научная статья по теме ЛЕТАЛЬНОЕ И РЕКОМБИНОГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ?-ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕНЕТИЧЕСКИ НЕСТАБИЛЬНОЙ ЛИНИИ BAR DROSOPHILA MELANOGASTER Биология

Текст научной статьи на тему «ЛЕТАЛЬНОЕ И РЕКОМБИНОГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ?-ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕНЕТИЧЕСКИ НЕСТАБИЛЬНОЙ ЛИНИИ BAR DROSOPHILA MELANOGASTER»

РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 145-154

== РАДИАЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА =

УДК [57+61]::539.1.0:616-006:595.7

ЛЕТАЛЬНОЕ И РЕКОМБИНОГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ у-ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕНЕТИЧЕСКИ НЕСТАБИЛЬНОЙ ЛИНИИ Bar Drosophila melanogaster © 2015 г. Д. А. Скоробагатько1, *, Л. А. Шакина1, В. Ю. Страшнюк1, А. А. Мазилов2

1Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Украина 2ННЦ "Харьковский физико-технический институт", Харьков, Украина

Иследовали влияние у-излучения в дозах 8, 16 и 25 Гр на плодовитость, количество потомков имаго, уровень доминантных летальных мутаций (ДЛМ) и частоту неравного кроссинговера в нестабильной линии Bar Drosophila melanogaster Meig. Самок имаго подвергали воздействию тормозных у-квантов на линейном ускорителе электронов ЛУЭ-10. Мощность дозы составляла 0.4 Гр/с. В линии Bar выявлен высокий уровень эмбриональных леталей, контрольные значения составляли 45.1—54.0%. Действие радиации приводило к существенному снижению количества отложенных самками яиц и потомков имаго. После облучения наблюдали повышение уровня ДЛМ в линии на 20.0—32.9% и частоты неравного кроссинговера в районе дупликации локуса Bar в Х-хромосоме в 15—50 раз. Во втором поколении после облучения эффекты у-излучения не сохранялись либо существенно ослабевали. Среди неравнокроссоверных мутантов выявлены особи, несущие рецессивные летали, сцепленные с локусом Bar.

Drosophila melanogaster, у-излучение, плодовитость, жизнеспособность, неравный кроссинговер, доминантные летали.

DOI: 10.7868/S0869803115020137

В современном мире живые организмы все больше подвергаются воздействию разнообразных источников радиации. Это происходит вследствие использования ядерных технологий в промышленности, испытаний ядерного оружия, техногенных катастроф. Некоторые территории отличаются избыточным естественным радиационным фоном. В частности, показано, что грани-тосодержащие материалы могут иметь повышенную радиоактивность. В медицине широко применяются методы лучевой диагностики и терапии. Радиационный мутагенез используется в селекции. Все эти факторы повышают риски, связанные с вероятностью генетических повреждений у живых организмов, остро стоят вопросы генетической безопасности.

В настоящее время при изучении мутагенеза большое внимание уделяется нестабильным элементам генома. У дрозофилы около 80% так называемых спонтанных мутаций обусловлены перемещением по геному мобильных генетических элементов (МГЭ) [1]. МГЭ являются также одним из факторов повышения мутабильности при действии стрессовых факторов, включая у-излучение

* Адресат для корреспонденции: Украина, 61022 Харьков, пл. Свободы, 4, ХНУ; тел.: (+038067) 300-78-26; e-mail: d_skorobagatko@bk.ru.

[2, 3]. Известен радиобиологический феномен " радиационно -индуцируемой нестабильности генома", проявляющийся в том, что часть клеток, выживших после облучения, может давать функционально измененное потомство, в котором с высокой частотой на протяжении многих поколений возникают de novo аберрации хромосом и генные мутации [4].

Одним из факторов генетической нестабильности является неравный кроссинговер, или не-реципрокная гомологичная рекомбинация. Это явление рассматривается в одном ряду с подвижными элементами генома, такими как транспозо-ны и ретропозоны [5]. Следствием неравного кроссинговера является возникновение нехваток или, наоборот, дупликаций отдельных участков генома [6, 7]. Дупликации открывают возможность возникновения новых генов и образования семейств генов. Неравный кроссинговер лежит в основе лабильности гетерохроматиновых районов хромосом, а также задействован в некоторых механизмах репарации генов. Существует много примеров, свидетельствующих о распространенности этого явления и его существенном вкладе в эволюцию геномов [5, 7, 8].

Явление неравного кроссинговера было впервые описано Стёртевантом в 1925 г. при изучении

B/Y B/B

90 фасеток ~70 фасеток

Рис. 1. Проявление признака Bar у дрозофилы.

мутаций признака Bar у дрозофилы [9]. Несколько ранее Зелени обнаружил нестабильность этого признака, ревертирующего к дикому типу с частотой 1 на 1000—2000 особей и мутирующего в Ultrabar с аналогичной частотой [10].

В то же время влияние у-радиации на проявления генетической нестабильности, обусловленной нереципрокной рекомбинацией, до сих пор не исследовано.

Целью работы было изучение влияния воздействия у-излучения в различных дозах на плодовитость, жизнеспособность и частоту возникновения мутаций в генетически нестабильной линии Bar Drosophila melanogaster.

Были поставлены следующие задачи:

— исследовать влияние у-излучения в разных дозах на плодовитость самок и количество потомков имаго в линии Bar дрозофилы;

— определить частоту доминантных летальных мутаций (ДЛМ) в линии Bar после воздействия у-излучения;

— изучить частоту неравного кроссинговера в линии после облучения;

— провести генетический анализ неравнокрос-соверных мутантов в линии Bar дрозофилы на наличие рецессивных, сцепленных с полом леталей.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

В работе использовали линию Bar Drosophila melanogaster Meig. из коллекции кафедры генетики и цитологии Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина. Мутация Bar (В) (1—57.0) является тандемной дупликацией обла-

сти 16А1—16А7 Х-хромосомы, фенотипически проявляется в редукции глаз до узкой вертикальной полосы с количеством фасеток около 90 у самцов и 70 у самок (рис. 1), в отличие от нормального количества фасеток: около 740 и 780 у самок и самцов соответственно [9]. Признак отличается варьирующей экспрессивностью, которая зависит от генетического фона линии и внешних условий [11, 12].

Нестабильность локуса Bar ограничена самками и связана с неравным кроссинговером. В результате рекомбинации между неправильно спаренными копиями генов в пределах дупликации Bar образуются нереципрокные рекомбинантные хромосомы с тремя, т.е. Double Bar (BD), или Ultrabar (BB) и одной (реверсия к нормальному фенотипу) копиями гена соответственно [9]. Особи с нереципрокными рекомбинантными хромосомами имеют мутантный (B/+, BB/Y, BB/B) и нормальный (+/Y) фенотип (рис. 2). Самки B/+ содержат около 350 фасеток и имеют выемку на переднем крае глаза, что приводит к формированию почечновидного глаза. У мутантов Ultrabar (BB) количество глазных фасеток уменьшено приблизительно до 45 у гетерозигот BB/B и до 25 у геми-зигот BB/Y [9].

Мух выращивали на стандартной сахаро-дрожжевой питательной среде при температуре 25 ± 0.5°С. Культуры дрозофилы развивались в стаканчиках объемом 50 мл. Объем питательной среды в каждом стаканчике составлял 10 мл. Учитывая низкую плодовитость в линии, в каждый стаканчик помещали по 5 родительских пар.

Виргинных самок имаго дрозофилы в возрасте 3 сут подвергали радиационному воздействию на линейном ускорителе электронов ЛУЭ-10. Облучение осуществлялось тормозными у-кван-тами, образующимися при взаимодействии электронного пучка с толстой алюминиевой мишенью. Энергия электронов 9.4 МэВ, ток — 810 мкА, толщина алюминиевого конвертора — 38 мм. Мощность дозы в точке облучения была рассчитана с помощью детекторов Harwell Red 4034 (Harwell, Великобритания), определяющих поглощенную дозу, и составляла 0.4 Гр/с. Тормозной спектр с учетом геометрии эксперимента рассчитывался с помощью программного пакета GEANT 4. Тормозной спектр представлял собой кривую Бете—Гайтлера, где 97% энергий у-кван-тов приходилось на энергии до 3 МэВ, из которых 70% составляли кванты с энергиями до 500 кэВ.

Во время облучения мухи находились в стеклянной пробирке. Для дополнительного контроля поглощенной дозы использовали термолюми-нисцентные детекторы ДТГ-4 (АЭХК, СССР) из

B/B+ -350 фасеток

BB/Y

-25 фасеток

BB/B

45 фасеток

B+/Y 740 фасеток

Рис. 2. Особи D. melanogaster с нереципрокными рекомбинантными хромосомами.

фтористого лития, активированного кальцием, магнием и титаном, размещенные на разных сторонах пробирки с мухами. Облученных самок спаривали с необлученными самцами.

Изучали влияние острого облучения в дозах 8, 16 и 25 Гр на плодовитость самок по числу отложенных яиц, количество потомков имаго, уровень доминантных летальных мутаций и частоту неравного кроссинговера в линии.

Плодовитость определяли по среднему количество яиц, отложенных одной самкой за 8 ч. Для этого по десять оплодотворенных самок в возрасте 4 сут отсаживали на агарозную среду в чашки Петри, после чего проводили учет отложенных яиц.

Количество потомков имаго определяли в расчете на одну самку родительского поколения. Данный показатель зависит от плодовитости особей родительского поколения и выживаемости потомков на предимагинальных стадиях развития и является одним из интегральных показателей приспособленности [13].

Частоту ДЛМ определяли по показателю эмбриональной смертности согласно стандартной методике [14]. Определяли частоту ранних (РЛМ) и поздних (ПЛМ) леталей, а также суммарную частоту ДЛМ (РЛМ + ПЛМ).

Частоту неравного кроссинговера в локусе Bar у D. melanogaster определяли по отношению числа мутантных особей +/Y, B/+, BB/Y, BB/B к общему числу проанализированных особей линии.

Статистический анализ данных проводили общепринятыми методами. Для количественных признаков (число отложенных самками яиц, количество потомков имаго) определяли среднюю

арифметическую величину, значение стандартной ошибки, дисперсию. Достоверность различий определяли с помощью ¿-критерия Стьюден-та. Качественные признаки (уровень ДЛМ и частоту неравного кроссинговера) анализировали с помощью определения долей, их стандартной ошибки и метода х2. В работе принят уровень значимости не нижер < 0.05 [15].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Жизнеспособность линии, оцениваемая по выходу имаго, зависит от плодовитости родительских особей и выживания потомков и соотносится с дарвиновской концепцией приспособленности. Данные о влиянии у-излучения на этот показатель представлены на рис. 3. При поглощенной дозе 8 Гр отличия от контроля по количеству в потомстве самцов имаго были недостоверны, а в

о к

о т о

С

о

4

с

5

Ч

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

I_I Самцы

I I Самки

Контроль 8 16

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

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»