Структурно-функціональна організація політенних хромосом Drosophila melanogaster Meig. у зв'язку з ефектом гетерозису, ізогенізацією та впливом щільності культури

1. Виявлено істотний вплив щільності культури на прояв кількісних ознак у дрозофіли: за умов личинкового перенаселення знижується вихід імаго (на 59,88 - 80,65 %), маса тіла імаго (на 12,24 - 22,22 %), теплостійкість імаго (на 11,91 - 29,74 %), яйцепродукція (на 14,88 %) та експресивність ознаки Bar (на 46,77 %). Міжлінійні гібриди F₁ в умовах різної щільності культури виявляють значний гетерозисный ефект за показниками виходу імаго (18,52 - 69,41 %), теплостійкості імаго (4,27 - 35,62 %) і яйцепродукції (36,42 - 90,57 %).

2. Ступінь політенії гігантських хромосом слинних залоз дрозофіли при збільшенні щільності культури зменшується на 6,76 - 19,27 %. Гібридні особини характеризуються підвищеним гомеостазом до дії личинкового перенаселення і за даною ознакою перевищують інбредні лінії на 14,84 - 25,14 %. Встановлено позитивну кореляцію показника СПХ із виходом імаго (r = 0,74 - 0,75), масою тіла імаго (r = 0,71 - 0,73), теплостійкістю особин (r = 0,71) і негативну кореляцію між СПХ і частотою пізніх домінантних летальних мутацій (r = - 0,82).

3. Перенаселення культури знижує активність пізніх екдизонових пуфів гігантських хромосом у локусах 63F, 71CE, 72CD, 82EF, 83E на 9,82 - 20,10 %. Гібриди F₁ виявляють підвищений гомеостаз за даною ознакою порівняно з інбредними лініями. Показано, що розміри пуфів у ряді локусів у особин інбредних ліній і гібридів дрозофіли позитивно корелюють із виходом імаго (r = 0,71 - 0,73), теплостійкістю (r = 0,75), массою тіла імаго (r = 0,75 - 0,78).

4. Отримано нові дані про генотипічні розходження просторової організації хромосом інтерфазного ядра. Ектопічний контакт між районами 100F і 92EF хромосоми 3R постійно присутній в лінії Or, не виявлений в лінії C-S, у гібридів F₁ показано проміжну частоту даної ознаки (60,00 - 77,78 %). Встановлено генотипічні відмінності за частотою асинапсису в районі ектопічного спарювання: гібриди F₁ за даним показником перевищують батьківську лінію Or на 79,82 - 85,64 %. Виявлено стимулюючий вплив ектопічного контакту на частоту асинапсису гомологів хромосоми 3R, а також тісну позитивну кореляцію (r = 1) між частотою ектопічних контактів у досліджуваному районі хромосоми 3R і активністю пуфінгу в локусі 93D.

5. Показано негативний вплив ізогенізації хромосом 2 і 3 на прояв кількісних ознак у дрозофіли: вихід імаго знижувався на 32,27 - 34,03 %, яйцепродукція - на 56,10 %, експресивність ознаки Bar - на 36,95 %.

6. Вперше встановлено пригнічення прояву генетичних функцій політенних хромосом дрозофіли за умов ізогенізації хромосом 2 і 3. Показано зменшення ступеня політенії на 8,16 % і зниження пуфової активності гігантських хромосом дрозофіли в локусах 2EF, 50CD, 71CE, 72CD, 83E на 10,65 - 22,41 %. Одночасно показано посилення пуфової активності в локусі 21F на 11,67 %. У локусах 22C, 23E, 63F, 82EF, 93D розміри пуфів істотно не змінювалися.

7. Встановлено зростання частоти нерівних хромосомних обмінів в локусі Bar у 2,52 - 3,96 рази за умов личинкового перенаселення і при ізогенізації хромосом 2 і 3 дрозофіли, що свідчить про посилення мутаційної мінливості.

8. Ізогенізація хромосом 2 і 3 призводить до зростання частоти домінантних летальних мутацій у дрозофіли. Вплив фактора щільності культури на частоту ДЛМ залежить від генотипу: показник збільшується в гібридних особин, не змінюється в інбредних ліній і зменшується в мутантній лінії Bar. Мутантні лінії Bar, Bar_C-S, iso^II; iso^III Bar_C-S характеризуються високою частотою ДЛМ - 44,05 - 52,21 %, перевищуючи лінію C-S в 2,95 - 3,49 рази, що погоджується з даними про генетичну нестабільність ознаки Bar.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Журавльова Л., Страшнюк В., Шахбазов В. Вплив щільності культури на прояв ефекту гетерозису у Drosophila melanogaster // Вісник Львів. ун-ту. Серія біологічна. 2004. Вип. 35. С. 102-109.

2. Журавлева Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Влияние плотности культуры на степень политении гигантских хромосом инбредных линий и гибридов Drosophila melanogaster // Цитология и генетика. 2004. Т.38, № 3. С. 46-51.

3. Шакина Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Влияние плотности культуры на активность пуфинга политенных хромосом у инбредных линий и гибридов Drosophila melanogaster Meig. // Вестник проблем биологии и медицины. 2005. Вып. 2. С. 38-41.

4. Шакіна Л., Страшнюк В., Шахбазов В. Вплив ізогенізації на ступінь політенії і активність пуфінгу політенних хромосом у Drosophila melanogaster Meig. // Вісник Львів. ун-ту. Серія біологічна. 2005. Вип. 40. С. 23-29.

5. Шакина Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Особенности гомологичного и негомологичного спаривания политенных хромосом у инбредных линий и гибридов дрозофилы // Вестник Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина. Серия: биология. 2005. Вып. 1 - 2, № 709. С. 105-110.

6. Zhuravlyova L. A., Strashnuk V. U., Shakhbazov V. G. Genetic instability of the locus Bar of Drosophila melanogaster in various culture density // Materials of the Conference for young scientists, PhD students and students on molecular biology and genetics. Kiev, 2003. Р. 278.

7. Журавлева Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Влияние плотности культуры на проявление эффекта гетерозиса у Drosophila melanogaster // Материалы VI съезда украинского энтомологического общества. Белая Церковь, 2003. С. 41.

8. Журавлева Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Влияние плотности культуры на степень политении гигантских хромосом линий и гибридов Drosophila melanogaster // Матеріали конференції “Актуальні проблеми біології в дослідженнях молодих учених Харківського національного університету”.Харьков, 2003. С. 36-37.

9. Журавлева Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Действие стресса, обусловленного перенаселенностью культуры, на геном Drosophila melanogaster // Материалы третьего съезда генетиков и селекционеров России “Генетика в ХХІ веке: современное состояние и перспективы развития”. Москва, 2004. С. 284.

10. Strashnyuk V., Zhuravlyova L., Gorenskaya O., Belousova I., Shakhbazov V. The influence of genotype and stressful factors on the endoreduplication of polytene chromosomes of Drosophila melanogaster Meig. // Матеріали Установчого з'їзду Українського Товариства клітинної біології з міжнародним представництвом. Львів, 2004. С. 390.

11. Журавлева Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Влияние стрессовых факторов на геном Drosophila melanogaster // Материалы VIII Международной научной экологической конференции. Белгород, 2004. С. 65-66.

12. Шакина Л. А., Страшнюк В. Ю., Шахбазов В. Г. Влияние изогенизации хромосом на степень политении и активность пуфинга политенных хромосом у Drosophіla melanogaster // Материалы научной энтомологической конференции “Общая и прикладная энтомология в Украине”. Львов, 2005. С. 237-238.

АНОТАЦІЯ

Шакіна Л. О. „Структурно-функціональна організація політенних хромосом Drosophila melanogaster Meig. у зв?язку з ефектом гетерозису, ізогенізацією та впливом щільності культури”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 - генетика. - Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Харків, 2006.

Дисертація присвячена вивченню структурно-функціональної організації політенних хромосом і прояву кількісних ознак дрозофіли в залежності від генотипу і щільності культури. Встановлено істотний вплив щільності культури та генотипу на прояв кількісних ознак у дрозофіли: при перенаселенні культури показано зниження виходу імаго, маси тіла імаго, теплостійкості, яйцепродукції та експресивності ознаки Bar, при цьому за показниками виходу імаго, теплостійкості, яйцепродукції міжлінійні гібриди F₁ виявляли значний гетерозисний ефект в умовах різної щільності культури. Показано зниження ступеня політенії (СПХ) та пуфової активності гігантських хромосом дрозофіли за умов перенаселення та залежність цього ефекту від генотипу. Гібриди F₁ за показниками СПХ та активності пуфіювання виявляли підвищений гомеостаз до дії перенаселення порівняно з інбредними лініями. У високоінбредних ліній та реципрокних гібридів F₁ встановлено існування генетичних відмінностей за частотою ектопічного спарювання та частотою асинапсису в районі ектопічного контакту. Показано негативний вплив ізогенізації хромосом 2, 3 на прояв кількісних ознак у дрозофіли: виходу імаго, яйцепродукції, експресивності ознаки Bar. Встановлено пригнічення ендореплікативної і пуфової активності політенних хромосом дрозофіли за умов ізогенізації хромосом 2 і 3. У роботі вперше отримано дані про зміну показників мутаційного процесу в умовах личинкового перенаселення і при ізогенізації хромосом 2 і 3 дрозофіли, таких як частота нерівного кросинговеру в локусі Bar і частота домінантних летальних мутацій.

Ключові слова: Drosophila melanogaster, політенні хромосоми, ступінь політенії, пуфінг, асинапсис, ектопічна кон?югація, нерівний кросинговер, гетерозис, щільність культури, ізогенізація хромосом, пристосованість.

АННОТАЦИЯ

Шакина Л. А. „Структурно-функциональная организация политенных хромосом Drosophila melanogaster Meig. в связи с эффектом гетерозиса, изогенизацией и влиянием плотности культуры”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. - Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Харьков, 2006.

Диссертация посвящена изучению структурно-функциональной организации политенных хромосом и проявления количественных признаков дрозофилы в зависимости от генотипа и плотности культуры.

В результате исследования влияния плотности культуры на проявление адаптивно важных признаков у инбредных линий и гибридов F₁ Drosophila melanogaster показано, что приспособляемость дрозофилы зависит как от плотности культуры, так и от генотипа. В условиях повышенной личиночной плотности (3 - 7 пар особей родительского поколения) выявлено достоверное снижение выхода имаго, массы тела имаго, яйцепродукции и теплоустойчивости имаго. Межлинейные гибриди F₁ как в контроле (1 пара особей родительского поколения), так и в условиях перенаселенности культуры проявляли значительный гетерозисный эффект по показателям выхода имаго, теплоустойчивости и яйцепродукции, однако плотность культуры оказывала значительный модифицирующий эффект на проявление гетерозиса у дрозофилы.

Наряду с изменением адаптивно важных признаков в условиях стресса, обусловленного личиночным перенаселением, выявлено снижение экспрессивности признака Bar, который является удобной моделью для изучения наследования количественных признаков у дрозофилы.

Для выяснения генетических механизмов эффекта гетерозиса, влияния и адаптаци к перенаселению культуры большое значение имеют исследование на хромосомном уровне. Результаты исследования показали, что личиночное перенаселение снижает эндорепликативную и пуфовую активность политенных хромосом D. melanogaster. Наблюдаемый эффект зависит от генотипа: гибридные особи проявляли повышенную устойчивость к действию стрессового фактора по изучаемым показателям. Показано наличие положительной корреляции показателя степени политении хромосом (СПХ) с выходом имаго, массой тела имаго, теплоустойчивостью особей; а также отрицательной корреляции показателя СПХ с частотой поздних ДЛМ. Установлена положительная корреляция показателя пуфовой активности в ряде локусов с выходом имаго, массой тела имаго, теплоустойчивостью особей, а так же степенью политении хромосом. Полученные данные указывают на то, что механизмы гетерозиса, повышенного гомеостаза гибридов F₁, адаптации к высокой плотности культуры связаны с регуляцией функции эндоредупликации и пуфовой активности политенных хромосом дрозофилы.

С целью изучения особенностей пространственной организации хромосом интерфазного ядра исследовали явления гомологичной и негомологичной конъюгации политенных хромосом дрозофилы. Показаны генотипические различия по частоте эктопического спаривания районов 100F и 92EF и частоте асинапсиса в районе эктопического спаривания у инбредных линий и гетерозисных гибридов F₁ D. melanogaster. Установлена тесная положительная корреляция между частотой эктопических контактов в исследуемом районе хромосомы 3R и активностью пуфинга в локусе 93D, а также увеличение частоты асинапсиса гомологов хромосомы 3R при наличии эктопического контакта. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о наличии влияния генотипа на пространственную организацию хромосом интерфазного ядра, что является важным дополнением к существующим гипотезам про механизмы гетерозиса.

При изучении генетических эффектов изогенизации хромосом 2 и 3 дрозофилы показано негативное влияние данного фактора на показатель степени политении. Активность пуфирования при изогенизации преимущественно снижалась. Угнетение эндорепликативной и пуфовой активности гигантских хромосом слюнных желез коррелировало со снижением выхода имаго и яйцепродукции изогенных линий, что совпадает с литературными данными [Страшнюк В. Ю. и др., 1995; 1997; 2001], в которых показана связь проявлений функций политенных хромосом с адаптивно важными признаками. Отмечено снижение экспрессивности признака Bar при гомозиготизации генов хромосом 2 и 3 дрозофилы.

Анализ показателей мутационного процесса в условиях личиночного перенаселения и при изогенизации хромосомами 2 и 3 дрозофилы показал, что исследуемые факторы являются важным источником повышения наследственной изменчивости. Установлено возрастание частоты неравного кроссинговера в локусе Bar при перенаселенности культуры и изогенизации второй и третьей пар хромосом дрозофилы. Изогенизация хромосом 2 и 3 приводила к увеличению частоты доминантных летальных мутаций (ДЛМ). Влияние фактора плотности культуры на частоту ДЛМ зависело от генотипа: показатель увеличивался у гибридных особей, не изменялся у инбредных линий и уменьшался в мутантной линии Bar.

Таким образом, исследования, выполненные на дрозофиле, дают новый материал для понимания механизмов влияния плотности культуры, изогенизации хромосом, дифференциальной устойчивости генотипов, эффекта гетерозиса и модификации его проявлений в зависимости от действия стрессовых факторов и намечают новые подходы в изучении данных проблем.

Ключевые слова: Drosophila melanogaster, политенные хромосомы, степень политении, пуфинг, асинапсис, эктопическая конъюгация, неравный кроссинговер, гетерозис, плотность культуры, изогенизация хромосом, приспособленность.

SUMMURY

Shakina L. A. "Structural and functional organization of polytene chromosomes in Drosophila melanogaster Meig. in relation with heterosis effect, isogenization and the culture density influence”. - Manuscript.

The thesis for obtaining the degree of candidate of biological science, speciality 03.00.15 - genetics. - V. N. Karazin Kharkov National University, Kharkov, 2006.

The dissertation is devoted to study of structural and functional organization of polytene chromosomes and manifestation of quantitative traits in drosophila depending on genotype and culture density. The essential influence of larval crowding and genotype on manifestation of quantitative traits in drosophila was established. Larval crowding was shown to result in significant decrease of the fitness, body weight, heat resistance, egg production and expressivity of the character Bar. At the same time the interlinear F₁ hybrids showed significant heterosis effect on the parameters of fitness, heat resistance, egg production in conditions of different density of culture. The decrease of polyteny degree (PDC) and puff activity in drosophila giant chromosomes under increased culture crowding and dependence of this effect on a genotype were found. The F₁ hybrids showed higher homeostasis to culture density action on the parameters PDC and puffing activity in comparison with inbred lines. The existence of genetic differences on frequency of ectopic pairing and frequency of asynapsis in the area of ectopic contact in inbred lines and reciprocal F₁ hybrids was established. It was found that the process of chromosomes isogenization influenced negatively on manifestation of quantitative signs, such as fitness, egg production and expressivity of the character Bar in drosophila. The depression of the endoreduplication function and transcriptional activity of polytene chromosomes in drosophila under the influence of chromosomes 2, 3 isogenization was shown. In the work, data concerning of changing of mutational process parameters, such as the frequency of unequal crossing over in the locus Bar and the frequency of the dominant lethal mutations, in conditions of high density of culture and under the influence of chromosomes 2, 3 isogenization were obtained for the first time.

Key words: Drosophila melanogaster, polytene chromosomes, polyteny level, puffing, asynapsis, ectopic pairing, unequal crossing over, heterosis, culture density, isogenization of chromosomes, fitness.

Размещено на Allbest.ru