefficient, a heterozygous excess was typical for most of the strains we examined, on the basis of which we found that the chance of inbreeding degradation of the studied strains is relatively low. A very high percentage of the population assignment test showed that the examined strains are classified to the strain type corresponding to their origin. Based on the degree of genetic differentiation (Fst) and the genetic distance of Cavalli-Sforza and Edwards, we found that the genetic difference between the strains we examined is small. However, the clustering pattern observed on the basis of the Neighbor-Joining phylogenetic tree was not consistent with the geographical origin, and the examined strains also showed admixture in terms of their phenotypic appearance. The results of the molecular variance analysis showed that there is a large genetic diversity between individuals, but it does not support the traditional distinction of strains. Based on the cluster analysis, we obtained the result that eight analyzed strains are characterized by a very high kinship coefficient, and in the case of six strains, we also observed evidence of genetic mixing between the strains. Our results were also supported by the principal component analysis, which also showed a close relationship between the common carp strains we examined. In the case of our study based on the mitochondrial DNA cytochrome b marker, we analyzed a total of 138 individuals from the Hungarian common carp strains and another 112 sequences available in the NCBI database. We analyzed a 687 bp section of the cytochrome b region, which was amplified using PCR. We identified 83 haplotypes in the total of 250 sequences. We detected 43 haplotypes within 138 sequences from Hungarian common carp strains, of which 40 haplotypes were described for the first time. The haplotype and nucleotide diversity values were ranged between wide ranges (high, medium, low) in the studied Hungarian common carp strains. Tajima D value was negative except for one strain, but this value was only significant for five strains. According to our results, the Fu FS value of five populations was also negative, but only two of these strains showed a significant value. Based on the Tajima D and Fu FS values, we determined that the obtained results indicate a present-day expansion following a past bottleneck effect. Examining a section of the mitochondrial DNA cytochrome b region, the AMOVA analysis supported our results obtained with the AMOVA analysis based on microsatellite markers, according to which the genetic variance within the strains is greater than between the strains. The relationships between the haplotypes performed with the Median-Joining Network analysis showed that the fourteen Hungarian common carp strains and the common carp populations available in the NCBI gene bank cluster in the most common haplotype H1. In haplotype 1, all the Hungarian common carp strains that we investigated appeared, except for the Hortobágy wild common carp. We highlighted that haplotype 1 is the most probable common ancestor in the common carp populations we examined, and that the central location of the haplotype indicates the most ancient haplotype in Hungary. We observed the separation of haplotypes from Hungary and other countries, on the basis of which we assume the genetic isolation of the strains. It should be emphasized that the Hungarian common carp populations have a common haplotype with lines from Germany, the United States, Russia and Greece, and a Hungarian common carp population from the gene bank also appeared in the most common haplotype. Based on our results based on biparental and maternal markers, it can be generally stated that Hungarian strains are mixed with each other, consequently the results do not support the traditional distinction of strains in all cases. However, the Hortobágy wild common carp is an exception, in the case of which strains, the results of both markers proved that it can truly be considered a separate strains. Furthermore, the results of the cluster analysis for both markers proved the real existence of five other strains (Biharugra scaly, Hajdúböszörmény scaly, Hajdúszoboszló scaly, Szarvas 15 mirror, Szarvas P3 scaly).
Leírás
Kulcsszavak
ponty, genetikai diverzitás, mikroszatellit, mtDNS, common carp, genetic diversity, microsatellite, mtDNA
Forrás