Введение к работе
Актуальность теш.- Изучение явлений гетерозиса и инбредной депрессии представляет интерес как в связи с их существенным значением для селекционной практики, так и в связи с развитием теоретических представлений о механизмах гетерозиса. Разработка теоретических основ проявления инбридинга и гетерозисного эффекта во многом связана с классическим модельным объектом
- дрозофилой. Этот объект благодаря наличию в слюнных железах
личинок политенных хромосом, представляет уникальную воэмоя-
ность изучать гетерозис на уровне интерфазных, активно функци
онирующих гомологичных хромосом. Наиболее интересным является
изучение тех свойств гибридного генома, которые приводят к из
менениям динамики биологических процессов и проявляются в ус
корении роста, развития и в повышенном гомеостазе гибридного
организма на всех этапах онтогенеза. Данное исследование
структурно-функциональных особенностей политенных хромосом
дрозофилы в связи с эффектом гетерозиса и различиями по адап
тивно важным признакам посвящено изучению динамического аспек
та явления гетерозиса. Особенности функционирования политенных
хромосом у инбредных линий и гетерозисних и негетерозисных ги
бридов изучены как в процессе нормально протекавдего онтогене
за, -ак и при температурных повреадаицих воздействиях. Подобные
исследования на специально отобранных гетерозисних и негетеро
зисных гибридах и высокоинбредных инадаптивных линиях проведе
ны впервые. ' .
Цель и задачи исследования. Целью работы было изучение структурно-функциональных особенностей политенных хромосом дрозофилы в связи с эффектом гетерозиса и различиями по адаптивно важным признакам. Перед автором были поставлены следующие задачи:
- изучить, как протекают экдизонз'ависимые изменения активности
пуфов онтогенеза в слюнных железах дрозофилы, культивируемых
in vitro в связи с эффектом гетерозиса и отличиями по адап
тивно важным признакам;
исследовать пуфовый паттерн 0-часовой предкуколки у двух высокоинбредных линий, отселектированных по адаптивно важным при-.знакам,и их гетерозисного гибрида Fi;
изучить динамику пуфов теплового шока при температурных воздействиях у высокоинбредных линий и гетерозисних гибридов, различающихся по теплоустойчивости;
исследовать явление спонтанного асинапсиса политенных хромосом слюнных желез дрозофилы в связи с'аффектом гетерозиса. Научная новизна работы. В работе впервые получены слгтуюцие результаты:
обнаружено, что генетически обусловленные различия во времени прохождения предимагинальных стадий развития и общей приспособленности у изучаемых линий и гетерозисного гибрида коррелируют со скоростью экдизонзависймых изменений пуфовой активности политенных хромосом: регрессией межлиночных и активацией ранних экдизоновых"пуфов;
на фиксированной стадии развития у 0-часовой предкуколки также обнаружены различия мевду изучаемыми высокоинбредными линиями и гибридами в активности ряда пуфов, однако, они проявляются в значительно меньшей степени, чем при изучении динамики развития пуфов;
показано, что у гетерозисного /и более теплоустойчивого/ гибрида пуфы теплового шока возникают после прогрева значительно быстрее, чем у инбредных родительских линий;
установлены межлннейные различия в частоте встречаемости асинаптических участков хромосом, обнаружено увеличение степени спонтанного асинапсиса у гетерозисного гибрида и доминирование .ткла асинапсиса одной из родительских линий у негете-розисного гибрида;
обнаружено, что замена одной пары хромосом, с одной стороны, приводит к изменению показателей адаптивной ценности, а с другой - к увеличению спонтанного асинапсиса во всех парах хромосом;
показано, что эффект гетерозиса проявляется только в том случае, когда все три пары хромосом находятся в гетерозиготном состоянии.
На зашиту выносятся: результаты исследований автора структурно-функциональных особенностей политенных хромосом дрозофилы в связи с эффектом гетерозиса и различиями по адаптивно важным признакам; исследования направлены на изучение динамического аспекта явления гетерозиса.
Теоретическая и практическая значимость результатов. Исследования динамического аспекта явлений гетерозиса и инбредной депрессии представляют большой теоретический иитерео в связи с тем, что многие свойства гетерозисных гибридов /неспешней-'
ческая устойчивость, повышенный гомеостаз, увеличение длительности онтогенеза и др./ нэ могут быть до конца обьяснены на основании существующих гипотез гетерозиса и связаны, вероятно, с интегральными цитологическими параметраш ядерного генома у гомо- и гетерозиготных организмов. Повышенный гомеостаз гетерозисних гибридов, как показано в данной работе, во многом зависит от лабильности и реактивности регулягорной системы генома. Проведенные исследования показали, что при анализе природы гетерозиса необходимо учитывать особенности динамики биологических процессов у гетерозисних гибридов.
Обнаружено, что особенности (функционирования политенных хромосом гетерозисних гибридов тесно связаны со структурными характеристиками, в частности, с нарушением конъюгации гомологов. Так, изучение конъюгации политенных хромосом у комбинированных линий показало, что замена одной пары хромосом приводит как к изменению показателей адаптивной ценности, так и к увеличению спонтанного аоиналсиса во всех парах хромосом..
Результаты данных исследований позволяют по-новому подойти к выяснению механизмов эффекта гетерозиса, учитывая важность динамического аспекта в формировании зтого феномена.
Новые теоретические положения, основанные на результатах исследования, могут быть использованы в практической селекции на гетерозис. Материалы, представленные в диссертации, используются -на кафедре генетики и цитологии ХГУ при чтении курса "Гетерозис". Данные, полученные при изучении экдизонзависимых изменений активности луфов онтогенеза в слюнных железах дрозофилы, культивируемых in vitro являются основой для экспресс-метода определения биологической активности новых "
препаратов" экдистерона, что может использоваться ігри
промышленном производстве экдистерона для контроля его биологической активности.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 8 печат"ых работ. Результаты исследований по теме диссертации были доложены на У и У1 Всесоюзных совещаниях по биологии и генетике дрозофилы /Львов, 1987; Одесса, 1969/, Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные и функциональные механиэш онтогенеза" /Харьков, 1987/, У Всесоюзной межуниверситетской конференции "Биология клетки" /Тбилиси, 1987/, Втором всесоюзном совещании "Генетика развития" /Ташкент, 1990/, Первой всесоюзной конференции по генетике насекомых /Москва, 1931/.
Объем и структура даосертапии. Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов иссле- . дованмя.двух эксгзриментальных' глав с изложением полученных результатов и их обсуждением, заключения, выводов* рекомендаций и приложения. Список цитируемой литературы содержит 274 наименования, текст диссертации иллюстрирован 7 рисунками, 4 фотографиями, 27 таблицами.
В работе использовали высокоинбредные линии дрозофилы НА /низкоактивная/ и ВА /высокоактивная/ из коллекции Л,3.Кайданова. Линия НА получена из природной.популяции Ессентуки в результате длительного /более 500 поколений/ инбридинга и отбора на низкую половую активность самцов, характеризуется низкой приспособленностью. Линия ВА получена из НА в результате отбора при инбредном разведении на высокую полову» активность самцов /тоже более 500 поколений/. Отбор на различия по одному признаку - половой активности - привел к меклиней-ным различиям по комплексу морфологических, физиологических, биохимических и поведенческих признаков, что делает линии НА и ВА уникальным модельным объектом для изучения целого ряда явлений, в'том числе и гетерозиса.
Кроме линий ПА и ВА изучались гибриды НАхВА и ВАхНА, а также специально полученные в результате последовательных скрещиваний линии с различным сочетанием пар хромосом НА и ВА. Генотипы таких линий обозначали, указывая происхоадение каждой пары хромосом в порядке принятой их нумерации. В качестве запирателей кроссинговера использовали маркированные хромосомы с множественными инверсиями, источником которых служили линии: In /I/FM4, y3Id ее dm B/Pgd-
In /2LR/ SMI, al Су en2 ер2! In /21R/ РШ, dp Ь j рац In /ЗІЛ/ Vbx 130, ubx 130 es . In /3lh/ Cx D, D.
При определении индекса конкуренции использовали тестерную линию, несущую маркированные сиепленьые плечи второй пары ауто-сом: с /at/ rm, dp; о /гя/ ш, рх.
В работе использовалась мутантная температурочувствительная линия I /1/хв доз, on bw, линии дчкого типа Алексеевская, Горь-ковская, гибриды ГорьковскаяхВА, ВАхГорьковская.
Культуры дрозофилы развивались в одинаковых условиях на дрожжевой среде при 20-23С, а в экспериментах по изучению пуфов онтогенеза в условиях термостатирования при температуре 25іО,5С.
Полятенные хромосомы дрозофилы исследовали на давленных адатоорсеиновых препаратах /Е.В.Полуэктова, М.Б.Евгеньев, 1974/. Размеры пуфов определяли по 4-балльной шкале: 1 - размытый рисунок диска, 2 - диаметр пуфа превышает диаметр прилегавшего непуфируюцего участка не более, чем в 1,5 раза; 3 - в 1,5-2 раза; 4 - более, чем в 2 раза. При изучении пуфов онтогенеза и пуфов теплового шока на каждом препарате иссле-. довали по 5 ядер и определяли средние размеры пуфов в выборке из 8-10 личинок для каждой из сравниваемых групп личинок. Стадии пуфирования определяли ло набору тестёрных пуфов / Ashburner м., 1967 /, а также по состоянию протока слюнной железы /Zhimulev I.F., 1981 /.
При изучении нарушений конъюгации политенных хромосом на каждом препарате исследовали в среднем по 80 ядер. Процент асинапсиса для ядер /хромосом/ рассчитывали по отношению количества ядер /хромосом/ с нарушенной конъюгацией к количеству исследуемых ядер на препарат. Статистический анализ при изучении распределения асинапсиса среди яде*> и хромосом проводили по Стъюденту.
Для характеристики приспособленности использовали индекс конкуренции» определяемый по методу Юнгена и Хартла / Jungen R, Hartl d.l., 1979 /. Для оценки скорости предимагинального развития использовали синхронизированные культуры, полученные после 2-часовой яйцекладки. Учитывали процент окукливания через 118 часов развития и выход имаго через 24Р часов развития. Теплоустойчивость имаго и личинок дрозофилы исследовали, методом термотеста /В.Г.Шахбазов, 1966/. Репродуктивную способность определяли по количеству потомков на стадии куколки. В ряде экспериментов использовалась среда С46 для культивирования клеток дрозофилы, содержащая экдистерон /"Sigma", USA / в концентрации 1 мкг/мл. / В.Т.Какпаков, 1989/.