Введение к работе
Актуальность проблемы.
Генетика количественных признаков - традиционное направление классических генетических исследований. В силу необычайно сложной генетической организации количественных признаков, это направление исследований пока существенно отстаёт от других генетических направлений. Кроме слабой изученности механизмов генетического контроля количественных признаков, также недостаточно изучены пути их онтогенетического формирования, популяционной динамики ответов на прямое и косвенное давление искусственного отбора и роли в эволюции видов. Поэтому в предыдущие десятилетия преобладало два направления в изучении генетики количественных признаков. Один из них -гибридологический анализ, позволяющий оценить характер наследования конкретных количественных признаков и грубо оценить число сегрегирующих генов в конкретном скрещивании, не расчленяя гены на майор-гены и минорные гены. Второй, пожалуй, наиболее широко используемый метод анализа количественных признаков, это генетико-статистический анализ. Однако прогностические способности теоретических генетико-статистических моделей скромны, так как модели построены на упрощениях: они линейны, построены для однолокусной модели детерминации количественного признака и для равновесной популяции. Поэтому статистические гипотезы и генетико-статистические модели всегда имеют характер аппроксимации, т.е. приближенного описания. В связи с этим, сфера использования параметров, построенных на этих моделях, в практических целях весьма ограничена.
В последнее десятилетие внимание генетиков сосредоточено в основном «на прямом» изучении генетики количественных признаков с использованием как генетических, так и цитогенетических, и молекулярных методов исследования. В ряде лабораторий нашей страны и за рубежом ведутся исследования по анализу сложных генетических систем экспрессии количественных признаков, маркирования локусов, контролирующих количественное проявление признаков (QTL), анализу участия различных генетических объектов (полигены, мобильные генетические элементы) в фенотипическом проявлении количественных признаков и в ответе на селекционное давление. Однако до настоящего времени в мире имеется достаточно ограниченное количество исследований, посвященных описанию генетики конкретных количественных признаков.
3>
Целью исследования являлось выяснение роли мобильных генетических элементов (МГЭ) в геноме Drosophila melanogaster как участников селекционного процесса по количественному признаку.
Задачи исследования:
1.Оценить величину изменения среднего фенотипического значения количественного признака, размеров проксимального и дистального фрагментов радиальной жилки крыла D.tnelanogaster, в ответ на жесткое селекционное давление в позитивном, направленном на увеличение размеров фрагментов, и негативном, направленном на уменьшение фрагментов, направлениях отбора.
-
Исследовать паттерн мобильных генетических элементов mdgl и mdg2 в исходных линиях до отбора и в финальных поколениях разнонаправленной селекции.
-
Оценить паттерн мобильных генетических элементов mdgl и mdg2 в исходных и финальных поколениях в двух повторностях позитивного и негативного вариантов отбора.
-
Оценить коэффициенты корреляции по паттернам двух мобильных генетических элементов в финальных поколениях отбора между позитивным (s+) и негативным (s-) вариантами отбора.
-
Оценить коэффициенты корреляции по паттернам двух мобильных генетических элементов в финальных поколениях отбора между повторностями позитивного (sl+) и (s2+) и негативного (si-) и (s2-) вариантов отбора.
Научная новизна и практическая ценность работы.
Для выполнения поставленных задач, впервые селекционно-генетический эксперимент был организован таким образом, чтобы были получены аргументы в пользу принятия или отвержения гипотезы об участии мобильных генетических элементов в селекционном процессе. Впервые были использованы изогенные линии, на которых была осуществлена длительная массовая разнонаправленная селекция по фенотипу количественного признака в двух повторностях каждого селекционного варианта. Впервые показано, что селекция по количественному признаку сопровождалась быстрой фиксацией некоторых сайтов локализации мобильных генетических элементов в одном направлении отбора и элиминацией этих сайтов в противоположном направлении селекции. Впервые продемонстрировано явление синхронного ответа на отбор в двух независимо селектируемых повторностях не только по селектируемому признаку, но по паттерну мобильных генетических элементов. Впервые были оценены коэффициенты корреляции по паттернам мобильных генетических элементов в финальных поколениях селекции между вариантом позитивной и негативной селекции и между повторностями внутри позитивного и внутри негативного вариантов отбора.
Эти исследования весьма актуальны для понимания механизмов реорганизации генома в ходе отбора, регуляции экспрессии генов, роли МГЭ в селекции и эволюции.
Положения, выносимые на защиту.
В ходе разнонаправленной селекции (s+) и (s-) и по двум повторностям в каждом варианте селекции, по ряду сегментов ретротранспозонов mdgl и mdgl складывается противоположный паттерн обоих мобильных генетических элементов в ответ на селекционное давление по количественному признаку. Такие результаты могут свидетельствовать в пользу гипотезы о сопряженном ответе на отбор количественного признака и паттерна МГЭ, т.е. имеет место взаимодействие генов (полигенов), экспрессирующих ген главного эффекта radius incompletes, и копий МГЭ.
Апробация работы.
Основные результаты исследования были представлены на Международной конференции, посвященной современным проблемам радиобиологии, радиоэкологии и эволюции (Дубна, 2000), Второй международной конференции по биоинформатике, структуре и регуляции генома (BGRS, Новосибирск, 2000), 8ом SMBE (Афины, США, 2001), на IX Молодежной школе-конференции по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2005), Третьем съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2004), на Отчетной конференции «Динамика генофондов растений, животных и человека» (Москва, 2005), на Отчетной конференции «Динамика генофондов и биоразнообразие» (Москва, 2007), Международной молодежной конференции «Проблемы молекулярной и клеточной биологии» (Томск, 2007), I Международной конференции «Дрозофила в экспериментальной генетике и биологии» (Харьков, Украина, 2008), а также на Отчетных сессиях Института Цитологии и Генетики в 2002 и 2005 гг.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 5 работ в отечественной печати.
Структура и объем работы.
