ОНТОГЕНЕЗ, 2004, том 35, № 1, с. 47-52
ГЕНЕТИКА РАЗВИТИЯ
УДК 575.16:576.316.352:575.117.2
ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТА РОДИТЕЛЕЙ НА ФУНКЦИЮ ЭНДОРЕДУПЛИКАЦИИ ГИГАНТСКИХ ХРОМОСОМ И НЕКОТОРЫЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ У ПОТОМКОВ Drosophila melanogaster
© 2004 г. М. А. Рарог, Л. И. Воробьева, В. Ю. Страшншк
Научно-исследовательский институт биологии Харьковского национального университета
61077 Харьков, пл. Свободы, д. 4 Поступила в редакцию 29.10.01 г. Окончательный вариант получен 08.07.03 г.
Изучали влияние возраста родителей на степень политении гигантских хромосом и экспрессивность мутации eyeless у потомков Drosophila melanogaster. Установлено, что возраст родителей, равный шести суткам, оказывает негативное влияние на функцию эндоредупликации гигантских хромосом в линии eyeless. Наибольшую степень политении хромосом наблюдали у потомков имаго четырех-и десятисуточного возраста. Максимальную редукцию глазных фасеток наблюдали у потомков че-тырехсуточных имаго, в потомстве более старых родителей экспрессивность мутации была резко снижена. Статистически проанализированы также связи между характером изменений степени политении хромосом, экспрессивности мутации eyeless и ранее изученными компонентами приспособленности у потомков стареющих родителей в данной линии дрозофилы.
Ключевые слова: дрозофила, возраст родителей, степень политении хромосом, экспрессивность.
Фенотипический признак формируется как продукт координированного взаимодействия контролирующего его гена с комплексом факторов внутренней и внешней среды. Существенное влияние на развитие и проявление признаков у потомков могут оказывать возрастные изменения, произошедшие в организме родителей.
Известно, что с возрастом происходят различные структурно-функциональные изменения генетического материала (Rattan, 1989; Murray, 1990; Lindahl, 1993) и общее снижение экспрессии генов (Анисимов, 2000). Это приводит к снижению интенсивности внутриклеточного метаболизма (Stadtman, 1988; Rattan et al., 1992), которое в свою очередь может являться причиной различных нарушений в организме в целом. Старение затрагивает также и процессы созревания и хранения гамет: увеличивается число мутаций и генетических повреждений (Karp, 1980; Risch et al., 1987; Grow, 1997), изменяется частота кроссинго-вера (Redfield, 1966), увеличивается вероятность нерасхождения хромосом (Ковалева, 1992), повышается чувствительность зрелых половых клеток к повреждающим воздействиям (Lefevre, 1965; Zimmering, Fowler, 1966; Zimmering, Scott, 1968)и др.
Снижение полноценности половых клеток с возрастом как матери, так и отца влечет за собой увеличение эмбриональной смертности (David, 1962) и увеличивает вероятность появления
врожденных аномалий и уродств (Carothers et al., 1984; Carothers, 1987; Давиденкова и др., 1988). У потомков стареющих родителей наблюдали также изменение скорости развития (Traccy, 1958; Howe, 1967) и снижение репродуктивной способности (Ludwig et al., 1962; Murai, Kiritani, 1970). В то же время изменения многих других признаков у потомков в зависимости от возраста родителей имеют более сложный характер (Некрасова, Шахбазов, 1972; Beadmore et al., 1975; Рарог и др., 1998). В целом, несмотря на большое количество данных, свидетельствующих о влиянии старения родительского поколения на потомство, в литературе отсутствует единое мнение о последствиях этого влияния и его механизмах.
Поскольку одним из показателей активности ядерного генома и интенсивности метаболизма у дрозофилы является уровень политении гигантских хромосом слюнных желез (Бродский, Урыва-ева, 1981), представляет интерес совместное изучение этого показателя и характера проявления различных количественных признаков. Цель данной работы - исследование изменений степени политении хромосом и экспрессивности признака eyeless у потомства в зависимости от возраста родительского поколения Drosophila melanogaster.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объектом исследования служила неселекти-руемая линия eyeless (ey) Drosophila melanogaster.
80 70 60 50 40 30 20 10 0
2
4
6
8
10
12
900 800 700 600 500 400 300 200 100
Рис. 1. Влияние возраста родителей на степень политении гигантских хромосом слюнных желез в линии eyeless Drosophila melanogaster.
По оси абсцисс: возраст родителей, сут; по осям ординат: слева - % ядер, справа - средняя степень политении ($).
Степень политении: (S3) - 256С (ширина хромосом 1.6 мкм), (И) - 512С (ширина хромосом 2.3 мкм), (□) -1024С (ширина хромосом 3.2 мкм).
Мутация ey (4-2.0) приводит к редукции числа глазных фасеток, варьирующей от полного отсутствия одного или обоих глаз до почти нормального их выражения (Lindsley, Grell, 1968).
Культивирование дрозофилы проводили на стандартной сахарно-дрожжевой среде при температуре 24 ± 0.5°C.
Анализировали потомство шести последовательных кладок яиц дрозофилы. Для этого отдельные пары особей каждые двое суток пересаживали на свежую питательную среду. Таким образом, каждая из кладок яиц была получена от родителей определенного возраста (от 1-2 до 11-12 сут). Во всех экспериментах использовали только индивидуальные скрещивания.
Политенные хромосомы исследовали на давленых ацетоорсеиновых препаратах слюнных желез (Полуэктова, Евгеньев, 1974). В опыты брали самок в конце третьего личиночного возраста. По данным Родмана (Rodman, 1967), инициация новых циклов эндоредупликации политен-ных хромосом прекращается за несколько часов до личиночно-предкуколочной линьки.
Различия в степени политении гигантских хромосом на цитологических препаратах определяли цитоморфометрически (Страшнюк и др., 1995 а). Гигантские хромосомы с разной степенью политении различаются по ширине и интенсивности окрашивания (Ананьев, Барский, 1985; Страшнюк и др., 1995а, б): в норме процентное соотношение различных классов ядер, определяемое этим способом, практически совпадает с резуль-
татами цитофотометрических исследований других авторов (Rodman, 1967; Корочкина, 1977). Это позволяет сопоставить данные цитоморфометри-ческих измерений с реальными уровнями политении хромосом. Известно, что к концу третьей личиночной стадии хромосомы в клетках слюнных желез Drosophila melanogaster проходят от шести до девяти циклов эндоредупликации и достигают степени политении 256C, 512C, 1024C, 2048C (Rodman, 1967; Корочкина, 1977). На цитологических препаратах эти классы ядер характеризуются разной шириной политенных хромосом. В районе диска A22 хромосомы 2L, который примерно соответствует средней ширине хромосом, их поперечные размеры составляют соответственно 1.6, 2.3, 3.2, 4.6 мкм. Чем больше степень политении, тем интенсивнее хромосомы окрашиваются ацетоорсеином. Процентное соотношение разных классов ядер определяли на тотальных препаратах слюнных желез, на основании этих данных судили о среднем уровне политении на исследуемых цитологических препаратах. В каждом варианте опыта исследовали по 10-14 личинок дрозофилы. Всего было исследовано 70 особей.
Экспрессивность признака ey учитывали по доле мух с полной редукцией одного или обоих глаз от общего числа потомков (Morgan, 1929). Для каждого исследуемого возраста было изучено потомство не менее 20 родительских пар дрозофилы. По проявлению признака ey в каждом варианте опыта было проанализировано от 1035 до 2594 особей.
Результаты экспериментов обработаны методами вариационной статистики, достоверность различий оценивали с помощью критерия Стью-дента-Фишера. О наличии статистических связей между изучаемыми показателями судили по величине коэффициента ранговой корреляции Спир-мена (Лакин, 1990).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследования функции эндоредупликации гигантских хромосом в линии eyeless представлены на рис. 1. Полученные данные свидетельствуют о сложном характере зависимости степени политении хромосом у потомков от возраста родительского поколения. Наиболее высокие значения данного показателя были получены в потомстве имаго четырех- и десятисуточного возраста, а наиболее низкие - в потомстве шести-суточных. При этом были обнаружены резкие отличия в распределении классов ядер с разной степенью политении: для потомков родителей шестисуточного возраста было характерно значительное увеличение относительного содержания ядер с низкой степенью политении (256С и 512С, ширина хромосом соответственно 1.6 и 2.3 мкм) и снижение количества ядер с высокой
степенью политении (1024С, ширина хромосом
3.2 мкм) по сравнению с потомками более ранних и более поздних кладок. Различия по средней степени политении между потомками четырех- и ше-стисуточных имаго дрозофилы составили 9.65% (p < 0.05). Таким образом, возраст родителей, равный шести суткам, оказывал определенное негативное влияние на функцию эндоредупликации гигантских хромосом у потомков в линии eyeless. В потомстве более поздних кладок происходило постепенное восстановление значений данного показателя до уровня, характерного для потомков четырехсуточных имаго. У потомков десяти-двенадцатисуточных родителей наблюдали также значительное снижение коэффициента вариации средней степени политении (таблица).
Необходимо отметить, что для линии eyeless в целом характерна пониженная степень политении хромосом. Согласно литературным данным, более 70% ядер клеток слюнных желез Drosophila melanogaster проходят восемь циклов последовательных эндоредупликаций, в результате чего достигается степень политении, равная 1024С. В 20% клеток имеет место только семь циклов эндоредупликаций и уровень политении равен 512С. Остальные клетки (около 10%) имеют низкий уровень политении (25 6С) и максимальный для клеток слюнных желез Drosophila melanogaster уровень политении - 2048С (Rodman, 1967; Ко-рочкина, 1977). В отличие от этого в линии eyeless наблюдали относительно высокое - до 40% и выше (рис. 1) - содержание ядер с малой степенью политении: 256С и 512С (ширина хромосом 1.6 и
2.3 мкм соответственно). Число ядер со степенью политении 1024С (ширина хромосом 3.2 мкм), напротив, было понижено (50-70%). Ядра с шириной хромосом 4.5 мкм (2048С) практически отсутствовали: из 70 проанализированных нами препаратов слюн
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.