Авторы: ,

Рубрика: Биология

Опубликовано в Молодой учёный №9 (143) март 2017 г.

Дата публикации: 02.03.2017

Статья просмотрена: 10 раз

Библиографическое описание:

Жестков В. А., Сидорская В. А. Создание линии Drosophila Melsnogaster со сцепленными маркерами YW и изучение ее биологических особенностей // Молодой ученый. — 2017. — №9. — С. 119-122. — URL https://moluch.ru/archive/143/40035/ (дата обращения: 20.04.2018).



Создана линия Drosophila Melanogaster со совмещёнными маркерами по 1 хромосоме YW, изучены её генетические (частота рекомбинации) и экологические (численность, вторичное соотношение полов).

Ключевые слова: Drosophila Melanogaster, кроссинговер, частота рекомбинации, половая структура популяции

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 маркерамипо 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 =24º -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 χ2 [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: ♀

F1: ♀

F2: ;;;;

;;;

Из потомства F2 отбирали желтотелых белоглазых самцов () и скрещивали с желтотелыми красноглазыми самками ( и ). Самки в скрещивании с самцами давали поколение линии YW.

P: ♀

F3: ; ; ;

Из поколения F3 (2-го скрещивания) отбирали желтотелых белоглазых самцов и самок (и) 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: ♀

F1: ♀

F2: ;;;;;;;

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 (таблица 1).

Таблица 1

Уровень спонтанного кроссинговера улинии 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

χ2 (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 melanogasterYW в решении частных вопросов генетики и экологии.

Литература:

  1. Бочков Н. П. Клиническая генетика: учебник; под ред. Н. П. Бочкова. — 4-е изд. доп. и перераб. — М.: ГЭОТАР — Медиа, 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.
Основные термины (генерируются автоматически): drosophila melanogaster, линии drosophila, линия yw, хромосоме yw, сцепленными маркерами yw, поколение линии yw, мутантная линия yw, спонтанного кроссинговера, частота рекомбинации, мейотического кроссинговера, кислоты drosophila melanogaster, линиях drosophila melanogaster, генами yw, Актуальные проблемы гуманитарных, анализатор yw, Линия YW, половая пропорция, генотипа yw, желтотелых белоглазых самцов, Создание линии drosophila.

Ключевые слова

половая структура популяции, Drosophila Melanogaster, кроссинговер, частота рекомбинации

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос