Введение к работе
Актуальность проблемы. Интерес к структурно-функциональной организации кластера рибосомных генов обусловлен центральной ролью рРНК в биосинтезе белка, связью структуры рДНК со скоростью развития (Cluster et al., 1987), а также особенностями строения рДНК, позволяющими использовать ее при решении вопросов популяционной генетики, селекции, систематики, эволюции и экологии.
В настоящее время накоплена обширная информация о структуре ядерной рДНК насекомых (Beckingham, 1975; Jakubczak et al., 1990; Алешин и др., 1995), которая :видетельствует о существовании общих черт в макроструктуре рДНК различных видов и индивидуальных особенностей их микроструктуры. Однако, большинство исследователей в ;воих работах ограничиваются изучением небольших участков кластера рДНК, размером от нескольких сот до полутора тысяч пар нуклеотидов (Harmsen et al., 1995; Cormean et al., 1992; Kambhampati, 1995, 1996), что осложняет получение целостной картины структурной эрганизации рДНК конкретного вида, а тем более ее внутри- и межвидовой изменчивости. При этом, вне поля зрения часто остаются не только виды, но семейства и даже отряды тасекомых, среди которых отряд Blattoptera является одним из древнейших (около 350 млн. іет).
Рыжий таракан - Blattella germanica L. (отряд Blattoptera, семейство Blattellidae) -;амый распространенный в России вид таракана. Он является генетически наиболее сученным по сравнению с другими представителями отряда Blattoptera, однако о его рДНК ввестко крайне мало, а именно, что местом локализации ядрышкового организатора шляется Х-хромосома (Cave, 1976). Последнее позволяет исследовать структуру рДНК тдивидуальных Х-хромосом при анализе отдельных самцов, поскольку, в отличие от самок, ;амцы В. germanica несут только одну Х-хромосому. Эти генетические особенности данного ища имели существенное значение при выборе объекта исследования. Кроме того, древность іроисхождения и высокий генетический консерватизм В. germanica (мутационный груз у (энного вида составляет 0,02- 0,04% на особь, для примера, у дрозофил - 0,5-1,5% (van de Jey, 1969), а у москитов - 0,5-3,0% (Craig, Hickey, 1967)), позволяют рассматривать труктуру его рДНК в качестве предковой для класса Insecta.
Очевидно, что для выявления специфических особенностей структуры рДНК ?. germanica необходимо оценить внутривидовую изменчивость кластера рибосомных генов ' исследуемого вида и межвидовую изменчивость в пределах отряда Blattoptera.
Цели и задачи исследования. Целью данной работы являлось изучение структурной организации и полиморфизма кластера ядерных рибосомных генов самцов В. germanica из естественных и искусственных популяций, а также определение степени родства исследуемого вида с другими представителями отряда Blattoptera на основе анализа их ядерной рДНК.
Перед нами стояли следующие задачи:
-
амплификация и секвенирование протяженного фрагмента ядерной рДНК В. germanica с целью получения первичной информации о структуре кластера рибосомных генов исследуемого вида, а также оценка возможности применения данного фрагмента в составе зонда для исследования полиморфизма структуры рДНК В. germanica,
-
выявление характера наследования различных типов структуры кластера рДНК рыжего таракана в индивидуальном скрещивании;
-
анализ внутри- и межпопуляционной изменчивости кластера рибосомных генов в выборках из лабораторных линий и природных популяций В. germanica;
-
оценка межвидовой изменчивости кластера генов рРНК б видов из отряда Blattoptera и определение возможности применения ядерной рДНК в качестве маркера филогенетических связей В. germanica с представителями данного отряда.
Научная новизна и практическая ценность работы. В процессе данного исследования нами впервые определена последовательность нуклеотидов протяженного фрагмента кластера ядерной рДНК В. germanica, содержащего внутренние транскрибируемые спейсеры, 5,8S рРНК ген и фрагменты генов рРНК, гомологичные 18S и 28S рРНК генам насекомых. Нами впервые методом ПДРФ в результате анализа индивидуального скрещивания получено подтверждение локализации рДНК на Х-хромосоме у В. germanica, и установлен сцепленный с полом характер наследования различных вариантов структуры рДНК. Впервые проведен молекулярно-генетический анализ внутривидовой изменчивости рДНК В. germanica. Впервые описана изменчивость ядерной рДІЖ нескольких видов из отряда Blattoptera и продемонстрирована возможность ее использования в установлении филогенетического родства В. germanica с представителями данного отряда.
Апробированный нами анализ рДНК В. germanica с применением сконструированного зонда может быть предложен для проведения масштабных популяционных экспериментов. Примененный в данном исследовании маркер межвидовой
изменчивости расширяет спектр молекулярных характеристик, используемых для уточнения родственных связей в пределах отряда Blattoptera.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на конференции "Экология и генетика популяций" (Йошкар-Ола, 1998), на Ш Республиканской конференции молодых ученых "Генетика и селекция на рубеже XXI века" (Минск, Беларусь, 1999) и на межлабораторном семинаре "Генетика животных" (ИОГен РАН, Москва, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано б печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на страницах и состоит из следующих стандартных разделов: введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов и обсуждения, заключения, выводов и приложения. Список литературы включает в себя 213 источников. Работа иллюстрирована 21 рисунком и 14 таблицами.