Красная книга кавказская рысь: Кавказская рысь — Кошачьи (Felidae)

Bobcat ( Lynx rufus ).

Среда обитания рыси находится в основном в континентальной части Соединенных Штатов, за исключением сельскохозяйственных районов Среднего Запада и некоторых частей Восточного побережья, где на них активно охотились в течение первой половины 20 века. Этот вид также обитает в Мексике на юге, в штатах Оахака и Южная Нижняя Калифорния, и встречается на севере и на юге Канады. Несмотря на то, что в Соединенных Штатах ежегодно собирают тысячи рыси для коммерческой торговли мехом, численность популяции существенно не уменьшилась.Считается, что население США превышает несколько сотен тысяч человек, и Красный список находящихся под угрозой видов Международного союза охраны природы (МСОП) классифицировал рыси как виды, вызывающие наименьшее беспокойство.

Канадская рысь ( L. canadensis ) внешне похожа на рыси, но ее можно отличить по более длинным ногам, более широким ступням, более длинным пучкам ушей и более заметному хвосту с черным концом. Вес взрослого человека колеблется от 8,0 до 17,3 кг (примерно от 18 до 38 фунтов), а его длина колеблется от 67 до 107 см (примерно от 26 до 42 дюймов).В среднем его высота в плечах 61 см (24 дюйма).

Канадская рысь также внесена в список МСОП как вид, вызывающий наименьшее беспокойство, но в Соединенных Штатах она считается исчезающим видом. В настоящее время этот вид встречается в бореальных лесах по всей Канаде (кроме Новой Шотландии) и в штатах США Вашингтон, Айдахо, Монтана, Миннесота, Нью-Гэмпшир и Мэн в местообитаниях, совпадающих с местами обитания зайца-снегоступа. Однако в южной части своего ареала рацион канадской рыси более разнообразен: она питается падалью и, возможно, даже молодыми копытными.

Канадская рысь подвергалась охоте и ловле для получения меха в течение сотен лет, но численность северных популяций с течением времени оставалась довольно стабильной. Южным популяциям, особенно в приграничных Соединенных Штатах, угрожает потеря среды обитания и фрагментация в результате вырубки леса и преобразования сельского хозяйства, и многие люди становятся жертвами автомобильных наездов или попадают в ловушки, предназначенные для других видов. Программы реинтродукции, начатые в начале 21 века, когда группы животных выпускались в других частях Скалистых гор, имели умеренный успех.

4 вида животных, находящихся под угрозой исчезновения, в Армении |

Все эти находящиеся под угрозой исчезновения животные были замечены в Кавказском заповеднике дикой природы (CWR) — частной охраняемой территории FPWC. Камеры-ловушки в убежище используются для оценки численности популяции диких животных. Изображения раненых животных также могут указывать на браконьерство, и в этом случае безопасность в конкретном районе может быть усилена.

Сирийский бурый медведь

Сирийский бурый медведь — подвид бурого медведя, произрастающий в Евразии, и является одним из крупнейших ныне живущих хищников.Они живут в юго-восточной части Армении, в основном в районах Мегри, Капан, Горис, Сисиан, Вайк и Ехегнадзор — вплоть до подножия холмов горы. Арагтас, и до высоты 3000 метров над уровнем моря.

Хотя их точная популяция неизвестна, считается, что в дикой природе обитает около 150 сирийских бурых медведей. Браконьерство и разрушение среды обитания в результате добычи полезных ископаемых и карьеров являются основными причинами сокращения их численности.

ЧАСЫ: Медвежонок бурого медведя в CWR

Кавказская рысь

Уроженец Армении, кавказская рысь обитает в Араратском, Тавушском, Лорийском, Котайкском, Сюникском и Гехаркуническом регионах страны.Кавказская рысь, самый крупный хищник в Европе после бурого медведя и серого волка, способна убивать добычу в 3-4 раза больше своего размера и потребляет до 2 килограммов мяса в день.

В последние десятилетия этих животных редко можно увидеть, поскольку их численность резко сократилась из-за незаконной торговли кожей, потери среды обитания и истощения кормовой базы.

ЧАСЫ: Кавказская рысь в CWR

Безоаровая коза

Безоаровые козы, также известные как дикие козы или безоаровые козлы, на протяжении десятилетий охотились по всему Кавказу и в настоящее время занесены в Красный список видов, находящихся под угрозой исчезновения МСОП.Их высоко ценимые рога, изгибающиеся вверх и назад, сделали их добычей для охотников за трофеями.

В 1980-е годы на Кавказе их было примерно от 3 500 до 4 000, но с тех пор их число значительно сократилось. Безоаровые козы вымерли в Иордании и Сирии.

ЧАСЫ: Безоаровая коза в CWR

Кавказский леопард

Кавказский леопард является одним из крупнейших из восьми признанных подвидов леопарда и занесен в Красный список исчезающих видов МСОП.В настоящее время в Армении обитает менее 15 кавказских леопардов. Их популяция была опустошена из-за неконтролируемой охоты на них, а также на их добычу, в том числе на безоаровую козу и армянского муфлона.

следов кавказского леопарда. В 2013 году камеры-ловушки FPWC зафиксировали только хвост леопарда, и было установлено больше камер. Позже на видео, сделанном при дневном свете, были запечатлены поразительные изображения леопарда.

ЧАСЫ: Кавказский леопард в CWR

Рейнджеры в КВР при поддержке программы «Хранители дикой природы» World Land Trust защищают убежище от незаконной охоты в дополнение к мониторингу популяций животных.Растущая численность популяции в ДССК показывает, как успешные природоохранные мероприятия могут защитить находящиеся под угрозой исчезновения в Армении дикие животные

Первый коридор дикой природы в Турции связывает популяции медведей, волков и рысей с лесами Кавказа — Новости Национального географического общества

Д-р Чаган Чекерчоглу — молодой исследователь National Geographic. Профессор природоохранной биологии, экологии и орнитологии на факультете биологии Университета штата Юта, он также руководит турецкой экологической организацией KuzeyDoğa.

Турция (Турция) — единственная страна, почти полностью покрытая тремя из 34 глобальных горячих точек биоразнообразия: Кавказ, Иран и Анатолия , и Средиземное море. На стыке Европы, Ближнего Востока, Центральной Азии и Африки расположение Турции, горы и ее окружение четырьмя морями (Черным, Мраморным, Эгейским и Средиземным) привели к впечатляющему биоразнообразию, что сделало Турцию «сверхдержавой биоразнообразия в Европе. «.Из более чем 9000 местных видов сосудистых растений, известных в Турции, одна треть являются эндемиками. Крупные хищники, такие как бурый медведь ( Ursus arctos ), волк ( Canis lupus ), кавказская рысь ( Lynx lynx dinniki ), каракал ( Caracal caracal ), полосатая гиена ( Hyaena ) даже леопард ( Panthera pardus ) по-прежнему бродит по диким уголкам этой разнообразной страны, которая охватывает 783 562 км ² и насчитывает почти 75 миллионов человек.

Карс также является одним из самых важных мест в Турции для хищных млекопитающих, таких как бурые медведи, волки, рыси и дикие кошки ( Felis sylvestris ), особенно в Национальном парке «Лес Сарыкамыш — горы Аллахуэкбер». Даже леопарды, когда-то широко распространенные в Турции, могут остаться в регионе, как они встречаются в Армении, Азербайджане, Грузии и Иране, которые граничат с Карсом и соседними провинциями Ардахан и Игдыр.Плотоядные животные Карса являются главными хищниками на пике пищевой цепи, являются индикаторами здоровой окружающей среды и включают основные и ключевые виды. Крупные хищники нуждаются в больших территориях из-за их экологии и размера, но во всем мире им все больше угрожает опасность.

За последние шесть лет с моей экологической организацией KuzeyDoa и в сотрудничестве с Генеральным управлением охраны природы и национальных парков (GDNCNP) мы были проведение долгосрочной природоохранной деятельности на уровне сообществ, экологических исследований и экотуризма в деревнях с упором на дикую природу северо-востока Турции.Наша работа в Национальном парке Карсский лес Сарыкамыш — горы Аллахуэкбер была поддержана Фондом Борна Фри, Фондом Кристенсена, GDNCNP, Turkcell, Программой развития ООН и Фондом Уитли. Мы изучали хищников на северо-востоке Турции с помощью фотоловушек, а в прошлом году мы начали первый проект по отслеживанию волков в Турции в сотрудничестве с профессором Йосипом Кусаком из Загребского университета. В ходе нашего исследования были задокументированы дикая кошка и два подвида рыси на востоке Турции, была обнаружена новая племенная популяция рыси в Карсе и получены первые фотографии рыси с детенышами в Турции.Мы также получили первые оценки ареала обитания волков в Турции и показали, что всего за два месяца эти краеугольные хищники используют территорию, в 13 раз большую, чем национальный парк Сарыкамыш-Аллахуэкбер, в котором они были пойманы. Однако законные и незаконные рубки леса Сарыкамыш сокращаются. старовозрастные леса продолжаются.

Крупномасштабное генетическое структурирование широко распространенного хищника

Abstract

За последние десятилетия описана филогеография и генетическая структура множества видов, населяющих Европу и Северную Америку.Флора и фауна обширных массивов суши северо-востока Евразии в этом отношении еще в значительной степени не исследованы. Евразийская рысь — крупный представитель семейства кошачьих, который относительно многочисленен на большей части российского субконтинента и в прилегающих странах. Анализируя 148 музейных образцов, собранных по всему ареалу за последние 150 лет, мы описали крупномасштабное генетическое структурирование у этого высокомобильного вида. Мы исследовали пространственные генетические паттерны, используя последовательности митохондриальной ДНК (D-петля и цитохром b) и 11 микросателлитных локусов, и описали три филогенетических клады и четкую структуру вдоль градиента восток-запад.Наиболее вероятный сценарий заключается в том, что современные популяции евразийских рысей возникли в Центральной Азии, а в некоторых частях Европы рыси были заселены в плейстоцене. После последнего ледникового максимума (LGM) расширение диапазона приводит к колонизации северо-западной Сибири и Скандинавии с Кавказа и северо-восточной Сибири из рефугиума дальше на восток. Никаких свидетельств существования рефугиума Беринигана в наших данных обнаружить не удалось. Мы наблюдали ограниченный поток генов и предполагаем, что будущие исследования евразийской рыси исследуют, в какой степени современная структура популяции может быть объяснена экологическими переменными.

Образец цитирования: Рунесс Е.К., Найденко С., Тросвик П., Стенсет NC (2014) Крупномасштабное генетическое структурирование широко распространенного хищника — евразийской рыси ( Lynx lynx ). PLoS ONE 9 (4): e93675. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093675

Редактор: Жоау Пинту, Instituto de Higiene e Medicina Tropical, Португалия

Поступила: 4 октября 2013 г .; Дата принятия: 10 марта 2014 г .; Опубликовано: 2 апреля 2014 г.

Авторские права: © 2014 Rueness et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Исследование финансировалось исследовательским советом норвежского проекта RCN 179569 / V40, Центр экологического и эволюционного синтеза. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.Дополнительного внешнего финансирования для этого исследования не получено.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Популяционно-генетическая структура видов северного полушария была сформирована сочетанием исторических и современных влияний. Влияние климатических колебаний плейстоцена на биоту было тщательно продемонстрировано (например, [1], [2]), а сравнительные исследования генетической изменчивости у сходно распределенных видов выявили общие филогеографические закономерности, указывающие на расположение ледниковых рефугиумов и постледниковых периодов. маршруты колонизации (напр.грамм. [3], [4]).

Было высказано предположение, что виды с относительно высокой способностью к расселению и способностью адаптироваться к новым местам обитания демонстрируют меньшую филогеографическую структуру, чем более стационарные и специализированные виды. Примеры высокомобильных наземных хищных млекопитающих, которые демонстрируют небольшое историческое расхождение в континентальных масштабах, включают канадскую рысь ( Lynx Canadensis [5]), рысь ( Lynx rufus [6]), серый волк ( Canis lupus [5]). 7]) и рыжей лисицы ( Vulpes vulpes [8]).В малых масштабах один и тот же вид может демонстрировать неслучайный поток генов при отсутствии географических барьеров. Такое загадочное структурирование популяции было показано, например, у канадской рыси [5], [9], серого волка [10], [11], скандинавской рыси ( Lynx lynx [12]) и койотов ( Canis latrans [13]). Было высказано предположение, что дифференциация, наблюдаемая в этих исследованиях, была вызвана экологическими факторами. С помощью моделирования было продемонстрировано, что переменные снежные условия (предположительно важные для охоты) могут создавать дифференциацию у канадской рыси [14], [15], а совсем недавно значительная корреляция между генетическими расстояниями и диетической дифференциацией была обнаружена у восточноевропейских серых волков [16 ].В целом появляется все больше свидетельств ассоциаций между добычей, выбором среды обитания и генетической структурой популяции у высокомобильных хищников.

Относительно немногочисленные исследования широко распространенных евразийских видов охватывают территорию российского субконтинента. Тем не менее, было обнаружено несколько замечательных общих филогеографических закономерностей, и Korsten et al. [17] предполагают, что генеалогии митохондриальной ДНК млекопитающих Евразии следуют одному из двух общих паттернов:

1. Близкородственные гаплотипы мтДНК обнаружены по всей северной континентальной Евразии, что предполагает распространение одной материнской линии (от одного рефугиума) в эти области (без значительных барьеров для распространения).Примеры этой модели включают, например, бурый медведь ( Ursus arctos [17]) и ряд мелких млекопитающих (см. [18]).
2. Генетически отличные клоны встречаются в шовной зоне у Уральских гор, что может представлять собой барьер распространения. Евразийский барсук ( Meles meles ) и тундровая бурозубка ( Sorex tundrensis ) являются примерами, в которых расходящиеся филогруппы разделены множественными заменами [18], [19].

Здесь мы даем первое описание крупномасштабных пространственных генетических паттернов евразийской рыси на всем ее ареале, основная часть (около 75%) которых находится в границах России [20], распространяясь в Среднюю Азию в юг и Европа на западе.Таким образом, данный вид хорошо подходит для проверки общности описанных выше сценариев.

В позднем плейстоцене Евразия и Северная Америка были соединены Беринговым мостом [21], а общий рефугиум, Берингия, существовал во время последнего ледникового максимума (LGM) около 20 000 лет назад (например, [22]). Филогенез нескольких видов млекопитающих или пар видов с голоарктическим распространением имеет берингийскую кладу, содержащую особей, отобранных как в Центральной Азии / Восточной Сибири, так и в Северной Америке (см.[23], [24]). Считается, что евразийская и канадская рыси разошлись намного раньше (1,6–1,2 миллиона лет назад [25]), и их распространение предположительно не пересекается. Однако среди имеющихся скудных свидетельств окаменелостей один экземпляр, классифицированный как Lynx lynx , был обнаружен в Северной Америке [26], что указывает на возможность совпадения исторических ареалов. Генетические данные рыси восточной части Евразии ранее не анализировались.

Оценки времени дивергенции монофилетических групп (на основе подходов молекулярных часов) обычно используются для связи прошлых демографических расширений с палеоклиматическими событиями.Для нескольких евразийских видов было продемонстрировано, что раскол между различными генеалогическими линиями предшествовал LGM (см. [27]). Время разделения канадских и евразийских рысей (см. Выше) подходит в качестве калибровочной точки для установления графика филогеографических событий евразийской рыси. Евразийская рысь является одним из самых распространенных видов кошачьих в мире, даже несмотря на то, что он был истреблен. многие части его бывшего ареала в Западной Европе в течение 20 ^{-х годов} века.Качество местообитаний рысей сильно различается на территории Евразии [28]. Наиболее распространены лесные массивы (хвойные, лиственные и смешанные), но сюда также входят горы (например, в Китае) и полупустыни (Казахстан). Рыси — одиночные хищники, которые встречаются при низкой плотности и кормятся на обширных территориях. Их рацион состоит в основном из мелких копытных и зайцев, но они также охотятся на птиц и грызунов [28]. Взрослые животные занимают территории разного размера (например, [29] — [31]), а расстояние распространения измеряется до 148 км [32].

Несмотря на такое большое разнообразие ниш, большая часть имеющихся знаний как по экологии (например, пространственное распределение, размер домашнего ареала, дисперсия [29] — [31], [33]), так и по генетике [12], [34] ] основан на данных из европейской части ареала. Наибольшее разнообразие до сих пор описано Ratkiewicz et al. [35], который проанализировал часть контрольной области митохондриальной ДНК (мтДНК) из 190 образцов рыси из Скандинавии, стран Балтии и Польши.

Мы проанализировали образцы, охватывающие обширную территорию России от Карелии до Камчатки, а также прилегающие территории, такие как Беларусь, Кавказ, Китай и Казахстан (Рисунок 1).Поскольку доступность образцов крупных и высокомобильных одиночных хищников, таких как рыси, очень ограничена, мы использовали около 150 музейных образцов, собранных между 1844 и 2002 годами (Таблица S1). Мы комбинируем последовательности (мтДНК) ( cytb и D-петля) с микросателлитными генотипами (11 локусов), чтобы оценить генетическую изменчивость евразийской рыси во всем ее ареале.

Рис. 1. Карта района отбора проб с географическим распределением гаплотипов IN1 – IN13, обозначенных цветными кружками.

Символ * используется для обозначения гаплотипов, которые наблюдались в других исследованиях евразийской рыси Hellborg et al. [34] и Gugolz et al. [59] в следующих географических областях: IN1 в Монголии, Сибири и исторические образцы итальянской рыси, IN4 в Азии и на Кавказе, IN5 в Скандинавии, Финляндии, странах Балтии, Швейцарии и исторические образцы итальянской рыси, IN8 в Финляндии, Прибалтика и исторические образцы из Австрии и Швейцарии, IN9 в Карпатах и ​​IN13 в Финляндии и странах Балтии.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093675.g001

Конкретные цели данного исследования заключаются в следующем: 1) проверить, следует ли пространственно-генетическая изменчивость евразийской рыси на всем ее ареале какой-либо из паттерны, описанные Korsten et al. [17], 2) оценить время дивергенции и пролить новый свет на исторические, географические и экологические факторы, лежащие в основе крупномасштабного генетического структурирования, 3) исследовать, могут ли быть обнаружены генетические следы берингийского рефугиума.Мы представляем новую информацию, относящуюся к каждой из этих целей, описываем ограниченный поток генов, не вызванный современными географическими барьерами, и намечаем некоторые перспективы на будущее.

Материалы и методы

Отбор проб, экстракция и амплификация ДНК

Большинство образцов, использованных в данном исследовании, были взяты из музейных образцов, собранных в основном в течение 1900-х годов (1844–2002 гг.). Мы получили разрешение на доступ к коллекциям и образцам черепов рыси из Зоологического музея МГУ (Москва), Зоологического музея Зоологического института (Санкт-Петербург), Музея Института систематики и экологии животных (Новосибирск) и получили образцы из Музей Бергена и Алматинский зоопарк.Все образцы были подарены музеями / учреждениями. Образцы хранили в отдельных бумажных конвертах до извлечения ДНК. В таблице S1 перечислены источник и контрольный номер каждой выборки, а также содержится информация о качестве и возрасте выборки, а также географическом происхождении выбранных людей (в эту таблицу включены только образцы, которые успешно амплифицировались, см. Ниже).

Костный порошок получали путем высверливания полостей черепа или костного мозга зубов с помощью Dremmel 10.Литий-ионный 8 В Все оборудование, такое как перчатки, сверла и пластиковые пакеты, используемые для покрытия сверла, меняли между работой с каждым образцом, чтобы избежать загрязнения. Мы использовали набор DNeasy Blood & Tissue Kit (QIAGEN) с немного измененным протоколом; объем ATL увеличивали до 300 мкл, добавляли 200 мкл EDTA (10 мМ) и 20 мкл протеиназы K на реакцию на первом этапе, и лизаты инкубировали на шейкере при 55 ° C в течение 24 часов. Примерно через 12 часов добавляли еще 10 мкл протеиназы К.Объемы AL и EtOH на втором этапе были увеличены до 450 мкл. Мы включили по одному отрицательному контролю на каждые восемь образцов. Выход ДНК был низким, и мы не пытались определить точное количество для большинства образцов.

Два фрагмента мтДНК были амплифицированы: 725 п.н. контрольной области с использованием праймеров mtU и R3 [9] и 376 п.н. cytb с использованием праймеров cytb1 и cytb 2 [36]. Объемы реакции ПЦР составляли 20 мкл с 1,125 ЕД полимеразы HotStar Taq (QIAGEN), 2.5 мкл буфера HotStar PCR, 2,5 нмоль dNTP, 50 нмоль MgCl2, 0,01 мг BSA и 8 пмоль каждого праймера. ДНК-матрицу встряхивали в течение 10 секунд перед добавлением к смеси для ПЦР. Для образцов, которые не подвергались амплификации, реакционный объем был увеличен до 50 мкл. ПЦР начинали с 15-минутной денатурации при 95 ° C с последующими 45 циклами по 30 секунд при 94 ° C, 30 секунд при 55 ° C и 1 минуту при 72 ° C. Программа была прервана через 10 мин при 72 ° C. Всегда использовались отрицательные контроли. Продукты ПЦР обрабатывали ExoSAP-IT (USB) перед секвенированием и электрофорезом на машине ABI 3730 PRISM (Applied Biosystems).

Были амплифицированы следующие одиннадцать микросателлитных локусов: Fca001, Fca008, Fca031, Fca043, Fca045, Fca149, Fca 391, Fca506, Fca559, Fca628 и F115. Двенадцатый локус Fca441 был исключен из-за низкой скорости амплификации. Праймеры для всех этих локусов были разработаны для домашней кошки и картированы в различных хромосомах [37]. Реакционная смесь на образец (по 10 мкл каждого) содержала: 0,25 ед. Полимеразы HotStar Taq (QIAGEN), 1 мкл буфера для ПЦР HotStart (QIAGEN), 1 нмоль dNTP, 10 нмоль MgCl2, 2.5 пмоль каждого праймера и матричной ДНК. ПЦР начинали с 15-минутной денатурации при 95 ° C с последующими 40 циклами по 30 секунд при 94 ° C, 45 секунд при 52 ° C и 45 секунд при 72 ° C. Программа была прервана через 10 мин при 72 ° C. Мы не мультиплексировали праймеры в реакциях амплификации, но продукты ПЦР для 3-4 праймеров были объединены, и общий объем 1 мкл был использован для генотипирования с помощью аппарата ABI PRISM 3730. В идеале для всех генотипов следовало использовать подход с несколькими пробирками (например, [38]), но, к сожалению, количество ДНК, доступное для некоторых образцов, было слишком ограниченным.Обычно несколько образцов дублировали на каждую чашку для проверки согласованности полученных генотипов.

Успех амплификации и возможные ошибки

Количество ДНК, извлеченное из музейных образцов, было, как правило, очень низким, и из 200 образцов, которые мы попытались проанализировать, 55 (27,5%) были исключены, поскольку они не амплифицировались ни по одному или только по подмножеству генетических маркеров. 145 человек, которые амплифицировались для D-петли мтДНК и / или всех 11 микросателлитных локусов, представлены в таблице S1.Ошибки генотипирования, такие как выпадение аллелей и ложные аллели, могут особенно часто встречаться в музейных образцах (например, [39]). Чтобы оценить частоту ошибок амплификации, подмножество образцов (12) амплифицировали четыре раза для каждого маркера. Программа GIMLET [40] использовалась для расчета частот выпадения аллелей и ложных аллелей. Также было показано, что музейные образцы склонны к неправильному включению одного нуклеотида из-за повреждения ДНК в матрице (например, [41]). Мы повторно секвенировали (разные продукты ПЦР) все уникальные гаплотипы D-петли и всегда получали стабильные результаты.Более того, мы наблюдали гораздо меньшую вариабельность в cytb по сравнению с областью D-петли, что говорит против неправильного включения как основного источника ошибок, поскольку эти две области будут в равной степени подвержены повреждению ДНК.

Анализ генетической изменчивости

Последовательности были выровнены с использованием MUSCLE [42], включенного в MEGA версии 5 [43], который также использовался для выравнивания гаплотипов на основе только информативных сайтов (игнорируя полиморфизмы, наблюдаемые только у отдельных людей).Программное обеспечение Network (Fluxus Technology Ltd.) использовалось для построения сети median joning (MJ) [44], соединяющей гаплотипы мтДНК на основе информативных сайтов (информативные гаплотипы).

Данные микросателлитов анализировали с помощью программного обеспечения GeneMapper (Applied Biosytems). Индексы разнообразия были рассчитаны в Arlequin ver 3.11 [45] с использованием стандартных настроек (т.е. в предположении бесконечной модели аллелей). Арлекин также использовался для расчета наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности для каждого локуса и для запуска точного теста равновесия Харди Вайнберга (HWE [46]) с использованием цепи Маркова с прогнозируемой длиной цепи 1000000 и 10000 шагов демеморизации.То же самое программное обеспечение было использовано для выполнения теста на нарушение равновесия парного сцепления [47], [48], с 10000 перестановками и 10 начальными условиями.

Анализ генетического структурирования

Корреляции между генетическими и географическими расстояниями были исследованы с помощью тестирования Mantel [49], выполненного с использованием интерфейса статистического программирования R [50] с пакетом «ape». Мы использовали функцию test.mantel с 20 000 перестановок. Матрица расстояний мтДНК была вычислена с помощью функции «dist.ДНК »из того же пакета с использованием алгоритма« JC69 »[51] с нулевой гамма-коррекцией. Для генотипических данных рассчитывали общее аллельное расстояние с помощью калькулятора генетического расстояния от человека к человеку: http://www2.biology.ualberta.ca/jbrzusto/sharedst.php. Для лиц с известным годом отбора проб (см. Таблицу S1) были выполнены тесты Мантеля на корреляцию между генетическими расстояниями и попарными различиями в возрасте выборки, а также между географическими расстояниями и попарными различиями в возрасте выборки, чтобы определить, есть ли вариации в выборке. возраст может быть смешивающим фактором.

Популяционная структура микросателлитных мультилокусных генотипов была исследована с использованием GENELAND ver 3.1.4 [52], программного обеспечения, которое обеспечивает байесовский метод кластеризации для определения количества субпопуляций (K) и пространственного распределения субпопуляций. Все неизвестные параметры выводятся посредством вычислений MCMC. Первоначально мы запускали MCMA 10 раз, позволяя K варьироваться от 1 до 10 (возможно, что более высокое K будет иметь более высокую вероятность, но, учитывая ограниченное количество выборок, максимальное количество K было установлено равным 10), с 200000 MCMC шагов, а неопределенность пространственных координат установлена ​​на 2 ° (это значение было выбрано для учета неопределенности, связанной с определением точных мест отбора проб).Количество субпопуляций было выбрано из модального значения K из 10 прогонов, и мы запустили цепочку MCMC 20 раз с фиксированным K на это число, оставив другие параметры неизменными. Для сравнения мы также запустили непространственную модель в GENELAND и программу STRUCTURE [53], которая выполняет байесовский кластерный анализ на основе мультилокусных генотипов без географических данных. Мы использовали тот же диапазон K и количество итераций, что и для пространственного анализа (см. Выше).

GENELAND и STRUCTURE назначают лиц, пытающихся создать группы в HWE.Поскольку наша выборка разбросана по большим территориям, и многие из людей могут не попадать в такую ​​группу, мы также хотели проанализировать данные генотипа, не делая никаких популяционных генетических предположений. Поэтому распределение аллелей среди людей было исследовано с помощью анализа множественного соответствия (MCA). MCA — это тип факторного анализа, применяемый к многомерным категориальным данным. По сути, это разложение индикаторной матрицы по сингулярным числам (т. Е. Двоичное кодирование исходных факторов [54]).Этот анализ обеспечивает проекцию данных на пространство более низкого измерения. MCA выполняли, как описано Nenadic и Greenacre [55].

Филогенетический анализ и оценка времени дивергенции

Последовательности cytb и CR были выровнены с эквивалентными последовательностями канадской рыси (номера доступа AY31948 – AY319505, CR и AY319506 – AY319512 cytb), а также с последовательностями двух других видов рода Lynx , иберийских рысь ( Lynx pardinus ) CR: AJ456979, cytb: AY499323 и рысь ( Lynx rufus) CR: GQ979707 cytb: AY499331.Было проанализировано три набора данных:

1. Гаплотипы cytb (382 п.н.), включая сопоставимые последовательности для канадской рыси (7 гаплотипов описаны в [9]), иберийской рыси и рыси.
2. Фрагмент CR-области длиной 553 п.н., для которого существуют сопоставимые последовательности для 13 гаплотипов канадской рыси, а также гаплотипов иберийской рыси и рыси, и
3. Все полноразмерные (725 п.н.) гаплотипы CR с единственным гаплотипом канадской рыси, доступным для того же фрагмента, что и внешняя группа.

MODELTEST [56] был использован для выбора модели нуклеотидного замещения, которая лучше всего соответствовала данным.Оптимальная модель, выбранная с использованием информационного критерия Акаике (AIC), оказалась HKY + Γ для всех трех наборов данных. Мы использовали BEAST v 1.7.4 [57] для исследования демографической истории и филогении евразийской рыси. Анализы выполняли с использованием HKY-модели нуклеотидного замещения и гетерогенности распределенного сайта гамма-диапазона с базовыми частотами, оцененными на основе данных. Модель дерева представляла собой байесовскую выборку графика горизонта с 10 интервалами. Длина цепочки для каждого прогона составляла 10 ⁷ с параметрами, выбранными каждые 1000 шагов.Tracer v 1.5 [58] использовался для диагностики вывода MCMC каждого прогона. Целевое дерево максимального доверия к кладам было найдено с помощью TreeAnnotator, а целевое дерево визуализировано с помощью FigTree v1.4.0 (http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree/). Время расхождения, время от последнего общего предка (tmrca), для различных расщеплений в филогенетических деревьях было основано на калибровке возраста на априорных значениях из Johnson et al. [25]. Корневой приор (т. Е. Разделение между рысью и другими видами рыси) был равен 1.61 (1.06,2.60) млн лет. Приблизительно lnN (0,4762, 0,2445), где logmean — ln (1,61). Параметр logsd был найден путем пошагового локального поиска с фиксированным средним, чтобы минимизировать сумму квадратов разностей между оцененными доверительными пределами (0,70,1,98) и 95% квантилями 1000 теоретических логнормальных распределений в оптимальной окрестности. Полученное оптимальное распределение дает те же ожидания и 95% доверительный интервал, что и рассчитанные Johnson et al. (13).Предыдущий внутренний узел (т.е. разделение между L. lynx и L. canadensis ) составлял 1,18 (0,70, 1,98) млн лет. Приблизительно lnN (0,1655, 0,2641), где logmean — ln (1,18).

Результаты

Успех амплификации и генетическое разнообразие

На основе 725 п.н. контрольной области D-петли (CR) от 137 человек, которые успешно амплифицировались, 48 уникальных гаплотипов были определены 68 ​​нуклеотидными заменами (три мутации длины не рассматривались).Целых 37 гаплотипов были одиночными, а разнообразие гаплотипов составляло 0,90 (+/- 0,02). Общее нуклеотидное разнообразие составило 0,004 (+/- 0,003), а среднее количество попарных различий — 3,23 (+/- 1,68). Из-за большого количества синглетонов мы сделали упрощенное выравнивание на основе 15 информативных сайтов, которые определили 13 гаплотипов CR, IN1 – IN13. Сеть MJ, соединяющая 13 гаплотипов, представлена ​​на рисунке 2. Небольшая вариабельность наблюдалась для 382 п.н. гена cytb , и мы обнаружили четыре гаплотипа (обозначенные A, B, C и D), определяемые тремя точечными мутациями у 56 секвенированных лиц. (разнообразие гаплотипов = 0.14 +/- 0,06). Наиболее распространенным гаплотипом был A (91%), три человека отображали гаплотип C, в то время как B и D наблюдались у каждого индивидуума, см. Таблицу S1.

Рис. 2. MJ-сеть из 13 гаплотипов, определяемых информативными сайтами (IN1 – IN13).

Гаплотипы показаны в виде цветных кружков, а размеры кружков пропорциональны количеству людей с данным гаплотипом. Фактическое количество особей указано жирным шрифтом рядом с каждым гаплотипом. Черные точки на линиях, соединяющих гаплотипы, символизируют точечные мутации.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093675.g002

В общей сложности 104 образца успешно амплифицированы для всех 11 микросателлитных локусов. Число аллелей варьировало от пяти до 19, в среднем 10. В таблице 1 перечислены индексы разнообразия, а также коэффициенты ошибок, рассчитанные для каждого локуса. Общая скорость амплификации (4 повтора) составляла 0,86 (в диапазоне от 0,58 до 1), общая скорость выпадения аллелей составляла 0,018, при этом выпадение происходило в четырех локусах. Общий уровень ложных аллелей составил 0.018 и наблюдалась только в одном локусе, где два гетерозиготных индивида обладали генотипами, из которых амплифицировался только более крупный аллель. Наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность для каждого локуса представлена ​​в таблице 1. В целом наблюдаемая гетерозиготность (0,55) была ниже ожидаемой гетерозиготности (0,76). Девять из одиннадцати проанализированных локусов показали значительную гетерозиготную недостаточность. Неравновесие по сцеплению не может быть обнаружено ни между одной парой локусов.

Пространственно-генетическое структурирование

На рис. 1 показано географическое распределение секвенированных индивидов и информативный гаплотип, которому они приписываются.Наиболее распространенные гаплотипы, IN1 (n = 33) и IN5 (n = 41), были широко распространены. IN8 и гаплотипы, полученные из IN8 (IN9 – IN13), были приурочены к западной части области отбора проб. IN5 перекрывается как с IN1, так и с IN8 по градиенту запад-восток, в то время как IN1 и IN8 не перекрываются. IN1 – IN4 обнаружен только в восточной и южной (Кавказ, Казахстан и Китай) частях района отбора проб.

Значимые корреляции между генетическими и географическими расстояниями, разделяющими людей, были продемонстрированы как для микросателлита, p <0.001, рисунок S1 (A) и данные D-петли, p = 0,039, рисунок S1 (B). Попарные различия в возрасте выборки не были существенно коррелированы ни с генетическими расстояниями, основанными на микросателлитных данных (C), ни с данными митохондриальной ДНК (D), ни с географическими расстояниями (E). Поэтому мы предполагаем, что наблюдаемая картина изоляции по расстоянию не вызвана изменчивостью времени отбора проб.

Десять прогонов GENELAND с переменным числом субпопуляций (K) предполагают, что наиболее вероятной альтернативой было разделение данных на три субпопуляции (K = 3).В 20 прогонах с K = 3 большинство особей всегда относились к одной из двух субпопуляций, определяющих западное (A = 48%) и восточное (C = 23%) распределения (см. Рисунок 3). Группа особей (20%), отобранная в самой западной части исследуемой территории (17 особей отобраны в Беловежской пуще на границе между Польшей и Беларусью, две особи отобраны в Карпатах в Чешской Республике и двое особей отобраны в Скандинавии) в 1919 г.), отнесенный к A в некоторых прогонах и к третьей субпопуляции B в других прогонах.Некоторые из особей (7%), отобранных на юге (Казахстан и Китай) исследуемой территории, поочередно относились к субпопуляциям C и B. Западная и южная рыси никогда не попадали в кластер B в одном и том же опыте. Только два человека (2%), отобранные в середине исследуемой области (примерно 55 ° с.ш. 92 ° в.д.), были отнесены к A в некоторых прогонах и C в других. Непространственная модель в GENELAND привела к K> 3, показывая, что на кластеризацию повлияла географическая информация. Однако при запуске STRUCTURE с K = 3 процент людей, которые были отнесены к кластерам, соответствующим описанным выше, с вероятностью> 0.90 было A = 27%, C = 23% и A / B = 16%, демонстрируя, что генетическое структурирование, определенное GENELAND, не зависит исключительно от географических априорных значений, см. Рисунок S2.

Рис. 3. Распределение индивидов (на основе их мультилокусных генотипов) по трем кластерам A (черная точка), B и C (белая точка) в результате 20 прогонов в GENELAND, каждая точка представляет одного или нескольких индивидов из одного и того же места.

Ни один человек не был отнесен к кластеру B во всех прогонах, но некоторые были поочередно отнесены к A и B (квадрат) или A и C (ромб).Два человека отнесены к A в некоторых сериях и C в других (звездочка).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093675.g003

Дифференциация генотипов с востока на запад

На рисунке 4 показано распределение особей, определенное двумя основными компонентами дисперсии модели MCA, 4,1% аллельной изменчивости объясняется первым компонентом дисперсии. Географическое распределение особей, показанное в виде градиента цветов (от синего к красному), отражающего увеличение широты (A) и долготы (B), ясно показывает, что первый компонент дисперсии связан с осью запад-восток участков отбора проб.Диапазон градусов долготы (10–170) намного больше, чем диапазон градусов широты (38–72), что соответствует евклидовым расстояниям 3781 км и примерно 6000 км соответственно.

Рис. 4. Аллельная вариация 11 микросателлитных локусов, отображаемая первым и вторым компонентами вариации (PC1 и PC2).

Каждая точка представляет человека, а цветовые клавиши представляют градиенты по широте (A) и долготе (B) точек отбора проб.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0093675.g004

Время филогении и дивергенции

Филогения (на основе 725 п.н. CR), показывающая взаимосвязь между 48 уникальными гаплотипами (Рисунок 5), показала, что три основные клады имеют сильную статистическую поддержку (апостериорные вероятности> 0,98). Учитывая географическое распределение гаплотипов внутри каждой клады, мы называем их Западом (красный), Северо-восток (синий и зеленый) и Юг (коричневый). Clade Northeast содержит две основные подклассы (синюю и зеленую), но разделение между ними не поддерживается (апостериорная вероятность 0.28). Разнообразие гаплотипов для каждой клады было: юг = 0,92, запад = 0,86 и северо-восток = 0,80.

Рисунок 5. Филогения 48 гаплотипов CR (725 п.н.).

13 информативных гаплогрупп, соответствующих IN1 – IN13, обозначены цветами. Апостериорные вероятности указаны рядом с некоторыми из основных точек ветвления дерева. Мы определили три основных клады: Клэйд Юг, Клэйд Северо-восток и Клэйд Запад. Канадскую рысь использовали как аутгруппу.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0093675.g005

Оценки времени расхождения для каждой клады и для евразийской рыси (на основе трех наборов данных) перечислены в Таблице 2. Неопределенности в отношении оценок времени высоки, но это не так. предположили, что самые древние родословные находятся в кладе Юг, а северо-восточная клада предшествует кладе Запад. Филогения, основанная на 553 п.н. CR от евразийской и канадской рыси (Рисунок S3), показывает, что эти два вида четко разделены на разные клады.

Обсуждение

Несмотря на короткие генетические дистанции, разделяющие основные гаплотипы, наши результаты показывают ярко выраженную географическую структуру высокомобильной евразийской рыси. Наиболее заметной закономерностью была генетическая дифференциация вдоль оси запад-восток, и такая же крупномасштабная пространственная модель наблюдалась для данных микросателлитов и мтДНК (рис. 1, рис. 3, рис. 4). Мы описываем три основные хорошо поддерживаемые клады мтДНК — Запад, Северо-Восток и Юг (Рисунок 5), которые частично перекрываются в их пространственном распределении (Рисунок 1).Все оценки дивергенции (табл. 2) относятся к плейстоцену, что типично для внутривидовых филогрупп млекопитающих [2].

Совместимость с предыдущими генетическими исследованиями евразийской рыси

Девять из 48 гаплотипов (Таблица S1) были описаны в предыдущих исследованиях разнообразия мтДНК у евразийских рысей из самой западной части ареала распространения [34], [35], [59]. Их географическое распределение очень хорошо согласуется с нашими выводами (подробности см. В легенде на Рисунке 1).Всего ранее были определены 12 гаплотипов (h2 – h22), и мы находим все они, за исключением H7, h21 и h22. H7 был обнаружен у двух особей, отобранных в Македонии на юго-востоке Европы [59], и попадал в нашу кладу Юг. Наиболее распространенный гаплотип этой клады, IN4, был обнаружен (H5) в исторических образцах из Азии, Кавказа и Македонии Gugolz et al. [59]. Более того, мы не обнаружили гаплотип h21 (отличающийся от IN 13 одной мутацией длины) у польской рыси и h22 (отличающийся от IN5 на одну замену) у балтийской рыси (см.[35]). IN1 (H6) был обнаружен в одном историческом образце (1824 г.) итальянской рыси и в современных образцах из Монголии и России Гугольцем [59]. Раткевич и соавторы [35] прокомментировали высокое разнообразие гаплотипов в странах Балтии, что можно объяснить наличием швов между кладами Запад и Северо-Восток в этой области.

Ледниковый рефугиум и расширение постледникового хребта

Географические распределения трех клад (северо-восток, юг и запад) частично совпадают, и возможное объяснение этого состоит в том, что популяции рыси могли быть разделены в разных ледниковых убежищах на более короткие или более длительные периоды, что привело к генетическому расхождению.С другой стороны, клады могли разойтись в результате различных маршрутов последниковой колонизации, за которыми последовала экспансия населения. В течение плейстоцена большая часть ареала рыси поочередно покрывалась ледниками в период похолодания и открывалась во время более теплых межледниковий. Все оценки дивергенции (таблица 2) относятся к плейстоцену (от 1,8 млн до 10 000 лет назад). Как и у других млекопитающих с широким евразийским распространением, времена дивергенции предшествовали LGM (например, [18] [17]).Мы обсудим возможные сценарии формирования трех клад отдельно.

Древнейшие родословные рыси, обнаруженные в Средней Азии.

Юго-восточная часть ареала рыси не была покрыта обширными ледяными щитами во время LGM, и растительность предположительно не сильно отличалась от сегодняшней [60]. По оценкам времен дивергенции (табл. 2), здесь обитает древнейшая группа рысей (клады Южная). Следует отметить, что большая неопределенность, связанная с оценками времен расхождения, требует осторожности при интерпретации этих результатов.Однако самый высокий уровень гаплотипического разнообразия наблюдался в пределах этой клады, и три редких гаплотипа cytb наблюдались исключительно у особей южной клады. Чтобы выяснить, можно ли найти подобный образец для аллельного разнообразия, мы подсчитали количество частных аллелей (обнаруженных только у одного человека) для различных географических регионов. Из 18 обнаруженных аллелей (у 104 человек с полными мультилокусными генотипами) 9 были обнаружены среди 9 рыси, отобранных на юге (из которых 7 из Китая), а остальные были обнаружены у 69 человек, связанных с северо-восточной кладой.В целом эти результаты подтверждают гипотезу южного происхождения.

Кавказ был единственным местом выборки, где были обнаружены гаплотипы, представляющие каждую из трех клад. Кавказ известен как очаг биоразнообразия, а лесной рефугиум Кавказа является крупнейшим во всем регионе Западной Азии / Ближнего Востока (например, [61]). Окаменелости рыси были обнаружены в пещерных отложениях в этом районе [62]. Однако высокое разнообразие гаплотипов может быть также результатом вторичного контакта (т.е. послеледниковая иммиграция с севера). Примечательно, что только одна особь, отобранная на Кавказе, представляла западную кладу (гаплотип IN9).

В целом, наши результаты убедительно свидетельствуют о том, что нынешняя популяция евразийской рыси имеет более длительную историю в южной части своего ареала, чем где-либо еще. Похожая картина с отчетливой юго-восточной кладой наблюдалась у древесных леммингов ( Myopus schisticolor ) и некоторых других видов бореальных лесов (см. [27]). Для серого волка отдельные генетические линии находятся в Гималаях [63], небольшая популяция евразийской рыси встречается в Гималаях [64], и ее следует проанализировать, чтобы выяснить, представляет ли она древнюю линию.

Отчетливая европейская филогруппа.

Несколько ледниковых рефугиумов были описаны в южной Европе (например, [4]), а в последнее время — более мелкие ледниковые рефугиумы Центральной / Восточной Европы в Карпатах (например, [65]). Записи окаменелостей подтверждают, что рыси присутствовали в Карпатах во время LGM [66], и, основываясь на данных мтДНК, они были предложены в качестве рефугиума для этого вида Gugolz et al. [59] и Ratkiewicz et al. [35]. Наши данные по карпатской рыси показывают генетическую однородность (все особи демонстрируют гаплотип IN9), что может указывать на изоляцию в прошлом.Генетическое расстояние от других западных гаплотипов невелико, но предполагаемый возраст узла 0,095 (0,139–0,041) предшествует LGM. Гаплотип IN9 и производный IN10 также были обнаружены в нескольких местах дальше на восток, что указывает на постледниковую экспансию.

Пространственное распределение западной клады более ограничено, чем у двух других клад и всех проанализированных особей из Центральной и Восточной Европы, отнесенных к этой кладе. Время дивергенции клады (Таблица 2) указывает на то, что уникальность клады проистекает из исторической изоляции, а не из постледниковой колонизации, сопровождаемой ограниченным потоком генов.Окаменелости евразийской рыси, датируемые плейстоценом, также были обнаружены в южной Европе (например, [67]), но наши данные не дают оснований для обнаружения других убежищ.

Постледниковая экспансия Северо-восточной клады.

Северо-запад России и Скандинавский полуостров были полностью покрыты льдом во время LGM (например, [68]). Мы считаем весьма вероятным, что голубая подклада (рис. 1 и рис. 5) разошлась в результате колонизации ранее непригодных для проживания территорий после исчезновения ледникового покрова LGM.Например, в Скандинавии был обнаружен только гаплотип IN5 (hap22), что также имело место у около 200 человек, секвенированных Hellborg et al. [34]. Все три основных гаплотипа синей субклады (IN5, IN6, IN7) присутствуют на Кавказе, и мы предполагаем, что филогруппа возникла и распространилась из этой области. Зеленая подклада, возможно, возникла в большой бореальной рефугиальной зоне, существовавшей в Восточной Сибири в течение позднего плейстоцена, и нынешнее распространение могло быть результатом демографической экспансии в основном в северо-восточные части ареала рыси, аналогично тому, что было описано для другие виды бореальных лесов (см. [27]).Среднее количество частных аллелей на индивидуума было значительно ниже для синей (0,02) субклады, чем для зеленой (0,29). Этот вывод согласуется со сценарием различий в демографических историях, описанном выше.

Нет следов берингийского рефугиума

Филогеографические исследования нескольких млекопитающих, как мелких грызунов [69], [70], так и крупных и высокомобильных видов, таких как серый волк [7], бурый медведь [71], рыжая лиса [72], лось ( Alces alces [73] ]) и благородный олень ( Cervus elaphus [74]) показали, что гаплотипы Северной Америки и Восточной Сибири / Азии могут образовывать общие клады, предполагая, что эти наблюдения представляют собой генетические остатки берингийского рефугиума.Окаменелости вымершей рыси issiodorensis , наиболее вероятного предка как евразийской, так и канадской рыси [22], показывают, что этот вид был распространен на обоих континентах в раннем плейстоцене ( около ,1 млн лет назад). Кроме того, в Северной Америке были обнаружены окаменелости, классифицированные как Lynx lynx (База данных палеобиологии, http://paleodb.org). Тем не менее, филогенетическое дерево, объединяющее последовательности евразийской и канадской рыси, показало, что эти два вида четко разделены, и, таким образом, не выявило генетических остатков такого рефугиума в наших данных (Рисунок S3).Это подтверждает, что в отличие от некоторых других пар видов млекопитающих (см. [24]) Берингов пролив определенно разделяет эти два вида. Для бурого медведя [71], [75] были проанализированы особи вечной мерзлоты Берингии и выявлено генетическое разнообразие, не обнаруживаемое в современной популяции. Аналогичный подход следует использовать и для рыси, чтобы дополнительно изучить возможность исчезновения берингийской популяции.

Ограниченный поток генов

Географическое распределение гаплотипов (Рис. 1) указывает на то, что распространение на большие расстояния действительно происходит (некоторые гаплотипы очень широко распространены), но этот поток генов ограничен (распределение трех основных клад только частично перекрывается).Точно так же неслучайное распределение аллелей, в основном вдоль оси запад-восток (Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок S2), указывает на ограниченный поток генов. Историческая прерываемость, послеледниковые маршруты колонизации и последующие зоны швов могут в значительной степени объяснить характер изоляции расстоянием, наблюдаемым в данных. Однако, учитывая длительность времени, прошедшего с момента выхода льда, и высокую способность рыси к рассеиванию, необходимо учитывать дополнительные факторы.

Уральский горный хребет, который иногда считают естественной границей между Европой и Азией, препятствует потоку генов у мелких млекопитающих, таких как лемминги [70] и полевки [69].Паттерн дифференциации восток-запад, наблюдаемый в данных генотипа (рис. 4), может соответствовать Уралу в качестве барьера распространения, но наличие одних и тех же гаплотипов с обеих сторон предполагает, что имеет место некоторый поток генов. Однако это могло произойти в результате рассредоточения вокруг южной части, а не через горный хребет. Известно, что этот вид населяет всю субальпийскую зону более высоких гор южнее [28], [76], но мы не можем сделать вывод, основываясь на наших данных, в какой степени евразийская рысь может пересекать Уральские горы.

Ограниченный поток генов при отсутствии физических барьеров в меньших географических масштабах наблюдался у рысей в Скандинавии [12] и в Польше [35], [77]. В качестве возможных объяснений были предложены поведенческие экологические явления, такие как территориальность, естественная филопатрия и предпочтения среды обитания, относящиеся к охоте [12]. Сообщалось также о том, что у других крупных хищников ограниченный поток генов объясняется местной адаптацией к конкретной среде обитания или условиям кормодобывания [72].Возможное экологическое воздействие на структуру потока генов у рыси должно быть дополнительно изучено в соответствующих географических масштабах с использованием генетических и экологических данных с высоким разрешением.

Обычно считается, что расселение по признаку самцов является обычным явлением у млекопитающих [78], а также у одиночных [79]. В меньших пространственных масштабах это явление также было описано для рыси [80] и евразийской рыси [31], но не для канадской рыси [12], [81]. У видов с выраженной женской филопатрией ожидается более сильная генетическая дифференциация по наследуемой по материнской линии мтДНК, чем по ядерным маркерам.Мы наблюдали значительный эффект изоляции по расстоянию как в мтДНК, так и в данных микросателлитов (рис. S1 A и B), и в наших данных нет никаких указаний на расселение рыси с предвзятостью самцов в больших географических масштабах. Следует отметить, что корреляция между генетическими расстояниями на основе микросателлитных данных и возрастом выборки (рисунок S1, C) была незначительной (p = 0,088), что могло способствовать эффекту изоляции по расстоянию в данных генотипа. Также были слабые доказательства положительной корреляции между возрастом выборки и географическим расстоянием (p = 0.142, рисунок S1, E).

Выводы и последствия для сохранения

Крупномасштабный филогеографический образец евразийской рыси не полностью соответствует ни одному из двух сценариев, предложенных Корстеном et al. [17]. Некоторые гаплотипы широко распространены по всему северному континенту (образец 1), но есть также признаки длительного подразделения. Нам не удалось обнаружить никаких следов берингийского рефугиума. Поток генов ограничен (особенно на оси запад-восток), но неясно, в какой степени Уральские горы действуют как барьер для распространения (образец 2).Для более детального изучения генетической структуры популяции, например, чтобы выяснить, могут ли быть обнаружены эффекты фрагментации популяции, вызванной деятельностью человека, в некоторых частях ареала, потребуется более мелкомасштабная выборка. Влияние экологических переменных, которые, как известно, меняются в зависимости от ареала распространения евразийской рыси, таких характеристик среды обитания и рациона [28], должны быть дополнительно исследованы, чтобы объяснить ограниченный поток генов. Более того, применение современных высокопроизводительных методов секвенирования может привести к более глубокому пониманию демографической истории евразийской рыси и местной адаптации.

Евразийская рысь была разделена на семь подвидов [20] на основе географического распределения морфов, различающихся такими чертами, как цвет меха, размер тела и степень пятнистости. Например, кавказский подвид ( Lynx lynx dinniki) имеет несколько внешних характеристик, таких как небольшой размер и короткий грубый мех с хорошо выраженными пятнами [28]. Мы не наблюдали четкого разделения генетических данных, соответствующих этим предполагаемым подвидам. Отсутствие генетических различий между подвидами может означать, что фенотипические признаки, такие как размер, цвет и текстура меха, в значительной степени экологически пластичны.Значительная морфологическая дифференциация (и разделение на подвиды), не отраженная в генетическом структурировании, наблюдается также у других хищников, таких как бурый медведь, рысь и серый волк [6], [7], [17]. Мы предлагаем, чтобы три отдельные клады евразийских рысей, описанные здесь, учитывались при определении единиц для сохранения (эволюционно значимые единицы [82]), чтобы гарантировать сохранение генетической изменчивости.

Дополнительная информация

Рисунок S1.

Мантел-тесты на соответствие между генетическими и географическими расстояниями. Панели показывают наблюдаемую Z-статистику (вертикальные линии) по сравнению с распределениями плотности, полученными в результате 20 000 перестановок матриц данных. (a) генетические расстояния микросателлитов в зависимости от географических расстояний и (b) генетические расстояния мтДНК в зависимости от географических расстояний, (c) возраст выборки в сравнении с генетическими расстояниями микросателлитов, (d) возраст выборки в зависимости от генетических расстояний мтДНК и (e) возраст выборки в зависимости от географических расстояний. Количество образцов, используемых для каждого теста (n), и p-значения (квантили наблюдаемой Z-статистики, попадающие в распределения перестановок) напечатаны под каждым графиком.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093675.s001

(EPS)

Таблица S1.

Образец информации. ID = идентификационный номер, аббревиатуры источника см. Ниже, ссылочный номер относится к исходной коллекции, тип — качество выборки, возраст — год выборки, CR = информативный гаплотип контрольной области, CR * = гаплотип контрольной области , Соотв. No = регистрационный номер GenBank, cytb = гаплотип cytb, MS = микросателлитный мультилокусный генотип.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093675.s004

(DOC)

Благодарности

Мы искренне благодарны российским музеям, предоставившим нам возможность получить образцы из своих коллекций: Зоологическому музею МГУ (Москва), Зоологическому музею Зоологического института (Санкт-Петербург) и Музею Института систематики животных и животных. Экология (Новосибирск). Мы также благодарим Энн Карин Хафтаммер за предоставленные образцы из Бергенского музея.Наконец, мы хотели бы выразить нашу благодарность Лавинии Афанасиу за техническую помощь и Эмилано Трукки за обсуждение результатов

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: EKR SN NCS. Проведены эксперименты: ВКР СН. Проанализированы данные: ВКО ПТ. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: EKR SN PT NCS. Написал статью: ВКО СН ПТ НКС.

Список литературы

1. 1. Hewitt G (2000) Генетическое наследие четвертичных ледниковых периодов.Nature 405: 907–913.
2. 2. Avise JC (2000) Филогеография: история и формирование видов: Издательство Гарвардского университета, Кембридж, Массачусетс.
3. 3. Таберлет П., Фумагалли Л., Вуст-Сауси А.Г., Коссон Дж. Ф. (1998) Сравнительная филогеография и маршруты постледниковой колонизации в Европе. Молекулярная экология 7: 453–464.
4. 4. Hewitt GM (2004) Генетические последствия климатических колебаний в четвертичном периоде. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 359: 183–195 обсуждение 195.
5. 5. Row JR, Gomez C, Koen EL, Bowman J, Murray DL и др. (2012) Распространение способствует высокому потоку генов среди популяций канадских рысей на материковой части Северной Америки. Сохранение генетики 13: 1259–1268.
6. 6. Reding DM, Bronikowski AM, Johnson WE, Clark WR (2012) Влияние плейстоцена и экологии на генетическую дифференциацию в континентальном масштабе рыси (Lynx rufus). Молекулярная экология 21: 3078–3093.
7. 7. Вила С., Аморим И.Р., Леонард Дж. А., Посада Д., Кастровьехо Дж. И др.(1999) Филогеография митохондриальной ДНК и история популяции серого волка Canis lupus. Молекулярная экология 8: 2089–2103.
8. 8. Teacher AGF, Thomas JA, Barnes I (2011) Современные и древние рыжие лисы (Vulpes vulpes) в Европе демонстрируют необычное отсутствие географической и временной структуризации и разные реакции хищников на исторические климатические изменения. BMC Evolutionary Biology 11.
9. 9. Rueness EK, Stenseth NC, O’Donoghue M, Boutin S, Ellegren H, et al.(2003) Экологическое и генетическое пространственное структурирование канадской рыси. Природа 425: 69–72.
10. 10. Pilot M, Jedrzejewski W, Branicki W, Sidorovich VE, Jedrzejewska B, et al. (2006) Экологические факторы влияют на популяционно-генетическую структуру европейских серых волков. Молекулярная экология 15: 4533–4553.
11. 11. Муньос-Фуэнтес В., Даримонт К.Т., Уэйн Р.К., Паке П.К., Леонард Дж. А. (2009). Экологические факторы определяют дифференциацию волков из Британской Колумбии. Журнал биогеографии 36: 1516–1531.
12. 12. Rueness EK, Jorde PE, Hellborg L, Stenseth NC, Ellegren H, et al. (2003) Загадочная структура популяции крупного мобильного хищника-млекопитающего: скандинавской рыси. Мол Экол 12: 2623–2633.
13. 13. Sacks BN, Bannasch DL, Chomel BB, Ernest HB (2008) Койоты демонстрируют, как специализация среды обитания особями универсального вида может диверсифицировать популяции в гетерогенном экорегионе. Молекулярная биология и эволюция 25: 1384–1394.
14. 14.Стенсет NC, Ehrich D, Rueness EK, Lingjaerde OC, Chan KS и др. (2004) Влияние климатических воздействий на популяционную синхронность и генетическую структуру канадской рыси. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 101: 6056–6061.
15. 15. Стенсет NC, Шаббар А., Чан К.С., Бутин С., Рунесс Е.К. и др. (2004) Снежные условия могут создать невидимый барьер для рыси. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 101: 10632–10634.
16. 16. Pilot M, Jedrzejewski W, Sidorovich VE, Meier-Augenstein W, Hoelzel AR (2012) Диетическая дифференциация и эволюция генетической структуры популяции у высокоподвижных хищников. Plos One 7.
17. 17. Korsten M, Ho SYW, Davison J, Pahn B., Vulla E, et al. (2009) Внезапное распространение единственной материнской линии бурого медведя по северной континентальной Евразии после последнего ледникового периода: общая демографическая модель для млекопитающих? Молекулярная экология 18: 1963–1979.
18. 18. Банникова А.А., Докучаев Н.Е., Юдина Е.В., Бобрецов А.В., Шефтель Б.И. и др. (2010) Голарктическая филогеография тундровой бурозубки (Sorex tundrensis) на основе митохондриальных генов. Биологический журнал Линнеевского общества 101: 721–746.
19. 19. Марми Дж., Лопес-Хиральдес Ф., Макдональд Д.В., Калафель Ф., Жольнеровская Э. и др. (2006) Митохондриальная ДНК выявляет сильную филогеографическую структуру у барсука по всей Евразии. Молекулярная экология 15: 1007–1020.
20. 20.Новелл К., Джексон П. (1996) Дикие кошки. Кембридж, Великобритания: Burlington Press.
21. 21. Элиас С.А., Шорт С.К., Нельсон С.Х., Биркс Х.Х. (1996) Жизнь и времена сухопутного моста Беринга. Nature 382: 60–63.
22. 22. Куртен Б., Андерсон Е. (1980) Плейстоценовые млекопитающие Северной Америки: издательство Колумбийского университета.
23. 23. Flagstad O, Roed KH (2003) Рефугиальное происхождение северного оленя (Rangifer tarandus L.), выведенное из последовательностей митохондриальной ДНК.Evolution 57: 658–670.
24. 24. Листер А., Хьюитт Г.М. (2004) Генетические последствия климатических колебаний в четвертичном периоде — обсуждение. Философские труды Лондонского королевского общества Серия B-Биологические науки 359: 195–195.
25. 25. Джонсон В.Е., Эйзирик Э., Пекон-Слэттери Дж., Мерфи В.Дж., Антунес А. и др. (2006) Позднее миоценовое излучение современных кошачьих: генетическая оценка. Наука 311: 73–77.
26. 26. Алрой Дж. (2002) Синонимы и повторная идентификация ископаемых млекопитающих Северной Америки.: [J. Алрой / Дж. Алрой / Дж. Алрой].
27. 27. Федоров В.Б., Горопашная А.В., Боескоров Г.Г., Кук Ю.А. (2008) Сравнительная филогеография и демографическая история лесного лемминга (Myopus schisticolor): значение для позднечетвертичной истории таежных видов в Евразии. Молекулярная экология 17: 598–610.
28. 28. Гептнер В.Г., Слудский А.А. (1992) Млекопитающие Советского Союза. II, часть 2 Плотоядные (гиены и кошки). Лейден: Э.Дж. Брилл. 784 с.
29. 29. Брайтенмозер У., Касзенский П., Доттерер М., Брейтенмозер-Вюрстен С., Капитан С. и др.(1993) Пространственная организация и пополнение рыси (Lynx lynx) в повторно интродуцированной популяции в швейцарских горах Юра. Зоологический журнал 231: 449–464.
30. 30. Линнелл Джойнт, Андерсен Р., Квам Т., Андрен Х., Либерг О. и др. (2001) Размер домашнего ареала и выбор стратегии управления рысью в Скандинавии. Экологический менеджмент 27: 869–879.
31. 31. Schmidt K (1998) Материнское поведение и расселение молоди евразийской рыси. Acta Theriologica 43: 391–408.
32. 32. Samelius G, Andren H, Liberg O, Linnell JDC, Odden J, et al. (2012) Пространственные и временные вариации в естественном расселении евразийской рыси в Скандинавии. Зоологический журнал 286: 120–130.
33. 33. Енжеевски В., Енжеевска Б., Окарма Н., Шмидт К., Буневич А.Н. и др. (1996) Динамика численности (1869–1994 гг.), Демография и ареалы рыси в Беловежской первобытной пуще (Польша и Беларусь). Экография 19: 122–138.
34. 34. Hellborg L, Walker CW, Rueness EK, Stacy JE, Kojola I, et al.(2002) Дифференциация и уровни генетической изменчивости в популяциях северной европейской рыси (Lynx lynx), выявленные с помощью микросателлитов и анализа митохондриальной ДНК. Сохранение генетики 3: 97–111.
35. 35. Раткевич М., Матосюк М., Ковальчик Р., Конопинский М.К., Окарма Х. и др. (2012) Высокий уровень дифференциации популяций евразийской рыси на краю западного ареала вида в Европе, выявленный с помощью анализа митохондриальной ДНК. Сохранение животных 15: 603–612.
36. 36.Янчевский Д. Н., Моди В. С., Стивенс Дж. С., Обриен С. Дж. (1995) Молекулярная эволюция последовательностей РНК митохондрий-12 и цитохрома-В в линии пантериального происхождения Felidae. Молекулярная биология и эволюция 12: 690–707.
37. 37. Menotti-Raymond M, David VA, Lyons LA, Schaffer AA, Tomlin JF и др. (1999) Карта генетического сцепления микросателлитов домашней кошки (Felis catus). Геномика 57: 9–23.
38. 38. Таберлет П., Луикарт Г. (1999) Неинвазивный генетический отбор и индивидуальная идентификация.Биологический журнал Линнеевского общества 68: 41–55.
39. 39. Bonin A, Bellemain E, Eidesen PB, Pompanon F, Brochmann C и др. (2004) Как отслеживать и оценивать ошибки генотипирования в исследованиях популяционной генетики. Молекулярная экология 13: 3261–3273.
40. 40. Valiere N (2002) GIMLET: компьютерная программа для анализа генетических данных индивидуальной идентификации. Примечания по молекулярной экологии 2: 377–379.
41. 41. Wandeler P, Hoeck PEA, Keller LF (2007) Назад в будущее: музейные образцы в популяционной генетике.Тенденции в экологии и эволюции 22: 634–642.
42. 42. Edgar RC (2004) MUSCLE: множественное выравнивание последовательностей с высокой точностью и высокой пропускной способностью. Исследование нуклеиновых кислот 32: 1792–1797.
43. 43. Тамура К., Петерсон Д., Петерсон Н., Стечер Г., Ней М. и др. (2011) MEGA5: Анализ молекулярной эволюционной генетики с использованием методов максимального правдоподобия, эволюционного расстояния и максимальной экономии. Молекулярная биология и эволюция 28: 2731–2739.
44. 44. Bandelt HJ, Forster P, Rohl A (1999) Медианные сети для определения внутривидовой филогении.Молекулярная биология и эволюция 16: 37–48.
45. 45. Excoffier L, G Laval, S Schneider (2005) Арлекин вер. 3.0: Интегрированный программный пакет для анализа данных популяционной генетики. Эволюционная биоинформатика Интернет 1: 47–50.
46. 46. Guo SW, Thompson EA (1992) Выполнение точного теста пропорции Харди-Вайнберга для нескольких аллелей. Биометрия 48: 361–372.
47. 47. Слаткин М. (1994) Неравновесие сцепления в растущих и стабильных популяциях.Генетика 137: 331–336.
48. 48. Slatkin M, Excoffier L (1996) Тестирование неравновесия по сцеплению в генотипических данных с использованием алгоритма максимизации ожидания. Наследственность 76: 377–383.
49. 49. Mantel N (1967) Обнаружение кластеризации болезней и подход обобщенной регрессии. Cancer Res 27: 209–220.
50. 50. Команда. RDC (2006.) R: Язык и среда для статистических вычислений. R Фонд статистических вычислений. Вена, Австрия.
51. 51. Джукс TH, Cantor CR (1969) Эволюция белковых молекул.
52. 52. Guillot G, Estoup A, Mortier F, Cosson JF (2005) Пространственная статистическая модель для ландшафтной генетики. Генетика 170: 1261–1280.
53. 53. Притчард Дж. К., Стивенс М., Доннелли П. (2000) Вывод структуры популяции с использованием данных мультилокусного генотипа. Генетика 155: 945–959.
54. 54. Гринакр MJ (1984) Теория и приложения анализа соответствий.Лондон: Academic Press. XI, 364 с. п.
55. 55. Nenadic O, Greenacre M (2007) Анализ соответствий в R с двух- и трехмерной графикой: пакет ca. Журнал статистического программного обеспечения 20.
56. 56. Посада Д., Крэндалл К.А. (1998) ТЕСТ МОДЕЛИ: тестирование модели замещения ДНК. Биоинформатика 14: 817–818.
57. 57. Драммонд AJ, Suchard MA, Xie D, Rambaut A (2012) Байесовская филогенетика с BEAUti and the BEAST 1.7. Молекулярная биология и эволюция 29: 1969–1973.
58. 58. Рамбаут А, Драммонд Эй Джей (2007) Tracer v1.5. http://beast.bio.ed.ac.uk/Tracer.
59. 59. Гугольц Д., Бернаскони М.В., Брейтенмозер-Вурстен С., Ванделер П. (2008) Историческая ДНК раскрывает филогенетическое положение вымершей альпийской рыси. Зоологический журнал 275: 201–208.
60. 60. Хуббертен Х.В., Андреев А., Астахов В.И., Демидов И., Даудсвелл Дж. А. и др. (2004) Перигляциальный климат и окружающая среда в северной Евразии во время последнего оледенения.Четвертичные научные обзоры 23: 1333–1357.
61. 61. Тархнишвили Д., Гавашелишвили А., Мумладзе Л. (2012) Палеоклиматические модели помогают понять текущее распространение кавказских лесных видов. Биологический журнал Линнеевского общества 105: 231–248.
62. 62. Барышников Г.Ф., Пузаченко А.Ю. (2011) Краниометрическая изменчивость пещерных медведей (Carnivora, Ursidae): многомерный сравнительный анализ. Четвертичный международный 245: 350–368.
63. 63. Шарма Д.К., Мальдонадо Дж. Э., Джала Ю. В., Флейшер Р. К. (2004) Древние родословные волков в Индии.Труды Королевского общества B-биологических наук 271: S1 – S4.
64. 64. Дин Джу, Наваз М.А. (2010) Статус гималайской рыси в округе Читрал, Северо-западный регион, Пакистан. Журнал наук о животных и растениях 20: 17–22.
65. 65. Руис-Гонсалес А., Мадейра М.Дж., Рэнди Э., Абрамов А.В., Даволи Ф. и др. (2013) Филогеография лесной куницы сосновой (Martes martes): новый взгляд на загадочные северные ледниковые рефугиумы. Биологический журнал Линнеевского общества 109: 1–18.
66. 66. Sommer RS, Nadachowski A (2006) Ледниковые убежища млекопитающих в Европе: свидетельства из летописей окаменелостей. Обзор млекопитающих 36: 251–265.
67. 67. Tsoukala E (1999) Четвертичные крупные млекопитающие из пещер Апидима (Лакония, Южный Пелопоннес, Греция). Beitraege zur palaeontologie 24: 207–229.
68. 68. Свендсен Дж.И., Александерсон Х., Астахов В.И., Демидов И., Даудсвелл Дж.А. и др. (2004) Поздняя четвертичная история ледникового покрова Северной Евразии. Обзоры четвертичной науки 23: 1229–1271.
69. 69. Брунхофф К., Гальбрет К.Э., Федоров В.Б., Кук Дж.А., Яарола М. (2003) Голарктическая филогеография полевки-экономки (Microtus oeconomus): значение для позднечетвертичной биогеографии высоких широт. Молекулярная экология 12: 957–968.
70. 70. Федоров В.Б., Горопашная А.В., Яарола М., Кук Дж.А. (2003) Филогеография леммингов (Lemmus): нет доказательств послемедниковой колонизации Арктики из Берингийского рефугиума. Молекулярная экология 12: 725–731.
71. 71.Барнс И., Матеус П., Шапиро Б., Дженсен Д., Купер А. (2002) Динамика вымирания популяций берингийских бурых медведей в эпоху плейстоцена. Наука 295: 2267–2270.
72. 72. Кучера В.Е., Лекомте Н., Янке А., Сельва Н., Соколов А.А. и др. (2013) Широкополосный синтез и хронология филогеографических событий у рыжей лисицы (Vulpes vulpes). BMC Evolutionary Biology 13: 114
73. 73. Хундертмарк К.Дж., Шилдс Г.Ф., Удина И.Г., Бойер Р.Т., Данилкин А.А. и др. (2002) Митохондриальная филогеография лося (Alces alces): позднеплейстоценовая дивергенция и расширение популяции.Молекулярная филогенетика и эволюция 22: 375–387.
74. 74. Ludt CJ, Schroeder W, Rottmann O, Kuehn R (2004) Филогеография митохондриальной ДНК благородного оленя (Cervus elaphus). Молекулярная филогенетика и эволюция 31: 1064–1083.
75. 75. Леонард Дж. А., Уэйн Р. К., Купер А. (2000) Популяционная генетика бурых медведей ледникового периода. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 97: 1651–1654.
76. 76. Sunquist M, Sunqust F (2002) Дикие кошки мира: University of Chicago Press.
77. 77. Schmidt K, Kowalczyk R, Ozolins J, Mannil P, Fickel J (2009) Генетическая структура популяции евразийской рыси на северо-востоке Польши и в странах Балтии. Conservation Genetics 10: 497–501.
78. 78. Гринвуд П.Дж. (1980) Системы спаривания, филопатрия и распространение у птиц и млекопитающих. Поведение животных 28: 1140–1162.
79. 79. Waser PM, Jones WT (1983) Натальная филопатрия среди одиночных млекопитающих. Ежеквартальный обзор биологии 58: 355–390.
80. 80. Croteau EK, Heist EJ, Nielsen CK (2010) Мелкомасштабная структура популяции и рассредоточение по признаку пола рыси (Lynx rufus) из южного Иллинойса.