Научный журнал
Научное обозрение. Биологические науки
ISSN 2500-3399
ПИ №ФС77-57454

СОЗДАНИЕ ЛИНИИ DROSOPHILA MELANOGASTER CO СЦЕПЛЕННЫМИ МАРКЕРАМИ YW И ИЗУЧЕНИЕ ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

Жестков В.А. 1 Сидорская В.А. 1
1 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет» (Арзамасский филиал)
В статье описана попытка создания линии Drosophila melanogaster со сцепленными маркерами по I хромосоме и изучения её генетические и экологические особенности. С этой целью был изучен вопрос мейотической рекомбинации; создана линия Drosophila melanogaster со сцепленными маркерами по I хромосоме – yw; изучены спонтанный кроссинговер по I группе сцепления, некоторые экологические показатели популяции линии yw (численность, половая пропорция). В заключение были сделаны следующие выводы: жизнеспособность кроссоверных самцов выше, чем рекомбинантных самок, что связано с полулетальностью мутаций y и w; спонтанный уровень кроссинговера между мутациями y и w составляет 1,69%, что соответствует месторасположению этих маркеров на генетической карте первой хромосомы; стерильность линии yw составила 40% ; в потомстве от скрещивания yw/++ ? yw/Y наблюдается уменьшение вторичной половой пропорции, что может свидетельствовать об относительно стабильных условиях существования популяции.
Drosophila melanogaster
кроссинговер
частота рекомбинации
половая структура популяции
1. Бочков Н.П. Клиническая генетика: учебник; под ред. Н.П. Бочкова. – 4-е изд. доп. и перераб. – М.: ГЭОТАР – Медия, 2015. – 445 с.
2. Геодакян В.А. О структуре самовоспроводящих систем // Сб. науч. трудов. – М: Наука, 1972. – С. 371 – 379.
3. Захаров И.А. Генетические карты высших организмов. - Ленинград. изд-во: «Наука», 1979. – 215 с.
4. Имашёва А.Г. Стрессовые условия среды и генетическая изменчивость в популяции животных // Генетика. 1999. Т. 35. №4. С. 421 – 431.
5. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции: учебник для студентов высших учебных заведений. – СПб.: Изд-во Н-Л, 2010. – 720 с.
6. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высшая школа., 1990 – 352 с.
7. Левин В.Л., Шварцман П.Я. Гены детерминирующие развитие у дрозофилы. - М.: ВИНИТИ, 1991. – 132 с.
8. Никольский В.И. Генетика. - М.: «Академия», 2010. – 56 с.
9. Орлова Н. Н. Генетический анализ / Н. Н. Орлова. - М.: Из-во МГУ, 1991. – 371 с.
10. Сидорская В.А. Изучение токсических эффектов мутагенов прямого и косвенного действия на линиях Drosophila melanogaster со совмещёнными маркерами //Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. № 3 (62). Ч.1. С.36 – 38.
11. Сидорская В.А. Изучение экологических и генетических эффектов ацетилсалициловой кислоты и аскорбиновой кислоты Drosophila melanogaster //Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2013. № 10 (57). Ч.1. С.36 – 38.
12. Чадов Б.Ф. Модель регуляции кроссинговера // Генетика. 1999. Т. 35. №4. С. 459 – 466.
13. Чубыкин В. Л. Модификация частоты кроссинговера и механизм хромосомного контроля распределения обменов у самок дрозофилы // Генетика. 1997. Т. 33. №9. С. 1189 – 1197.
CREATING LINES DROSOPHILA MELANOGASTER CO LINKED MARKERS YW AND STUDY OF ITS BIOLOGICAL FEATURES

Zhestkov V.A. 1 Sidorskaya V.A. 1
1 Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod (Arzamas Branch)

Abstract:
The paper describes an attempt to create Drosophila melanogaster lines with linked markers on chromosome I and the study of its genetic and environmental features. To this end, the issue has been studied meiotic recombination; established line of Drosophila melanogaster with linked markers on chromosome I - yw; I studied the spontaneous crossing over on I linkage group, some of the environmental indicators of the population line yw (size, sex ratio). In conclusion, the following conclusions were made: the viability of crossover males higher than females recombinant, due to the half-lethal mutations y and w; Spontaneous mutations level crossing over between y and w is 1.69%, which corresponds to the location of these markers on a genetic map of the first chromosome; yw sterility line was 40%; in the offspring of mating yw / ++ ? yw / Y, a decrease of secondary sex ratio, which may indicate a relatively stable conditions of existence of the population. Proposed tasks that contribute to the development of cultural studies competence at younger schoolboys by means of obsolete words and collocations.

Keywords:
the drosophila
crossingover
frequencies recombination

В условиях современной жизни, когда необходимы решение вопросов экологической генетики и разработка новых тест-систем для определения потенциальной опасности новых веществ, количество которых увеличивается год от года, значительно возрос интерес к исследованиям на Drosophila melanogaster [10-13]. Drosophila melanogaster - один из наиболее распространённых модельных объектов, обладающих всеми качествами, необходимыми для успешного проведения генетического анализа: 1) незначительный срок развития от яйца до взрослой мухи (10 дней); 2) исключительно высокая плодовитость; 3) богатство наследственных рас или мутаций; 4) малое число хромосом (2n=8); 5) сходные с другими эукариотами пути метаболизма многих химических соединений [9].

Целью нашего исследования было создание линии Drosophila melanogaster со сцепленными маркерами по I хромосоме и изучение её генетических (спонтанный кроссинговер) и экологических (численность, половая пропорция) особенностей.

В экспериментах использовалась линия yw – (y – yellow (желтое тело) – I, 0.0; w – white (белые глаза) – I, 1,5 и линия дикого типа Oregon-R) [3]. В лабораторных условиях культуры дрозофилы содержали в термостате при t =24 -25°С на банановой среде. Для определения частоты спонтанного кроссинговера было поставлено 30 пробирочных культур, в которых одна виргильная самка yw/++ скрещивалось с одним самцом yw/Y. Эксперимент проводился в 5 повторностях, т.е. каждый раз родителей содержали вместе 5 дней, затем перебрасывали на новую питательную среду. В ходе исследования в потомстве вёлся учёт мух всех фенотипических классов, как среди самок, так и среди самцов. Потомство появилось только в 18 культурах. Учет дочернего поколения велся до полного вылета имаго. Частоту рекомбинации определяли по результатам анализирующего скрещивания [9]. Оценивали значимость отклонения от теоретически ожидаемого результата методом -2 [6].

Явление кроссинговера было открыто на дрозофиле Т. Х. Морганом и оказалось общим для всех животных, растений, микроорганизмов [5, 8]. Современные модели кроссинговера являются производными от модели Холидея [12]. Модель Холидея включает следующие стадии: 1) разъединение полинуклеотидных цепей двойной спирали ДНК в каждой из двух гомологичных хроматид; 2) образование «гибридных» молекул ДНК, образующихся из полинуклеотидной цепи, принадлежащей одной хроматиде, и другой полинуклеотидной цепи, принадлежащей гомологичной хроматиде; 3) генную конверсию, возникающую в результате замены ошибочно вставленных оснований в «гибридных» молекулах ДНК. Из природы кроссинговера следует, что он должен включать разрывы молекул ДНК и затем синтез ДНК, необходимый для того, чтобы соединить разорванные молекулы, которые участвуют в кроссинговере.

Таким образом, существует следующий порядок событий для мейотического кроссинговера: вначале происходит образование разрывов в специфических участках молекул ДНК с помощью соответствующей эндонуклеазы. Затем возникают одноцепочные участки ДНК. Существует белок, который облегчает реассоциацию одноцепочных участков, и в конце концов все участки молекул ДНК, вовлечённые в кроссинговер, соединяются с помощью репарирующих механизмов [13].

Для того чтобы происходил кроссинговер и формировались хиазмы, необходимо присутствие синаптонемального комплекса [5]. Если синаптонемальный комплекс отсутствует в силу внешних или внутренних причин (т.е. в результате мутаций или экспериментального вмешательства), кроссинговер не происходит и хиазмы не формируются [12].

Частота мейотического кроссинговера (rf - frequencies recombination) зависит от многих факторов окружающей среды. Различные типы излучений: ультрафиолетовый свет, рентгеновские и γ-лучи, корпускулярное излучение, как правило, повышают частоту рекомбинации, вызывая одно- и двунитевые разрывы в ДНК хромосом [13]. Кроме того, частота рекомбинации может увеличиваться в популяциях, которые периодически подвергаются стрессовым воздействиям, а также связано с возрастом и полом особи [4].

Согласно одному из постулатов биологической эволюционной аксиомы, “эволюция органического мира была бы невозможной без генетических рекомбинаций или событий, служивших их аналогами” [5]. Линейное расположение генов в хромосоме обеспечивает свободную комбинаторику генов. Если в одной хромосоме возникла полезная мутация, а в гомологичной хромосоме, пришедшей от другого родителя, также есть полезная мутация, но в другом локусе, то совместиться они могут только путем кроссинговера. Тогда такая рекомбинантная хромосома принесет популяции объединение двух полезных признаков [12].

Зависимость уровня рекомбинаций от среды можно рассматривать как оптимальную стратегию рекомбинационной системы, которая состоит в том, что достигается минимум рассеивания потенциальной генетической изменчивости, когда потребности в ней минимальны, т.е. в благоприятных условиях [13].

Линия yw была получена в результате следующих скрещиваний:

P: +sidorskay_f1.eps> sidorskay_f12.eps

sidorskay_f3.eps

F1: + sidorskay_f2.eps > sidorskay_f11.eps

sidorskay_f3.eps

F2: sidorskay_f1.eps; sidorskay_f8.eps; sidorskay_f11.eps; sidorskay_f9.eps;

sidorskay_f2.eps; sidorskay_f4.eps; sidorskay_f12.eps; sidorskay_f10.eps

Из потомства F2 отбирали желтотелых белоглазых самцов (sidorskay_f10.eps) и скрещивали с желтотелыми красноглазыми самками (sidorskay_f4.eps и sidorskay_f1.eps). Самки sidorskay_f4.eps в срещивании с самцами sidorskay_f10.eps давали поколение линии yw.

P: + sidorskay_f4.eps > sidorskay_f10.eps

sidorskay_f3.eps

F3: sidorskay_f4.eps; sidorskay_f5.eps; sidorskay_f11.eps; sidorskay_f10.eps

Из поколения F3 (2-го скрещивания) отбирали желтотелых белоглазых самцов и самок (sidorskay_f10.epsи sidorskay_f5.eps) и ставили их на массовое размножение.

Изучение частоты спонтанного кроссинговера между генами желтое тело (y) и белые газа (w), находящимися I хромосоме, в мы проводили по следующему скрещиванию:

P: + sidorskay_f5.eps > sidorskay_f9.eps

sidorskay_f3.eps

F1: + sidorskay_f7.eps > sidorskay_f10.eps

sidorskay_f3.eps

F2: sidorskay_f7.eps; sidorskay_f9.eps; sidorskay_f5.eps; sidorskay_f10.eps; sidorskay_f4.eps; sidorskay_f11.eps; sidorskay_f12.eps; sidorskay_f6.eps

В ходе нашего исследования в потомстве велся учет мух всех фенотипических классов, как среди самок, так и среди самцов. Спонтанный кроссинговер определялся отдельно по мужским и женским особям, а также по всему потомству (таблица1).

Таблица 1

Уровень спонтанного кроссинговера у линии yw/++

№ культуры

5

11

15

17

18

+

>

-

+

>

-

+

>

-

+

>

-

+

>

-

rf (y-w)(%)

-

2,7

1,04

-

2,86

1,56

-

10

3,5

-

5,56

2,78

1,67

-

0,93

2 (rfst=1,5%)

-

0,96

-

0,14

-

-

1,23

-

0,24

-

48,17

+++

2,67

-

-

10.99

+++

1,09

-

1,93

-

-

21,66

+++

Условные обозначения: «+++» - достоверные отличия при P<0,001 (χ2st=10,89) и k=1; «++» - при P<0,01 (χ2st =6,64) k=1; «+» - при P<0,05 (χ2st =3,84) k=1.

Из 18 пробирных культур только в 5 был зафиксирован кроссинговер, что составило 28%. Это возможно вследствие следующих причин: во-первых, из-за небольшой численности потомства, так как мутантная линия yw с двумя рецессивными мутациями обладает пониженной жизнеспособностью и, во-вторых, маленькое расстояние между генами y и w - 1,5% приводит к появлению небольшого числа рекомбинантного потомства.

Рассматривая кроссинговер у особей разного пола, отметим, что чаще он наблюдался в Fа среди самцов (4 случая), нежели у самок (1 случай). Скорее всего отрицательную роль в этом феномене у гетерозиготных самок +w/yw и w+/yw вновь играет хромосома - анализатор yw, которая увеличивает смертность у её носителей. Самцы - гемизиготный пол (XY) не имеют X хромосомы с генами yw, Y-хромосома «вредного влияния» на кроссоверных мух не оказывает. Этими же причинами можно объяснить статистически более значимую величину кроссинговера у самцов (rfср=4,59%, +), чем у самок (rfср=1,67%) - рекомбинантные особи женского пола чаще не выживают.

Если сравнивать частоту спонтанного кроссинговера у разных полов и величину общего кроссинговера со стандартным значением, определенным по генетической карте - 1,5%, мы выявляем следующее: у самцов она несколько выше, у самок находится в пределах нормы; среднее значение кроссинговера по всем культурам составляет 1,69, что статистически не отличается от табличного значения.

Рассматривая флуктуации показателей rf по повторностям (таблица 2) следует объяснить разной чувствительностью стадий оогенеза к внешним воздействиям [7] .

Таблица 2

Значение χ2 в каждой повторности на стандартной среде

№ повторности

№ 1

№ 2

№3

№4

№5

rf

3,19

1,83

0,33

2,057

0,00

χ2 (для rf=1,5%)

25,96(+++)

10,75(+)

5,77(-)

2,783(-)

14,584(++)

Условные обозначения: «+++» - достоверные отличия при P<0,001 (χф=16,27) и к=3; «++» - достоверные отличия при P<0,01 (χф=11,34) и к=3; «+» - достоверные отличия при P<0,5 (χф=7,82) и к=3; «-» - достоверных отличий нет.

Данные анализа, представленные в таблице 2, показывают, что в первой повторности отличия в высшей степени достоверны (χф=25,96 > χф=16,27), о чём свидетельствует высокое значение уровня рекомбинации rf (yw)=3,19% (табл. 2). Именно эта стадия на основе структурно – морфологических особенностей ядра в онтогенезе дрозофилы относится к ооцитам I класса клеток [7]. Данный класс включает клетки на синаптической стадии мейоза. Ядро таких клеток содержит синаптонемный комплекс – основной атрибут кроссинговера. Поэтому закономерно, что ооциты на этой стадии является рекомбиногенно чувствительным к любому внешнему и внутреннему воздействию. Следовательно, наиболее чувствительным этапом развития ооцитов является ранняя стадия их созревания.

В ходе эксперимента было поставлено 30 индивидуальных культур yw/++ × yw/Y. Потомство дали 18 родительских пар, 12 культуры не развились вследствие стерильности одного или двух родителей (40%). На жизнеспособных мух могли повлиять мутации y и w, которые значительно снижают численность гомозиготных по этим генам самок, по сравнению с гетерозиготными особями. Из 18 культур в 13 случаях статистически достоверно преобладали мухи дикого типа, в 3 вариантах особи генотипа yw вовсе отсутствовали.

В нашем эксперименте вторичная половая пропорция (>/+) в 11 культурах была меньше 1, в 5 культурах - больше 1 и в 2 культурах равна 1. Общая численность самок - 668, самцов - 515, разница статистически достоверна (χ2=19,8 +++ при P>0,001,k=1). Такая диспропорция в сторону женского пола может свидетельствовать об относительно стабильных условиях существования популяции. Кроме того, согласно концепции В.А. Геодакяна, у самцов одна X-хромосома, а у самок 2 X-хромосомы, одна из которых может компенсировать поврежденный локус в гомологичной половой хромосоме, поэтому самки живут дольше и у них норма реакции шире, чем у самцов [2].

Проведённое исследование показало возможность использования линии Drosophila melanogaster yw в решении частных вопросов генетики и экологии.


Библиографическая ссылка

Жестков В.А., Сидорская В.А. СОЗДАНИЕ ЛИНИИ DROSOPHILA MELANOGASTER CO СЦЕПЛЕННЫМИ МАРКЕРАМИ YW И ИЗУЧЕНИЕ ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2017. – № 1. – С. 91-94;
URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1038 (дата обращения: 15.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074