ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2007, том 68, № 5, с. 341-349
УДК 575.17.595.773.4
ОТКЛИК ГЕНОМНОГО РИСУНКА МГЭ412 НА ОТБОР ПО КОЛИЧЕСТВЕННОМУ ПРИЗНАКУ У Drosophila melanogaster
© 2007 г. Л. А. Васильева1'2, О. В. Антоненко1, О. В. Выхристшк1
1Институт цитологии и генетики СО РАН 630090 Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 10 2 Новосибирский государственный университет 630090 Новосибирск, ул. Пирогова, 2 e-mail: ratner@bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 26.06.2006 г.
Проведен анализ рисунка мобильного генетического элемента МГЭ412 в финальных поколениях разнонаправленного отбора по количественному признаку у D. melanogaster. Показано, что длительная массовая разнонаправленная селекция приводит к формированию не только различного фенотипического выражения селектируемого признака, но и различного рисунка МГЭ. Предлагаются три гипотезы возможного поведения МГЭ при отборе.
Мобильные генетические элементы (МГЭ, транспозиционные элементы, ТЭ) были открыты МакКлинток (McClintok, 1951) на кукурузе и долгое время рассматривались как экзотические объекты генетики. Они характеризовались нестабильностью локализации в геноме, способностью встраиваться в структуру менделевских генов, вызывая их мутирование, способностью к увеличению хромосомных перестроек (McClintok, 1951, 1956). Позднее мобильные элементы также были обнаружены у бактерий, грибов, растений, насекомых и млекопитающих. После открытия МГЭ у дрозофилы (Ananiev et al., 1978; Ilyin et al., 1978; Finnegan, 1992; Arkhipova et al., 1995) было предложено считать МГЭ "геномными паразитами", которые способны к самостоятельным автономным перемещениям в геноме, наследоваться вместе с другими генами и быть причиной инерционного мутагенеза. Представление о МГЭ как "эгоистической ДНК" до некоторого времени было доминирующим.
Однако в последние годы стали накапливаться факты, указывающие на то, что МГЭ могут обладать более существенными функциями в геноме хозяина: участвовать в экспрессии генов и полигенов, откликаться на стрессовые воздействия и отбор по количественным признакам, участвовать в эволюционной реорганизации молекулярно-генетиче-ского управления в клетке и т.д. (Гвоздев и др., 1986; Васильева и др., 1987; Mackay, 1988; Shrimpton, Маскау, 1990; Кайданов и др., 1994; 1996). Цель данной работы - представить факты, полученные нами на полигенной системе признака, контролируемого мутацией radius incompletus у дрозофилы, свидетельствующие в пользу того, что МГЭ являются функциональной частью генома. Ниже приведены результаты экспериментов,
организованных с целью ответить на центральный вопрос проблемы: являются ли МГЭ функциональной частью генома, т.е. участвуют ли они в экспрессии генов и полигенов, в индуцировании генетической изменчивости, в ответе на селекционное давление и других организованных проявлениях.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта исследования использована гетерогенная лабораторная линия Drosophila melanogaster (riC), особи в которой несут рецессивную мутацию radius incompletus (vi, III-хр., 47.0 сМ). Мутация ri является супрессором центральной части радиальной жилки крыла (L2), в результате чего в центре этой жилки образуется разрыв, делящий жилочный луч на проксимальный и дистальный фрагменты (рисунок, а). Вариация размеров двух фрагментов зависит от генетических и негенетических факторов (Васильева, 2005). Кроме того, в селекционных экспериментах использованы изо-генные линии № 49, 51, 5, 9, 24, 40, выведенные из линии riC с помощью балансерной линии M5;CyPm;DSb (Васильева, 2004). Геном особей изогенных линий представляет собой удвоенный гаплоидный набор трех больших хромосом, поэтому все особи в изогенных линиях гомозиготны.
Л.А. Васильева с сотр. (1987) в течение ряда лет выполняли серию селекционно-генетических экспериментов, направленных на восстановление радиальной жилки крыла до фенотипа "дикого типа" (позитивный отбор, (?+)) и на полную элиминацию L2 (негативный отбор, (?-)), в следующих вариантах:
Таблица 1. Паттерн локализации МГЭ412 в контрольной линии (гС) и финальные рисунки локализации в (^+)- и (я-)-линиях
Сайты карты Контроль Селекция
Бриджеса riC (s-) (s+)
X 3C + - -
4B + - -
6F + - +
16F + - +
17C + - +
18EF + - +
2L 25 A + - -
30A + - +
40A - + -
42E + - +
42F + - +
43B - - +
46A - + -
47D + - -
56A - + -
3L 62D - - +
63A - + -
64A + + -
64D + - -
65E - + -
66A - - +
69A - + -
70E - + -
76A - + -
79E + + -
3R 84D + - +
85D + - +
86D + + -
87E - + -
88E + - -
88F + - -
89A + - -
93B + - -
93F - + -
94D + + -
96F + - -
97E - + -
98E - - +
99B + - -
Примечание. Здесь и далее по тексту "+" означает наличие копии МГЭ и "-" - отсутствие копии МГЭ в сайте.
а) селекция в гетерогенной линии (ri С),
б) селекция в линии, полученной из смеси четырех изогенных линий,
в) селекция в изогенной линии № 49 после у-об-лучения,
г) селекция в изогенной линии № 51 после тяжелого температурного шока.
В селекционных экспериментах анализировали не только изменения количественных признаков (размер проксимального и дистального фрагментов L2), но и рисунок МГЭ.
Основным методом исследования паттерна (рисунка) МГЭ была гибридизация in situ зондами, содержащими фрагменты ДНК МГЭ, меченные радиоактивной меткой (H3 - T), с политенными хромосомами клеток слюнных желез личинок дрозофилы на давленых препаратах. Всего в различных экспериментах были использованы зонды, содержащие ДНК МГЭ mdgl, mdg3, mdg4 (gypsy), copia, roo (B 104), 297, но основная часть селекционных экспериментов была выполнена с зондом, содержащим ДНК МГЭ412 (mdg2). Здесь приводятся результаты, полученные с участием МГЭ412.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Идея экспериментов проста. Если в результате разнонаправленной селекции по фенотипу количественного признака "селекционные" линии (s+) и (s-) в финале будут характеризоваться не только контрастными значениями признака, но и контрастным рисунком МГЭ, то можно предположить, что МгЭ принимают участие в экспрессии гена ri, контролирующего признак. Экспрессия гена ri может осуществляться опосредованно через экспрессию полигенов. Если предположить, что в геноме дрозофилы полигены, контролирующие экспрессию гена ri, и копии МГЭ дисперсно распределены по сегментам политенных хромосом (цитологическая карта Бриджеса), то можно представить, что имеются сегменты:
а) не содержащие ни полигенов, ни копий МГЭ;
б) содержащие только полигены, откликающиеся на давление отбора;
в) содержащие независимые друг от друга полигены и копии МГЭ, не участвующие в ответе на отбор;
г) содержащие полигены и копии МГЭ, усиливающие экспрессию полигенов, и такие копии способны играть роль модификаторов и адаптивно откликаться на отбор. В таком случае в ходе отбора будет отмечен сопряженный ответ признака и рисунка МГЭ.
Первоначально для доказательства сопряженного ответа на отбор количественного признака и паттерна мобильного генетического элемента бы-
ли проанализированы финальные результаты фе-нотипического проявления селектируемого признака в (5+)- и (5-)-вариантах селекции (рисунок) в гетерогенной линии г/С. В табл. 1 плюс означает присутствие в сайте копий МГЭ412 в контрольной линии (г/С) и в финальных поколениях двух вариантов отбора. В таблице приведены только те сайты, в которых произошли изменения по сравнению с рисунком в линии г/С. Всего обнаружено 39 сайтов, в которых в одной или в обеих "селекционных" линиях в ходе отбора обнаружена локализация или отсутствие копии МГЭ по сравнению с линией г/С. Особо следует отметить, что паттерн локализации МГЭ412 между (5+)- и (5-)-линиями различен по 28 сайтам. Однако наличие в линии г/С изначально большого числа полиморфных сайтов не давало возможности достоверно утверждать, что произошедшие события в "селекционных" линиях есть результат отбора. Поскольку всегда имеет место ограниченное число анализируемых политенных хромосом, можно предположить, что сайты, в которых копии МГЭ локализуются с низкой частотой, не были обнаружены в линии г/С. В ходе отбора в связи с нарастанием инбридинга и дрейфа генов такие сайты либо случайно зафиксируются, либо элиминируются. Таким образом, можно предположить, что сформировавшийся в "селекционных" линиях паттерн МГЭ не имеет отношения к селекционному процессу.
Поэтому решено было взять четыре изогенные линии, зафиксировать в них рисунок МГЭ, затем смешать линии и ¥2 от такой смеси подвергнуть разнонаправленному отбору, как и в предыдущем эксперименте. В табл. 2 представлены рисунки четырех изогенных линий, рисунок в ¥2 и в двух "селекционных" линиях в 30- и 60-х поколениях отбора.
Результаты этого эксперимента позволили сделать ряд выводов, касающихся характера формирования рисунка МГЭ412 в "селекционных" линиях:
1) каждая из четырех участвующих в эксперименте изогенных линий обладала стабильным и специфическим рисунком локализации МГЭ412;
2) рисунок локализации МГЭ412 в ¥2 представлял собой суммарный рисунок мобильного элемента во всех четырех изогенных линиях, исключение составил только сайт 5Ш;
3) в финальных поколениях отбора по количественному признаку в позитивном (5+)- и негативном (5-)-направлениях сформировался различный рисунок МГЭ412. Коэффициент корреляции между рисунком МГЭ в (5+)- и (5-)-отборе равен 0.018 ± ± 0.147;
4) позитивный отбор (5+) сопровождался увеличенным размером Ь2 вплоть до полного смыкания фрагментов (рисунок, б) и формированием специ-
Крыло D. melanogaster с различной экспрессией гена radius incompletus, ri: а - крыло в контрольной линии, ri C (1 - проксимальный фрагмент, 2 - дистальный фрагмент радиальной жилки крыла, L2); б - крыло в линии позитивной селекции (s+); в - крыло в линии негативной селекции (s-).
фического рисунка МГЭ412. Кроме того, обнаружены инсерции в сайтах 62В, 62Д 63А, 64А, которые впоследствии зафиксировались. Инсерции в сайтах 79Е, 87Е и 93^, вероятнее всего, возникли с очень низкой частотой, поэтому в финальных поколениях оставались полиморфными более продолжительное время;
5) негативный отбор (5-) (рисунок, в) сопровождался полной элиминацией радиальной жилки крыл
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.