Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Брагинец Ольга Петровна

Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae
<
Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Брагинец Ольга Петровна. Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.00.15.- Томск, 2003.- 120 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-3/1208-1

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Обзор литературы 10

1.1. Размер и организация генома комаров семейства Culicidae... 11

1.2. Общая характеристика и типы повторяющихся последовательностей ДНК 15

1.3. Локализация на хромосомах повторяющихся последовательностей ДНК 23

1.4. Повторяющиеся последовательности ДНК и эволюционный процесс 27

1.5. Тандемные повторы как генетические маркеры 30

1.6. Изучение повторяющихся последовательностей ДНК

методом таксонопринта 34

Глава 2. Материалы и методы 37

2.1. Материалы 37

2.2. Выделение ДНК 40

2.3. Идентификация видов 41

2.4. Метод таксонопринта 43

2.5. Клонирование и анализ видоспецифичной фракции повторяющихся последовательностей ДНК 44

2.6. Микросателлитное генотипирование 45

2.7. Секвенирование фрагмента гена мтДНК 47

2.8. Приготовление лактоацетоорсеиновых препаратов 47

Глава 3. Результаты 49

3.1. Сравнение спектров повторяющихся последовательностей ДНК у представителей семейства Culicidae методом таксонопринта 49

3.2. Межпопуляционные различия в картинах распределения повторов у вида Ае. flavescens 58

3.3. Анализ видоспецифической фракции комара An. messeae 59

3.4. Полиморфизм микросателлитных локусов у малярийных комаров группы An. funestus 62

3.5. Микросателлитные маркеры в исследовании внутривидового разнообразия и генетической структуры природных популяций An. funestus Giles 65

3.6. Анализ последовательности фрагмента гена митохондриальной ДНК в популяциях An. funestus 74

3.7. Анализ инверсионного полиморфизма An. funestus в Кении 78

Глава 4. Обсуждение 82

4.1. Организация повторяющихся последовательностей ДНК в геноме комаров семейства Culicidae 82

4.2. Повторяющиеся последовательности ДНК в исследованиях таксономии и эволюции кровососущих комаров 84

4.3. Использование микросателлитных локусов в изучении популяционно-генетической структуры у комаров 88

4.4. Популяционно-генетическая структура малярийного комара An. funestus в Кении 90

Выводы 94

Литература

Введение к работе

Актуальность темы.

Повторяющиеся последовательности ДНК составляют существенную часть эукариотического генома. Изучение организации и изменчивости различных классов повторяющихся последовательностей ДНК позволяет получить сведения о характере перестроек генетического материала при видообразовании и является важной составной частью многих эволюционных исследований. Кроме того, высокая вариабельность отдельных классов повторов делает их чувствительным инструментом популяционной генетики.

Кровососущие комары семейства Culicidae являются одной из наиболее интенсивно изучаемых групп насекомых в связи с их эпидемиологической значимостью как переносчиков огромного количества заболеваний. К настоящему времени накоплено множество данных, касающихся биологии, экологии, хромосомой структуры и биохимических особенностей данной группы, достигнут значительный прогресс в исследовании проблем внутривидовой генетической адаптации популяций и структурно-функциональной реорганизации генома при видообразовании (Стегний, 1991, 1993; Besansky et al., 1992; Knudson et al, 1996; Rai, Black, 1999). Исследование повторяющихся последовательностей ДНК у комаров представляется актуальным в плане выяснения изменений, которые произошли на молекулярном уровне в процессе видообразования. Кроме того, различные группы повторяющихся последовательностей ДНК могут быть полезны в качестве молекулярных маркеров для популяционой генетики и видовой идентификации кровососущих комаров.

Цели и задачи исследования.

Целью данной работы является изучение изменчивости различных классов повторяющихся последовательностей ДНК у кровососущих комаров семейства Culicidae и оценка применимости этих данных в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях у данной группы организмов. В ходе работы были поставлены следующие задачи: 1) провести сравнение спектров фракций повторов геномной ДНК между родами Anopheles, Culex и Aedes семейства Culicidae с помощью метода таксонопринта; 2) изучить межвидовые различия внутри каждого рода для выяснения эволюционных закономерностей преобразований повторов и соответствия результатов таксонопринтного анализа систематическому положению изучаемых видов комаров; 3) определить молекулярную природу видоспецифичной фракции, выявляемой на таксонопринте комара An. messeae; 4) оценить изменчивость микросателлитных локусов у малярийного комара An. funestus; 5) провести анализ популяционной структуры An. funestus на микро- и макрогеографическом уровне, используя микросателлитные локусы, мтДНК и инверсионный полиморфизм.

Научная новизна.

Впервые проведен анализ спектров повторяющихся последовательностей ДНК у кровососущих комаров трех родов семейства Culicidae. Получены новые данные о межвидовой и межродовой изменчивости геномов Anopheles, Culex и Aedes по составу семейств повторяющихся ДНК. Показано, что видоспецифичная фракция на таксонопринте An. messeae представляет собой тандемный повтор с длиной мономера около 53 п.н. Разнообразие в организации повторов в пределах одного семейства и низкое содержание общих фракций отличает Culicidae от всех изученных ранее групп организмов.

Проведен анализ изменчивости локусов микросателлитной ДНК An. funestus, выявлены полиморфные локусы. Исследована генетическая структура природных популяций малярийного комара An. funestus в Кении. Показано снижение уровня генетического разнообразия для популяций An. funestus из прибрежного района Кении в сравнении с западным, и наличие дифференциации генетической структуры между районами. Выявлено хорошее соответствие результатов, полученных при использовании трех различных типов маркеров - микросателлитных локусов, мтДНК и хромосомных инверсий для оценки популяционной структуры An. funestus.

Основные результаты получены автором самостоятельно.

Практическая ценность работы.

Практический интерес могут представлять результаты таксонопринтного анализа комаров семейства Culicidae, отражающие сходства и различия в спектрах повторов. Они могут являться руководством для выбора сходных или видоспецифичных фракций при дальнейших исследованиях повторяющихся последовательностей ДНК у различных групп кровососущих комаров. Кроме того, различия в картинах распределения повторов можно использовать для целей видовой диагностики и в разрешении некоторых спорных вопросов систематики и филогении. Структура и генетическое разнообразие популяций комаров - одни из важнейших факторов, которые необходимо учитывать как при использовании уже имеющихся методов контроля за численностью переносчиков малярии, так и при разработке новых методов, в том числе генетических. Изучение популяционной структуры малярийных комаров приобретает также особое значение в связи с быстрым распространением устойчивости к инсектицидам. Таким образом, результаты анализа популяционной структуры An.

funestus, одного из главных переносчиков малярии в афротропическом регионе, имеют непосредственное практическое значение для контроля малярии.

Апробация результатов.

Результаты исследований были представлены на XIII Всероссийском симпозиуме «Структура и функции клеточного ядра», Санкт-Петербург (1999); на II Съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров, Санкт-Петербург (2000); на I Международной конференции «Биоразнообразие и динамика экосистем Северной Евразии», Новосибирск (2000); на I и II Международной конференции «Проблема вида и видообразование», Томск (2000, 2001); на 49, 50, 51-ом ежегодном собрании Американского Общества Тропической Медицины и Гигиены, Хьюстон (2000), Атланта (2001), Денвер (2002); на I Международной Школе-семинаре "Кровососущие насекомые -переносчики трансмиссивных заболеваний и проблемы генетической безопасности", Москва (2002).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Благодарности.

Прежде всего я хотела бы выразить глубокую признательность В.Н. Стегнию за общее руководство и помощь на всех этапах работы над диссертацией. Я искренне признательна Г. Яну за проявленный интерес к моей работе, понимание и поддержку исследований по теме диссертации во время моего пребывания в Баффало. Особая благодарность М.В. Шараховой за постоянную поддержку, творческие идеи и ценные советы при написании диссертациии. Хочу поблагодарить А.И. Шевченко за помощь в освоении методик, обсуждение работы и ценные исправления во время подготовки текста

диссертации, A.M. Малахову за участие в проведении экспериментов по таксонопринтному анализу видов Aedes, И.В. Шарахова за помощь и советы при проведении некоторых экспериментов, О.Г. Грушко за ценные комментарии к работе, а также А.К. Сибатаева, Э.М. Баричеву, А.П. Брагинец за методическую и организационную помощь. Большое спасибо моим коллегам Т.И. Панковой, P. Mancini, F. Silvestrini, С. Curtis, L. L. Koekemoer, а также N. Minakawa, CM. Mbogo, A. G. Githeko и их сотрудникам за помощь в сборе и определении комаров, и предоставление фиксированного материала. В заключение хочу выразить свою признательность М.И. Гордееву, а также коллегам из лаборатории эволюционной цитогенетики НИИ ББ, SUNY Buffalo и сектора молекулярной нейрогенетики дрозофилы ИЦиГ за участие и моральную поддержку.

Общая характеристика и типы повторяющихся последовательностей ДНК

Интенсивные исследования повторяющихся последовательностей ДІЖ у разных организмов начались с момента их открытия в 1960 году, когда исследования кинетики ренатурации ДНК выявили, что большая часть геномов эукариот состоит из повторяющихся последовательностей (Britten, Kohne, 1968). Повторяющейся ДНК называют последовательности, представленные в геноме более чем одной копией (Lewin, 1994), и в зависимости от числа копий делят на умеренноповторяющиеся (10-Ю5 копий) и высокоповторяющиеся (более 105 копий).

Часть повторов включает гены, кодирующие РНК или белки, необходимые для функционирования организма. Однако основная масса повторяющихся последовательностей ДНК либо ничего не кодирует, либо кодирует ферменты, обеспечивающие распространение по геному копий повторов. В связи с этим долгое время повторяющиеся последовательности относили к «эгоистичной» ("selfish"), «мусорной» ("junk"), «паразитической ДНК» ("parasitic") (см. Epplen, 1992). В настоящее время выясняется, что функции повторов важны. Показано, что последовательности повторов локализуются в структурно важных районах хромосом (теломерах и центромерах) и могут участвовать в их функционировании (Willard, 1998; Grady et al., 1992; Feng et ah, 1995; Dong et al., 1998). Они способны влиять на частоту рекомбинации генов, или же сами могут являться причиной рекомбинационных событий, приводящих к дупликациям, делециям и созданию новых комбинаций генетического материала (Makalowski, 1995; Schmid, 1996). Возможной функцией повторенной ДНК может быть её участие в поддержании специфической для данного типа клеток ориентации определенных участков хромосом в ядерном пространстве, что необходимо для обеспечения тканеспецифической экспрессии генетического материала (Manuelidis, Borden, 1988). Кроме того, ряд процессов, связанных с повторяющимися ДНК, обусловливает изменения в работе генов (Dombroski et al, 1993; Makalowski, 1995; Schmid, 1996; Sutherland, Richards, 1995). Существуют предположения о функциональной роли повторов как регуляторных элементов (Kashi, Soller, 1999), предложены гипотезы о функции тандемных повторов как регуляторов совместной работы генов (tuning knobs), обеспечивающей приспособительные возможности организма (Trifonov, 1999, цит по Гречко, 2002; King et al, 1997, цит по Kashi, Soller, 1999).

Семейства повторов, объединяющие сходные повторяющиеся последовательности, отличаются не только представленностью в геноме (копийностью), но и сложностью нуклеотидной последовательности, способом организации, функциональной нагрузкой. На основании этих свойств очень трудно систематизировать все многообразие семейств повторяющихся последовательностей в рамках одной классификации. Поэтому в настоящее время не существует удовлетворительной единой классификации повторов. Наиболее распространена в последнее время классификация, согласно которой каждое семейство повторов может быть отнесено к одной из следующих групп:

1) Мультигенные семейства - умеренные повторы тесно сцепленных, нередко гомологичных последовательностей ДНК, кодирующих белки или РНК со сходной функцией (например, гены рибосомальных РНК, транспортных РНК, гистонов, белков теплового шока). Сцепленность генов подразумевает их организацию в кластеры, в состав которых, кроме кодирующих последовательностей, могут входить интроны, спейсеры и псевдогены. Размер одного кластера может составлять несколько десятков тысяч пар нуклеотидов. На долю кодирующих последовательностей, может приходиться лишь незначительная часть длины кластера. В геноме кластеры изофункциональных генов могут иметь как дисперсную, так и тандемную организацию (Elder, Turner, 1995; Родин, 1985).

2) Некодирующие тандемно организованные повторы - высоко и умеренно повторяющиеся последовательности, которые в зависимости от представленности в геноме, размеров образуемых блоков и сложности мономерной единицы подразделяют на сателлиты, минисателлиты и микросателлиты (Charlesworth et al., 1994).

Впервые тандемные повторы были выделены при равновесном ультрацентрифугировании геномной ДНК в градиенте плотности CsCl. Из-за многократного повторения в их стуктуре определенного набора нуклеотидов они отличались по плавучей плотности от основной массы геномной ДНК и выявлялись в виде дополнительной фракции, для обозначения которой был предложен термин "сателлитная ДНК" (Kit, 1961).

Результаты исследования сателлитных ДНК у большого числа эукариотических организмов позволили выделить у них ряд общих свойств, таких как: 1) быстрая и относительно точная ренатурация; 2) множество копий; 3) гомогенный состав; 4) пурин-пиримидиновая ассиметрия между цепями; 5) простая последовательность; 6) локализация в центромерном гетерохроматине 7) ограниченная репликация в политенных хромосомах; 8) тандемная организация (Беридзе, 1982). При этом отмечалось, что конкретные семейства сатДНК могут не обладать некоторыми из этих свойств.

Тандемные повторы как генетические маркеры

Значительная часть повторяющейся ДНК состоит из тандемно повторенных копий основных мономерных единиц длиной от двух до нескольких тысяч пар нуклеотидов, расположенных по типу «голова-хвост». По одной классификации, предложенной Jeffreys et al. их подразделяют на микросателлиты с длиной мономера 2-6 п.н., минисателлиты (длина мономера в пределах 100 п.н.), мидисателлиты (100-400 п.н.) и макросателлиты (до нескольких т.п.н.) (Armour et al, 1993, цит по Гречко, 2002). По другой, на наш взгляд более удобной, тандемные повторы подразделяют на три группы: сателлиты, минисателлиты и микросателлиты (Armour et al, 1999). Однако, термин сателлиты часто применяют к любому семейству тандемных повторов, за исключением микросателлитов (Гречко, 2002). Мутации типа инсерций и делеций, возникающие из-за неравного кроссинговера (Jeffrey et al, 1985) или сдвига и неточного спаривания цепей ДНК при репликации (Tautz, 1989) изменяют число повторов, и, следовательно, общую длину такой многокопийной последовательности. Такая изменчивость получила название «вариабельное число тандемных повторов» ("variable number of tandem repeats", VNTR). Основа такой изменчивости определяется высокой скоростью мутирования, которая составляет для мини- и микросателлитных локусов приблизительно 10"2 -10" на локус за поколение. Гетерозиготность по минисателлитам может достигать 100%, тогда как по микросателлитам встречается разный уровень полиморфности.

Салеллиты, образующие огромные массивы и составляющие иногода до нескольких процентов всего генома, применяются в качестве молекулярных маркеров гораздо реже в отличие от мини- и микросателлитов. Так, при картировании генома человека сателлиты используют в качестве генетических маркеров, связанных с центромерным районом. При анализе сателлитов используют либо Саузерн-блот гибридизацию после проведения гель-электрофореза в пульсирующем поле для измерения общей длины массива (Mahtani, Willard, 1990; Oakey, Tyler-Smith, 1990; цит no Armour et al, 1999), либо переваривание эндонуклеазами рестрикции или ПЦР для определения локусо-специфичных вариаций мономеров повтора (Warburton, Willard, 1996; цит по Armour et al, 1999). Как уже было сказано, сателлитная ДНК может значительно различаться даже у близких видов. Между тем, сходная сателлитная ДНК была обнаружена у близкородственных видов (Sainz, Cornudella, 1990), группы видов (Anason et al, 1988), и между отдаленными группами видов (Abad et al, 1992). Такая консервативная сателлитная ДНК может быть использована для выяснения эволюционных взаимоотношений между родственными видами (Capriglionetfflf/., 1991;Bachmann, Sperlich, 1993; Vidal-Rioja et al, 1994; также см. обзор Гречко, 2002). Мини- и микросателлиты обладают рядом свойств, которые позволяют широко использовать эти группы тандемных повторов в качестве генетических маркеров при анализе сцепления, картировании генома, при изучении индуцированного мутационного процесса, в судебной медицине, при определении отцовства и родства, и в популяционной генетике (Ramel, 1997; Алтухов, Салменкова, 2002). Оба типа локусов в большом количестве рассеяны по геному и в основном локализуются в некодирующих регионах генома, что позволяет считать их селективно нейтральными. Это общее правило, однако, имеет исключения, например в случае тесного сцепления с адаптивно значимыми генами. Большим преимуществом этого типа маркеров является то, что для микросателлитов и монолокусных минисателлитов характерно менделевское кодоминантное наследование.

Минисателлитные локусы анализируют, проводя гибридизацию переваренной и электрофоретически разделенной ДНК с мульти- или моно- локусной пробой, представляющей собой нуклеотидную последовательность, комплементарную последовательности повторяющегося "мотива".

Клонирование и анализ видоспецифичной фракции повторяющихся последовательностей ДНК

Видоспецифичный фрагмент, выявляемый при гидролизе геномной ДНК An. messeae рестриктазой Ncol элюировали из геля, лигировали с плазмидой pGEM5zf(+) и клонировали в клетках Е. coli штамма JM109. Отбирали позитивные колонии и выделяли плазмидную ДНК стандартным методом щелочного лизиса. Нуклеотидную последовательность встроек нескольких клонов определяли с помощью ddNTP-терминирующих реакций по методу Сэнгера, используя праймер 5 -AGCTATGACCATGATTACG-3 . Фильтры для гибридизации готовили следующим образом: проводили полный гидролиз 10u.g геномной ДНК видов малярийных комаров, на агарозный или полиакриламидный гель наносили образцы ДНК в объеме 30ц1 с добавлением 1/10 объема буфера, содержащего 15% фикол и 0.025%) ксиленцианол, электрофорез проводили в течение 4 часов. Перед переносом на фильтр гель денатурировали 30 мин в растворе, содержащем 1,5 М NaCl и 0,5 М NaOH, затем промывали dH20 и нейтрализовали в растворе, содержащем 1,5 М NaCl и 0,5 М Трис-НС1, рН 8,0. Для приготовления зонда амплифицировали встройку клона 97, ПНР продукт очищали и метили, используя [aP32]-dATP. Блот гибридизацию геномных ДНК проводили при 60С по стандартной методике в течение 10 часов (Sambrook et al, 1989). После гибридизации фильтры отмывали в растворе 1% SDS и экспонировали с рентгеновской пленкой.

Для амплификации микросателлитных локусов использовали набор праймеров, разработанный на основе скрининга геномной библиотеки An. funestus (Sharakhov et ah, 2001a). Последовательности праймеров указаны в Табл. 2. Прямой праймер для каждого микросателлитного локуса был синтезирован с дополнительной последовательностью размером 19 п.н. (5 CACGACGTTGTAAAACGAC 3 ) добавленной к 5 концу олигонуклеотида. Реакционная смесь объемом 10ц1 содержала lx PCR Master Mix (Marsh BioProducts, США), l,5pmol прямого и обратного праймеров, l,5pmol олигонуклеотида размером 19 п.н., меченного флуоресцентным красителем IRD800, и около 10ng геномной ДНК. ПНР проводили на амплификаторе TouchDown (HYBAYD LIMITED, Великобритания) со следующими условиями: 40 циклов в режиме 94 С - 30 сек., 55 С - 30 сек и 72 С - 45 сек. Продукты амплификации анализировали в 5,5% денатурирующем полиакриламидном геле на автоматическом анализаторе фирмы Li-Cor, модель 4200 (Li-Cor Inc., США) при постоянной температуре 45С. Предварительно в каждый образец добавляли 3 \х\ буфера для денатурации (95% формамид, 0,05% бромфеноловый синий), инкубировали при 94С в течение 2 мин, охлаждали во льду и наносили на гель. Через каждые 20 образцов наносили смесь фрагментов известной длины как молекулярный маркер для определения размера аллелей. Электрофорез проводили в однократном буфере ТВЕ при 40W в течение 1,5 часа. Анализировали гели, используя программу GenelmaglR (Li-Cor Inc., США). Истинный размер аллелей вычисляли, вычитая 19 п.н. (длина последовательности, присоединенной к прямому праймеру).

Анализ на соответствие частот генотипов равновесию Харди-Вайнберга (РХВ) и на неравновесие по сцеплению проводили с помощью компьютерной программы GENEPOP 3.1 (Raymond, Rousset, 1995). Отклонения от РХВ в результате недостатка или избытка гетерозигот оценивали, используя коэффициент инбридинга F,s (Weir,

1990). Достоверность различия по наблюдаемой гетерозиготности между двумя районами Кении определяли с помощью двухфакторного дисперсионного анализа (ANOVA), используя районы и популяции как факторы (Yan et ah, 1998).

Генетическую дифференциацию между популяциями вычисляли с помощью программы FSTAT 2.8 (Goudet, 1995), используя параметры FST И RST. Параметр FST вычисляемый по формуле Уэйра и Кокерхема (Weir, Cockerham, 1984), основан на модели бесконечного числа аллелей (infinite allele model) и учитывает частоты аллелей. Параметр RST, разработанный Слаткиным для оценки межпопуляционных различий специально для микросателлитных локусов, основан на модели "одноступенчатого мутирования" (stepwise mode of mutations) и учитывает различия в числе тандемных повторов (Slatkin, 1995). Поток генов для каждого локуса (Nm) вычисляли, используя уравнение Nm = (1 / FST -1) / 4, где N - эффективная численность, им- коэффициент миграции генов (Wright, 1978).

Повторяющиеся последовательности ДНК в исследованиях таксономии и эволюции кровососущих комаров

Наиболее интересным, на наш взгляд, результатом таксонопринтного анализа повторяющихся последовательностей ДНК у комаров семейства Culicidae является принципиальное различие картин межвидовой изменчивости повторов для каждого из изученных родов. У видов комплекса Anopheles maculipennis доля общих фракций ничтожно мала, и преобладают фракции, характерные для одного или нескольких видов, причем часть из них отличается высокой интенсивностью. Наоборот, таксонопринты видов комплекса Culex pipiens, а также очень близкого к нему в таксономическом отношении вида С. torrentium идентичны, в то время как таксонопринты двух других видов рода Culex видоспецифичны, и не содержат фракций, общих для всех видов. На таксонопринтах рода Aedes выявляется большее число фракций повторов, включая общие для всех или нескольких видов, и снижается доля интенсивных полос. Такое разнообразие в организации повторов в пределах одного семейства и низкое содержание общих фракций отличает Culicidae от всех изученных ранее групп организмов.

Предполагают, что консервативные фракции, общие для всех видов одного таксона, являются рестриктными фрагментами диспергированных ДНК повторов (Grechko et al, 1997; Fedorov et al, 1999). Их удивительная стабильность объясняется одновременной локализацией во многих локусах, не допускающей внезапных изменений или исчезновений из генома в процессе эволюции. Видоспецифичные фракции, вероятно, представляют собой тандемные повторы ДНК, консервативные внутри одного вида и различающиеся между видами в соответствии с явлением концертной эволюции тандемных повторов (Fedorov et al, 1999).

Проведенный нами анализ видоспецифичной фракции An. messeae выявил ее тандемную организацию, из чего можно заключить, что предположение о природе видоспецифичных и общих фракций справедливо и для таксонопринтов кровососущих комаров. Таким образом, если общие фракции, выявляемые на таксонопринтах комаров, являются рассосредоточенными по геному диспергированными повторами, то количество таких повторов больше у видов Aedes и подрода Сиіех. У видов рода Anopheles, соответственно, количество диспергированных повторов намного ниже, зато возрастает доля тандемных повторов, большое число копий которых образуют протяженные кластеры. Наши результаты согласуются с имеющимися литературными данными по организации повторяющихся последовательностей ДНК в геноме комаров семейства Culicidae (Rai, Black, 1999). Показано, что это семейство единственное из исследованных до сих пор сочетает в себе представителей с разным типом организации генома. Первый тип - короткопериодическая интерсперсия (short period interspersion) - представляет собой чередование небольших участков уникальных последовательностей с короткими или средней длины участками повторяющихся последовательностей ДНК, вероятнее всего большим количеством копий диспергированных повторов. Такой тип организации генома характерен для большинства животных, а также найден у некоторых видов Culex и Aedes (Black, Rai, 1998). Второй тип - длиннопериодическая интерсперсия (long period interspersion) - чередование длинных участков повторов (протяженные кластеры образуют тандемные повторы сателлиты и минисателлиты) с очень длинными непрерывными участками уникальных последовательностей. По такому принципу организованы повторы в геномах Anopheles (Cockburn, Mitchell, 1989; Besansky, Powell, 1992; Black, Rai, 1988; Knudson et a/., 1996). Кроме того, показано, что количество семейств высокоповторяющихся диспергированных элементов, в том числе SINE, содержащихся в геноме Aedes aegypti (Tu, 1997, 1999; Tu et al., 1998), значительно выше, чем у Anopheles gambiae (Robertson, Lampe, 1995), что также коррелирует с типом организации генома у этих видов. Так, число копий MITE элементов у An. gambiae вариьирует от 40 до 1340, что намного ниже в сравнении с А е. aegypti (2100-10000 копий) (Tu, 2001). Можно предположить, что различия таксонопринтов между двумя группами видов рода Culex возможно связаны с наличием двух типов интерсперсии внутри одного рода, или промежуточным типом организации повторов у ряда видов.

Похожие диссертации на Анализ повторяющихся последовательностей ДНК в эволюционно- и популяционно-генетических исследованиях кровососущих комаров семейства Culicidae