Введение к работе
Актуальность проблемы.
Под общим названием "гены-мутаторы" подразумеваются в настоящее время факультативные генетические структуры, присутствие которых в геноме повышает на 1-2 порядка величин частоту появления генных и хромосомных мутаций, других наследственных аберраций, известных под общим названием "гибридный дисгенезис". К классу MR-фактор у Drosophila melanogaster относятся гены-мутаторы, .присутствие которых в геноме выявляется по специфическому эффекту рекомбинации хромосом в геноме самцов. По меньшей мере два мобильных генетических элемента (МГЭ), которые распространены в природных популяциях Drosophila melanogaster и действуют как мутаторы, принадлежат к классу MR-фактор, это МГЭ, Р и hobo. Способность природной хромосомы рекомбинировать в геноме самцов, или MR-активность хромосомы, выявляется по методике,' которая, в сущности, является тестом на мутабилыгость. Простота метода позволяет охватить в анализе значительные объемы генетического материала природных популяций Drosophila melanogaster. Было установлено, что хромосомы, способные рекомбинировать в геноме самцов - MR-хромосомы, широко распространены и содержатся в популяциях Drosophila melanogaster с частотой 10-50%. Такая картина наблюдается в Северной Америке, в Южной Европе, на Ближнем и Дальнем Востоке, В.Австралии. Данные по MR-факторам в популяциях Drosophila melanogaster внутренних регионов Евразии до настоящего времени отсутствовали. Кроме того известно, что по критериям Р-М системы гибридного дисгенезпса, популяции Drosophila melanogaster Северной Америки к Евразии кардинально различаются. В популяциях Drosophila melanogaster Америки доминирует Р-цитотип и распространены полноразмерные Р-элементы. В Евразии доминирует М-цитотип и распространены делегированные, неактивные копии Р-элемента. Ясно, что все данные по MR-факторам в популяциях Америки относятся к Р-содержащим MR-факторам. В популяциях Евразии картина должна быть иной.
Проблема генов-мутаторов имеет два аспекта - общебиологический (общегеиетический) и популяционный. В настоящее время накоплено
огромное количество данных по морфологии (молекулярные структуры), механизмам транспозиции и мутагенному эффекту МГЭ, их распространению в природных популяциях и эволюции. Однако популяционный аспект включает также и внутрипопуляционную динамику, существенным моментом которой является вопрос о механизмах регуляции количества и активности мутаторов. Этой проблеме до настоящего времени было уделено сравнительно мало внимания.
Существует мнение, что активность MR-факторов в природных популяциях Drosophila melanogaster супрессирована и они проявляются как мутаторы только в специальных скрещиваниях с лабораторными линиями. Существует и противоположная точка зрения. Показано, например, что в природных популяциях Drosophila melanogaster высокие концентрации летальной мутации l(2)gl могут поддерживаться за счет мутаторной активности MR-факторов. Известны случаи повышенной мутабильности природных хромосом и отдельных генов.
Для изучения активности генов-мутаторов в природных популяциях хорошо подходят летальные мутации. Во-первых, связь между MR-факторами и летальными мутациями вытекает из самой природы этих двух явлений - "мутатор => мутация". Во-вторых, летальные мутации - наиболее представительный класс мутаций в природных популяциях Drosophila melanogaster, их содержат 10-30% аутосом. В-третьих, летальные мутации объективно регистрируются, и позволяют изучать уровни аллелизма.
Основной темой данной работы являются внутрипопуляционные отношения генов-мутаторов класса MR-фактор и аллелофопда летальных мутаций популяции. Изучение проводилось классическими методами генетического анализа с использованием фенотипических генных маркеров. Работа проводилась на материале отечественных природных популяций Drosophila melanogaster (территория стран СНГ).
Цели и задачи исследования.
Настоящая работа преследовала две цели:
1) Выяснить, присутствуют ли MR-факторы в популяциях Drosophila melanogaster внутренних регионов Евразии;
2) Выяснить, существует ли функциональная связь между мутаторами и генетическим полиморфизмом популяции.
Соответственно обозначенным целям были поставлены и задачи исследования:
1) Изучить выборки из пространственно разобщенных популяций
Drosophila melanogaster Евразии на присутствие MR-хромосом;
2) Выяснить, отражается ли присутствие MR-факторов в
природной популяции на ее полиморфизме по летальным мутациям.
Научная новизна.
В настоящей работе были получены новые данные по Евразийским популяциям Drosophila melanogaster в отношении генов-мутаторов класса MR. Установлено, что хромосомы, содержащие MR-элементы, распространены в природных популяциях Drosophila melanogaster Восточной Европы, Средней Азии и юга Западной Сибири. Их концентрации в указанных регионах сравнимы с таковыми в других пунктах ареала вида. Открыт и описан новый феномен - пониженная MR-активность летальных хромосом в популяциях Drosophila melanogaster. Впервые экспериментально показано, что MR-хромосома, после возникновения в ней летальной мутации, утрачивает способность рекомбинировать в геноме самцов. Впервые изучены природные компаунды MR-хромосом. Показано, что гомологи MR-хромосом не проявляют MR-активности и среди них повышена частота летальных мутаций. Впервые показано, что генофонд популяции находится под постоянным мутаторным прессингом MR-факторов.
Таким образом, полученные результаты, наряду с фактами, дополняющими сведения о распространении MR-факторов в ареале вида D. melanogaster, содержат принципиально новую информацию о внутрипопуляционных взаимоотношениях генов-мутаторов и аллелофонда популяции в плане их сопряженной динамики.
Основные результаты получены автором самостоятельно. Часть результатов и материалов получены совместно с И.К. Захаровым, Е.Б. Литасовой и Ю.А. Коромысловым.
Апробация результатов.
Материалы диссертации были доложены, представлены тезисами докладов или стендовых сообщений: на республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Таджикистана, Душанбе, 1989; на 6-м Всесоюзном совещании по проблемам биологии и генетики дрозофилы, Одесса, 1989; на 12-м Европейском конгрессе по исследованиям на дрозофиле, Майнц (ФРГ), 1991; на 1-й Всесоюзной конференции по генетике насекомых, Москва, 1991; на научной конференции "Оценка последствий радиационного воздействия ядерных взрывов на Семипалатинском испытательном полигоне и антропогенного загрязнения окружающей среды на население Алтайского края", Барнаул, 1993; на 1-м съезде ВОГИС, Саратов, 1994; на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск, 1991 и 1994 гг.
Объем и структура работы.
Работа изложена на 96 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов исследования и их обсуждения, выводов и списка литературы. Список литературы включает 105 названий, в том числе 31 - на русском языке. Диссертация иллюстрирована 4 рисунками и 8 таблицами.