Введение к работе
Актуальность проблемы. В-хромосомы представляют собой дополнение к основному набору хромосом в популяциях многих видов и остаются до сих пор одним из наиболее загадочных элементов генома. К настоящему времени они найдены более чем у 500 видов животных, 1300 видов растений и у 10 видов грибов (см. обзор Camacho, 2005). В-хромосомы, обнаруженные у разных видов, отличаются структурной организацией, происхождением, а также механизмами, поддерживающими их полиморфизм в соответствующих популяциях. Обычно В-хромосомы насыщены повторенными последовательностями ДНК, представленными в виде кластеров или присутствующими в высокой концентрации в определенных районах (Camacho et al, 2000, Camacho, 2005).
Известно более сотни видов саранчовых, в популяциях которых встречаются добавочные хромосомы. Обычно это мелкие хромосомы, состоящие преимущественно из гетерохроматинового материала (Hewitt, 1979; John, 1983; Camacho et al, 2000). Одно из примечательных исключений из этого правила - добавочные хромосомы плавучей кобылки Eyprepocnemis plorans (Charpantier 1825).
Плавучая кобылка Е. plorans - один из наиболее широко распространенных ви-ов саранчовых. Ареал плавучей кобылки охватывает почти всю Африку, Малую зию, юг Европы, Кавказ и Закавказье, отдельные регионы Центральной Азии (Dirsh, 1958). Вид политипический, включает несколько морфологически слабо различаю-ихся подвидов: Е. plorans plorans, Е. plorans ibandana, Е. plorans meridionalis. В редиземноморье обитает номинативный подвид Eyprepocnemis plorans plorans Charp.) (Dirsh, 1958).
При исследовании кариотипов плавучей кобылки К plorans было выяснено, что ромосомный полиморфизм этого вида связан главным образом с добавочными хро-осомами. В западно-средиземноморских популяциях Eyprepocnemis plorans (Испа-шя и Марокко) к настоящему времени выявлено более 65 морфотипов добавочных ромосом (Lopez-Leon et al, 2008), что значительно превышает количество В-ромосом, обнаруженных в генотипе любого другого вида животных. Это позволило спользовать плавучую кобылку как уникальную модель для решения вопросов прохождения, эволюции и распространения различных типов свехчисленных хромосом і популяциях животных.
Характерной особенностью доминирующих вариантов В-хромосом в западно-редиземноморских популяциях Eyprepocnemis plorans является чередование С-юзитивных и С-негативных районов. Размеры и локализация С-позитивных и С-іегативньїх районов, а также центромерных районов этих хромосом позволили соз-ать классификацию морфотипов В-хромосом и на ее основе строить гипотезы о воз-южных путях происхождения, эволюции и распространения в популяциях этих доба-очных элементов хромосомного набора (Camacho et al, 1980; Henriques-Gil et al., 984; Lopez-Leone/ al, 1993; Bakkali etal, 1999; Camacho et al, 2000).
До настоящего времени восточно-средиземноморские популяции этого вида не ыли исследованы в цитогенетическом аспекте, за исключением единственной попу-яции из Северного Кавказа (Дагестан) (Bugrov et al, 1999; Cabrero et al, 2003 b). лабая изученность плавучей кобылки в азиатской части ее ареала не позволяет оха-актеризовать общую модель происхождения и эволюции сверхчисленных элементов модельного вида.
Цель настоящей работы - выявить хромосомный полиморфизм, изучить распр странение добавочных (В-) хромосом в азиатских популяциях плавучей кобылки Е prepocnemis plorans и определить молекулярно-цитогенетические особенности осно ного хромосомного набора и добавочных хромосом этого вида.
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
-
Изучить кариотипы плавучей кобылки Е. plorans из популяций Закавказь Малой Азии и Южной Африки;
-
Определить полиморфизм по В-хромосомам в исследуемых популяциях;
-
Провести молекулярно-цитогенетическое картирование кластеров повторе ных последовательностей в А- и В-хромосомах плавучей кобылки методом флу ресцентной гибридизации in situ с 18S рДНК-, I8S-28S-5,8S рДНК-, 180пн сатДН пробами и с микродиссекционными ДНК-пробами;
-
Определить вероятные пути происхождения В-хромосом в популяциях м дельного вида в восточной части его ареала;
-
Предложить адекватную модель, описывающую характер динамических і менений хромосомного полиморфизма и возможных эволюционных преобразов ний добавочных хромосом в популяциях плавучей кобылки Eyprepocnemis plorans.
Для выполнения поставленных целей и задач был исследован материал, собра ный мной и моим руководителем, Александром Геннадьевичем Бугровым, а та материал, любезно предоставленный нашими коллегами из департамента генети возглавляемого профессором Хуан Педро Мартинес Камачо, университета Гран Мной был проведен цитогенетический анализ всех полученных образцов, а та флуоресцентная гибридизация in situ с последующим микроскопическим анализе Микродиссекционные пробы для FISH были приготовлены совместно с Никола Борисовичем Рубцовым и Татьяной Витальевной Карамышевой (лаборатория К точных структур Института цитологии и генетики СО РАН).
Я выражаю огромную благодарность Александру Геннадьевичу Бугрову, Ни лаю Борисовичу Рубцову, Татьяне Витальевне Карамышевой и Ильясу Еркинови Джетыбаеву за неоценимую помощь, оказанную при выполнении данной работы.
Исследование поддержано Программами «Научные и научно-преподавательск кадры инновационной России» (контракт 02.740.11.0277), «Развитие научного пот циала высшей школы (2009-2010 годы)» (проект № 1557) и «Биоразнообразие и намика генофондов» (проект № 11.11), грантом Карл Цейс 2008 г. (Carl Zeiss, 2008 грантом РФФИ № 09-0400401-а.
Научная новизна
Впервые установлено, что хромосомный полиморфизм плавучей кобылки Еур pocnemis plorans plorans в восточно-средиземноморской части ареала связан с до вочными (В-) хромосомами и с распределением кластеров повторенных последо тельностей (рДНК, 180 пн сатДНК) на А-хромосомах.
В работе описаны восемь новых типов добавочных хромосом. Пять из них п имущественно С-позитивные и два - преимущественно С-негативные без диффер циальной исчерченности, для одного морфотипа характерно чередование позитивных и С-негативных блоков. Молекулярно-цитологический анализ показ что найденные нами В-хромосомы, наиболее вероятно, произошли от одной из маленьких аутосом. Молекулярная композиция доминирующих в восточ
средизеноморских популяциях морфотипов добавочных хромосом включает повторенные последовательности, гомологичные ДНК С-позитивных прицентромерных районов А-хромосом, 18S рДНК и С-позитивных районов Ва3-хромосомы. При сравнительном анализе частот доминирующих морфотипов добавочных хромосом в анализируемых популяциях в 2003 и 2007 годах было показано, что полиморфизм по добавочным хромосомам в популяциях из восточной части ареала плавучей кобылки в большей степени соответствует равновесной эгоистической модели динамики добавочных хромосом в популяциях. По всем этим характеристикам полиморфизм по В-хромосомам, сложившийся в популяциях из восточной части ареала плавучей кобылки, отличается от описанного ранее испанскими учеными, что свидетельствует о независимом формировании популяционнои структуры вида в исследованных частях ареала плавучей кобылки.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту Морфотипы добавочных хромосом из западно- и восточно-средиземноморских популяций модельного вида саранчовых различаются по всем основным характеристикам: по С-дифференциальной окраске, по их молекулярной композиции, по проис-ождению и дальнейшему поведению в популяциях.
Выявленные отличия свидетельствуют о независимом становлении системы хромосомного полиморфизма в западной и восточной частях ареала Е. plorans plorans при историческом расселении популяций вида на новые территории. Теоретическая и практическая значимость исследования Полученные результаты расширяют представления о путях возникновения, распространения и дальнейшей эволюции В-хромосом в популяциях животных.
Выявленный нами эндемичный тип распределения В-хромосом в популяциях їлавучей кобылки позволяет использовать этот хромосомный маркёр для реконст-укции основных этапов исторического развития самого вида Eyprepocnemis plorans.
Материалы данной диссертационной работы могут быть использованы в курсах екций по генетике, цитологии и общей энтомологии.
Полученные результаты вносят вклад в общую генетику и в общую энтомоло-ию.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на «Второй конференции по В-
ромосомам» (Гранада, Испания, 2004г), на «Международной научной студенческой
онференции "Студент и научно-технический прогресс"» (Новосибирск, Россия, 2004,
005), на IV и V Международной конференции по кариосистематике беспозвоночных
ивотных» (Санкт-Петербург, Россия, 2006; Новосибирск, Россия, 2010), на «VII
ежрегиональном совещании энтомологов Сибири и Дальнего Востока "Энтомоло-
ические исследования в Северной Азии"» (Новосибирск, Россия, 2006), на «Отчет-
юй конференции "Программа фундаментальных исследований РАН «Биоразнообра-
ие и динамика генофондов», подпрограмма «Динамика генофондов»"» (Москва, Рос-
ия, 2007, 2008), на «Десятом международном ортоптерологическом конгрессе» (Ан-
алия, Турция, 2009), Отчетной сессии ИСиЭЖ СО РАН (2010).
Публикации
По результатам диссертации опубликовано 13 научных работ. Из них 4 статьи - в научных журналах, в которых по требованию ВАК Минобр-ауки России должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соис-ание ученой степени кандидата наук по биологическим наукам.
Объем и структура работы
