Возможные механизмы образования Робертсоновских перестроек у бурозубки обыкновенной (Sorex araneus) и иберийской (Sorex granarius)

Жданова Н.С., Минина Ю.М., Карамышева Т.В., Рубцов Н.Б.

Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск 630090, Россия

e-mail: zhdanova@bionet.nsc.ru

Теломеры являются специальными хромосомными структурами ответственными за сохранение целостности хромосом. При Робертсоновских слияниях они, очевидно, непосредственно участвуют в формировании метацентриков. В случае же Робертсоновских распадов встает вопрос, каким образом происходит теломеризация образовавшихся дериватов. Мы изучили локализацию теломерной и рДНК на хромосомахSorex granariusи нескольких расSorex araneus(Новосибирской, Томской иCordon), отличающихся по числу и составу метацентриков. Существует достаточное число молекулярных и цитогенетических данных, указывающих на связь между теломерными и рибосомальными повторами.

Бурозубка обыкновенная и бурозубка иберийская являются близкородственными видами и входят в состав группы видов Sorex araneus(Soricidae,Eulipotyphla). Робертсоновские перестройки, сляния и распады, играли ведущую роль в формировании кариотипов этих видов. Единицей кариотиповS. araneusиS. granariusявляются хромосомные плечи практически идентичные у обоих видов. Согласно современной номернклатуре плечи обозначаются латинскими буквами алфавита, а двуплечие хромосомы сочетанием букв.S. araneusхарактеризуется внутривидовым хромосомным полиморфизмом. В результате слияния хромосомных плеч, а также, возможно, негомологичных обменов целыми плечами сформировалось более 70 хромосомных рас, отличающихся числом и составом метацентрицеских хромосом. Общими для всех хромосомных расS. araneusявляются метацентрикиafbc de,tu иjl.За исключением двух хромосомde иtu, остальные хромосомы уS. granariusакроцентрические (Hausseretal. 1994;Wojciketal. 2003). Первоначально, на основании кариотипического анализа предполагалось, что кариотип предшественника этих двух видов был похож на кариотипS. granarius. Однако молекулярные исследования филогенетических отношений показали, что, по-видимому,S. granariusотделился от общего ствола даже позже, чем некоторые расыS. araneus. “Эти данные послужили основанием для предположения, что несколько акроцентрических хромосом, очевидноa, b, cиfсформировались в кариотипеS. granariusв результате распада метацентриков (Taberletetal. 1994;Hausser1998).

Изучение распределения теломерных и рибосомальных повторов с помощью набора методов молекулярной цитогенетики (двуцветный FISH на хромосомах и фибриллах, Ag-окраска,Q-FISHиCO-FISH) и набора проб разного происхождения показало, что распределение теломерной и 18SрДНК существенно отличается на хромосомахS. granariusиS. araneus. Теломеры на хромосомахS. araneusпослеFISHcПЦР-генерированной теломерной пробой выглядят как обычные теломеры млекопитающих. На хромосомах Новосибирской расыS. araneus, имеющей полностью двуплечий кариотип, теломерные повторы дополнительно были локализованы в перицентромерных районах метцентриков, причем частота выявления ITS коррелировала с тем, как давно были сформированы те или иные хромосомы. Чем «старше» были метацентрики, тем с меньшей частотой на них выявлялись интерстициальные теломерные повторы. Полученные данные легче всего объяснить тем, что Робертсоновские слияния уS. araneusпроходили с сохранением теломерных повторов, которые со временем либо терялись, либо модифицировались.

На хромосомах S. granariusтеломерная ПЦР-генерированная проба очень интенсивно окрашивала только теломеры коротких плеч акроцентриков. Выявить все теломеры удалось только с помощьюPNAтеломерной пробы.Q-FISHпоказал, что размер двух популяций теломер различается практически на 2 порядка. Длинные теломеры коротких плеч 16-ти акроцентриков содержали до 300 т.п.н теломерного повтора, тогда как остальные теломеры – в среднем 3.6 т.п.н. Следует заметить, что при уменьшении теломер человека до 4-5 т.п.н. наблюдается репликативное старение клеток, а таких длинных теломер у млекопитающих до сих пор не было описано (Saldahnaetal. 2003). Блоки 18S рДНК и активные ядрышковые организаторы (Ag+ бенды) были локализованы на концах коротких плеч акроцентрических хромосом. На некоторых акроцентриках, например, на акроцентрикеmлокализация блоков теломерной и рДНК совпадала, тогда как на других, например, на акроцентрикеi, блок рДНК прилегал к теломерному блоку. Промежуточные варианты локализации теломерных и рибосомальных блоков также наблюдались. Кроме того, были выявлены фибриллы, на которых сигналы от рДНК пробы перемежались с сигналами отPNAтеломерной пробы. Таким образом, по крайней мере, в части длинных теломерS. granariusтеломерные повторы перемежалисьcрДНК.CO-FISHcPNAтеломерной пробой после одного и двух циклов репликации клеток с 5-BrdUвыявил на хромосомах этого вида пострепликативные и сестринские обмены, что свидетельствует о свидетельствует о рекомбинационных процессах в терминальных районах хромосом этого вида.

Однако на хромосомах S. araneusактивные ядрышковые организаторы и кластеры 18SрДНК были локализованы в дистальных районах четырех хромосомных плеч независимо от того, являются ли они акроцентриками или входят в состав метацентриков в разных хромосомных расах.

Полученные данные свидетельствуют о том, что эволюция кариотипов близко родственных видов бурозубок сопровождалась глобальной реорганизацией терминальных районов хромосом. Мы предполагаем, что длинные теломеры у S. granariusобразовались в результате скоординированной эволюции теломерной и рДНК и, возможно, негомологичной рекомбинации концов хромосомных плеч на стадии «букета» в профазе первого мейотического деления. Провоцирующим фактором мог быть распад одного или нескольких метацентриков.

Работа была выполнена при финансовой поддержке РФФИ.