Введение к работе
Актуальность исследования. Изучение мейоза, открытое у животных еще в 1882 г. Флеммингом, показало, что, несмотря на кажущуюся консервативность, ход мейотических событий может отличаться большим разнообразием. Привлечение разных модельных объектов позволяет составить более полное представление о закономерностях мейотических процессов.
Синапсис и рекомбинация - ключевые события профазы I мейоза. Синапсис необходим для встречи и связывания гомологов, что в дальнейшем обеспечивает правильное расхождение хромосом в первом делении мейоза. Рекомбинация и сегрегация хромосом обеспечивают генетическое разнообразие организмов (Жученко, Король, 1985).
У саранчовых, как у мышей, человека и некоторых других видов, для
первичного спаривания хромосом необходимы множественные двуцепочечные
разрывы ДНК и поиск гомологичных последовательностей в лептотене (Viera
et al., 2004). Синапсис, как правило, начинается с теломерных концов
хромосом, но иногда может инициироваться и в интерстициальных областях
(Counce, Meyer, 1973; Hasenkampf, 1984). Полностью сформированные
синаптонемные комплексы (СК) свидетельствуют об окончании синапсиса.
Нарушения в линейной структуре СК у гетерозигот по хромосомным
перестройкам, препятствуют распространению интерференции
рекомбинационных обменов вдоль бивалентов (Горлов и др., 1991). Неравные оси СК, в случае когда один гомолог длиннее другого, как правило, претерпевают синаптическую подгонку, в противном случае у млекопитающих мейоциты подвергаются пахитенному аресту (Richler, 1986; Коломиец, 1998). У насекомых явление синаптической подгонки практически не изучено.
Выявлены различия в синапсисе и рекомбинации хромосом у гомо- и гетерогаметного полов. Половые хромосомы у гетерогаметного пола обнаруживают особенности поведения в профазе I мейоза: изолированность от аутосом, разнообразные типы синапсиса и видоизмененные формы осевых элементов, существенную укороченность осевых элементов (Solari, Counce, 1977; Бородин, 1992; Агапова, Высоцкая, 1993). Хотя на примере млекопитающих ранее была показана возможность использования характера синапсиса половых хромосом для оценки эволюционных отношений близкородственных видов (Бородин, 1992), у насекомых до qnx пор не изучена взаимосвязь особенностей мейотической оси Х-хромосомы с таксономической принадлежностью организмов.
До конца не исследованы причины ограничения рекомбинации в районах С-гетерохроматина. Возможно, что рекомбинационная инертность гетерохроматина обусловлена его меньшей представленностью в составе СК, по сравнению с эухроматиновыми районами (Stack, 1984), что, вероятно, связано с плотной белковой упаковкой хроматина (Westphal, Reuter, 2002; Peng, Karpen, 2007). В настоящее время существует очень мало данных о поведении крупных блоков С-гетерохроматина во время синапсиса и рекомбинации гомологов.
Прямокрылообразные насекомые являются удобным объектом для изучения особенностей мейотического поведения хромосом и их отдельных районов. Хромосомы саранчовых и кузнечиков имеют относительно небольшое диплоидное число длинных хромосом, крупные блоки С-гетерохроматина различной локализации. Неплохая общебиологическая изученность этой группы насекомых значительно облегчает и ускоряет проведение исследований сравнительного характера, что позволяет судить об особенностях эволюционных преобразований кариотипов, и что в свою очередь помогает при решении спорных вопросов систематики этой группы. Кариотипы тараканов интересны большим количеством С-гетерохроматина и полиморфизмом по гетерохроматиновым районам, что представляет интерес для изучения явления синаптической подгонки.
Целью исследования явилось выяснение закономерностей поведения хромосом и их отдельных районов во время синапсиса и рекомбинации в профазе І мейоза у прямокрылообразных насекомых.
Задачи исследования:
1. Сравнить характер формирования оси Х-хромосомы и особенности
мейотического синапсиса аутосом в первой профазе мейоза у самцов разных
видов саранчовых, сопоставив с таксономической принадлежностью видов.
Исследовать связь между количеством теломерной ДНК и типом синапсиса хромосом у разных видов саранчовых.
Проанализировать поведение Х-хромосомы в сперматогенезе у разных видов прямокрылообразных с ХО-системой определения пола.
4. Исследовать влияние на синапсис и рекомбинацию хромосом крупных
блоков С-гетерохроматина разной локализации: дистальных у таракана
Nauphoeta cinerea и прицентромерных у саранчового Staurodems scalaris.
Распределение обменов у S. scalaris сравнить с таковым у вида Glyptobothnts
biguttulus из той же подтрибы, имеющим небольшой блок прицентромерного
гетерохроматина.
5. Исследовать структуру синаптонемных комплексов гетероморфных
бивалентов, определить временные и пространственные параметры
синаптической подгонки разных хромосом у таракана N. cinerea.
Научная новизна работы.
Впервые проведен сравнительный анализ формирования оси полового унивалента и мейотического синапсиса хромосом у самцов 41 вида саранчовых из трех подсемейств. Электронно-микроскопический анализ срезов семенников у саранчовых, тараканов и кузнечиков показал, что только у саранчовых половой хроматин занимает отдельный ограниченный мембранами компартмент накануне мейоза в премейотической интерфазе. Впервые обнаружено два разных способа влияния протяженных районов С-гетерохроматина разной локализации на синапсис и рекомбинацию хромосом. Показано, что структурные изменения в крупных блоках С-гетерохроматина, происходящие на стадии лептотены, приводят к подавлению спаривания и рекомбинации хромосом за счет образования аномальных осевых элементов у саранчового S. scalaris, посредством формирования хромоцентра у таракана
N. cinerea. Впервые описана синаптическая подгонка у таракана N. сіпегеа в случае гетерозиготности по блокам гетерохроматина. Показано, что короткие биваленты подвергаются синаптической подгонке раньше длинных хромосом и всегда формируют синаптонемные комплексы с утолщением на конце, синаптонемные комплексы длинных бивалентов в половине случаев выявляются с неспарснным концом. Продемонстрировано, что отсутствие синаптической подгонки синаптонемных комплексов в гетероморфных бивалентах в сперматоцитах таракана N. cinerea не приводит к пахитенному аресту.
Практическая значимость работы.
Данное исследование расширило представления о способах и ограничениях мейотического синапсиса гомологичных хромосом. Полученные данные о том, что прерывание сннаптонемного комплекса в центромерном районе двуплечей хромосомы повышает уровень рекомбинации в обоих плечах, имеют фундаментальное значение для выяснения механизмов регуляции кроссинговера. Результаты сравнительно-морфологического анализа оси Х-хромосомы и мейотического синапсиса самцов саранчовых семейства Acrididae подтверждают представления ряда ортоптерологов о независимом статусе подсемейства Locustinae, что имеет практическое значение для уточнения систематики саранчовых.
Апробация работы и публикации.
По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 3 статьи — в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобразования РФ. Материалы диссертации были представлены на студенческих конференциях, Международной конференции по ортоптероидным насекомым (Montpellier, 2001), Международном симпозиуме по проблемам мейоза (Санкт-Петербург, 2003), 12-ом и 13-ом съездах Русского Энтомологического Общества (Санкт-Петербург, 2002; Краснодар, 2007), Сибирской зоологической конференции (Новосибирск, 2004), 4-ой Международной конференции по кариосистематике беспозвоночных животных (Санкт-Петербург, 2006), Международной конференции «Хромосома 2009» (Новосибирск, 2009).
Вклад автора.
Автором самостоятельно была выполнена основная часть работы. Ультратонкие срезы были сделаны к.б.н. СИ. Байбородиным, частично использованные негативы и препараты были предоставлены к.б.н. О.А. Агаповой, Д.Ч. Степановой, к.б.н. A.M. Гусаченко и д.б.н., проф. Л.В. Высоцкой. ДНК-пробы для проведения FISH были приготовлены к.б.н. В.А. Трифоновым и А.И. Кулемзиной. Определение видовой принадлежности всех насекомых было сделано д.б.н., проф. М.Г. Сергеевым.
Структура и объем работы.
![Влияние дипептидов на адаптивное и половое поведение самцов крыс разного возраста [Электронный ресурс]](/i/i/4471/198033.png "Влияние дипептидов на адаптивное и половое поведение самцов крыс разного возраста [Электронный ресурс] Кудрявцева Татьяна Анатольевна")
