ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 10, с. 1328-1340
ОБЗОРНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
УДК 575.22:595.773.4
ПОСЛЕДСТВИЯ ОТБОРА В ВЫСОКОИНБРЕДНЫХ ЛИНИЯХ ДРОЗОФИЛЫ
© 2007 г. О. В. Иовлева1' 2, С. В. Мыльников2
1 Санкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. НИ. Вавилова Российской академии наук, Санкт-Петербург 199034; факс: (812) 428-77-73; e-mail: olga.iovleva@paloma.spbu.ru 2 Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и селекции, Санкт-Петербург 199034; факс: (812) 328-15-90 Поступила в редакцию 11.05.2007 г.
Обобщены результаты трех длительных селекционно-генетических экспериментов на Drosophila melanogaster, проведенных в разное время. Отбор, осуществленный по разным компонентам приспособленности, привел к сходным результатам. Впервые представлены данные по концентрации мутаций жизнеспособности в инбредных линиях HA, HA+, HA- после 400-го поколения отбора, а также в линии УНА в ходе ее селекции. Результаты изучения генетической гетерогенности и спонтанного мутационного процесса в инбредных линиях дрозофилы согласуются с идеей М.Е. Лобаше-ва о том, что "изменение направления отбора или ускорение его темпов одновременно сопровождается обязательным повышением мутационной изменчивости".
Инбридинг служит одним из эффективных способов изучения механизмов, направленных на поддержание сбалансированности генетических систем [1]. В соответствии с теорией [2, 3], в инбредных линиях должно происходить систематическое уменьшение гетерозиготности и возрастание гомозиготности. Процесс гомозиготизации и фиксации отдельных генов протекает с разной скоростью в зависимости от степени родства скрещивающихся особей, т.е. от коэффициента инбридинга.
Вместе с тем в литературе приводится немало данных, свидетельствующих, с одной стороны, о повышении фенотипической изменчивости инбредных линий по сравнению с аутбредными, а с другой - о сохранении и поддержании в инбредных линиях в гетерозиготном состоянии мутаций в заметной концентрации.
Изучение генетических последствий отбора проводилось на инбредных линиях дрозофил общего происхождения, различающихся по приспособительной ценности [4]. Отбор в этом длительном селекционно-генетическом эксперименте велся по таким жизненно важным признакам, как половая активность самцов, плодовитость и жизнеспособность особей. Длительный отбор по адаптивно важным признакам, сопровождавшийся тесным инбридингом, привел к глубоким комплексным преобразованиям генотипических и фенотипических особенностей линий, селектируемых в противоположных направлениях.
Л.З. Кайдановым [5] была предложена концепция, согласно которой селекцию следует рассматривать как процесс накопления мутаций. Ис-
кусственный отбор влечет за собой разрушение старых норм реагирования и одновременное построение новых, т.е. он проявляется через взаимодействие двух форм отбора - прямой (дестабилизирующей) и стабилизирующей. При этом происходит накопление мутаций двух типов. Мутации первого типа непосредственно влияют на селектируемый признак, а мутации второго типа "гасят" до известной степени вредные эффекты первых и способствуют тем самым включению их в интегрированную генетическую систему селектируемой линии. Установление баланса между указанными типами мутаций следует рассматривать как результат длительно проводимого селекционного эксперимента.
СЕЛЕКЦИЯ ЛИНИИ "НА"
И РОДСТВЕННЫХ ЛИНИЙ
С 1966 г. в лаборатории генетики животных кафедры генетики и селекции СПбГУ проводится эксперимент по селекции линий дрозофилы, различающихся по репродуктивной функции. Путем отбора на снижение половой активности самцов, а затем возвратного отбора по этому признаку были получены две контрастные линии - НА (низкоактивная) и ВА (высокоактивная), которые различаются по целому комплексу адаптивно важных свойств: фертильности [6], двигательной активности [7], соотношению полов [8, 9], продолжительности жизни [10], термоустойчивости [11, 12] и др. Несмотря на то что линии НА и ВА прошли одинаково долгий путь инбредного разведения, линия ВА превосходит линию НА по перечисленным выше показателям. Следователь-
но, инбредная депрессия определяется не столько инбридингом как таковым, сколько характером и направлением отбора, который его сопровождает.
В ходе селекции в линии НА сформировался комплекс генетически контролируемых изменений, которые затронули нейроэндокринную систему мух. У них существенно снижена активность ювенильного гормона [13], циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), а также фосфо-диэстеразы, участвующей в синтезе цАМФ [14]. У самцов линии НА был обнаружен необычный спектр множественных молекулярных форм хо-линэстераз [15]. Поскольку холинэргическая система у насекомых играет важную роль в синапти-ческой передаче нервных импульсов [16], данное изменение в линии НА, вероятно, обусловлено отбором на низкую половую активность самцов.
Генетическая природа различий между линиями НА и ВА в значительной мере сводится к разному соотношению в них мутаций, влияющих на жизнеспособность. Оценка концентрации летальных и полулетальных мутаций в больших аутосо-мах линий НА и ВА, произведенная на 99-117-м поколениях отбора, показала следующий результат. Около половины хромосом 2 линии НА содержат полулетальные и субвитальные мутации, тогда как в линии ВА концентрация таких мутаций значительно более низкая. В хромосомах 3 обеих линий частота встречаемости мутаций, понижающих жизнеспособность, была невелика. Таким образом, был обнаружен факт насыщенности линии НА вредными мутациями, сконцентрированными преимущественно в хромосомах 2. Возвратный отбор на высокую половую активность, очевидно, сопровождался очищением ее от вредных мутаций [17].
В результате длительного отбора в линии НА сформировалась генотипическая система, которая характеризуется высокой концентрацией мутаций, затрагивающих половую активность, в проксимальной части Х-хромосомы [18, 19] и мутаций, понижающих жизнеспособность, в хромосомах 2. Их взаимодействие определяет резкое снижение половой активности самцов линии НА.
Данные результаты явились итогом первого этапа длительного селекционно-генетического эксперимента, продолжавшегося до 260-го поколения отбора и инбридинга.
Для второго этапа эксперимента характерно прежде всего создание коллекции родственных линий, ведущих начало от линий НА или ВА и селектируемых в противоположных направлениях.
На 263-м поколении разведения исходных линий НА и ВА повели селекцию трех линий - НА+, НА0 и ВА+ - на увеличение числа брюшных щетинок у мух [20]. В линии НА+ вели отбор на увеличение числа брюшных щетинок, а также возвратный отбор на повышение жизнеспособности
мух. В линии НА0 вели только отбор на увеличение числа брюшных щетинок при сохранении особенностей исходной линии НА. В линии ВА+, селектируемой из линии ВА, вели отбор на увеличение числа брюшных щетинок. Было установлено, что между высокоинбредными линиями, длительно селектируемыми на различия по адаптивным признакам, существуют резкие различия в потенциальных возможностях ответа на отбор по новому признаку. Линия, отягощенная комплексом инадаптивных свойств, является малоперспективной для дальнейшей селекции, и ответ на отбор происходит только после разрушения этого комплекса.
Исследование концентрации квазинормальных хромосом и хромосом, различающихся по влиянию на жизнеспособность, в исходных линиях НА и ВА и их отводках позволило во многом раскрыть природу генетических процессов, развернувшихся в ходе селекции на увеличение числа брюшных щетинок. Уровень концентрации вредных мутаций в линии НА на 282-м и 296-м поколениях инбредного разведения оставался очень высоким. Полулетальные и субвитальные мутации насыщали примерно половину ее хромосом 2. Совершенно иная картина наблюдалась в линии ВА. Хромосомы, дававшие полулетальный и субвитальный эффект, присутствовали в минимальном количестве. В то же время почти половина проанализированных хромосом 2 линии ВА обладала супервитальным действием, заметно повышая жизнеспособность их носителей в гомозиготном состоянии. В линии НА0 не произошло изменения концентрации вредных мутаций. В ходе селекции линии НА+ происходило постепенное освобождение ее от груза вредных мутаций и одновременное накопление супервитальных мутаций.
Изучение динамики концентрации мутаций, влияющих на жизнеспособность, проводилось и при селекции других сублиний, полученных путем отбора в плюс- и минус-сторону из линий НА и ВА на 319-м и 341-м поколениях отбора [21], из линии НА+ на 32-м поколении отбора (295-м поколении инбридинга) [22]. Отбор в минус-направлении по адаптивным признакам сопровождался накоплением вредных мутаций, тогда как возвратный отбор в плюс-направлении приводил к освобождению от груза вредных мутаций и одновременному накоплению в высокой концентрации супервитальных мутаций, повышающих жизнеспособность. Отбор линий в инадаптивном направлении на начальных этапах приводил к резкому повышению частоты супервитальных мутаций. В дальнейшем концентрация супервитальных мутаций снижалась. Одновременно происходило накопление мутаций с отрицательным действием.
Ряд супервитальных мутаций, выделенных из хромосомы 2 в линии НА на 110-160-м поколениях селекции, был идентифицирован [7]. Все они оказались полудоминантными и обладали супрес-сорным эффектом, т.е. были способны подавлять вредный эффект летальных мутаций, накопленных в хромосомах 2 линии НА. Таким образом, супервитальные мутации как элементы генетической системы высокоинбредных линий играют важную роль в сохранении адаптивной нормы. Накопление супервитальных мутаций в селектируемых линиях мы рассматриваем в свете представления о компенсационных комплексах генов (ККГ), развитого В.А. Струнниковым [23]. ККГ формируется в инбредных линиях животных при наличии в их генотипе вредных мутаций. В состав ККГ входят доминантные и полудоминантные мутации, положительным образом влияющие на адаптивно важные признаки и способные подавлять вредные мутации. Можно предполагать, что усиление действия ККГ происходит на начальном этапе селекции от адаптивного состояния к ина-даптивному. Дл
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.