научная статья по теме ХАРАКТЕРИСТИКА ИНФИЦИРОВАННОСТИ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИМ ЭНДОСИМБИОНТОМ WOLBACHIA ПОПУЛЯЦИИ DROSOPHILA MELANOGASTER УМАНИ Математика

Текст научной статьи на тему «ХАРАКТЕРИСТИКА ИНФИЦИРОВАННОСТИ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИМ ЭНДОСИМБИОНТОМ WOLBACHIA ПОПУЛЯЦИИ DROSOPHILA MELANOGASTER УМАНИ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2007, том 413, № 4, с. 561-563

КЛЕТОЧНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^ БИОЛОГИЯ

УДК 575.11:575.21:575.22:591.557:595.773.4

ХАРАКТЕРИСТИКА ИНФИЦИРОВАННОСТИ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИМ ЭНДОСИМБИОНТОМ WOLBACHIA ПОПУЛЯЦИИ DROSOPHILA MELANOGASTER УМАНИ

© 2007 г. Ю. Ю. Илинский, И. К. Захаров

Представлено академиком В.К. Шумным 13.09.2006 г. Поступило 13.09.2006 г.

Одним из важных принципов организации биосферы является взаимодействие между организмами разного уровня сложности. В популяциях дрозофил распространены вирусы (пикорновиру-сы), бактерии (Wolbachia), многоклеточные (грибы, нематоды, клещи). Симбиоз между дрозофилой и другими связанными с ней видами имеет весь спектр взаимоотношений - от паразитизма до мутуализма.

Бактерии рода Wolbachia относятся к группе а-протеобактерий, классу Rickettsia и являются первичными эндосимбионтами широкого спектра видов членистоногих и видов нематод-филя-риид. Распространение Wolbachia в популяции вида-хозяина связывают с индукцией репродуктивных аномалий, таких как цитоплазматическая несовместимость, партеногенез, феминизация и андроцидоз.

Классификация Wolbachia основывается на сравнении нуклеотидной последовательности генов. В настоящее время для генотипирования Wolbachia, инфицирующих D. melanogaster, используется пять полиморфных маркёров: встройка в два локуса инсерционной последовательности IS5, различие в кратности повторов двух минисателлит-ных мотивов и инверсии. Анализ лабораторных линий и линий, выделенных из географически удаленных популяций D. melanogaster всего мира, позволил определить пять генотипов Wolbachia, два из которых - wMel и wMelCS - оказались широко распространенными, тогда как wMelCS2 обнаружился в Восточной Европе и Средней Азии, wMel2 - в Японии, а wMel3 - в одной линии, возник предположительно уже при культивировании в лаборатории [1].

Существует корреляция между инфицирован-ностью бактерией вида-хозяина и родословной митохондриальной ДНК. Поскольку передача

Институт цитологии и генетики

Сибирского отделения Российской Академии наук,

Новосибирск

Wolbachia и митохондрий в поколениях вида-хозяина осуществляется через цитоплазму, то существует косвенное влияние бактерии на разнообразие, распространение и фиксацию новых вариантов митохондриальных гаплотипов [2, 3].

Для тех видов, у которых известны различные штаммы бактерий Wolbachia, возможно более детальное описание цитоплазматических компонентов генома, а именно описание цитотипов, включающих характеристику особи (или линии) по гапло-типу мтДНК хозяина и статуса инфицированности штамма/генотипа бактерии. Устойчивое существование определенных цитотипов было показано у ряда видов: комары Culex pipiens [4], муравьи Solenopsis invicta [5], некоторые дрозофилы группы melanogaster [б]. Однако для D. melanogaster корреляции между зараженностью Wolbachia и гаплотипом митохондриальной ДНК хозяина до сих пор не отмечалось [7].

Отсутствие корреляции между зараженностью Wolbachia и гаплотипом митохондриальной ДНК D. melanogaster может объясняться как мо-номорфностью Wolbachia по гену wsp, так и отсутствием или слабым проявлением цитоплазматиче-ской несовместимости. Установление цитотипов для модельного объекта D. melanogaster является важным шагом к пониманию и моделированию процессов наследования компонентов цитоплазма-тического генома в популяции, горизонтального переноса и реконструкции истории вида.

Поскольку данные по распространению Wolbachia в евразийских популяциях D. melanogaster крайне скудны, а по динамике инфицированности популяций данных нет вовсе, мы приводим оценку представленности первичного эндосимбионта Wolbachia в популяции D. melanogaster Умани (Украина) за 20-летний период. В нашей работе мы впервые охарактеризовали структуру популяции D. melanogaster по компонентам цитоплазмати-ческого генома, а также выявили наличие сопряженности между митотипами по гену первой субъединицы цитохромоксидазы С D. melanogaster и генотипами Wolbachia.

562

ИЛИНСКИЙ, ЗАХАРОВ

В работе анализировали изосамочьи линии D. melanogaster, полученные из популяции г. Умань (Украина) 1984, 1987, 1988, 1989, 1990, 1991, 1993, 2003 и 2004 гг. ДНК выделяли из 3-4 взрослых самок D. melanogaster по методике [8] с модификациями. Праймеры для идентификации генотипов Wolbachia - минисателлитные маркёры: VNTR-141 F: 5'-ggagtattattgatatgcg, R: 5'-gactaaaggttagttgcat; VN-TR-105 F: 5'-gcaattgaaaatgtggtgcc, R: 5'-atgacaccttact-taaccgtc; вставки инсерционной последовательности IS5 IS5-WD0516/7 F: 5'-ccatcaaggtctctttca, R: 5'-tgcaaggaaaactaaaccag; IS5-WD1310 F: 5'-ag-gagaactggtctacgc, R: 5'-tgttgctgagctttgct; инверсии WD0394-WD0541 F: 5'-gcttggaaggtatatggac, R: 5'-ggctaaaactataagtattg, F: 5'-aagtctgtcacggttgag, R: 5'-gtaaaagatgcagtaaagg. Праймеры к последовательностям генов Wolbachia wsp 81F: 5'-tggtccaataagtgat-gaagaaac, 691R: 5'-aaaaattaaacgctactcca и 16S rRNA 99F: 5'-ttgtagcctgctatggtataact, 994R: 5'-gaataggtatgattttcatgt, используемые для установления статуса зараженности D. melanogaster, и праймеры к col -гену первой субъединицы цитохромоксидазы С митохондриаль-ной ДНК, F: 5-ccagctggaggaggagatcc, R: 5'-ccag-taaataatgggtatcagtg.

Все реакции проводили на амплификаторе Eppendorf. Условия: 30 циклов; первичная денатурация 95°C 5 мин, затем 95°C 20 с в каждом цикле, элонгация 72°C 1 мин/1 т.п.н., отжиг праймеров к гену wsp 57°C 1 мин, мультипраймерная реакция wsp-col 56°C 1 мин и для остальных реакций 55°C 1 мин.

Для определения нуклеотидной последовательности участка гена первой субъединицы цитохромоксидазы С D. melanogaster ампликон размером 542 п.н. выделяли из агарозного геля, используя набор фирмы "Promega" (California, USA). Секвенирование проводили в Межинститутском центре секвенирования ДНК (СО РАН, г. Новосибирск) с использованием реактива Big Dye версии 3.1.

Анализ полученных последовательностей осуществляли с помощью интернет-версий программ ClustalW (http://www.ebi.ac.uk/clustalw), BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov / BLAST).

Анализ 9 выборок изосамочьих линий D. melanogaster, полученных на основе сборов 20-летнего периода из природной популяции Умань (Украина), включал 144 линии, из них зараженными оказались 54 линии (37.5%). Эндосимбионт Wolbachia обнаружился в цитоплазме мух в выборках всех лет исследования. Концентрация инфицированных мух в популяции Умань в разные годы варьировала от 15 до 70%, т.е. среди изученных нами 9 выборок не было обнаружено как свободных от Wolbachia, так и тотально зараженных. Здесь следует отметить, что зафиксированные уровни ин-фицированности могут отражать ее нижнюю границу, поскольку, строго говоря, нельзя исклю-

чить возможности потери некоторыми линиями эндосимбионта в ходе содержания изосамочьих линий в лабораторных условиях. Однако следует подчеркнуть, что нами не отмечено какой-либо корреляции уровня инфицированности линий со временем содержания линий в лаборатории (или равно как наличия ярко выраженной временн0й динамики).

Из 54 инфицированных линий 53 линии (98%) оказались носителями генотипа Wolbachia wMel и только 1 линия была выявлена как носитель генотипа Wolbachia wMelCS2. В представлении строгой передачи эндосимбионта Wolbachia по материнской линии и соответственно параллельного ее наследования вместе с митохондриями D. melanogaster мы попытались описать полиморфизм мтДНК в соответствии с различиями статуса инфицированности -по присутствию Wolbachia (есть/нет) и носителями разных генотипов Wolbachia (wMel/wMelCS2).

Мы секвенировали последовательность мтДНК гена первой субъединицы цитохромоксидазы С (col) размером 499 п.н. из района 2151-2649 относительно аннотированной последовательности полного генома мтДНК линии Oregon R - AN:AF200828 как неинфицированных, так и инфицированных изосамочьих линий D. melanogaster из популяции Умани, относящихся к периоду с 1984 по 2004 гг., а также различающихся по генотипу Wolbachia. В исследованных линиях из природной популяции D. melanogaster Умани нами были обнаружены два полиморфных сайта митохондриального генома D. melanogaster относительно аннотированной последовательности полного генома мито-хондриальной ДНК линии Oregon R - GenBank AN:AF200828; позиции замены нуклеотидов 2160 (С/T) и 2187 (C/T).

Из 32 секвенированных изосамочьих линий D. melanogaster Умани для 28 нами был установлен митотип "CT" (2160 C, 2187 T), который идентичен по анализируемому участку с аннотированными последовательностями полного генома мтДНК AF200829 (Zimbabwe 52) и AJ400907; для двух линий - митотип "TC", идентичный AF200828 (Oregon R), и для двух линий был установлен впервые описываемый нами митотип "CC" (табл. 1).

При сравнении статуса зараженности и при ге-нотипировании зараженных изосамочьих линий D. melanogaster обнаружилось, что все инфицированные wMel-Wolbachia линии, а также 14 из 17 незараженных линий определялись как митотип CT. Митотип TC обнаружен только у двух неинфицированных линий, совпадает с аннотированной по этому участку последовательностью AF200828, принадлежащей линии Oregon R, цитоплазма которой, по литературным источникам [1], может нести wMelCS-Wolbachia.

ХАРАКТЕРИСТИКА ИНФИЦИРОВАННОСТИ

563

Отметим обнаруженную особенность нового, описанного нами, митотипа CC мтДНК, которая проявилась в его сопряженности с определенным генотипом Wolbachia, а именно с генотипом wMelCS2. Для подтверждения неслучайности этой сопряженности мы дополнительно секвени-ровали ген первой субъединицы цитохромоксида-зы С двух инфицированных wMelCS2-Wolbachia линий D. melanogaster из сборов других регионов (Гомель 1980, Кишинев 1984). И для этих двух линий также был установлен митотип СС, что подтверждает наличие сопряженности.

Таким образом, мы можем констатировать, что в течение 20-летнего периода (1984-2004 гг.) в популяции D. melanogaster Умани устойчиво существует эндосимбиотическая бактерия Wolba-chia генотипа wMel. Уровень инфицированности D. melanogaster варьировал от 15 до 70%. Наряду с этим в популяции D. melanogaster Умани была выявлена Wolbachia генотипа wMelCS2. Один из трех определенных нами митотипов мтДНК по гену пер

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком