A csíkos szöcskeegér, Sicista subtilis superspecies taxonómiai revíziója
Title in English
Taxonomic revision of the southern birch mice, superspecies Sicista subtilis
Keywords in Hungarian
filogenetika rágcsáló Dipodidae IRBP veszélyeztetett faj
Keywords in English
phylogenetics rodents Dipodidae IRBP endangered species
Discipline
Animal behaviour, behavioural ecology (Council of Complex Environmental Sciences)
80 %
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Panel
Ecology and evolution
Department or equivalent
Department of Systematic Zoology and Ecology (Eötvös Loránd University)
Starting date
2012-09-01
Closing date
2016-02-29
Funding (in million HUF)
18.106
FTE (full time equivalent)
2.60
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A teljes elterjedési területükön veszélyeztetett csíkos szöcskeegér (S. subtilis) fajcsoport rendszertanilag tisztázatlan helyzetű, földrajzilag jól elkülönülő populációkból áll. Jellemző a bizonytalan státuszú fajok, alfajok sora. A kutatás során a csíkos szöcskeegér európai populációnak rendszertani helyzetét tervezzük tisztázni, genetikai távolságaik alapján. Nyitott kérdés, hogy a hazánkban élő populáció alfaji, vagy faji szinten különül el az ukrán-orosz törzsalaktól. Meghatározásra vár továbbá a lengyelországi, valamint az erdélyi populáció taxonómiai státusza, amely az előzetes morfometriai vizsgálatok szerint a hazánkban élő trizona-val lehet azonos, vagy az alternatív hipotézis szerint ezeken a helyen új alfajai fordulnak elő a csíkos szöcskeegérnek. A Volga két partján előforduló európai és ázsiai populációk ma alfaj szinten elkülönítettek eltérő kromoszóma számaik alapján. A taxonómiai különbségüket DNS szekvenciák összehasonlításával tesztelem. Ez a kérdéskör a trizona-t is érinti, amennyiben változás történik e két alfaj besorolásában. Szintén ide sorolható a severtzovi-kérdés tisztázása. Saját morfometriai vizsgálataink nem mutatnak számottevő különbséget a S. subtilis nordmanni és a S. severtzovi között, valamint a severtzovi leírói is megjelentettek 2011-ben egy cikket, miszerint a subtilis és severtzovi között csupán kromoszóma morfológiai eltérés található. Mindezen túl a Don folyó völgyében kariotípusok alapján még legalább két leíratlan taxonja él a S. subtilis-nek.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kromoszomális sajátosságok és külső morfológiai jegyek alapján leírt szöcskeegér taxonok valós rendszertani helyzete tisztázatlan, DNS alapú filogenetikai vizsgálat még nem készült a genus tagjaival. Az előzetes morfometriai eredmények szerint jelentős távolságra van egymástól a S. subtilis Ukrajna és Magyarország területén található populációja. A kiinduló hipotézis szerint e két, ma alfaj szinten elkülönített és a Kárpátok által elválasztott trizona és nordmanni populáció faji szinten különbözik egymástól, mint ahogyan a Volga által elválasztott európai és ázsiai subtilis csoport is külön fajokra bontható, a S. nordmanni-ra és S. subtilis-re. Lengyelországban és Erdélyben élő szöcskeegér populáció ma még ismeretlen alfajok lehetnek, vagy taxonómiailag azonosak a magyar populációval. A morfometriai eredmények erre utalnak, aminek genetikai alátámasztása igen érdekes filogeográfiai magyarázathoz vezetne. A S. severtzovi önálló faji státusza szintén nem kellően megalapozott. Hipotézisünk szerint ez csupán egy kromoszóma formája a S. nordmanni-nak. Alapkérdések: mekkorák a genetikai távolságok az egyes európai szöcskeegér-populációk között? Milyen taxonokba sorolhatók az egyes populációk, illetve vannak- e ma még ismeretlen taxonok?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A tudományos ismeretek gyarapodásán túl a természetvédelem számára lesznek fontosak az eredmények. Jelenleg a csíkos szöcskeegér az IUCN Vörös listán alacsony kategóriával szerepel (low risk) a taxon széles elterjedési területe miatt, miközben például a trizona alfajt a kihalás veszélyezteti, az erdélyi populációnál fennáll annak veszélye, hogy még az előtt kipusztul, hogy meghatároznánk rendszertani helyét. Tehát a valós, genetikai távolságokkal is alátámasztott rendszertani besorolások alapján újra el kell gondolni az egyes faji, alfaj szintű populációk elhelyezését a különböző természetvédelmi kategóriákba, ami előreláthatólag azzal fog járni, hogy magasabb kategóriába kerülnek, legtöbbjük a veszélyeztetett fajok közé. Ez nagy mértékben megkönnyíti a fajmegőrzéssel foglalkozók munkáját, nagyobb figyelmet kaphatnak e fajok, e fajok élőhelyei, az élőhelyeken végzett természetvédelmi kezelések, az élőhelyeken gazdálkodók könnyebben juthatnak nagyobb támogatáshoz.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A szöcskeegér-kutatásoknak Magyarországon 170 évre visszanyúló hagyományai vannak, aminek egyik központi kérdése mindig a rendszertani viszonyok pontos meghatározása volt, hiszen ez minden egyéb kutatási téma alapja. DNS vizsgálatok igen elterjedtek a rendszertanban, a szöcskeegér (Sicista) fajokat mégis elkerülték eddig. A most megtervezett kutatásban részletes genetikai vizsgálatokat fogunk alkalmazni a szöcskeegér fajok, alfajok vitás, vagy ismeretlen taxonómiai státuszának tisztázására. A vizsgálat jelentősége és fontossága abban rejlik, hogy tisztázódik a hazai szöcskeegér-populáció rendszertani helyzete, ami az eddigi eredmények alapján új fajként történő leírását fogja jelenteni, valamint az utóbbi években (újra)megtalált, de még pontosan nem meghatározott lengyel és erdélyi szöcskeegér-populációk besorolására is tisztázódik. Mindemellett a tőlünk távolabbra élő szöcskeegér populációk pontos rendszertani helyére is fényt derítünk.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The real taxonomical positions of Sicista taxa are unclear; they are described by morphological features and/or chromosomal characteristics, but DNA-based phylogenetic studies have not completed yet with the members of this genus. The study targets to clarify the taxonomic position of the isolated European populations on the basis of genetic distances. An important question is whether the S. subtilis trizona population existing in Hungary is differentiated from the Ukrainian-Russian core-population in level of subspecies, or species. Furthermore, the taxonomic statuses of the newly re-discovered Polish and Transylvanian populations also wait for determination; our preliminary morphometric results suggest it can be the same subspecies as the trizona in Hungary, or according to a hypothesis it can be new subspecies of S. subtilis occurring in these locations. Due to the difference in the chromosome numbers the European and Asian populations cut by the River Volga are differentiated today as subspecies nordmanni and subtilis. This difference will be also tested with the analysis of DNA sequences, because trizona is also concerned if the classification of the two subspecies will be changed. The clarification of the severtzovi-question also belongs to my aims. My morphometric studies found no difference between S.s. nordmanni and S. severtzovi; authors, risen the severtzovi to species level, also reported recently only chromosome morphological difference between subtilis and severtzovi (Kovalskaya et al. 2011). In addition, based on karyotypes the S. subtilis has at least two more undescribed taxa in the valley of River Don, determination of which is expected by the study.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The superspecies Sicista subtilis, endangered on its whole area, is not uniform taxonomically but characterised by series of unstable and unclear species and subspecies and consists of geographically isolated populations. Sicista taxa are commonly described by morphological features and/or chromosomal characteristics. Our preliminary morphometrical results raised questions and suggested new hypothesises about the issue, which are expected to answered and supported by this study due to DNA-based phylogenetic methods. 1) The considerable morphometrical distance among the population living in Ukraine and Hungary implies our initial hypothesis that the trizona and nordmanni populations separated by the Carpathians and divided now as subspecies, differ at the level of species, similarly to the S. nordmanni and subtilis which are separated by the huge rivers of the Russian Plain. 2) In Eastern Poland and in Transylvania still unknown subspecies of S. subtilis may occur, or they are taxonomically identical to the Hungarian trizona population, as the morphological results suggest. 3) We believe that the specific status of s. severtzovi is also not sufficiently justified. Our hypothesis is that it is merely a chromosome form of S. nordmanni. 4) In the valleys of river Don and Medveditza two more undescribed taxa of S. subtilis may live. All these objectives need thorough/precise phylogenetic study of the European and Asian taxa of the supergroup.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. In addition to the prosperity of scientific knowledge, the results will be important for the nature conservation. Currently the S. subtilis is in a low risk category on the Red list of IUCN, because of the apparently wide range of the species, which was considered - incorrectly -taxonomically uniform. Albeit the subspecies trizona is highly endangered throughout its area and in case of the Transylvanian population there is a risk that it will extinct even before it could be classified. Therefore there is an urgent need for re-considering and improving the taxonomy supported by genetic distances which will, hopefully, lead to the re-considering the conservational categories of each taxon. By highlighted the genetic variations some of them will likely get ‘endangered’ status. This progress would greatly facilitate the work of wildlife managers as the taxa and their habitats receive more attention, and the conservational habitat treatments or the farmers work on the habitats could obtain more support and fund.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. In Hungary the study of birch mouse (genus Sicista) has a long tradition going back 170 years, and the determination of the exact taxonomic relations was always a central issue, as this is the base of every other research. DNA examinations are widespread in taxonomy, but the birch mice were avoided so far. In recent study we plan to use this method to clarify the controversial taxonomic status of species, subspecies. The significance and importance of the study lies in the fact that the classification of the Hungarian birch mouse will be resolved which will be probable resulted in describing it as species. The classification of the re-discovered Polish and Transylvanian birch mouse populations will also be revealed. Nevertheless the taxonomic position of the Sicista populations living in the Russian Plain will be clarified.
Final report
Results in Hungarian
A szöcskeegerek (Sicista genus) rendszere nagyrészt tisztázatlan elsősorban a kariotípusok magas diverzitása miatt. Ez a megállapítás fokozottan igaz a Duna és a Bajkál tó között előforduló csíkos szöcskeegerek (S. subtilis aggr.) fajcsoportjára. A kutatás e fajcsoporton belüli genetikai különbségeket hivatott vizsgálni 12 európai populáció bevonásával, majd a vizsgálatból taxonómiai következtetéseket levonni. A filogenetikai kapcsolatok rekonstruálásához a mitokondriális citokróm-B (CytB) gén teljes szekvencia-sorrendjét és a sejtmagi IRBP (interphotoreceptor binding protein) gén szekvencia-sorrendjét használtuk maximum parszimónia és maximum likelihood módszerrel elemezve. A teljes CytB szekvenciák alapján genetikai távolságot is számítottunk.
Az új genetikai eredmények és további morfológiai adatok alapján javasoltuk a trizona és nordmanni alfajok faji rangra emelését Sicista trizona (Frivaldszky, 1865) és S. nordmanni (Keyserling and Blasius, 1840) néven. A S. severtzovi faji státuszát viszont a jelenleg rendelkezésre álló eredmények nem támogatják, ezért besorolását a S. subtilis alfajaként javasoljuk.
Végezetül, a nagy genetikai távolság a magyarországi és erdélyi Sicista trizona populáció között arra sarkalt minket, hogy utóbbit új alfajként írjuk le Sicista trizona transylvanica (Cserkész et al. 2016) néven.
Results in English
The systematics of the genus Sicista was unclear, which was mostly due to the high level of chromosomal variability. One of the most challenging group was the steppic Sicista subtilis species-group extending from central Europe to Lake Baikal.
The study evaluated the degree of genetic differentiation of the S. subtilis complex by analysing 12 European populations, and proposes a new taxonomic treatment for the subtilis group.
The phylogenetic relationship was reconstructed using sequences of the whole mitochondrial cytochrome b (CytB) and the nucleus-encoded interphotoreceptor binding protein (IRBP) under the maximum parsimony and maximum likelihood criteria. Based on whole CytB sequences, genetic distances were reconstructed and visualized between the taxa.
Based on the genetic and the morphological dataset, we suggested to raise subspecies trizona and nordmanni to the species rank. We suggested to use S. trizona (Frivaldszky, 1865) and S. nordmanni (Keyserling and Blasius, 1840) to name these species, respectively.
The species status of S. severtzovi is not supported by our results, so we recommended to reclassify it as a subspecies of S. subtilis.
Finally, the large genetic distance between the Hungarian and Romanian populations of S. trizona led us to describe the latter one as a new subspecies: Sicista trizona transylvanica (Cserkész et al. 2016).
Cserkész T., Rusin M., Sramkó G.: An integrative systematic revision of the European southern birch mice (Rodentia: Sminthidae, Sicista subtilis group), Mammal Review 46: 114–130., 2016
Cserkész T; Aczél-Fridrich Zs; Hegyeli Zs; Sugár Sz; Czabán D; Horváth O; Sramkó G: Rediscovery of the Hungarian birch mouse (Sicista subtilis trizona) in Transylvania (Romania) with molecular characterisation of its phylogenetic affinities, Mammalia, DOI: 10.1515/mammalia-2013-0167, June 2014, 2014
Cserkész T; Rusin M; Czabán D; Kondor T; Sramkó G: New morphological and molecular evidences to the full species status of Sicista subtilis trizona, 14th Rodens et Spatium: International Conference on Rodent Biology. Lisszabon, Portugália, 2014.07.28-2014.08.02. Lisszabon: 2014. p. 162., 2014
Cserkész T., Rusin M., Sramkó G.: An integrative systematic revision of the European southern birch mice (Rodentia: Sminthidae, Sicista subtilis group), Mammal Review, 2015
Holden-Musser, M.E., Cserkész T.: Family Sminthidae, Mammals of the World - Volume 6 - Rodents and Lagomorphs, 2016
Rusin, M., Sramkó, G., Cserkész, T.: РЕВИЗИЯ СТЕПНЫХ МЫШОВОК (SICISTA SUBTILIS S. L.) ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ АРЕАЛА, Структура вида у млекопитающих, 2015
Kondor Tamás; Estók Péter; Szentgyörgyi Péter; Szőke Krisztina; Cserkész Tamás: A csíkos szöcskeegér helyzete a Hernád-völgyben, Természetvédelmi Közlemények, 2015
Cserkész T; Aczél-Fridrich Zs; Hegyeli Zs; Sugár Sz; Czabán D; Horváth O; Sramkó G: Rediscovery of the Hungarian birch mouse (Sicista subtilis trizona) in Transylvania (Romania) with molecular characterisation of its phylogenetic affinities, Mammalia 79: 215-224., 2015
Holden-Musser, M.E., Cserkész T.: Family Sminthidae, Handbook of the Mammals of the World - Volume 7: Rodents II (under prep.), 2017
Rusin M., Sramkó G., Fülöp A., Szatmári L., Ghazali M., Rashevska H. , Cserkész T.: Finding of Sicista lorigera (Rodentia: Sicistidae) in Odessa Region, Vestnik Zoologii (accepted for publication), 2016
