ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2012, том 73, № 4, с. 253-258
УДК 575.175:575.22:599.32
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ УРОВНЕМ ХРОМОСОМНЫХ АБЕРРАЦИЙ И ДЕМОГРАФИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ
© 2012 г. М. И. Чепраков, С.Б. Ракитин
Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: cheprakov@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 14.06.2011 г.
Исследование взаимосвязи между уровнем хромосомных нарушений и демографическими параметрами было выполнено на особях из природной популяции рыжей полевки (Clethrionomys glareolus) из локалитета, находящегося на Среднем Урале в подзоне южной тайги (57°15'с.ш., 58°44' в.д.). С помощью рутинных методов цитогенетического анализа изучали изменчивость частоты структурных хромосомных аберраций, пробелов и изменений числа хромосом в клетках костного мозга рыжих полевок. Влияние демографических параметров: плотности популяции, возраста, пола и репродуктивного статуса на цитогенетические показатели - оценивали с помощью лог-линейного анализа. Обнаружено уменьшение доли особей с повышенной частотой клеток со структурными хромосомными нарушениями и пробелами с увеличением популяционной численности. Этот результат согласуется с представлением, что меньшее количество мутаций в соматических клетках благоприятно для повышения выживаемости организмов. В основе возникновения подобной закономерности может лежать естественный отбор, вызывающий перестройку генетической структуры популяции, либо эти изменения могут быть побочным результатом других процессов, протекающих в популяции в ходе динамики численности. Высокая популяционная плотность приводит к увеличению среди сеголеток доли особей, имеющих повышенную частоту клеток с нарушениями числа хромосом. Подобное возможно в результате асимметричной интерференционной конкуренции взрослых особей по отношению к сеголеткам. По нашим данным, доля животных, имеющих повышенную частоту соматических клеток со структурными хромосомными аберрациями и нарушениями числа хромосом, существенно увеличивается c возрастом, что согласуется как с теоретическими представлениями, так и с экспериментальными данными. Пол и участие в размножении не оказывают достоверного влияния на уровень цитогенетической нестабильности.
Ошибки при исправлении нарушений в молекулах ДНК в ходе действия различных репарационных механизмов приводят к появлению хромосомных аберраций в клетках живых организмов (Griffin, Thacker, 2004; Pfeiffer et al., 2004). Известно, что восстановление исходной структуры ДНК находится под генетическим контролем (Thacker,1999; Symington, 2002). Мутации в генах, контролирующих процессы репарации, могут приводить к повышению частоты хромосомных нарушений в клетках различных тканей, к замедлению роста и уменьшению жизнеспособности особей в тот или иной период онтогенеза (Difilippantonio et al., 2000; Gao et al., 2000; Nijnik et al., 2007). В то же время выживаемость как показатель степени жизнеспособности закономерно меняется в течение популяционных циклов (Krebs, Myers, 1974). Следовательно, есть основания считать, что может существовать взаимосвязь
между интенсивностью мутационного процесса и популяционной плотностью. Установление и познание характера этой связи поможет в будущем приблизиться к пониманию механизмов, которые лежат в основе динамики численности живых организмов. Предыдущие исследования не дали ясного представления о характере этой связи (Dmitriev et al., 1997; Гилева и др., 2006).
Понимание того, что множество факторов влияет на популяционную цикличность, лежит в основе современных взглядов на природу этого явления. Выделяют такие основные факторы, как обилие и доступность пищи, погодные условия, хищничество, социальные взаимодействия, болезни (Krebs, 2009). Существенным моментом является возможность взаимодействия этих факторов между собой. Наши результаты позволяют считать, что интенсивность мутационного процесса зависит от численности популяции.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование выполнено на природной популяции рыжей полевки (С1еЛпопотуз glareolus) из локалитета, находящегося на Среднем Урале в подзоне южной тайги (57°15' с.ш., 58°44' в.д.), для которого документировано лишь глобальное техногенное загрязнение. Отлов животных проводили во второй половине июля в течение десяти лет с 1999 по 2008 г. Для оценки популяционной численности использовали показатели попадае-мости на 100 ловушко-суток (л.-с.) за первые два дня отлова. В узком смысле это относительная численность, в широком же смысле - показатель популяционного обилия животных. Понятия "плотность" и "численность" популяции использованы в работе в широком смысле как синонимы обилия животных. Возраст животных определяли по форме альвеолярной части и индексу корня второго верхнего зуба (Оленев, 2009). Межгодовые значения обилия (Б) менялись от 2.5 до 69.0 ос. на 100 л.-с. Данные по годам группировали в три категории численности (01—3): низкую (до 10 ос. на 100 л.-с.), среднюю (10-30 ос.) и высокую (более 30 ос.). Наблюдали три полных цикла численности: 2-, 3- и 4-летний. За каждым годом среднего обилия следовал год высокой по-пуляционной плотности. Один пик был первым годом наблюдений. Четвертый наступил после трех лет низкой численности. Доля перезимовавших особей в популяции увеличивается с ростом плотности: от 15,2% при низкой, до 18,3% при средней и до 25,4% при высокой.
В качестве показателей интенсивности мутационного процесса использовали частоты структурных аберраций хромосом (БСА) и пробелов (в), а также суммарную долю анеуплоидных и полиплоидных клеток (КСА). Препараты метафазных хромосом готовили из костного мозга грызунов, окрашивали азур-эозином и анализировали по 25-50 и более клеток у каждого животного. Для анализа выбирали метафазы округлой формы с достаточно плотным расположением хромосом, но по возможности без наложений или с минимальным количеством наложений, не препятствующих идентификации числа и состояния хромосом. В каждой метафазной клетке определяли число хромосом и учитывали наличие структурных перестроек хромосом и пробелов. Среди структурных нарушений хромосом около 80% составляют одиночные фрагменты, 7-8% - хромосомные транслокации, в том числе робертсоновские, и парные фрагменты, 2-3% - хроматидные транслокации и множественные повреждения. Ахроматические пробелы представляют собой перерывы
в окрашивании хроматид. Истинные разрывы отличали от пробелов на основании таких критериев, как смещение по отношению к оси хроматиды и/или наличие просвета, превышающего ширину хроматиды. До настоящего времени не решен вопрос, возникают ли пробелы, подобно истинным хромосомным аберрациям, в результате разрывов хромосом. Тем не менее существуют данные, свидетельствующие о сходстве механизмов возникновения истинных разрывов и пробелов (Harvey et al., 1997), а также о сходстве их частот при межи внутрипопуляционных сравнениях (Gileva, 2002). Считается необходимым учитывать пробелы при анализе повреждений хромосом и отдельно приводить оценки их частоты (Paz-y-Mino et al., 2002). Среди пробелов 94% составляют одиночные, 4% - парные и 3% - множественные пробелы. При учете анеуплоидии особое внимание обращали на регистрацию гипоплоидных клеток, в которых число хромосом меньше диплоидного, т.е. нормального для костного мозга. Дело в том, что в некоторых случаях хромосомы могут теряться при приготовлении препаратов, поэтому в качестве гипоплоидных учитывались лишь мета-фазы с идеально округлыми очертаниями и достаточно плотным расположением хромосом. Такой подход приводил, вероятно, к некоторому занижению доли гипоплоидных клеток, но, поскольку принципы отбора клеток для анализа были постоянны, можно считать, что степень занижения была примерно одинаковой во всех выборках. Гиперплоидные клетки (т.е. с числом хромосом, превышающим диплоидное) идентифицируются с достаточной степенью уверенности. Для статистического анализа частоты анеуплоидных и полиплоидных клеток объединяли, так как цитогене-тические механизмы возникновения обоих типов нарушений числа хромосом отчасти сходны. Доля анеуплоидных клеток составляет 53%, а частота полиплоидных - 47% среди общего количества клеток с аномальным числом хромосом. Данные по частоте клеток с хромосомными аберрациями использовали в исходном виде (SCA, NCA, G) и категоризированном - SCA3, G3 (1 - 1% и менее, 2 - > 1% и < 4%, 3 - > 4%), NCA3 (1 -< 1%, 2 - > 1% и < 3%, 3 - > 3%), SCA2, NCA2, G2 (1 - < 1%, 2 - > 1%). В анализе использовали данные для 461 особи (99 перезимовавшим и 362 сеголеткам). Годовые значения показателей обилия полевок, частоты клеток с разными типами хромосомных нарушений, размеры выборок и общее число просмотренных клеток представлены в табл.1.
Репродуктивный статус полевок определяли по состоянию генеративной системы. К размножающимся (половозрелым) относили беременных и
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ УРОВНЕМ ХРОМОСОМНЫХ АБЕРРАЦИЙ
255
Таблица 1. Межгодовая изменчивость популяцион-ного обилия животных, величины выборок и частоты хромосомных нарушений
Год Индекс обилия (ос./100 л.-с.) Число животных Число клеток Средняя частота клеток, %
со структур-ными аберрациями хромосом анеу-и по-липло-идных с пробелами
1999 54.0 69 2225 0.54 1.08 1.45
2000 13.1 60 2025 1.42 0.78 2.25
2001 37.2 81 2275 2.45 1.10 3.19
2002 6.8 39 1350 2.44 0.59 2.46
2003 17.5 33 1500 2.69 0.73 4.25
2004 69.0 62 2100 1.00 0.71 1.74
2005 2.5 13 1100 1.31 0.18 2.54
2006 9.2 28 1850 1.46 0.46 1.43
2007 5.7 32 1600 2.19 1.00 2.06
2008 50.0 44 2728 0.84 0.70 0.94
родивших самок, имеющих плацентарные пятна и/или эмбрионы в матке, и самцов с массой семенника более 150 мг с развитыми придатками и выраженным сперматогенезом. При статистической обработке материала был использован пакет программ 81а118Иеа 6 (лог-линейный анализ, статистика х2, ранговый коэффициент корреляции Спирмена (Л5) и множественный регрессионный анализ).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Первоначально на основе данных по сеголеткам с использованием лог-линейного анализа оценивали влияние пола, участия в размножении и популяционной численности, представленной в категоризированном виде (Б 1-
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.