6.8. Метод локалізації фокуса дії мутації на карті презумптивних органів дрозофіли.

Дуже часто мутація, що проявляється на рівні поведінки дрозофіли, торкається відповідних рецепторних або ефекторних систем. Однак така ситуація спостерігається не завжди. Учені вивчили гіперкінетичних мутантів дрозофіли. Поведінка цих мутантів характеризується тиковидними посмикуваннями ніжок під час анестезії. Цей ефект виявляється в гомозиготних по цій мутації самиць і самців.

При вивченні різних мозаїків по цих мутаціях виявили, що, для прояву описаного поведінкового дефекту, грудний сегмент повинен бути мутантним. Генотип голови, ноги, черевця не впливає на гіперкінетичну поведінку. Іншими словами, мутантна нога дуже часто не проявляє описаного синдрому. У білатеральних мозаїків поведінка лівих ніг не залежить від поведінки правих.

Дані, отримані при вивченні різних мозаїків, продемонстрували високу кореляцію між зовнішнім фенотипом кутикули грудного відділу й проявом тику. Однак ця кореляція не була абсолютною, у деяких особин з мутантною кутикулою не спостерігалося посмикування ніжок і, навпаки, особини з нормальним генотипом грудного відділу іноді проявляли патологічну поведінку. Ці дані можна витлумачити в такий спосіб: не завжди генотип кутикули грудей відбиває генотип структури, відповідальної за даний синдром. У деяких, хоча й рідких, випадках генотип морфологічних маркерів не відповідає генотипу регулюючої досліджувану поведінку структури. Тому, природно, постає питання, як локалізувати ті внутрішні структури, які відповідальні за формування мутантного фенотипу, і як ідентифікувати їхній генотип у мозаїків.

Для цього був запропонований метод ембріонального картування або метод локалізації мозаїчних границь на бластулі. В основу методу був покладений розроблений Стертевантом принцип картування генів на хромосомі шляхом визначення частоти рекомбінацій, яка є функцією відстаней між ними.

У 1929 р. Стертевант запропонував той самий принцип для складання мозаїчної карти бластодерми. Частота появи особин з різним генотипом тих або інших частин тіла повинна залежати від відстані між ділянками бластодерми, з яких виникають ці частини. Стертевант вивчив близько 400 мозаїків, але не обробив отримані дані. Через 40 років по його даних була складена карта бластули («fate map»).

С. Бензер також з метою складання карти бластули вивчив 700 мозаїчних мух. Він оцінив відстані між ембріональним положенням різних структур і побудував карту розташування ембріональних зачатків зовнішніх частин тіла на поверхні бластули (Рис. 6.6.).

Рис. 6.6. Карта ембріональних зачатків на поверхні бластули (а - голова; б — груди; в — крило; г — головний мозок; д — вентральна нервова система).

Бензер увів одиницю відстані між ембріональним положенням різних структур, названу на згадку Стертеванта «Стертом». Один «стерт» — це відстань, еквівалентна можливості, що в 1% випадків серед усіх вивчених мозаїчних мух дві структури будуть мати різний генотип.

6.9. Селекційно-генетичний метод в аналізі поведінки дрозофіли.

Роботи зі створення ліній дрозофіли, що різняться за поведінкою, методами селекції найбільш інтенсивно проводилися в 50-60-і роки. У їхній основі лежали ідеї й підходи генетики кількісних ознак. Питання про ідентифікацію окремих генів, що контролюють ту або іншу поведінкову ознаку, не ставилося. Це було основним недоліком даного комплексу робіт і визначало необхідність розробки мутаційного аналізу ознак поведінки, оскільки саме мутації дають у руки точний інструмент для аналізу нервової системи.

Проте, селекційно-генетичні роботи становлять значну частку досліджень і вносять свій внесок у вивчення генетики поведінки дрозофіли.

Одне з перших систематичних селекційно-генетичних досліджень — багаторічна робота Дж. Хірша зі співробітниками на створених ним лініях D. melanogaster, які різняться за геотаксисом. Мух оцінювали в спеціальному приладі — класифікаційному лабіринті, що має один вхід і до 15 виходів. Прилад орієнтується вертикально, і враховується швидкість просування по ньому окремих особин. До 1969 року лінії пройшли понад 150 поколінь добору. У кожній лінії більше 90% особин проявляли в остаточному підсумку селектовану ознаку — позитивний або негативний геотаксис.

Зворотний добір призводив до швидкої ліквідації досягнутих попередньою селекцією результатів. Гібриди від схрещування контрастних ліній проявляли неповне домінування позитивної реакції над негативною.

Для вичленовування ролі окремих пар хромосом у контролюванні міжлінійних відмінностей Дж. Хірш зі співробітниками використали принцип, що полягає в одержанні серії комбінованих ізогенних ліній. Такі лінії поєднують у собі в заданих комбінаціях хромосоми вихідних аналізованих ліній. Одержують їх за допомогою ліній-тестерів, які несуть у великих хромосомах інверсії, домінантні й рецесивні маркери.

У результаті аналізу вдалося з'ясувати: гени, що контролюють відмінності з геотаксису, розподілені по всіх великих хромосомах селектованих ліній, однак у хромосомі 3 є більше генів з позитивним ефектом, а в Х-хромосомі — з негативним.

Серйозні дослідження гео- і фототаксису на ящикових популяціях D. pseudoobscurа були проведені в лабораторії Ф. Г. Добжанского. Вихідні популяції були закладені з ліній, що містять інверсії СН і AR у третій хромосомі. Поведінку особин оцінювали по за допомогою модифікованого лабіринту Хірша. Добір у всіх випадках виявився ефективним і привів до чітких відмінностей уже за перші 20-30 поколінь. Селекція за ознаками поведінки призвела до міжпопуляційних відмінностей за метричними показниками: довжині крил і лапок, розміру очей, додатковому жилкуванню. Оцінка внеску окремих пар хромосом у міжпопуляційні відмінності за фототаксисом після 100 поколінь добору показала провідну роль третьої хромосоми, меншу роль другої хромосоми й порівняно невеликий внесок Х-хромосоми й четвертої хромосоми.

Успіх селекції на фототаксис був досягнутий також у роботах на D. melanogaster і D. virilis.

Швидкі результати при доборі ліній D. melanogaster на відмінності за руховою активністю одержала О.М. Лучникова (1964). За допомогою вдосконаленого нею методу створення комбінованих изогенних ліній була показана провідна роль генів хромосоми 3 у контролюванні міжлінійних відмінностей за руховою активністю.

На низці видів дрозофіли — D. melanogaster, D. simulans, D. pseudoobsсura отримані лінії, що різняться за статевою активністю самців. Гібридологічний аналіз у всіх випадках показав домінування високого рівня активності над низьким і полігенний характер міжлінійних відмінностей.

Л.3. Кайданов зі співробітниками встановили, що відмінності між низькоактивною лінією «НА» і отриманою з неї шляхом зворотного добору високоактивною лінією «ВА» D. melanogaster контролюються переважно генами другої пари хромосом, а також статевими хромосомами. Далі виявилося, що в хромосомах 2 лінії «НА», на відміну від лінії «ВА», у дуже високій концентрації підтримуються мутації, що знижують життєздатність. І це незважаючи на тривалий добір даних ліній — понад сто поколінь, супроводжуваний тісним інбридингом. Виявлена висока частота спонтанного виникнення мутацій, що знижують життєздатність, в обмеженім числі локусів у прицентромірнім районі хромосоми 2 лінії «НА». Але ці мутації лише створюють тло, на якім проявляється специфічна дія інших мутацій, що контролюють статеву активність самців і локалізованих у Х-й Y-хромосомах.

Гео- і фототаксис, рухова й статева активність є поведінковими ознаками дрозофіли, які найбільш інтенсивно досліджувалися за допомогою селекційно-генетичного методу. Інші приклади аналізу поведінки дрозофіли за допомогою цього методу висвітлені в обзорах Л. Эрман і П. Парсонса, Л.3. Кайданова, О. М. Лучникової.

Питання для повторення й обговорення.

1. Як у генетиці поведінки йшло вивчення поведінкових мутацій дрозофіли?

2. Які підходи запропонував Сеймур Бензер для спрямованого отримання в достатніх кількостях потрібних поведінкових мутацій дрозофіли?

3. Яку роль відіграє в наукових дослідженнях генетична колекція мутацій дрозофіли за обраними поведінковим і нейрологічними ознаками?

4. Доведіть, що зорові мутації дрозофіли впливають на поведінкові реакції.

5. Наведіть приклади зорових мутацій у дрозофіли.

6. Наведіть приклади мутацій рухової системи у дрозофіли.

7. Як впливають на поведінку температурочутливі мутації дрозофіли?

8. Опишіть мутації, що порушують циркадні ритми у дрозофіли.

9. Наведіть приклади мутацій, що змінюють статеву поведінку дрозофіли.

10. Які групи генетичних змін, що обумовлюють аномалії процесу залицяння і статевої поведінки в цілому, ви знаєте?

11. Як у генетиці поведінки використовують мозаїків для виявлення структур, порушених поведінковими мутаціями?

12. Яку роль відіграє селекційно-генетичний метод в аналізі поведінки дрозофіли?