Влияние селекции на частоту мутаций в нейтральных локусах в популяции Salmonella typhimurium

Бабынин Э. В., Галактионова Д. А.

Казанский государственный университет, кафедра генетики, Казань 420008, Россия

Edward.Babynin@ksu.ru

В настоящее время активно обсуждается гипотеза о роли гипермутабильного состояния в адаптивном мутагенезе. Согласно этой гипотезе в стрессовой ситуации часть клеток бактериальной популяции случайно и стохастично входят в состояние гипермутабильности, которое характеризуется резким повышением частоты мутаций по всему геному. Гипотеза гипермутабильного состояния, следовательно, утверждает, что клетки, получившие необходимую мутацию в условиях стресса должны также накапливать мутации в нейтральных локусах.

Мы исследовали влияние селективных факторов на частоту мутаций в нейтральных локусах, а также изменение частоты нейтральных мутаций в популяции мутантов, возникших в условиях стресса у штамма ВА13 S. typhimurium. В качестве мутационных моделей использовали мутации, для которых показана адаптивная природа возникновения:His+ реверсии и устойчивость к налидиксовой кислоте (Nal^R). Было показано, что в популяцииHis+ ревертантов, возникших в результате аминокислотного голодания и последующей селекции, частотаNal^Rмутантов оставалась на том уровне, который был до начала селекции. Налидиксовая кислота вызывает у чувствительного к антибиотику штамма ВА13 повышение частотыHis+ ревертантов в 1,5 раза. Данное повышение связано с индукциейSOS-ответа у чувствительной культуры под действием антибиотика. Однако после селекции культуры на среде с антибиотиком в популяцииNal^Rмутантов частотаHis+ ревертантов возвращалась к исходному уровню и зависела только от физиологического состояния культуры мутантов. Полученные в данном исследовании результаты свидетельствуют о том, что в бактериальной популяции, прошедшей через период селекции, мутации в нейтральных локусах не накапливаются. Это заключение не согласуется с гипотезой о роли гипермутабильного состояния в появлении адаптивных мутаций.

Исследование дифференциации и внутривидовых филогенетических связей у малой лесной мыши Sylvaemus uralensis методом inter-mir-pcr

¹Богданов А.С.,²Банникова А.А.,³Крамеров Д.А.

¹Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, Москва 119334, Россия;

²Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва 119992, Россия;

³Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, Москва 119991, Россия;

e-mail: cytogen-idb@yandex.ru, hylomys@mail.ru, kramerov@eimb.ru

Ранее было установлено, что вид Sylvaemus uralensis(малая лесная мышь) генетически неоднороден и дифференцирован на две расы – европейскую и азиатскую, отличающиеся друг от друга по ряду признаков: количественному содержанию прицентромерного гетерохроматина в кариотипах животных и, как следствие, общему размеру ядерного генома в их клетках, частотам аллелей нескольких полиморфных протеинов, спектрамRAPD-фрагментов и нуклеотидным последовательностям гена цитохромаb(Богданов 2001, 2004; Богданов и др. 2004; Богданов, Розанов 2005; Атопкин и др. 2005, 2007). За исключением аллозимов, все признаки дают возможность надёжно идентифицировать малых лесных мышей на предмет их принадлежности к европейской или азиатской расе. В составе европейской расы было предложено выделять восточноевропейскую и южноевропейскую хромосомные формы, слабо отличающиеся по содержанию прицентромерного гетерохроматина в кариотипах мышей и размеру ядерного генома (Богданов 2001; Богданов и др. 2004; Богданов, Розанов 2005).

Несмотря на то, что разные молекулярно-генетические исследования подтвердили обособленность европейской и азиатской рас малой лесной мыши, оценки относительного уровня различий между ними (в сравнении с другими видами Sylvaemus) существенно расходятся. Так, согласно результатамRAPD-PCR-анализа, генетические дистанции между расамиS. uralensisв несколько раз меньше минимальных межвидовых значений этого параметра (Атопкин и др. 2005), а по данным секвенирования фрагмента гена цитохромаbрасы малой лесной мыши отделены друг от друга больше, чем аллопатричные видыS. flavicollisиS. ponticus(Атопкин и др. 2007). Чтобы уточнить масштабы генетической дивергенции всех хромосомных форм/расS. uralensisи определить их филогенетические отношения, в настоящей работе нами проведёнinter-SINE-PCR-анализ. Этот метод позволяет исследовать изменчивость фрагментов ядерной ДНК, расположенных между короткими диспергированными элементами (SINEs).Inter-SINE-PCRдаёт хорошо воспроизводимые и репрезентативные спектры из 100-400 фрагментов ДНК и в последнее время успешно используется при изучении филогенеза разных групп животных (Банникова и др. 2002;Shafer&Stewart2006).

Нами проанализирована изменчивость фрагментов ДНК 45 малых лесных мышей из Центрально-Чернозёмного и Нечернозёмного регионов России, Среднего Поволжья, с Южного Урала (восточноевропейская хромосомная форма), Северного Кавказа (южноевропейская хромосомная форма), из Восточного Казахстана, Узбекистана и Восточного Туркменистана (азиатская раса) в сравнении с несколькими другими видами родов SylvaemusиApodemus(S. flavicollis,S. ponticus,S. fulvipectus,A. agrarius). Использованы две пары праймеров, комплиментарных консервативным участкам элементаMIR– древнегоSINEмлекопитающих. Помимо электрофоретической подвижности фрагментов, в ряде случаев учитывались различия в плотности полос. В общей сложности зарегистрировано 895 признаков. На итоговой дендрограмме, построенной по алгоритму «ближайшего связывания» (Neighbor-Joining), полевая мышьA. agrariusимеет базальное положение и существенно отделяется от прочих видовSylvaemus. ВидыSylvaemus, в том числеS. flavicollisиS. ponticus, формируют хорошо обособленные кластеры. ОсобиS. uralensisраспределяются в две отчётливо разобщённые сестринские группы в строгом соответствии с принадлежностью к европейской или азиатской расе, со 100%-ной бутстреп-поддержкой. По 10 признакам различия рас абсолютны. Однако генетические дистанции (Nei&Li1979) между видамиSylvaemus(D = 0.416-0.628) более чем в полтора раза превышают таковые между расами малой лесной мыши (D = 0.274). Таким образом, несмотря на наличие отчётливых генетических различий между расамиS. uralensis, нет достаточных оснований рассматривать их в качестве видов. Строгого разделения восточноевропейской и южноевропейской хромосомных формS. uralensisне наблюдается, что говорит о неправомочности выделения последней в видS. ciscaucasicus(Орлов и др. 1996); тем не менее, бóльшая часть особей южноевропейской хромосомной формы группируется вместе в основании кластера европейской расыS. uralensis. Среди экземпляров азиатской расы следует отметить компактную группу малых лесных мышей из Восточного Туркменистана, с хребта Кугитанг. Несмотря на явную принадлежность к азиатской расе, эти особи имеют 8 общих признаков с европейской расой, что определяет их близость к точке бифуркации и отдалённую связь с кавказскими экземплярами. Скорее всего, данное сходство не случайно.

Предполагается, что формирование рас малой лесной мыши было обусловлено изоляцией крупных комплексов популяций в удалённых регионах Палеарктики (возможно, в Южной Европе и Малой Азии, с одной стороны, и Средней и Южной Азии – с другой) во время последнего ледникового периода. Однако после его завершения, с началом мощного развития и распространения широколиственных лесов, максимум которого пришёлся на время климатического оптимума (8-4 тыс. лет назад), контакт между расами мог быть восстановлен. Теоретически он мог осуществиться в обход Каспийского моря с севера и с юга (Богданов 2002). Если «северный путь» сохранился и поныне, то никакого подтверждения существования «южного пути» до сих пор не было. Результаты, полученные посредством inter-MIR-PCR-анализа, дали первое свидетельство возможного контакта рас малых лесных мышей именно через «южный путь», который в настоящее время, по-видимому, прерван.

Работа поддержана РФФИ, гранты 05-04-49118 и 05-04-49240, Программой Президиума РАН «Динамика генофондов» и грантом Президента Российской Федерации.