ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 12, с. 1619-1626
^=ОБЩАЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^
ГЕНЕТИКА
УДК 576.312.37:599.33
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ГИБРИДНОЙ ЗОНЫ ДВУХ ХРОМОСОМНЫХ РАС Sorex araneus ПЕРЕД СЕЗОНОМ РАЗМНОЖЕНИЯ
© 2007 г. С. В. Павлова, Н. Ш. Булатова, Н. А. Щипанов
Институт проблем экологии и эволюции им. АН. Северцова Российской академии наук, Москва 119071;
факс: (495) 952-35-84; e-mail: admin@sevin.ru Поступила в редакцию 26.03.2007 г.
Две хромосомные расы обыкновенной бурозубки, Москва и Селигер, различаются комбинацией плеч в 11 диагностических хромосомах (Робертсоновские метацентрики/акроцентрики). В гибридной зоне этих рас, ранее установленной, весной перед сезоном размножения выявлены гомозиготы обеих чистых рас, простые Робертсоновские гетерозиготы расы Селигер и комплексные гетерози-готы - гибриды F1. Гетерозигота g/o впервые обнаружена у расы Селигер, в хромосомной формуле которой обычно представлены акроцентрики g и о. Повторно найдена гетерозигота m/q. Мейоз изучен у 16 самцов, представляющих пять выявленных кариотипических категорий. На стадии диаки-нез-метафаза I не обнаруживались нарушения спаривания гомологов ни полового тривалента, общего для вида (XY1Y2), ни аутосомных тривалентов (g/o, m/q). У двух гибридов показана теоретически ожидаемая и ненарушенная мейотическая конфигурация в виде очень длинной цепи, состоящей из 11 монобрахиальных гомологов (g/gm/mq/qp/pr/rk/ki/ih/hn/no/o). Полученный материал обсуждается в свете гипотез о фертильности комплексных гетерозигот и ограничений генного потока в гибридной зоне.
Обыкновенная бурозубка (Sorex araneus L.) -вид млекопитающих (Soricidae: Mammalia), у которого широкий спектр Робертсоновского полиморфизма сочетается с наличием десятков хромосомных рас, способных гибридизировать между собой в зонах контакта. 13 гибридных зон, уже описанных за рубежом в Европе (Великобритания, Швейцария, Швеция, Чехия, Польша), и одна в Сибири (между расами Новосибирск и Томск) служат как образцы при изучении всех новых зон контакта хромосомных рас [1]. На европейской территории России первый пример гибридной зоны получен в ходе изучения западной границы распространения хромосомной расы Москва. Через десятилетие после первоначального описания кариотипа московской расы [2] западный край ареала этой расы был установлен близ оз. Стерж на территории Тверской обл., и на расстоянии всего около 20 км на берегу оз. Селигер была открыта новая хромосомная раса обыкновенной бурозубки под этим же названием [3]. По данным предварительного изучения, гибридная зона пролегает по центру этой довольно узкой переходной зоны между двумя расами, причем в месте встречи двух рас отсутствуют какие-либо физические барьеры, способные препятствовать перемещению зверьков [4]. Кариотипы рас Москва и Селигер разделены множественными Робертсоновски-ми перестройками, затрагивающими все 10 плеч, определяющих диагноз хромосомной расы [3]. Анализ G-окраски хромосом позволил выявить
гибридные и рекомбинантные кариотипы, в соотношении не более 6% к общему числу кариотипи-рованных в зоне контакта особей [5, 6]. Для выяснения изолирующей роли хромосомных перестроек в формировании "сильной" гибридной зоны необходимо изучение мейоза. Материал, полученный непосредственно вдоль границы рас Москва и Селигер перед сезоном размножения, стал основанием для настоящей публикации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Данные цитогенетического изучения обыкновенной бурозубки получены в окрестностях оз. Селигер (Тверская обл.) в апреле 2006 г. Исследование проведено на взрослых перезимовавших экземплярах, на том отрезке годового цикла S. агапеш, когда вся популяция представлена половозрелыми особями обоего пола. Район исследования охватывает участок зоны контакта двух хромосомных рас как на левом, ранее обследованном, так и на правом, прежде неизученном берегу Верхневолжских озер (рис. 1).
Кариотипически идентифицированы выборки S. агапеш на территории общей протяженностью около 40 км, от берега оз. Селигер на северо-востоке до оз. Пено на юго-западе. Координаты крайних точек 57°14' с.ш. 32°42' в.д. - 56°55' с.ш. 32°41' в.д. На этом промежутке места отлова последовательно пронумерованы от № 22 до № 29 в продолжение общего списка мест кариотипиро-
1619
3*
Рис. 1. Точки находок агаиеж в межрасовой зоне контакта на Верхней Волге в 2006 г. Раса Селигер -кружки и сектора неокрашенные, раса Москва -кружок и сектор черные, гибриды - серые сектора. Кружки в обводке - первые точки обнаружения двух хромосомных рас в 1997 г. [3]. Нумерация точек соответствует табл. 1.
вания, начатого в 1997 г. в этом регионе [3-4, 6]. Полный список и данные кариотипирования будут представлены в отдельной публикации.
В весенней выборке 2006 г. представлены 15 самок и 16 самцов обыкновенной бурозубки. Материалы получены практически одновременно (5 дней в середине апреля), в каждой из восьми
точек проанализировано от 2 до 7 перезимовавших и готовых к размножению особей (табл. 1). Со всех зверьков были сняты стандартные мор-фометрические промеры и взят материал для цито-генетического, молекулярного, гистологического, морфологического и биохимического анализов по протоколам международного междисциплинарного исследования в рамках ИНТАС.
Кариотипический статус каждой особи определен по G-окраске хромосом на препаратах, полученных стандартным методом из клеточной суспензии костного мозга и селезенки и проанализированных в соответствии с принятой номенклатурой стандартного кариотипа S. araneus [7]. Одновременно проведен контроль мейоза как у гомозигот обеих чистых рас, так и у возможных гетерозигот и гибридов (Робертсоновские трива-ленты, гибридная цепь). Препараты мейотиче-ских хромосом получены из семенных канальцев для всех 16 самцов. Фиксация проведена по протоколу, включенному в методическую часть атласа А.С. Графодатского и С.И. Раджабли [8] со ссылкой на оригинальный метод без центрифугирования, удобный для работы в полевых условиях [9]. На стадиях диакинез-метафаза I сравнивались особенности мейотических конфигураций у разных кариотипических вариантов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Кариотипинеские категории
В исследованной нами выборке S. araneus из общего числа 31 экз. обоего пола у 18 выявлена принадлежность к расе Селигер, у восьми - к расе Москва и пять определены как гибриды (табл. 1).
На препаратах соматических митозов чистые расы легко определяются уже на пробных препаратах по отсутствию акроцентриков (раса Москва) или, напротив, присутствию двух пар акроцентриков неравного размера (раса Селигер). По изменениям набора акроцентриков определяют предварительно гетерозиготные и гибридные кариотипы (рис. 2,а-г). Так, увеличение числа ак-роцентрических аутосом - 6 вместо 4 - связано с гетерозиготностью метацентрика mq у одного самца расы Селигер (2NA = 21). Два акроцентри-ка неравного размера (вместо возможных 4) присутствовали у другого самца из той же точки, где выявлены еще пять особей расы Селигер (табл. 1). Такой кариотип мог быть у гибрида (2NA = 19). Однако идентификация по G-окраске указывает на гетерозиготность диагностических акроцентриков расы Селигер по слиянию g,o/go. Соединение go впервые обнаружено у расы Селигер. Гибридные кариотипы определены по G-окраске среди самцов и самок в четырех из восьми обследованных точек (табл. 1). В каждом случае гибрид отмечен среди особей только одной из чи-
Таблица 1. Характеристика материала, полученного для цитогенетического изучения в гибридной зоне хромосомных рас Москва (Мо) и Селигер ^1)
Номер точки Число исследованных экземпляров
Mo (самцы/самки) Sl (самцы/самки) Г (самцы/самки)
22 5 (1/4) - 1 (0/1)
23 - 3 (3/0) 2 (1/1)
24 - 7 (5**/2) -
25 - 3 (1/2) -
26 - 2 (1/1) -
27 - 2 (2/0) 1 (0/1)
28* - 1 (0/1) 1 (1/0)
29* 3 (1/2) - -
Всего 8 (2/6) 18 (12/6) 5 (2/3)
Примечание. Точки 22-27 относятся к перешейку оз. Селигер-левобережье Волги; точки 28*, 29* находятся на правом берегу Верхневолжских озер (см. рис. 1). Мейоз исследован у всех самцов. Значком ** отмечена локализация гетерозиготных особей у расы Селигер. Г - гибриды.
стых рас - Москва (точка 22) или Селигер (точки 23, 27, 28).
Из восьми точек шесть (№ 22-27) расположены вдоль ранее локализованной гибридной зоны на межозерном перешейке. Две точки (№ 28, 29) относятся к не исследованной ранее территории за Верхневолжскими озерами (рис. 1). На правом берегу, как и на левом, расы распространены сходным образом: Селигер - к северу, а Москва -к югу от полосы, где выявляются гибриды.
Соотношения кариотипических вариантов в весенней выборке определены для шести точек, находящихся внутри ограниченной озерами части гибридной зоны (рис. 1, табл. 1). Расчеты по уравнению Харди-Вайнберга показывают, что фактическая частота встречаемости гибридов достоверно (Р < 0.01) меньше теоретически ожидаемой (табл. 2).
полностью соответствовало кариотипическому статусу особи: 10 - у расы Москва, 11 - у расы Селигер, 10-11 - у двух гетерозигот этой расы, включая половой тривалент (табл. 3). У двух самцов деления мейоза I отмечены присутствием длинной цепной конфигурации, наблюдавшейся на 29 пластинках у одного из них (точка 23) и на 57 у другого (точка 28) (суммарное значение в табл. 3; рис. 4).
Для каждого из кариотипических вариантов было просмотрено не менее 20 хорошо разбросанных пластинок (табл. 3). У чистых рас, гетерозигот и гибридов не выявлено нарушений, связанных с половым тривалентом. Конфигурация полового тривалента XY1Y2 определяется синапсисом "истинной" и гетеропикнотичной Х-хромосомы (плечо е) с крупным аутосомным гомологом Y2, с одной стороны (плечо d и околоцентромер-
Мейоз
На мейотических препаратах, полученных из содержимого семенных канальцев (см. "Материалы и методы"), у всех без исключения самцов были обильными сперматозоиды (рис. 3). Полные спектры фаз сперматогенеза и ожидаемые мейо-тические конфигурации отмечены у представителей всех пяти кариотипических категорий - гомозигот рас Селигер (2NA = 20), Москва (2NA = 18), обеих гетерозигот расы Селигер - m/q (2NA = 21) и g/o (2NA = 19), а также у гибридов (2NA = 19). На стадиях ди
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.