Введение к работе
Актуальность проблемы
Диминуция хроматина – общее название клеточных генетических процессов, в ходе которых соматические клетки многоклеточных животных или соматические ядра простейших теряют большую или меньшую часть генетического материала, присутствующего в клетках зародышевой линии многоклеточных животных или в генеративных ядрах простейших.
Диминуция хроматина (ДХ), открытая более 100 лет тому назад Т. Бовери (Boveri, 1887), остается и до сих пор мало изученным феноменом. У абсолютного большинства видов животных ДХ отсутствует, а размеры геномов соматических клеток и клеток зародышевой линии совпадают. Среди эукариот ДХ обнаружена всего у нескольких десятков видов среди простейших, нематод, насекомых, миксин, пресноводных ракообразных. К началу наших исследований данные о механизмах ДХ у пресноводных ракообразных и самом этом феномене были фрагментарными. Ни у одной из групп животных, у которых наблюдается ДХ, не была изучена ультраструктура хромосом и интерфазных ядер в соматических клетках до и после ДХ. Ничего не было известно об ультраструктуре гранул элиминируемого хроматина и о ДНК, заключенной в эти гранулы. Было неясно, зачем немногим видам животных нужна ДХ. До нашей работы не была отмечена связь между ДХ и так называемым парадоксом размера генома эукариот, отсутствием прямой зависимости между сложностью организации вида и величиной генома по массе ДНК; отсутствовали исследования по внутривидовой вариабельности цитогенетических признаков у пресноводных ракообразных. Актуальность изучения ДХ также определяется значимостью для биологии развития инактивации генов в онтогенезе.
Цель работы и задачи исследования
Цель диссертационной работы состоит в изучении механизма диминуции хроматина, еe эволюционного значения и поиске новых подходов к решению проблемы парадокса размера генома эукариот.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать процесс диминуции хроматина методами цитогенетики, цитофотометрии и электронной микроскопии.
2. Изучить структуру последовательностей ДНК, элиминируемых в процессе диминуции хроматина.
3. Определить частоту аберраций хромосом у видов с близкими величинами геномов и равным диплоидным числом хромосом, но различающихся по наличию диминуции хроматина в раннем эмбриогенезе.
4. Выявить цитогенетические характеристики ряда видов циклопов.
Научная новизна
Диминуция хроматина (ДХ) впервые обнаружена и исследована у пресноводных ракообразных Cyclops kolensis и Paracyclops affinis. Обнаружен подвид Cyclops strenuus strenuus, у которого диплоидное количество хромосом, а также картина и график диминуционных процессов отличаются от описанных ранее для вида Cyclops strenuus Берман. У видов Acanthocyclops viridis, Macrocyclops albidus, Еucyclops serrulatus, Termocyclops crassus, Cyclops insignis, Acanthocyclops vernalis диминуция хроматина не выявлена. Обнаружена и описана мембрана, окружающая гранулы элиминируемого хроматина. Обнаружены высокополиплоидные ядра у некоторых видов циклопов. Из гранул элиминируемого хроматина выделена ДНК и выявлены признаки упорядоченности ее структуры: мозаичная организация повторяющихся последовательностей, высокий консерватизм повторов ДНК, сохраняющихся в поколениях только в клетках зародышевой линии. Показан высокий уровень консервативности элиминируемой в результате диминуции фракции генома. Выявлены значительные отличия в радиочувствительности до- и последиминуционных хромосом. Обнаружены внутривидовые отличия у ряда видов Cyclopoida по отдельным цитогенетическим характеристикам: диплоидное число хромосом, величина генома, наличие или отсутствие ДХ, особенности процесса ДХ.
Научно-практическая значимость исследования заключается в возможности использования для таксономии отряда Cyclopoida таких цитогенетических характеристик как: наличие или отсутствие ДХ, количество ядерной ДНК в клетках зародышевой и соматической линии, хронология процесса ДХ, распределение гранул элиминируемого хроматина в анафазе диминуционного деления. Результаты и выводы, сделанные при обсуждении данного исследования, могут использоваться в курсах лекций по зоологии беспозвоночных и общей генетике.
Публикации. Основные результаты исследований, представленные в диссертационной работе, изложены в 22 статьях, опубликованных в рецензируемых российских и зарубежных журналах, из них 17 статей опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы были доложены на научных семинарах и на заседании Ученого совета Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН (1991-1995) , на научных семинарах Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (1991-1993), Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН (1994), Института молекулярной генетики РАН (1995), Института цитологии РАН (1994); на заседании Санкт-Петербургского отделения ВОГиС, посвященном 90-летию со дня рождения А.А. Прокофьевой-Бельговской (30 марта 1993); на международной конференции "Эволюционная генетика и адаптация", посвященной памяти Ж. Моно (Оссуа, Франция, 25-29 сентября 1995), на III-м Съезде ВОГиС «Генетика в XXI- веке: современное состояние и перспективы развития». Москва, 6-12 июня 2004; на III Международной конференции «Вид и видообразование», Томск, Томский государственный университет, 2004; на III Международной конференции “Генетические последствия чрезвычайных радиационных ситуаций”, Россия, Дубна, 4-7 октября 2005; на IY-й Международной конференции по кариосистематике беспозвоночных животных 28–30 августа 2006, Санкт–Петербург, Россия.
Структура и объем диссертации
