Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Клональное разнообразие и механизмы его формирования у однополых видов ящериц рода Darevskia. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 104 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА

Darevskia

Изучение мутационных изменений микросателлитов дрозофилы показало, что большинство нарушений представляют собой сложный процесс. Особенностью этой работы являлось то, что все изучаемые повторяющиеся последовательности характеризовались небольшим числом звеньев и низким уровнем гетерозиготности. Была показана положительная корреляция между полиморфизмом микросателлита и числом повторов в нем, связь структуры микросателлита

со структурой фланкирующих участков ДНК, а также подтверждена роль мутационных процессов в поддержании размера микросателлита. При этом выявлено два очень необычных явления:

накопление несовершенных повторов; возникновение крупных делеций с одновременным

накоплением аллелей с незначительным уменьшением числа повторов, что, вероятно, способствует деградации микросателлитных локусов в ряду поколений.

В геномах многих организмов были обнаружены повторяющиеся последовательности ДНК, специфичные для таксономических групп и обладающие свойствами ретропозонов.

Исследования показали, что некоторые мини- и микросателлиты встречаются в

геноме в тесной связи с ретропозон-подобными элементами. В геноме человека и приматов существуют Alu-повторы, ретропозиция которых происходит с большой частотой. Эти элементы могут являться источником возникновения в геноме некоторых микросателлитных повторов, например

типа, а следовательно, и связанного с ними полиморфизма

(AC)

ДНК [Arcot et al., 1995]. Существует несколько моделей возникновения микросателлитов при участии Alu-элементов:

1) изменение некоего исходного микросателлита в результате встраивания в его последовательность Alu-элемента;

2) встраивание в геном Alu-элемента, изменившегося в процессе обратной транскрипции. Изменения могут затрагивать области элемента, обогащенные А-основаниями (3’ концевая область и/или центральная зона Alu-повтора) [Arcot et al., 1995].

Изучение генома мыши выявило семейство вариабельных последовательностей MMS10, специфичных для грызунов, повторяющееся звено которых представлено GGCAGA олигонуклеотидом. Выделенные из генома и клонированные

g 31 G

À.À. Â

ЕРГУН

, À.Å. Ã

ИРНЫК

, Ô.À. Î

СИПОВ

, À.Â. Î

МЕЛЬЧЕНКО

последовательности были окружены участками ДНК, гомологичными B1 SINE элементу мыши. Это позволило предположить, что семейство B1 элементов является источником возникновения MMS10 тандемно организованных вариабельных повторов [Bois et al., 1998]. Было показано, что гипервариабельные мышиные минисателлиты Ms6-hm и Hm-2 возникли в резуль-

изменений, связанных с ретропозонподобными элемен-

тате

ми. Эти минисателлиты окружены длинными концевыми по-

та вторами (LTR — long terminal repeats) и содержат (GGGCA) и (GGCA)

олигонуклеотидные повторы, присутствующие в цен-

тральной области некоторых LINE элементов млекопитающих [Kelly, 1994].

Таким образом, существование диспергированных повторов со свойствами ретропозонов является еще одним источником полиморфизма ДНК. Обладая способностью к перемещению, SINE и LINE элементы, встраиваясь в различные участки генома, приводят к появлению различных изменений. Например, предполагается, что некоторые SINE элементы представлены в геноме

в виде тандемно организованных кластеров, и изменение числа повторяющихся единиц или мутации в отдельном звене могут приводить к появлению ДНК-полиморфизма [Spruell et al., 1996]. Последовательности со свойствами ретропозонов могут являться источниками возникновения мини- и микросателлитов и, следовательно, связанным с ними полиморфизмом ДНК [Bois et al., 1998; Spruell et al., 1996; Kelly, 1994]. Предполагается, что длинные концевые повторы, окружающие некоторые мини-

микросателлиты, и образующиеся в результате обратной транс-

и крипции LINE элементов, могут регулировать мутационные события в тандемно организованных последовательностях. LTRповторы могут являться горячими точками гомологичной рекомбинации или cis-действующими промоторами в геноме млекопитающих [Kelly, 1994].

g 32 G

ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА

Darevskia

7. ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ВИДЫ

АВКАЗСКИХ СКАЛЬНЫХ ЯЩЕРИЦ

РОДА Darevskia (семейство Lacertidae)

В настоящее время известно около 40 видов однополых ящериц, а также три или четыре вида, принадлежащих к двум семействам мелких роющих змей. Все перечисленные однополые виды рептилий размножаются облигатным партеногенезом и составляют менее 1% современной мировой фауны ящериц и змей [Коул, 1984; Darevsky, 1993].

Одними из наиболее интересных представителей клонально размножающихся рептилий казские скальные ящерицы рода Darevskia (2n = 38: 36 аутосом и WZ половые хромосомы), входящие в saxicola-комплекс [Murphy et al., 1997], включающий 17 двуполых и 7 однополых видов ящериц рода Darevskia (сем. Lacertidae) [Arribas, 1999], обитающих в Закавказье и соседних районах Турции. Партеногенетические ящерицы впервые были открыты в Армении И.С. Даревским. Он обнаружил, что популяции Армянской meniaca) состоят из одних самок, которые способны откладывать неоплодотворенные, но вполне жизнеспособные яйца [Даревский, 1958]. Все однополые виды ящериц, входящие в saxi- cola-комплекс, на большей части ареала аллопатричны со своими родительскими формами, однако местами между ними сохраняются зоны симпатрии, в которых обычно возникают стерильные триплоидные генома от матери и геном от отца [Даревский, 1993; Darevsky, 1993]. Однополые виды часто встречаются в областях, неблагоприятных для обитания бисексуальных форм.

Места обитания ящериц рода Darevskia обычно связаны с различными типами каменистых поверхностей. Некоторые из них

являются партеногенетические Кав-

ящерицы (D. ar-

гибриды обоих полов, получающие два

g 33 G

À.À. Â

ЕРГУН

, À.Å. Ã

ИРНЫК

, Ô.À. Î

СИПОВ

, À.Â. Î

МЕЛЬЧЕНКО

вторично заселяют участки леса и узкие полосы горных лугов, прилежащих к скалам. Однополые виды ящериц достаточно хорошо адаптируются в новых условиях обитания. Так, например, в 1963 году Даревским был проведен эксперимент по интродукции партеновида D. armeniaca из Армении на Украину. Ящерицы были отловлены в Армении в гористой местности на высоте 1600 метров над уровнем моря и выпущены на Украине в сходные по климатическим условиям местообитания на высоте 200 метров над уровнем моря [Даревский, Щербак, 1968]. Последующие наблюдения показали, что интродукция прошла успешно, образовалась новая устойчивая популяция, которая постоянно занимала все большие территории и заселяла биотопы, нехарактерные для данного вида, например

, участки смешанного леса. Самки этой популяции откладывали яйца на две недели раньше, чем в Армении, что является адаптацией к новым климатическим условиям [Даревский и др., 1998].

Адаптация к новым условиям обитания является преимуществом партеногенетических видов по сравнению с бисексуальными. Однако самым главным преимуществом является сам способ размножения,

так как увеличивается темп размножения за счет того, что все особи популяции способны оставлять потомство, в то время как при бисексуальном размножении только половина. При партеногенетическом способе размножения очень малое число особей, попавших в благоприятные условия обитания, могут образовать новую популяцию, что было показано для ряда островных видов [Даревский

, 1993]. Популяции партеногенетических видов представляют собой клоны — группы генетически идентичных особей, происходящих от одного предка. При таком способе размножения отсутствует комбинатор-

изменчивость, поэтому все изменения носят случайный

ная характер и, вероятно, отражают мутационные или рекомбинационные процессы, происходящие в геноме партеногенетических особей.

Сравнительный анализ изменчивости сайтов рестрикции митохондриальной ДНК у бисексуальных и партеногенетических видов, аллозимный анализ, а также кариологические

исследования позволили говорить о гибридном происхождении партеногенетических видов рода Darevskia [Moritz et al., 1992],

g 34 G

ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА

Darevskia

а также однополых видов некоторых других родов, например, ящериц-бегунов рода Cnemidophorus (Мексика, юг США) [Коул, 1984]. Степень дивергенции митохондриального генома между особями материнского бисексуального вида и партеногенетического вида позволяет определить возраст однополого вида; например, приблизительный возраст двух партеногенетических видов D. unisexualis и D. rostombekowi 5000 лет. Степень дивергенции митохондриального генома между

материнскими и

соответствующими партеногенетическими видами кавказских скальных ящериц составляет 0%–0.6%, что свидетельствует о недавнем возникновении партеногенетического типа размножения в роде Darevskia, вероятно, около 10000 лет назад, после ледникового периода [Moritz et al., 1992].

Происхождение партеновидов кавказских скальных ящериц можно описать при помощи теории «сетчатого видообразования» [Даревский, 1993] — то есть путем гибридизации между пятью предковыми бисексуальными видами, причем гибридизация в разных сочетаниях одних и тех же родительских

форм приводила к возникновению различных партеногенетических гибридных видов [Даревский, 1993; Darevsky, 1993]. Это подтверждается обнаруженной высокой фиксированой гетерозиготностью аллозимных локусов и результатами анализа митохондриальной ДНК [Moritz et al., 1992; Murphy et al., 1997]. Один из бисексуальных видов является материнским, а другой — отцовским, т. е. в процессе гибридизации участвовали самки одного вида и самцы другого. Материнский вид

определяли путем сравнительного анализа полиморфизма митохондриальной ДНК особей партеногенетического вида и предполагаемого бисексуального родительского вида, т. к. наследование митохондриального генома происходит по материнской линии [Moritz et al., 1992]. Значительное сходство последовательностей митохондриальной ДНК партеногенетических видов и родственных им двуполых видов рода Darevskia говорит о сравнительно недавнем возникновении партеногенеза (около 10 000–12 000

лет на-

зад, после ледникового периода).

Отцовские бисексуальные виды определяли с помощью аллозимного анализа [Moritz et al., 1992]. В результате были обозначены предполагаемые родительские виды для каждого партеногенетического вида кавказских лацерт (табл. 1).

g 35 G

À.À. Â

ЕРГУН

, À.Å. Ã

ИРНЫК

, Ô.À. Î

СИПОВ

, À.Â. Î

МЕЛЬЧЕНКО

Таблица 1

СХОДНЫЕ РОДИТЕЛЬСКИЕ ВИДЫ ДЛЯ СЕМИ ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКИХ ВИДОВ

РОДА Darevskia [MORITZ ET AL., 1992; FU ET AL., 2000А]

ТЦОВСКИЙ»

ДНОПОЛЫЙ ВИД

«М

АТЕРИНСКИЙ» ВИД

D. rostombekowi D. raddei D. portschinskii D. armeniaca D. mixta D. valentini D. dahli D. mixta D. portschinskii D. unisexualis D. nairensis D. valentini D. sapphirina D. raddei или D. nairensis D. valentini D. bendimahiensis D. raddei или D. nairensis D. valentini D. uzzelli D. valentini D. nairensis



С помощью морфологического и молекулярно-генетического анализа в видовом комплексе D. raddei — D. nairensis было выявлено два подвида (D. raddei nairensis и D. raddei raddei), видовой статус кото- рых на сегодняшний день является спорным [Moritz et al., 1992; Grechko

et al., 1997; Гречко и др., 1998; Рябинина и др., 1998; Murphy et al., 2000; Омельченко и др., 2016]

«О

ВИД

Аналогичным образом, в результате гибридизации бисексуальных родительских форм образовались и многочисленные диплоидные и триплоидные партеногенетические виды американских тейидных ящериц рода Cnemidophorus [Даревский, 1993], представленных примерно 12-ю видами из 40 видов этого рода [Cole, Townsend, 1975; Cole et al., 1988]. Для других партеногенетических видов, например, гекконов рода Hemidac-

их

tylus, показано, что зацией. Партеногенез

происхождение не связано с гибриди-

в этой группе имеет негибридную природу. Данная группа включает три триплоидных морфологически близких вида, которые резко различаются кариологически. Близкие по кариотипу бисексуальные формы отсутствуют, что свидетельствует в пользу становления этих видов в результате хромосомных перестроек у некоего исходного, автотриплоидного, вида [Даревский,1993].

Наиболее детально механизм мейоза установлен у

лых ящериц рода

Cnemidophorus

. Доказано, что у этих видов

однопо-

имеет место премейотическое восстановление соматического

g 36 G

ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА

Darevskia

набора хромосом. Изучение образования яиц у однополых ящериц-бегунов показало, что в клетках яичников [Коул, 1984] происходит премейотический эндомитоз, благодаря чему удваивается число хромосом в яйцеклетках [Dawley, 1989], и клетки становятся полиплоидными. У диплоидных видов образуются тетраплоидные клетки, а у триплоидных — гексаплоидные [Коул, 1984]. Мейоз начинается с образования пар между идентичными

хромосомами. Между идентичными хромосомами происходит синапсис, что приводит к формированию псевдобивалентов. Дальше мейоз протекает как и у двуполых видов [Dawley, 1989], но происходящий при кроссинговере обмен ДНК не имеет генетических последствий, т. к. в нем участвуют идентичные молекулы ДНК [Коул, 1984]. Когда хромосомы переходят во вторую стадию мейотического деления, создается впечатление, что премейотической дупликации не

происходило и первое деление мейоза отсутствовало [Dawley, 1989]. Как это обычно бывает при созревании половых клеток, вслед за кроссинговером клетки дважды делятся. И, в конечном счете, образуются яйца, в каждом из которых столько же хромосом и та же комбинация генов, что и в исходной клетке яичника до дупликации. С генетической

точки зрения, такое зрелое яйцо полноценно, в отличие от гаплоидного у самок двуполых видов, и может развиваться без оплодотворения [Коул, 1984].

Механизмы мейоза у партеногенетических видов ящериц рода Darevskia изучены недостаточно хорошо. К настоящему времени известно, что редукционное деление мейоза протекает без нарушений, формируется первое полярное тельце и метафазная пластинка второго (эквационного) деления. Однако второе полярное тельце не формируется. Число бивалентов в метафазе I, также как и число хромосом в метафазе II, не превышает гаплоидного набора (n = 19). Вероятно

, диплоидное число хромосом восстанавливается или путем слияния ядер после эквационного деления, или подавлением второго мейотического деления и, таким образом, анафаза второго деления мейоза не доходит до конца [Darevsky, 1985].

Все изученные партеногенетические вида рода Darevskia несут в кариотипе редуцированную и в разной степени гетерохроматизированную половую хромосому W/w. Данная

хромо-

сома «наследуется» от родителького материнского вида и играет

g 37 G

À.À. Â

ЕРГУН

, À.Å. Ã

ИРНЫК

, Ô.À. Î

СИПОВ

, À.Â. Î

МЕЛЬЧЕНКО

доминирующую роль в формировании типа гонад и определении пола [Куприянова, 1997]. Также были обнаружены явления инактивации W/w хромосомы и импринтинга в гибридных дии триплоидных геномах — появления диплоидных особей WZ с семенниками и «ovotestis», интерсексы с семенниками, триплоидные и мозаичные стерильные особи. Хромосомный анализ гибридов между самкой D. unisexualis (w

— половая хромо-

nZv

сома w от материнского вида D. nairensis и хромосома Z от отцовского вида D. valentini) и самцом двуполого отцовского вида

D. valentini (Z (w

) встречаются как стерильные «самцы», так и

nZvZv

) показал, что среди таких триплоидных особей

vZv

стериль-

ные «самки». Триплоидные гибриды от скрещивания самок

D. unisexualis (wnZv) и самцов двуполого материнского вида D. nairensis (Z

) имели в кариотипе половые хромосомы wnZnZv

vZv

и были самками, хотя и стерильными.

В потомстве партеногенетических лацерт очень редко (примерно 1:1000) встречаются мужские особи. Большинство из них гибнет на разных стадиях эмбриогенеза. Немногие из этих самцов достигают половой зрелости, однако фертильность их заметно снижена. Цитологическим механизмом, контролирующим возникновение самцов у партеногенетических видов ящериц, может являться

инактивация w-хромосомы и/или имприн-

тинг Z-хромосом [Куприянова, 1997].

7.1. КЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ D. dahli

Вид Darevskia dahli — один из семи облигатно-партеногенетических диплоидных видов рода Darevskia, обитающий на территории Грузии и Армении (рис. 6), возникший в результате межвидовой гибридизации бисексуальных видов D. portschin- skii и D. mixta. Родительские виды в настоящее время аллопатричны [Darevsky et al., 1967] — ареал D. portschinskii представлен популяциями в южной Грузии, северной Армении и запад-

Азербайджане, D. mixta встречается только в Грузии [Da-

ном revsky, 1967]. Согласно данным митохондриального анализа, материнским видом является вид D. mixta, что было подтверждено и таксонопринтным методом [Гречко и др., 1993]. Отцовский вид был определен с помощью анализа аллозимных локусов и метода полимеразной цепной реакции со случайными праймерами

g 38 G

Ар—

ЛОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ У ЯЩЕРИЦ РОДА

Darevskia

Рис. 6. Ареал партеногенетического вида Darevskia dahli на террито-

рии Армении. Кругами и цифрами обозначены места обитания: 1 — Ваагни (Туманян); 2 — Дендропарк (окр. г. Степанаван); 3 — Дзорагет (окр. г. Степанаван); 4 — Папанино (окр. г. Дилижан); 5 — Фиолетово; 6 — Шагали (Туманян)

[Гречко и др., 1993]. Darevskia dahli характеризуется типичным для рода Darevskia диплоидным набором (2n = 38) и морфологией хромосом (акроцентрические, А), в геноме присутствуют микрохромосомы. В Армении D. dahli населяет умеренно сухие скальные ущелья и склоны в лесной зоне на высоте от 700 до 1500 метров над уровнем моря, а также каменистые местообитания в горной степи, kelyan, 2011]. Популяции

ранее бывшиt лесными участками [Ara-

D. dahli

довольно многочисленны и изолированы друг от друга. Некоторые популяции симпатричны с другими партеногенетическими и двуполыми видами рода Darevskia. Например, в регионе Дзорагет (недалеко от г. Степанавана), D. dahli симпатричен с бисексуальным родительским видом D. portschinskii и партеногенетическим видом D. arme- niaca; в окрестностях деревни Севкар — он обитает совместно с однополыми видами D. rostombekowi и D. armeniaca, и

бисексуальным видом D. raddei. Межвидовые гибриды, встречающиеся в зонах симпатрии, являются триплоидными и стерильными [Davoyan, 2007]. Опираясь на данные аллозимного анализа и на

g 39 G

À.À. Â

ЕРГУН

, À.Å. Ã

ИРНЫК

, Ô.À. Î

СИПОВ

, À.Â. Î

МЕЛЬЧЕНКО

современную аллопатричность родительских бисексуальных видов, Мёрфи и соавторы [Murphy et al., 1997] предположили, что в межвидовой гибридизации (с образованием партеновида) участвовало ограниченное число особей двуполых видов, и успешный клон (т. е. фертильный гибрид, давший начало однополому виду) возник только однажды.

На основании анализа 35-ти аллозимных локусов в популя-

циях партеновида D. dahli было выявлено

пять аллозимных клонов. Один из них был широко распространен по всему ареалу, а четыре — только в некоторых популяциях Армении, и были представлены малым числом особей [Murphy et al., 1997]. В одной из популяций (Папанино, окр. г. Дилижан) по окраске брюшка было выявлено две морфоформы, самки одной из них имели ярко-желтую

окраску нижней стороны тела и в отличие от самок другой морфоформы, которые имели бледно-желтую окраску, откладывали меньше яиц и были менее устойчивы к засушливым условиям [Murphy et al., 1997].

С помощью мультилокусного ДНК-фингерпринтинга было показано, что особи D. dahli характеризуются видоспецифическим спектром маркеров, и по ряду микросателлитсодержащих локусов в исследованных

популяциях удается выявить значительный уровень генетического полиморфизма. C использованием М13-минисателлитной и (ТСС)

-микросателлитной проб

в сочетании с двумя эндонуклеазами рестрикции BsuRI и MvaI изучали геномную вариабельность в природных популяциях D. dahli [Кан и др., 1998]. Индексы сходства в каждом из проведенных вариантов мультилокусного анализа ДНК у D. dahli незначительно варьировали в пределах от 0,926 до 1. По данным кластерного анализа изученных особей разделили на 12 групп, которые различались единичными или несколькими вариантами фрагментов ДНК. Природа выявленных различий остается неизвестной. По-видимому, они возникают в

результате мутаций в сайтах рестрикции ДНК или сложных внутригеномных реорганизаций.

Молекулярно-генетические исследования индивидуальных микросателлитсодержащих локусов позволяют получать более полные данные относительно генетической вариабельности и формирования клонов у

D. dahli

, а также о количестве

возможных

g 40 G

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 104 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]