Введение к работе
Актуальность проблемы. Генетика количественных призна -..l^.i@f представляет собой одно из традиционных и самых слоінні "направлений классического генетического исследования. Имвя бесспорные вершины (работы Р.Фишера, С.Райта, К.Мазера, Дд. Тудея и др.), это направление пока существенно отстает от других направлений по изученности механизмов генетической детерминации количественных признаков, знанию онтогенетических путей их формирования, пониманию популяционной динамики их ответа на отбор и эволюции. Прогностические способности теорэ -тических моделей количественной генетики весьма скромны.Этим объясняется известная неудовлетворенность многих исследователей состоянием количественной генетики. Вместе с тем генетические системы высших организмов представляют собой сложней-шие системы взаимодействующих генов различных категорий. Конкретные системы могут быть весьма различны, тем более - у разных видов, участвовать в разных программах онтогенеза н даже фенотипически могут проявлять большое разнообразие свойств.
Однако, системы генетического контроля' количественных признаков, без сомнения, имеют и ряд общих черт. Прежде всего, это участие в них генов сходных категорий - олигогенов, полигенов, мобильных генетических элементов (МГЭ), управляющих элементов и др., каковы бы ни были их конкретные особенности. Во-вторых, это участие генов всех категорий в сходных генетических процессах: сегрегации, мутациях, рекомбинациях и т.д. В-третьих, это наличие лимитирующих факторов генети -ческой организации, которые всегда существуют в сложных мо-лекулярно-генетических системах. В-четвертых, это наличие ряда общегенетических закономерностей: "рыхлость" генома эука-риот, экзон-интронная структура генов, присутствие семейств МГЭ и их транспозиции, наличие мультигенных семейств и су -пергенов и- т.д. Все это вместе взятое позволяет надеяться, что многие закономерности количественной генетики могут иметь достаточно общий характер для многих генетических систем как одного, так и различных видовых геномов.
Наконец, надо иметь ввиду, что результаты генетического анализа, статистические гипотезы и модели всегда имеют характер аппроксимации, приближенного описания. Сведения о по-
лагенных системах (число генов, их взаимодействие и т.д.) всегда ограничены объемом выборки генетического распределе -ней. Статистические гипотезы и модели часто линейны, аддитивны иди содержат другие упрощения. Иными словами, единые ме -тодн аппроксимации и упрощения приводят данные о разнообразных системах детерминации количественных признаков к сравнительно единообразному виду.
Совершенно очевидно, что решение этих кардинальных и слптппг вопросов требует использования наиболее удобного экспериментального объекта, у которого достаточная слоаность организации сочетается с возможностью комплексного изучения генетических, онтогенетических, онтогенетических и популяпион -них явлений и процессов. Таким объектом, на наш взгляд, яв -дается Drosophila melanogaster. По совету Н.В.Тимофеева-Ре -совского мы взяли для исследования генетическую систему де -терминации количественного признака, контролируемого геном radius incompletus (гі), т.е. размеры фрагментов радиальной жкхки крыла (Ъ2), которые образуются в результате действия рецессивной олигогенной мутации ГІ.
Задачи исследования состояли в том, чтобы:
-
Оценить долю аддитивного генотипического разнообразия количественного признака "неполная радиальная жилка крыла" у D.melanogaster в условиях панмиктического существования популяции и в условиях отбора различной жесткости.
-
Оценить правомочность использования генетико-статис-тических параметров а равновесных и неравновесных популяциях.
-
Использовать систему массового отбора по фенотипу для описания ответа прнвнака на отбор и анализа генетической системы, откликапцейся на отбор.
-
Попытаться преодолеть селекционное плато, если таковое возникнет, простыми селекционными средствами.
-
Оценить коррелированные ответы при отборе.
-
Оценить вклад хромосом и их отдельных фрагментов в фототипическое выражение анализируемого признака.
-
Оценить влияние внешних факторов (температура культивирования) на проявление изучаемого признака.
-
Установить стадии онтогенеза, на которых происходят генетические явления, изменяющие количественное проявление признака.
9. Оценить роль мобильных генетических элементов в экспрессии количественного признака.
10. На основе комплексного изучения проблемы описать систему генетического контроля анализируемого количественного признака.
Научная новизна. На момент выполнения работы впервые была оценена правомочность экстраполяции однолокусной модели Фишера-Райта на полигенные признаки. Экспериментально бнго показано, что генетико-статистические параметры, выведенные на основе этой модели, длительное время (десятки поколений) остаются достаточно стабильными (в пределах выборочного варьирования) только в популяциях, находящихся в генетическоа равновесии. Однако,, в популяциях, подаэргагнппся давлению отбора, т.е. в неравновесных популяциях, оценки и статистических, и генетнко-статистических параметров смещены и по этой причине не могут быть использованы ни для оценки гбнетичес -кой структуры популяции, ни для прогнозирования генетического успеха при отборе.
Было показано, что селекционное плато, возникащее в популяциях при длительном отборе, монет быть преодолено путей использования методов, дающих возможность популяции приобретать состояние нового генетического гомеостаэа: отбор с учетом плодовитости особей, оставляемых в качестве родителей; чередование отбора и случайного скрещивания; использование более сложных форм отбора, чем массовый отбор по фенотипу.В результате такой селекционной тактики удалось получить субпопуляции с резко отличными фенотипами от исходного состоя -ния, многие десятки поколений не ревертиругапще к исходному состоянию при разведении путем свободного скрещивания.
На системе признака radiua inoompletus с помощью генетического анализа (гибридологический анализ, метод замещения хромосом, метод получения кроссоверннх фенотипов) пока -зан дисперсный, многественный характер экспрессии гена главного эффекта, гі, другими генами (полигонами), имеющими каздый в отдельности незначительный и аддитивный вклад в признак.
Показана зависимость характера фенотипического выралэ -ния признака radius incompietua от температурного реяима.
Резкое изменение температуры на разных стадиях онтогенеза ку-кодЕН может приводить к изменению феяотнпического вырааения признака в Р0. Некоторое число культур дрозофилы, прошедших температурную обработку (2-4$) могут наследовать измененный фенотип признака многие десятки поколений без дополнительных воздействий. Генетический анализ, осуществленный в том ке объема, что и на "селекционных" субпопуляцнях, также показал ДЕСперсный и множественный характер генетических факторов, контролирующих такие фенотипические изменения.
На системе признака radius incompietus показано, что селекционный "успех" сопровождается изменениями в геноме.Так мзтодами гибридизации in situ некоторых copia-доДОбНЫХ мобильных генетических элементов с полигонными хромосомами исходной популяции и субпопуляций, выведенных из нее селек -цпонными методами, показан значительный спектр перемещений МГЭ. Температурные воздействия также сопровождались измене -нияыи рисунка локализации МГЭ. Отмечено наличие коррелированного изменения спектра перемещения МГЭ и фенотипического преобразования признака.
В результате комплексного анализа, включающего популя-цнонные, генетические, онтогенетические и цитогенетические методы, сформулирована оригинальная концепция генетического контроля количественного признака.
Теоретическая и практическая значимость работы. Комплексное исследование количественного признака у дрозофилы позволило расширить и углубить знание о системах генетического контроля такого класса признаков. Стало очевидно, что гене -тический контроль количественных признаков много сложнее,чем это представлялось ранее. Система включает, как минимум, гены трех различных классов: олигогены, гены-модификаторы (полигены) , мобильные генетические элементы. Таким образом,предложено новое развитие концепции генетической детерминации количественных признаков с участием мобильных генетических элементов. Выявлена наследственная реорганизация этой системы в результате действия длительного искусственного отбора, а также под влиянием внешних факторов. В перспективе все это может служить основой для построения новой теории гене -тического контроля количественных признаков, по крайней ме-
ре,у дрозофилы. Однако,не исключается,что такие явления екзэт более широкое распространение в биологическом мире.
В целом теоретические выводы и практические рекомендации, сделанные на основе результатов данной работы,были положены в основу нового спецкурса "Теоретические основы селекции животных",который автор данной работы в течение ряда лет читает на Естественном факультете Новосибирского государственного университета и Зоотехническом факультете Новосибирского сель -скохозяйственного института.
Апробация работа. Материалы диссертации были доложены иле представлены на 2-м,3-м,4-м,5-м Всесоюзных съездах ВОГиС (1972,1977,1982,1987), ЖУ Международном генетическом конгрессе (Москва,1978) ,7-41 Европейской конференции по генетике дро-зоф2лы(0улу,Ф:шляндия,1981),Международном симпозиуме "Эволюция и срэда" (Брно,Чехословакия,1981),Международном симпозиу-мо "Биологическая эволюция" (Бари,Италия,1985),9-й Европейс -кой конференции по генетике дрозофилы (Будапешт,IS85),6-м Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва,1987),Симпозиуме "Генетика количественных признаков животных" (Таллин,1987),2-й Международной конференции по количественной генетике (Ради,США,1987),Симпозиуме "На пути к новому эволюционному синтезу в биологии"(Прага,1987),2-м и 3-м рабочих совещаниях "Теоретические исследования и банки данных по молекулярной биологии и генетике"(Новосибирск,1986, 1988),на лабораторных и межлабораторных семинарах Института молекулярной генетики АН СССР.ИЦиГ СО АН СССР.Кафедре генетики и селекции ЛГУ,Кафедре цитологии и генетики НГУД-ой и 2-й Всесоюзных конференциях по проблемам эволюцип(Москва, 1985, 1989) и др.
Структура работы. Работа содержит шесть глав,изложена на 360 стр.,в т.ч. 175 текста,содержит 35 рисунков и 70 таблиц. Список цитируемой литературы включает 378 работ отечествен -ных и зарубежных авторов.