Введение к работе
Актуальность темы исследования. Уникальные возможности Drosophila
clanogaster как объекта генетического анализа обусловили проведение ряда
следований по генетике продолжительности жизни, но до сих пор нет ясного
>едставления о биологических основах старения этого организма (Patrige,
irton, 1993). В ряде работ, посвященных генетическим аспектам
юдолжителыюсти жизни и динамики смертности, постулируется
>еобладающая роль в определении продолжительности жизни дрозофилы как
изиолого-экологических (Lints et al., 1979; Lints, 1980; Zwaan, 1991), так и
:нетических (Luckinbill et al., 1988; Yonemura et al, 1991) факторов, а также их
«местного действия (Arking et al., 1991). С одной стороны, есть основания
штать, что вклад генетической компоненты в наблюдаемую изменчивость по
родолжительности жизни невелик, большее значение имеют такие факторы
эеды, как личиночная плотность,-температура и состав пищи (Lints et al., 1979).
другой стороны, недавно был обнаружен локус, локализованный в третьей
эуппе сцепления, который отвечает за увеличение продолжительности жизни у
змцов дрозофилы (Resler et а!., 1998).
Теоретические разработки проблемы продолжительности жизни шли в аправлении поиска механизмов, регулирующих процесс старения. На такую оль, по всей очевидности, могут претендовать лишь процессы еспецифические, свойственные всем или, по крайней мере, большинству клеток ; тканей. Существует два основных подхода к изучению старения -ероятностный и программный (Дильмая, 1987), но в пределах этих подходов іаблюдается "переплетение" нескольких теорий, ни одна из которых полностью іе раскрывает механизм старения. Одна из них, свободно - радикальная теория тарения Д. Хармана (Harman, 1982), постулирует активное участие свободных іадикалов в деградации жизненно важных систем организма, что юдтверждается экспериментально (Обухова, 1986; Martin et al., 1996, и др.).
Правоту этой теории можно, в частности, проверить, оценивая изменения интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) в зависимости от возраста организма. Реакции ПОЛ универсальны и вполне отвечают требованиям, предъявляемым к кандидатам на роль механизма, регулирующего процесс старения. У Drosophila melanogaster показана обратная корреляция между перекисным окислением липидов и средней продолжительностью жизни (Анисимов и др., 1997; Леонидов и др., 1999, и др.); продемонстрирована прямая связь между средней продолжительностью жизни и активностью ферментов антиоксидантной защиты (Phillips et al., 1989; Reveillaud et al., 1991, и др.), обнаружена положительная корреляция между шггенсивностью ПОЛ и температурой, при которой происходит развитие, в то время как продолжительность жизни мух, в свою очередь, обратно пропорциональна этой температуре (Мурадян, Сабко, 1989; Sestini et al., 1991).
Малоизученной, однако, остается генетическая детерминация интенсивности перекисного окисления липидов, а также генетические аспекты связи между этим процессом и продолжительностью жизни. Перспективным подходом к проблеме является одновременный анализ значений средней продолжительности жизни, показателей интенсивности перекисного окисления липидов, и характера связи между этими биологическими характеристиками, у линий дрозофилы, различающихся по происхождению и ряду физиологических особенностей, которые могут оказывать влияние на длительность жизни.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение генетической детерминации интенсивности перекисного окисления липидов I связи с различиями в продолжительности жизни у Drosophila melanogaster В ходе работы были поставлены следующие задачи:
- установить величины средней продолжительности жизни особей шестг исходных линий дрозофилы и реципрокных гибридов между ними, и изучил характер наследования признака в первом поколении;
установить величины средней продолжительности жизни особей двух шлекций изогенных комбинированных линий, и изучить генетическую ггерминациго признака;
установить величины относительного содержания двух показателей ггенсивности перекисного окисления липидов у особей двух пар исходных ший, различающихся по продолжительности жизни;
установить величины относительного содержания двух показателей іггенсивности перекисного окисления липидов у особей двух коллекций югенных комбинированных линий, и изучить генетическую детерминацию гих признаков;
- исследовать характер связи между средней продолжительностью жизни и
нтенсивностью перекисного окисления липидов.
Научная новизна работы. Показано, что продолжительность жизни розофилы является генетически детерминированным полигенным признаком, оторый демонстрирует разнообразные типы наследования в первом поколении,
именно: а) патроклиния, б) наследование, сцепленное с полом (с участием как '-хромосомы, так и Y-хромосомы), в) отрицательный гетерозис, г) оложителышй гетерозис. Явление патроклинии, роль Y-хромосомы и трицательный гетерозис в наследовании продолжительности жизни Drosophila lelanogaster показаны впервые.
Впервые установлено, что интенсивность перекисного окисления липидов вляется генетически детерминированным полигенным признаком. В паре (сходных линий Canton-S и N 66 относительное содержание конъюгированных идроперекисей детермштруется первой и третьей хромосомами у самок и ретьей — у самцов; относительное содержание кетодиенов детерминируется іторой и третьей хромосомами у самок и третьей — у самцов. В паре исходных іиний Лерик и ВЭС относительное содержание конъюгированных идроперекисей детерминируется первой и третьей хромосомами, а также
цитоплазматическими факторами, у самок, и всеми тремя большим хромосомами и цитоплазматическими факторами - у самцов; относителык содержание кетодиенов детерминируется всеми тремя большими хромосомами самок и второй и третьей хромосомами, а также цитоплазматическим факторами - у самцов. Таким образом, во всех исследованных варианта независимо от исходных линий, пола и показателя, выявлен достоверный вклад общую изменчивость по интенсивности перекисного окисления липидов ( стороны генов (гена), находящихся в третьей группы сцепления дрозофилы.
Впервые проведен параллельный анализ генетической детерминации средне продолжительности жизни дрозофилы и интенсивности перекисного ОКИСЛЄНР липидов. Характер связи между этими двумя биологическими процессам выявляли на основе наследственной изменчивости, что представляет собс новый подход к проблеме. Показано, что положение свободно - радикально теории старения о наличие обратной корреляции между средне продолжительностью жизни организмов и интенсивностью перекисног окисления липидов подтверждается только для одной из двух пар исходны линий, и не подтверждается для двух коллекций комбинированных линий.
Научно - практическое значение работы. Полученные данные вносят вклг в понимание механизмов старения и указывают на необходимость критическої подхода к использованию природных и синтетических антиоксидантов д; защиты от старения и повышения продолжительности жизни различны организмов. Неоднозначность результатов относительно корреляционной связ между продолжительностью жизни и интенсивностью перекисного 0КИСЛЄІИ липидов говорит о необходимости тщательного предварительного исследован» материала, который предполагается использовать в экспериментах по выявлени связей между различными биологическими процессами в рамках той или инс теории старения.
Апробация работы. Результаты данного исследования были представлены і
Всесоюзном совещании по генетике насекомых (Москва, 1991), на VI Съезде ЮГиС им. Н. И. Вавилова (Минск, 1992), на XVII генетическом конгрессе Birmingham, 1993), на I (Саратов, 1994) и на II (Санкт-Петербург, 2000) съездах $авиловского общества генетиков и селекционеров. Апробация диссертации остоялась на межлабораторном заседании отдела физиологии и патологии ысшей нервной деятельности Института физиологии им. И. П. Павлова 29 іекабря 1999 года и на научном семинаре лаборатории генетики животных сафедры генетики и селекции биолого-почвенного факультета СП6ТУ 28 февраля 2000 года. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ. Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 175 страницах, :остоит из введения, трех глав, заключения, выводов и приложения, содержит 20 таблиц и 20 рисунков. Список литературы включает 109 источников.