Введение C момента зарегулирования стока Волги наблюдается снижение эффективного естественного воспроизводства осетровых, обусловленное сначала резким сокращением площади и ухудшением состояния нерестилища, а затем - уменьшением попусков воды, резким ростом браконьерства и снижением количества производителей [1-3]. В целом к 2006 г. масштабы естественного воспроизводства русского осетра сократились до 0,45 тыс. т по сравнению с 10,9 тыс. т в 1959-1963 гг. [3]. С начала 2000-х гг. отмечаются сокращение возрастного ряда и ухудшение биологических показателей осетровых рыб в популяции [3]. У всех видов происходит снижение среднего возраста нагуливающихся особей, уменьшение популяционной массы, а также преобладание в популяциях молоди - от 70 до 90 %. В настоящее время русский осётр отнесён к группе редких видов и включён в приложение II CITES (Conventionon International Tradein Endangered Speasis of Wild Fauna and Flora) [4]. Восполнение численности русского осетра осуществляется в значительной мере за счёт искусственного воспроизводства. Существует мнение, что доля рыб, поступивших в Каспий с осетровых рыбоводных заводов, составляет в промысловых уловах 36-40 %, и в перспективе, по мере поступления в промысел младших поколений, это соотношение будет расти в пользу «заводских» рыб [2]. В связи с этим в концепции сохранения популяций осетровых рыб и их биологического разнообразия доминирует подход, предполагающий при искусственном воспроизводстве использование максимально возможного количества рыб из разного времени нерестового захода в реку. Однако на практике одомашненные стада осетровых в Астраханской области, и русского осетра в том числе, создаются из тех особей, который оказались доступными для заготовки в качестве производителей при отлове в низовьях Волги или на предустьевом взморье. В настоящее время при заготовке производителей для воспроизводства из-за малочисленности отбираются все более-менее подходящие по своим биологическим параметрам рыбы, поэтому при отборе производителей и формировании доместицированных маточных стад по ряду причин технического и организационного характера пока не учитываются их генетические характеристики. Литературные сведения о генетической изменчивости популяций русского осетра в Волге ограничены иммуно-генетическими исследованиями В. И. Лукьяненко с соавторами [5], описанием генетико-биохимических параметров в Атласе аллозимов [6], описанием молекулярно-генетической изменчивости [7, 8], а также исследованиями влияния условий воспроизводства на генетико-биохимическую изменчивость русского осетра [9, 10]. Вопросы влияния искусственного воспроизводства и одомашнивания производителей на генетическую изменчивость потомства русского осетра практически не исследованы, хотя генетический мониторинг рыбоводного процесса, наблюдение за созданием генофонда искусственных стад и их взаимодействием с природными популяциями базовых водоёмов является актуальным и неотъемлемым направлением научно-исследовательских работ по восстановлению популяций осетровых рыб и сохранению их генофонда [11]. В связи с этим целью исследований было оценить генетическую изменчивость потомства от производителей из доместицированных и природных стад русского осетра. Материалы и методы исследований Объектом исследования являлась молодь русского осетра (Аcipenser gueldenstaedtii, Brandt) в возрасте около 2,5 месяцев, полученная от диких и доместицированных производителей на Бертюльском осетровом рыбоводном заводе (БОРЗ) в Астраханской области и выращенная в прудовых условиях, и молодь в возрасте около 2,5 месяцев, полученная от доместицированных производителей в тепловодном садково-прудовом хозяйстве Электрогорской ГРЭС-3 им. Р. Э. Классона в Московской области и выращенная в индустриальных условиях в бассейнах разного типа. Генетико-биохимические исследования проводили методом электрофореза в полиакриламидном геле [12] в лаборатории Всероссийского научно-исследовательского института ирригационного рыбоводства при участии старшего научного сотрудника канд. биол. наук М. В. Офицерова, за что авторы выражают ему благодарность. Отобранные для исследования сеголетки были заморожены и хранились в течение 6 месяцев при температуре -18 °С. В качестве генетических маркеров использовались полиморфные ферментные системы: лактатдегидрогеназа (локус LDH-3, 4), малатдегидрогеназа (MDG-В1, В2) и эстераза (локус Est-2) [6]. Поскольку расшифровка аллельной системы эстеразы не закончена, то ниже рассматриваются только наблюдаемые фенотипы, остальные ферменты описаны согласно Атласу аллозимов [6]. Исследования по локусу LDН у потомства доместицированных производителей, выращенного в рыбоводном хозяйстве ГРЭС, не проводились по техническим причинам. Генетическую гетерогенность выборок оценивали по следующим параметрам: частота встречаемости аллелей и генотипов; уровень гетерозиготности наблюдаемой (Ноb) и ожидаемой (Не); отклонение гетерозиготности от ожидаемой (D). Соответствие между наблюдаемыми и теоретически ожидаемыми частотами оценивалось по закону Харди - Вайнберга (критерий χ2) [13]. Данные по частотам генов были проанализированы с помощью теста χ2 на гетерогенность Д. В. Ниля и У. Д. Шелла [14]. Статистическую оценку встречаемости фенотипов проводили согласно общепринятым методикам [15]. Результаты исследований и их обсуждение При исследовании частоты встречаемости фенотипов локуса MDG между группами молоди выявлен ряд различий (рис. 1). Количество дигомозигот (100/100-160/160) в выборках не имеет существенных отличий. Численность фенотипов, содержащих гетерозиготы 100/100-100/160 и 100/160-160/160, имеет тенденцию к снижению у потомства доместицированных производителей ГРЭС - с 46,43 до 33,33 и с 32,14 до 22,91 % соответственно. При этом достоверно ниже количество гетерозигот 100/100-100/160 при t = 3,61, р < 0,001, и гетерозигот 100/160-160/160 при t = 2,72, р < 0,01. С этим коррелирует существенный рост (t = 4,95, р < 0,001) полных гомозигот 100/100-100/100 у молоди, выращенной в хозяйстве ГРЭС (33,33 %), относительно потомства диких производителей (10,71 %). Рис. 1. Относительное количество фенотипов локуса MDG в выборках молоди от производителей разного происхождения Однако по частотам встречаемости аллелей локусов MDG достоверных различий не выявлено, хотя по обоим локусам наблюдается снижение уровня гетерозиготности у молоди, полученной от доместицированных производителей как в условиях БОРЗ, так и в условиях ГРЭС (табл. 1, 2). О дефиците гетерозигот свидетельствует и отрицательное значение отклонения D. Согласно данным табл. 1 и 2, анализ генетических показателей молоди русского осетра по локусам MDG В1 и MDG В2 показал существенный рост гомозигот и снижение гетерозиготности у молоди русского осетра, выращенной в условиях ГРЭС. Исследование изменчивости фенотипов локусов LDH-3, 4 выявило, что наибольшее количество особей среди сеголетков, полученных как от диких, так и от доместицированных производителей, имеет дигетерозиготу 68/100-68/100 (57,14 и 38,14 % соответственно), однако количество гетерозигот у потомства диких производителей достоверно выше, чем у потомства доместицированных (t = 2,28, р < 0,05). По другим генотипам существенных отличий между выборками не наблюдается (рис. 2). Однако у диких производителей отсутствуют фенотипы 100/100-100/100, 68/68-124/124 и 100/100-124/124, что может быть обусловлено «эффектом основателя», проявляющимся при малой численности использованных производителей (табл. 3, 4). В целом уровень наблюдаемой гетерозиготности по локусам LDН-3, 4 у потомства диких производителей ниже, чем у потомства доместицированных производителей (табл. 4). Рис. 2. Относительное количество генотипов в локусе LDG в исследуемых выборках молоди от производителей разного происхождения Таблица 1 Частота встречаемости фенотипов и аллелей MDG В1 у молоди русского осетра разного происхождения Происхождение молоди 100/100 Наблюдаемая/ Ожидаемая 100/160 Наблюдаемая/ Ожидаемая 160/160 Наблюдаемая/ Ожидаемая Ν 100 ± m 160 ± m Но ± m Не ± m D ± m χ2 G P От диких производителей 38/ 39,45 18/ 15,11 0/ 1,45 56 0,839 ± 0,035 0,164 ± 0,035 0,321 ± 0,062 0,270 ± 0,047 +0,192 ± 0,142 2,053 1,805 ˃ 0,05 От доместицированных производителей БОРЗ 83/ 85,35 33/ 28,31 0/ 2,35 116 0,858 ± 0,023 0,142 ± 0,023 0,285 ±0,042 0,244 ± 0,033 +0,168 ± 0,103 3,190 2,926 ˃ 0,05 От доместицированных производителей ГРЭС 44/ 44,74 13/ 11,52 0/ 0,74 57 0,886 ± 0,030 0,114 ± 0,030 0,228 ± 0,056 0,202 ± 0,076 +0,129 ± 0,156 0,129 0,156 ˃ 0,05 Таблица 2 Частота встречаемости фенотипов и аллелей MDG В2 у молоди русского осетра разного происхождения Происхождение молоди 100/100 Наблюдаемая/ Ожидаемая 100/160 Наблюдаемая/ Ожидаемая 160/160 Наблюдаемая/ Ожидаемая Ν 100 ± m 160 ± m Но ± m Не ± m D ± m χ2 G P От диких производителей 6/ 6,45 26/ 25,11 24/ 24,4 56 0,339 ± 0,045 0,661 ± 0,045 0,464 ± 0,067 0,448 ± 0,029 +0,036 ± 0,130 0,071 0,071 ˃ 0,05 От доместицированных производителей БОРЗ 24/ 18,64 45/ 55,72 47/ 41,64 116 0,401 ± 0,032 0,599 ± 0,032 0,388 ± 0,045 0,480 ± 0,013 -0,192 ± 0,076 4,294 4,311 ˂ 0,05 От доместицированных производителей ГРЭС 19/ 14,25 19/ 28,50 19/ 14,25 57 0,500 ± 0,047 0,500 ± 0,047 0,333 ± 0,062 0,500 ± 0,006 -0,333 ± 0,156 6,333 6,418 ˃ 0,05 Таблица 3 Частота встречаемости аллелей LDН-3 у сеголетков русского осетра разного происхождения Происхождение молоди 68/68 Наблюдаемая/ Ожидаемая 68/100 Наблюдаемая/ Ожидаемая 100/100 Наблюдаемая/ Ожидаемая Ν 68 ± m 100 ± m Но ± m Не ± m D χ2 G P От диких производителей 14/ 21,28 42/ 26,25 0/ 7,88 50 0,625 ± 0,046 0,375 ± 0,046 0,750 ± 0,058 0,469 ± 0,023 +0,600 ± 0,061 20,160 20,268 ˂ 0,001 От доместицированных производителей БОРЗ 45/ 54,24 70/ 51,53 3/ 12,24 118 0,678 ± 0,03 0,322 ± 0,03 0,593 ± 0,05 0,437 ± 0,02 +0,359 ± 0,07 15,17 15,135 ˂ 0,001 Таблица 4 Частота встречаемости генотипов и аллелей LDН-4 у сеголетков русского осетра разного происхождения Происхождение молоди 68/68 Наблюдаемая/ Ожидаемая 68/100 Наблюдаемая/ Ожидаемая 68/124′ Наблюдаемая/ Ожидаемая 100/100 Наблюдаемая/ Ожидаемая 100/124 Наблюдаемая/ Ожидаемая 124/124 Наблюдаемая/ Ожидаемая Ν 68 ± m 100 ± m 124 ± m Но ± m Не ± m D χ2 G P От диких производителей 14/ 18,29 32/ 20,57 4/ 6,86 2/ 5,79 0/ 3,86 4/ 0,64 50 0,571 ± 0,047 0,321 ± 0,044 0,107 ± 0,029 0,643 ± 0,064 0,558 ± 0,031 +0,151 ± 0,114 32,41 28,392 ˂ 0,001 От доместицированных производителей БОРЗ 38/ 36,92 45/ 40,83 11/ 17,34 14/ 11,29 0/ 9,59 10/ 2,04 118 0,559 ± 0,032 0,309 ± 0,030 0,131 ± 0,022 0,475 ± 0,046 0,574 ± 0,021 -0,174 ± 0,077 44,160 42,453 ˂ 0,001 В локусе Est наибольшие различия выявлены по показателям встречаемости аллелей а, b, d между сеголетками, выращенными на БОРЗ, и сеголетками, выращенными на ГРЭС, при этом между потомством диких и доместицированных производителей, выращенным на БОРЗ, наблюдаются незначительные отличия. В локусе Est было выявлено 17 фенотипов, образованных по меньшей мере 5 аллелями, обозначенными нами а, b, с, d, e, среди которых аллель е - самый медленный (рис. 3). Главным отличием потомства диких производителей от остальных выборок является наличие гетерозиготного генотипа аа/ае (рис. 3).У потомства доместицированных производителей аллель е полностью отсутствует, кроме того, у потомства одомашненных производителей, выращенного на ГРЭС, происходит выщепление целого ряда фенотипов: aa/bc, aa/bb, ab/dd, bb/dd, cc/dd, cc/dd и aa/аe. Существенные различия между молодью русского осетра, выращенной на БОРЗ и на ГРЭС, обнаружены по встречаемости фенотипов: аа - в значительно меньшем количестве встречаются у потомства, выращенного на ГРЭС (у потомством от диких производителей БОРЗ и доместицированных ГРЭС t = 3,35, р < 0,001, у потомства от доместицированных производителей БОРЗ и ГРЭС t = 3,97, р < 0,001); bb - отсутствуют у молоди от доместицированных производителей БОРЗ и достоверно превалируют у молоди, выращенной на ГРЭС, по сравнению с молодью от диких производителей БОРЗ (t = 2,96 р < 0,01); dd - доминируют у молоди, выращенной на ГРЭС (у молоди от диких производителей БОРЗ и ГРЭС t = 2,53, р < 0,01, у молоди от доместицированных производителей БОРЗ и ГРЭС t = 3,09, р < 0,01). Изменчивость по другим фенотипам зависит от сочетания недостающих или превалирующих по частоте встречаемости аллелей и носит несистематический характер. Тем не менее можно отметить тенденцию к увеличению гомозиготных генотипов в выборках сеголетков, полученных от доместицированных производителей. Рис. 3. Относительное количество фенотипов в локусе Est в выборках молоди от производителей разного происхождения Таким образом, исследование генетических показателей потомства диких и доместицированных производителей разного происхождения показало снижение количества гетерозиготных фенотипов и гетерозиготности по локусам MDG и LDН в выборках молоди от доместицированных производителей БОРЗ и ГРЭС, т. е. рост количества гомозиготных фенотипов. По локусу Est у потомства одомашненных производителей, особенно на ГРЭС, происходит выщепление целого ряда генотипов и наблюдается некоторая тенденция к увеличению гомозиготных генотипов в выборках сеголетков, полученных от доместицированных производителей. Ранее, при исследовании лососевых и осетровых рыб, было показано, что в целом рыбоводный процесс приводит к росту гетерозиготности, однако в случае инбридинга увеличивается количество гомозигот [16-18]. В ходе проведенных нами ранее опытов по влиянию криоконсервации на генетическую изменчивость потомства и влиянию условий инкубации икры на выживаемость и генетический полиморфизм личинок русского осетра было выявлено, что отбор может быть разнонаправленным в зависимости от условий среды, а гетерозиготность потомства при малом количестве использованных производителей определяется особенностями генотипа родителей [9, 10]. Поэтому можно сделать вывод, что отмеченные изменения генетических параметров потомства разного происхождения связаны с комплексом факторов, главными из которых являются условия среды в период онтогенеза и выращивания молоди и генетические показатели производителей. Генетический вклад производителей в данном исследовании оценить не представлялось возможным, хотя он может играть существенную роль. Но, на наш взгляд, в данном случае однонаправленность изменчивости - рост гомозигот у доместицированного потомства БОРЗ и ГРЭС - свидетельствует о том, что в формировании генетического разнообразия потомства главную роль играет естественный отбор под влиянием условий выращивания. Поскольку в рыбоводном хозяйстве ГРЭС условия выращивания потомства русского осетра в бассейнах кардинально отличались от прудовых на БОРЗ гидрохимическим и гидрологическим режимом, а также особенностями питания молоди, то потомство, выращенное от доместицированных производителей в хозяйстве ГРЭС, достоверно отличалось от потомства, выращенного как от доместицированных, так и от диких производителей БОРЗ. Условия БОРЗ более приближены к естественным, и поэтому генетические показатели потомства доместицированных производителей БОРЗ более близки к генетическим показателям потомства диких производителей. В связи с этим особое внимание при разработке мероприятий по поддержанию численности вида и сохранению его генетической устойчивости с помощью искусственного воспроизводства необходимо уделять созданию условий, максимально приближенных к условиям природной среды. Заключение В результате исследования молоди от производителей разного происхождения выявлено: 1. При доместикации русского осетра в условиях тепловодного хозяйства происходит увеличение количества гомозигот и снижение гетерозиготности по локусам LDH и MDG, а также выщепление ряда генотипов по локусу Est. 2. Наибольшее отличие наблюдается между потомством диких производителей и потомством доместицированных производителей рыбоводного хозяйства ГРЭС. 3. Наблюдаемые изменения генетических параметров молоди разного происхождения связаны с комплексом факторов, главными из которых являются условия среды в период онтогенеза и выращивания молоди.