Введение к работе
Актуальность исследования. Изучение роли хромосомных перестроек в эволюции и видообразовании является одной из наиболее сложных и актуальных проблем эволюционной биологии. К настоящему времени накоплен огромный материал по сравнительной цитогенетике животных. Особенно значительный прогресс был достигнут в изучении хромосом млекопитающих (Орлов, Булатова, 1983; Графодатский, Раджабли, 1988). Было показано, что между близкими видами часто наблюдаются значительные кариотипические различия. Вопрос о том, является ли кариотипическая дивергенция причиной видообразования или лишь сопутствует ему, остается неясным.
Роль хромосомных перестроек в эволюции и видообразовании обычно изучается и обсуждается на материале сравнительного анализа близких видов и их гибридов. В тех случаях, когда виды кариотипически различаются, а межвидовые гибриды стерильны, делается вывод о том, что кариотипические различия родительских форм являются непосредственной причиной гибридной стерильности. Уайт (White, 1973, 1978) полагал, что хромосомные перестройки могут выступать в роли непосредственных факторов репродуктивной изоляции. Проверка корректности этого вывода на материале межвидовых гибридов часто затруднена, так как сама гибридная стерильность исключает возможность генетического анализа межвидовых различий и их роли в формировании репродуктивной изоляции. Анализ межрасовых гибридов, особенно в тех случаях, когда расы по степени кариотиопической и генетической дивергенции достигают уровня подвидов, представляется гораздо более продуктивным подходом для решения этих проблем. Классические исследования межрасовых гибридов у домовой мыши (Gropp,' Winking, 1981), черной крысы (Yosida, 1980), обыкновенной бурозубки (Searle, 1988) внесли существенный вклад в понимание механизмов видообразования у млекопитающих. Очевидно, однако, что для выявления общих закономерностей эволюции кариотипа требуется расширение круга модельных видов.
Чрезвычайно интересным и перспективным для изучения проблем хромосомной эволюции видом представляется домовая мускусная землеройка (Suncus minimis L., Insectivofa, Soricidae). Этот вид широко распространен от восточного побережья Африки до Японских островов (Corbert, Hill, 1992). Он полиморфен по числу и морфологии хромосом. Число плеч постоянно во всех популяциях (NF=60), тогда как диплоидное число хромосом (2п) варьирует от 30 до 40. В изученных
популяциях был обнаружен также внутри- и межпопуляционный полиморфизм по размеру и морфологии половых хромосом (Raman, Nanda, 1986). Результаты анализа генетических маркеров (Ruedi et al., 1996; Yamagata et al., 1990, 1995) свидетельствуют о значительной генетической дивергенции между отдельными локальными популяциями. Таким образом мы вправе рассматривать географически изолированные, кариотипически и генетически дивергироваишне популяции S. murinus как отдельные расы.
Животные, отловленные из нескольких локальных популяций (Непала, Бангладеш, Шри Ланки, Японии и др.) послужили основой для создания лабораторных линий. Эти линии в настоящее время интенсивно используются для биомедицинских исследований (Oda et al., 1985).
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования был детальный цитогенетический анализ двух хромосомных рас 5. murinus и их гибридов. Анализ кариотипических различий между географическими расами дает важную информацию о закономерностях эволюции хромосом у млекопитающих. Он позволяет установить распространенность отдельных хромосомных перестроек по ареалу обитания, и тем самым реконструировать особенности расселения вида. Изучение спаривания и сегрегации хромосом у межрасовых гибридов, одиночных и множественных гетерозигот по хромосомным перестройкам, позволяет выявить факторы, ответственные за поддержание внутривидового полиморфизма по структурным мутациям, оценить роль хромосомных и генетических механизмов в формировании репродуктивной изоляции.
Для достижения этой цели были посталены следующие задачи:
1 .Разработать надежную номенклатуру хромосом S. murinus, с использованием GTG-дифференциального окрашивания хромосом при разных уровнях конденсации.
2.Провести сравнительный анализ кариотипов двух географически изолированных рас S. murinus, населяющих Непал и Шри Ланку, выявить кариотипические различия между ними.
3.Оценить жизнеспособность и плодовитость межрасовых гибридов, гетерозиготных по одной или нескольким хромосомным перестройкам, различающим родительские расы.
-(.Проанализировать спаривание и сегрегацию полиморфных хромосом у межрасовых гибридов.
5.Провести детальный цитогенетический и генетический анализ случаев гибридной стерильности.
Научная новизна. Впервые описан стандартный кариотип S. murinus. Сравнительный анализ кариотипов показал, что популяции S. murinus обитающие в Непале и в Шри Ланке существенно дивергировали кариотипически. Они отличаются по пяти робертсоновским транслокациям аутосом, по инсерциям гетерохроматина в хромосоме 7 и Х-хромосоме, множественными перестройкам в Y-хромосоме. Показано, что популяции, населяющие Шри Ланку и Малайзию, имеют общие робертсоновские транслокации. Эго подтверждает гипотезу о гибридном происхождении малайской популяции S. murinus. Было установлено, что хромосомные варианты обеих родительских популяций нормально конъюгируют и сегрегируют в мейозе у гетерозигот. Гомо- и гетерозиготы по хромосомным перестройкам характеризуются нормальной плодовитостью и жизнеспособностью. Впервые описан и детально проанализирован феномен мужской гибридной стерильности у S. murinus. Доказано, что обнаруженные в гибридной популяции случаи мужской стерильности не связаны с хромосомной гетерозиготностью. Наследование гибридной стерильности описано в рамках моногенной трехаллельной системы наследования. Совокупность полученных данных свидетельствует о том, что хромосомный полиморфизм у S. murinus является селективно нейтральным. Становление репродуктивной изоляции между географическими расами происходит на основе генной, а не хромосомной дивергенции.
Практическая ценность. Полученные в работе результаты необходимы для развития частной генетики S. murinus - они создают основу для проведения хромосомного и субхромосомного картирования. Обнаруженный в работе феномен гибридной мужской стерильности может быть использован для моделирования нарушений репродуктивной функции у человека. Результаты работы, важные для понимания генетических и хромосомных механизмов микроэволюции и видообразования у млекопитающих, используются при чтении курса по теории эволюции в Новосибирском государственном университете.
Апробация работы. Основные результаты исследования были представлены на 43 Всеяпонском Конгрессе по Изучению Экспериментальных Животных (Ниигата, Япония, июнь 1996 г.), на Четвертой Международной Конференции по Цитогенетике Sorex araneus (Упсала, Швеция, август 1996 г.) и на отчетной сессии ИЦиГ СО РАН (февраль, 1997 г.).
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов, изложение