Компартментализация в процессе развития насекомых

Зародыш дрозофилы состоит из нескольких компартментов, существование которых удалось обнаружить с помощью генетической маркировки клеток. Такая маркировка позволяет отличить мутантную клетку от соседних клеток дикого типа и, таким образом, проследить, в каких частях взрослого насекомого локализуются ее потомки. У зародышей дрозофилы мутации можно индуцировать облуче-

Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 3: Пер. С англ. – м.: Мир, 1995. – 352с.

140 ГЛАВА 18

Рис. 18.11. Получение генетически маркированного клона клеток посредством кроссинговера. Гетерозиготы по рецессивной мутации multiple wing hairs (mwh) у дрозофилы имеют нормальные щетинки. Индуцированный облучением кроссинговер приводит к образованию двух генетически маркированных клеток: дикого (+/+) и мутантного {mwh/mwh) фенотипов. Поскольку спаривание гомологичных хромосом в соматических клетках в отличие от половых происходит довольно редко, митотическая рекомбинация также явление редкое. Ввиду того, что клетки дикого типа (+/+) фенотипически неотличимы от гетерозиготных клеток (mwh/+), клон клеток мутантного фенотипа легко отличить от них по характерному строению щетинок.

нием. В результате в митотических хромосомах возникают рекомбинации, и клетки, в которых произошли такие рекомбинации, можно легко выявить. Один из примеров приведен на рис. 18.11, здесь муха дикого типа, гетерозиготная по гену множественных щетинок крыла, имеет генотип mwh/+. Если рекомбинационное событие произойдет в клетке крылового имагинального диска особи, гетерозиготной по гену mwh, то рекомбинантные потомки клетки будут иметь гомозиготную генетическую структуру mwh/mwh (множественные крыловые щетинки) и +/+ (дикий тип). В результате пролиферации мутантная клетка формирует на крыле пятно мутантного фенотипа multiple wing hairs. Его величина зависит от количества клеточных генераций мутантной клетки с момента ее возникновения до окончания пролиферативной активности. Следовательно, большое пятно может возникнуть только в том случае, если рекомбинация произойдет в раннем эмбриогенезе, а маленькое – если она произойдет на более поздних стадиях развития. Возможно, что наиболее интересными данными, полученными с помощью описанной методики, оказались данные, касающиеся ограничения потенций клеток в процессе эмбриогенеза. Потомки рекомбинантной клетки, возникшей в раннем развитии, могут быть обнаружены в разных частях органа. Однако по мере развития потенции клеток сужаются, и пространственная локализация потомков рекомбинантной клетки, возникшей на более поздних этапах развития, ограничивается меньшей группой терминальных структур.

В этих экспериментах было обнаружено удивительное явление: потомки одной рекомбинантной клетки никогда не пересекают определенных границ имагинального диска. Значит, детерминация происходит в неперекрывающихся пространственных структурах – компартментах. В развитии имагинального диска детерминационное событие происходит в группе прилежащих друг к другу клеток, происходящих от нескольких родоначальных клеток, и поэтому называемых поликлоном. Вскоре после формирования бластодермы 10-50 клеток, которые в будущем образуют мезоторакальный имагинальный диск, подразделяются на два поликлона (рис. 18.12). Из одного поликлона формируется передняя часть крыла и большая часть дорсальной части груди, а из другого - задняя часть крыла и остальные структуры дорсальной части груди. Мутантный клон может быть локализован только в одном из компартментов и не может распространяться в другой. Следующий этап детерминации приводит к сегрегации крылового имагинального диска от ножного. Границы между передним и задним компартментами крылового диска в последующем развитии сохраняются. На третьем этапе детерминируются клетки дорсальной и вентральной поверхности крыла, а также обособляются клетки в центральной части диска, родоначальники собственно поверхности крыла и его шарнирной части. Таким образом, имагинальный диск подразделяется на ряд компартментов, границы которых определяют дальнейшую онтогенетическую судьбу находящихся внутри них клеток (Crick, Lawrence, 1975; Garcia-Bellido, 1975; Kauffman et al., 1978).

На рис. 18.13 представлен крыловой имагинальный диск и границы компартментов, формирующих определенные имагинальные структуры. Мутантные пятна, как уже было отмечено, не могут пересекать передней и задней его части – они могут быть локализованы только в передней или только в задней части крыла. Клон может быть рядом с границей, но не может переходить ее. На рис. 18.13 (справа) представлен профиль большого клона, задняя часть