Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Клональное разнообразие и механизмы его формирования у однополых видов ящериц рода Darevskia. Монография
.pdf
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
Гибридогенез у диплоидной Rana esculenta также происходит
путем премейотического удаления одного родительского генома,
но оставшийся геном удваивается во время премейотического
эндомитоза, и в первое деление мейоза вступают пары идентичных хромосом [Graf, Muller, 1979]. Поскольку хромосомы идентичны, эффективной рекомбинации не происходит, и в результате мейоза получается гаплоидная яйцеклетка, содержащая
только один геном.
g 11 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ПАРТЕНОГЕНЕЗА
У РЕПТИЛИЙ
Большинство изученных партеногенетических видов рептилий возникли в результате сетчатой эволюции — естественной
гибридизации между близкими родительскими формами. На первом этапе происходит гибридизация между двумя близкими бисексуальными формами, приводящая к образованию нового диплоидного партеногенетического вида. На втором этапе в
тате гибридизации диплоидных партеногенетических самок
с самцами одного из родительских видов формируются триплоидные гибриды, которые дают начало новому, теперь уже триплоидному однополому виду. Триплоидные самки, в свою очередь,
могут спариваться с самцами одного или обоих родительских
видов, в результате чего образуются тетраплоидные мужские
и женские гибриды, описанные у рыб, саламандр и ящериц
Насколько известно, у пресмыкающихся мужские тетраплоиды
стерильны. Тетраплоидные гибридные самки способны спариваться с диплоидными самцами, в результате чего могут образовываться пентаплоидные особи, известные у некоторых саламандр [Даревский, 1993]. Данная схема видообразования была
подтверждена в лабораторных условиях: в результате скрещивания триплоидных партеногенетических самок вида Aspidoscelis
exsanguis с самцами бисексуального
вида Aspidoscelis inornata
был получен новый тетраплоидный вид рода Aspidoscelis [Lutes
et al, 2011].
резуль-
.
g 12 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
5. КЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ
ОДНОПОЛЫХ ВИДОВ ПОЗВОНОЧНЫХ
Одной из центральных проблем изучения однополых видов
позвоночных является оценка генетического и клонального разнообразия [Dawley, 1989]. Изучение изменчивости и клонального разнообразия у гиногенетического гибридного комплекса
Phoxinus eos/Phoxinus neogaeos [Elder, Schlosser, 1995], обитающего в Северной Америке [Dawley, 1989], показали, что существование большого числа клонов в популяциях клональных
дов позвоночных не является правилом. Низкий уровень
нального разнообразия в исследованных популяциях, по-видимому, связан со специализацией вида и с селективной ценностью
одного определенного клона, который «колонизировал» определенную экологическую нишу. Согласно данным электрофоретических исследований белков и рестрикционного анализа митохондриальной ДНК, партеногенетические виды рептилий в разной степени мультиклональны. Высокий уровень вариабельности аллозимных
trabinoci (Gecconidae) и других представителей этого семейства
(Nactuspelagiens) [Moritz et al., 1989]. Незначительная генетиче-
ская неоднородность была показана для американских партеногенетических ящериц рода Cnemidophorus [Cole et al., 1988].
Согласно современным представлениям, партеногенетические виды рода Darevskia появились на Кавказе в постледниковую эпоху и являются молодыми видами, теоретически имеющими равные шансы
al., 1992; Darevsky, 1993]. Все однополые виды ящериц
Darevskia характеризуются значительной однородностью окраски и рисунка туловища, однако морфологическая изменчивость
у отдельных видов также имеет место. Своеобразные вариации
локусов был обнаружен, например, у Heterono-
для возникновения новых клонов [Moritz et
ви-
кло-
рода
g 13 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
окраски были обнаружены в одной из популяций D. dahli. Были
обнаружены самки с ярко желтой окраской нижней стороны тела,
которые в отличие от обычных самок с бледно-желтой окраской,
откладывали меньше яиц и были менее устойчивы к засушливым условиям [Murphy, 1997]. В одной из популяций D. arme-
niaca были обнаружены единичные мутантные особи, отличающиеся типом рисунка и окраской. Инкубация полученных от
мутантных самок яиц показала, что аномальная окраска клонально
твердили
наследуется. Опыты по кожной трансплантации под-
полную гистосовместимость нормальных и мутантных
самок [Darevsky, 1993]. Таким образом, в каждом из рассмотрен-
случаев имеет место появление новых морфологических
ных
партеноклонов. Однако, такие «морфологические» клоны не всегда совпадают с генетическими, выявленными различными молекулярно-генетическими методами [Даревский, 1993].
Все диплоидные партеногенетические виды рода Darevskia
обнаруживают незначительную степень внутриклональной морфологической изменчивости, низкую вариабельность митохондриальной ДНК и высокий фиксированный уровень гетерозиготности (по оценкам аллозимных спектров) [Кан и др., 1998].
Уровень изменчивости
таким же, как у партеногенетических ящериц
по аллозимным локусам оказался почти
Cnemidophorus
tesselatus, но был гораздо выше, чем у Cnemidophorus neomexicanus. Генетическое разнообразие у D. dahli оказалось намного
ниже, чем разнообразие, обнаруженное Морицем [Moritz et al.,
1989] у однополых гекконов Heteronotia binoe [Murphy, 1997].
Одним из наиболее эффективных методов изучения клональ-
изменчивости у однополых видов является метод
ной
ДНКфингерпринтинга с использованием мини- и микросателлитных
маркеров. Исследование клонального разнообразия в популяции
гиногенетического гибридного комплекса Phoxinus eos/Phoxinus
neogaeos проводили с помощью ДНК-фингерпринтинга с олигонуклеотидными зондами и аллозимного анализа. Результаты,
полученные при применении обоих методов, показали существование только одного клона. ДНК-фингерпринтный анализ гиногенетических особей комплекса Phoxinus eos/Phoxinus neo-
gaeos в
семействе Cyprinidae также обнаружил полное отсутствие клонального разнообразия по мини- и микросателлитным
локусам. С помощью ДНК-фингерпринтинга проанализировали
g 14 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
464 особи, среди которых только 4 отличались одной полосой на
фоне общей фингерпринтной картины. Наблюдаемые отличия
авторы объясняли соматическим мозаицизмом особей [Elder,
Schlosser, 1995]. Предварительные данные по анализу митохондриальной ДНК показали, что Phoxinus neogaeos является материнской родоначальной формой, и подтвердили гипотезу о гибридном происхождении однополых видов путем многократных
гибридизаций между родительскими формами [Dawley, 1989].
Исследования
природных популяций Poecilia formosa [Turner
et al., 1990] с помощью набора микросателлитных ДНК-проб
позволили выявить гипервариабельные фрагменты, проявляющие изменчивость в ряду поколений [Schartl et al., 1991], и
зали роль мутационных процессов в возникновении
пока-
клонального разнообразия у этих видов рыб [Elder, 1995]. Среди 19 особей из одной популяции Poescilia formosa выявили 16 разных
клонов, тогда как с помощью аллозимного анализа только три.
Число наблюдаемых полос на различных фингерпринтных картинах варьировало в зависимости от особи, вида, размера популяции и используемой рестриктазы. Популяция рыб рода Caras-
sius в Японии
представлена диплоидными родственными вида-
ми и триплоидными гиногенетическими самками. С помощью
мультилокусного ДНК-фингерпринтинга было выявлено три клона, из чего можно сделать вывод, что почти вся популяция
яв-
ляется потомком трех предковых материнских форм [Umino
et al., 1997].
g 15 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
6. ГИПЕРВАРИАБЕЛЬНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ ГЕНОМОВ
Эукариотический геном составляют уникальные и повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Содержание уникальных последовательностей в геномах, определенное на основании
кинетики реассоциации фрагментированной ДНК, варьирует
у разных организмов, и их доля составляет 15−98% от всей ДНК.
Несмотря на то, что во фракцию уникальных последовательнос-
попадают многие структурные гены, большая часть этих
тей
последовательностей является некодирующей и обычно не заключает в себе генетической информации в общепринятом значении этого термина — не кодирует функционально значимые
полипептидные цепи или РНК. В геномах многоклеточных организмов присутствует большое количество некодирующих повторяющихся последовательностей, представленных в гаплоидных геномах эукариот множественными копиями. В современной классификации повторов
ряющиеся последовательности, число которых превышает 10
на гаплоидный геном, и умеренно повторяющиеся, представленные 10–10
4
копиями. Представителем первых является сател-
литная ДНК, которая состоит из коротких тандемных повторов
длиной 1−20 п.н., организованных в длинные блоки. Содержание сателлитной ДНК в геномах эукариот может достигать 5–
50% от суммарного количества ДНК [Csink, Henikoff, 1998].
Существование гипервариабельных локусов впервые было
показано при исследовании генома человека в 1980 году А. Вайманом и
Р. Уайтом [Wyman, White, 1980]. Характерным свойством локусов, состоящих из тандемно повторяющихся олигонуклеотидных звеньев, является заметная асимметрия в содержании
принято различать часто повто-
5
g 16 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
пуринов и пиримидинов в разных звеньях, что напоминает сателлитную ДНК. При таком необычном нуклеотидном составе
они, как правило, не содержат сайтов узнавания большинства эндонуклеаз рестрикции. Однако, в отличие от сателлитной ДНК,
сконцентрированной в основном в центромерных районах хромосом, эти локусы имеют разную геномную локализацию. Из-за
некоторого сходства
с сателлитной ДНК эти последовательности
получили название «мини-» и «микросателлитов» [Jeffreys et
al.,
1985].
Микросателлиты (SSR — simple sequence repeats или STR —
short tandem repeats) — «простые» последовательности эукарио-
тических геномов, составляют фракцию промежуточных повторов [Schafer et al., 1988]. Полиморфизм микросателлитов связан,
в основном, с вариациями числа повторяющихся единиц в аллелях [Ellegren, 2000]. Микросателлиты составляют около 3% генома человека с наибольшим вкладом (около 0,5%) динуклеотидных повторов. Микросателлиты распределены равномерно
по всему геному [Wolfgang, Cho, 1994], они одинаково часто
встречаются в межгенных
пространствах и интронах [Tothet et
al., 2000]. Однако существуют свидетельства, что их распростра-
нение в пределах хромосом не совсем равномерно — они реже
встречаются в субтеломерных районах [Koreth et al., 1996].
Также для некоторых видов было показано, что концентрация
микросателлитов и их распределение по длинам у Х-хромосомы
отличается от аутосом [Bachtrog et al., 1999].
Мини- и микросателлиты характеризуются высокой вариабельностью по числу копий в геномах организмов даже одного
вида и в ряде случаев обладают генетической нестабильностью
как в норме, так и при некоторых патологических
состояниях
организмов. Благодаря этому свойству, мини- и микросателлиты
часто называют тандемными повторами с изменяющимся числом копий — VNTR (variable numberof tandem repeats) [Csink,
Henikoff, 1998].
Поскольку гипервариабельные локусы высокополиморфны,
то их информативность как генетических маркеров, в частности, для анализа сцепления, значительно выше, чем у большинства биохимических маркеров (например, изозимов ферментов
или групп крови), а частота гетерозиготности
в популяциях при-
ближается к 100% [Рысков, 1999].
g 17 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
6.1. МУЛЬТИЛОКУСНЫЙ ДНК-ФИНГЕРПРИНТИНГ
Для оценки степени генетической изменчивости используют
метод ДНК-фингерпринтинга. Он основан на высоком индивидуальном полиморфизме, соматической стабильности и характере наследования гипервариабельных участков геномов. Этот
метод позволяет оценить генетическую изменчивость не только
у видов с аутбредной популяционной структурой, но и выявить
структурные вариации у видов с клональной структурой популя-
[Рысков, 1999]. Различия между особями выявляются с помо-
ции
щью блот-гибридизации зондов, содержащих клонированные
сегменты микросателлитов, с рестрицированной геномной ДНК.
На электрофореграмме проявляется множество полос — бэндов, распределение которых идентично в различных тканях одного индивида, но значительно отличается у разных особей в популяции. Однако из-за присутствия в геномах
чества копий, для большинства из них не удается получить удовлетворительных картин блот-гибридизации. Например, для ДНКфингерпринтинга наиболее подходящими являются последовательности со степенью повторяемости не более 100 раз [Рысков,
1990]. Вероятность полного совпадения всех полос фингерпринтных спектров неродственных индивидуумов составляет 2×10
Каждый организм содержит, видимо, наборы тех или иных
семейств тандемных повторов, многие из которых полиморфны
по длине ряда и внутреннему распределению мономеров, слегка
отличающихся по последовательностям. Индивидуальный полиморфизм тандемных повторов, выявляемый методом ДНК-фингерпринтинга, благодаря специфике этого метода, отражает,
главным образом, полиморфизм длин рестрикционных фрагментов, в составе которых эти кластеры находятся. Степень полиморфизма последовательностей может быть больше или меньше, но, в общем, укладывается в представления о концертной
эволюции тандемных повторов, которая предполагает
точно быстрое распространение адаптационно полезных мутаций по всему ряду. Высокая вариабельность большинства из них
делает их инструментом популяционной генетики, но известны
факты, свидетельствующие о консервативности некоторых из
(например, теломерных [Moyzis et al., 1988] или коровых
них
в прицентромерных сателлитах хроматина [Grady et al., 1992]).
большого коли-
-8
доста-
.
g 18 G
Ê
ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА
Darevskia
В последовательности мономера имеются строго консервативные части (то есть мутирование касается только определенных участков мономера), что позволяет некоторым семействам тандемных повторов сохраняться в эволюции миллионы
лет и служить ее маркерами на разных временных отрезках
[Гречко, 2002]. Наблюдается консервативность локализации некоторых микросателлитов в разных таксонах в ортологиче-
положениях, что позволяет использовать этот признак как
ских
филогенетически важный. Роль микросателлитов в возникновении наследственных патологий также может отражать их важную роль в видообразовании [Wells, 1996].
Из накопленных за последние время данных по изучению
повторов можно сделать вывод о том, что многие из них обладают отчетливой таксономической специфичностью, причем, не
только для таксонов высокого ранга, но и на родовом уровне,
и ниже [Гречко, 2002; Dover et al., 1982]. Эти данные позволяют
полагать, что имеется причинно-следственная связь между процессом
морфологического видообразования и молекулярной
эволюцией того или иного типа повторов. Среди исследованных
тандемных повторов разных таксонов (млекопитающие, птицы,
рыбы, амфибии, насекомые, ракообразные и другие) практически
нет данных о тандемных повторах представителей класса рептилий. В литературе можно найти некоторые характеристики ДНК случайных представителей обширного отряда Squamata, к которым, кроме ящериц, принадлежат змеи и амфисбены (подотряда Sauna). Из хвостатых амфибий различаются
по сателлитным маркерам семейства саламандр (Salamandridae)
и безлегочных (Plethodontidae) [Varley et al., 1990], из исследованных видов тритонов все содержат сателлиты
в разных сочетаниях
и разной специфичности. Предполагают, что некоторые сателлиты присутствуют как предшественники для всех современных тритонов и пережили более 20 млн. лет со времени палеонтологического отделения рода [Vignali et al., 1991]. Описаны
общие характеристики организации генома этого таксона [Bernardi, 1990; Aissani, Bernardi, 1991; Bernardi, 1991], наборы хромосом, их гетерохроматиновые рисунки [Odierna et al., 1993].
Предприняты работы по выявлению и характеристике тан
демных повторов у ящериц семейства Lacertidae [Capriglione,
-
g 19 G
À.À. Â
ЕРГУН
, À.Å. Ã
ИРНЫК
, Ô.À. Î
СИПОВ
, À.Â. Î
МЕЛЬЧЕНКО
1995; Гречко и др.,1998; Кан и др., 1998; Рудых и др., 1999; Рысков и др., 2000; Токарская и др., 2000; Capriglione, 2000; Tokarskaya et al., 2001; Мартиросян и др., 2002; Рудых и др., 2002; Чобану и др., 2002]. Исследования проводили различными методами: ДНК-фингерпринтинг [Turner et al., 1990; Кан и др., 1998;
Рысков и др., 2000; Токарская и др., 2000; Tokarskaya et al., 2001;
Мартиросян и др., 2002], RAPD-PCR и таксонопринтный анализ
[Гречко, 2002].
Существуют оценки содержания тандемной ДНК у различных рептилий и определены величины процентного содержания
повторов у некоторых видов [Olmo, 1991]. В работах итальянских авторов открыты тандемные повторы ДНК ящериц средиземноморского рода Podarcis и некоторых видов других родов
этого семейства [Capriglione, 1995; Capriglione, 2000]. В группе
Э. Олмо выделен и секвенирован фрагмент Hind III-семейства
повторов ДНК средиземноморской ящерицы
Podarcis sicula
[Olmo, 1991], который использовали в качестве зонда для изучения генетического родства с другими видами этого рода и видами других родов. У видов рода Lacerta гибридизации с использованием
этого зонда не наблюдали [Capriglione et al., 1989].
Рептилии изучены крайне недостаточно, однако, имеющиеся
данные согласуются между собой. Полная родоспецифичность
одного из сателлитов показана в случае родов ящериц семейства
Lacertidae (Podarcis [Olmo et al., 1993], Lacerta, Eremias, Ophisops [Гречко и др., 1998]); видоспецифичность с распределени-
ем между видами четких подсемейств одного минисателлита
показана в опытах на более чем 20 видах лацерт, одна из групп
которых выделена в отдельный род на основании содержания
уникального
минисателлита [Чобану и др., 2002]. Содержание
одного из них, CLsat, специфично для ящериц pода Darevskia
[Гречко и др., 1998; Рудых и др., 1999; Рудых и др., 2002; Чобану
и др., 2002], другого, Agil60, — для ящериц pода Lacerta. Было
показано, что имеется сходство между CLsat и Agil60, свидетельствующее об их родстве [Чобану и др., 2003]. Очевидно, что исследования повторов
ДНК рептилий в целом и таксона ящериц
в частности представляются крайне важными и необходимыми
для воссоздания общих представлений о филогении лацертид
и ее корреляции с молекулярной эволюцией сат ДНК.
g 20 G
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]