Введение к работе
Актуальность проблемы.
Одной из центральных задач эволюционной цитогенетики является решение проблемы структурно-функциональной реорганизации генома при видообразовании и внутривидовой генетической адаптации популяций (Стегний, 1993). При этом наиболее сложным является вопрос о роли гетерохроматина в этих процессах (обзор Прокофьева-Бельговская, 1986; обзор Жимулев, 1993). Гетерохроматиновые модификации, сопровождающие видообразование, наиболее детально изучаются на представителях двукрылых насекомых, среди которых особый интерес представляют малярийные комары. Исследование этой группы Diptera представляется перспективным в силу ряда специфических особенностей объекта: 1) наличия структурированных политенных хромосом в различных тканях (Coluzzi, 1968), и в том числе в генеративной, для которой характерна более высокая степень репликации гетерохроматина (Redfern, 1981); 2) детально изученной архитектоники политенных ядер (Стегний, 1979; 1987а; б); 3) подробно исследованной филогении (Kitzmiller et al., 1967; Kitzmiller, 1976; Стегний, 1976a; 19916).
Проведение сравнительного цитогенетического анализа гетерохроматина политенных хромосом различных тканей малярийных комплекса Anopheles maculipennis представляется актуальным в нескольких аспектах. Цитогенетиче-ский анализ структуры политенных -хромосом соматической и генеративной системы выявил наличие существенных отличий в их организации в районах прицентромерного гетерохроматина (ПГ). Поэтому возникла необходимость более тщательного цитогенетического сравнения и картирования этих областей хромосом в различных тканях комаров (слюнных железах и питающих клетках яичников).
Проведенные ранее эволюционные исследования показали, что видообра-зовательные события у малярийных комаров комплекса Anopheles maculipennis связаны с возникновением фиксированных хромосомных инверсий (Стегний, 1981), причем детальный анализ мест разрывов хромосом показал существование на хромосомах "горячих" зон, в которых наблюдается явная концентрация разрывов у различных видов комплекса (Стегний, 19766). Поэтому возникла необходимость выяснить молекулярную природу данных районов хромосом. Кроме того, ранее было показано существование четких видовых отличий пространственного расположения хромосом в политенных ядрах трофоцитов яичников (Стегний, 1979). Эти отличия связаны с изменениями зон прикрепления хромосом к ядерной оболочке! (Стегний, 19876), которые являются гетерохроматиче-
скими и формируются в основном прицентромерным гетерохроматином (Стегний, Шарахова, 1991). Поэтому возник интерес к исследованию цитогене-тических отличий в морфологии ПГ у разных видов комплекса, так как возможно именно эти изменения являются причиной пространственных реорганизаций ядер в ходе эволюции.
Исследование генетических механизмов адаптации в природных популяциях малярийного комара A. messeae Fall, выявило, наряду с наличием инверсионного полиморфизма (Стегний, 1991), существование еще одной полиморфной системы, связанной с размерами блоков прицентромерного гетерохроматина (Шарахова и др., 1996). Изучение межпопуляционных различий в размерах блоков ПГ представляло интерес в плане выявления возможного влияния данной системы полиморфизма на процессы адаптации природных популяций.
Вместе с тем привлечение к изучению гетерохроматина новых, ранее не изученных объектов, какими являются малярийные комары комплекса Anopheles maculipennis, актуально в плане выяснения универсальности организации самого гетерохроматина как на структурном, так и на функциональном уровне.
Цели и задачи исследования.
Целью данной работы является сравнительный цитогенетический анализ гетерохроматина политенных хромосом восьми видов малярийных комаров комплекса Anopheles maculipennis. Для достижения этой цели были поставлены следующие конкретные задачи.
-
Изучить свойства гетерохроматина политенных хромосом слюнных желез и питающих клеток яичников с помощью методов дифференциального окрашивания и in situ гибридизации различных повторяющихся последовательностей ДНК.
-
Сравнить структурные особенности гетерохроматина политенных хромосом слюнных желез и питающих клеток яичников у малярийного комара Anopheles messeae Fal.
-
Исследовать межвидовые особенности морфологии прицентромерного гетерохроматина у различных видов комплекса Anopheles maculipennis.
-
Изучить закономерности внутривидового варьирования свойств прицентромерного гетерохроматина, встречающегося у некоторых видов комплекса.
Научная новизна.
Впервые проведен сравнительный цитогенетический анализ гетерохроматина политенных хромосомах слюнных желез и питающих клетках яичников у палеарктических видов малярийных комаров комплекса Anopheles maculipennis. С помощью методов дифференциального окрашивания выделено два типа организованного в виде блоков а-гетерохроматина: прицентромерный и интерка-лярный. Сравнительный анализ прицентромерного гетерохроматина политенных хромосом слюнных желез и питающих клеток яичников выявил его существенную недорепликацию в слюнных железах. Изучение особенностей морфологии прицентромерного гетерохроматина политенных хромосом трофоцитов у разных видов комплекса выявило как межвидовое, так и внутривидовое варьирование его организации. Показано, что изменение числа блоков гетерохроматина имеет широтный градиент как в пределах отдельных видов, так и во всем комплексе. Выявлена повышенная устойчивость к воздействию энтомопатоген-ных бактерий у особей A. messeae с наименьшими размерами прицентромерных блоков. Основные результаты получены автором самостоятельно.
Практическая ценность.
Данная работа представляет ценность с точки зрения эпидемиологии, как теоретическая основа для разработки генетических методов борьбы с малярийными комарами, как переносчиками опасного заболевания. Кроме того, предложен ряд модификаций стандартных методик выявления локализации гетерохроматина на политенных хромосомах у малярийных комаров, которые могут быть успешно применены для изучения гетерохроматина у различных групп Diptera.
Апробация результатов.
Результаты работы были представлены на VI и VII Всесоюзном совещании "Структура и функции хромосом", Пущино 1988, 1991; на III Школе- семинаре по генетике и селекции животных, Алтай, 1989; на 1-й Всесоюзной конференции по генетике насекомых, Москва, 1991; на VI съезде Общества генетиков и селекционеров им. Н.И. Вавилова, Минск, 1992; на 1-ом съезде ВОГИС, Саратов, 1994; на XX Международном Энтомологическом Конгрессе (XX International Congress of Entomology), Флоренция, Италия, 1996; на 10-ой конференции Европейского общества экологии переносчиков (10th. European SOVE Meeting), Страсбург, Франция, 1996 и на XII Всеросийском симпозиуме по структуре и функциям клеточного ядра, Санкт-Петербург, 1996.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 15 работ.
Благодарности.
Автор выражает благодарность В.Н. Стегнию за интересную постановку проблемы исследования и творческое руководство, а также Т.С. Пестряковой, инициатору генетических исследований малярийных комаров в Томском университете, за ценные советы при написании диссертации и постоянную поддержку в ходе работы. Выражаю искреннюю признательность В.А. Бурлаку и И.В. Шарахову за участие в проведении некоторых экспериментов и обсуждение работы, Э.М. Баричевой, Т.П. Лушниковой, М.О. Протопопову и А.К. Сибатаеву за методическую помощь, а также Т.В. Ананьиной за участие в оформлении диссертации и всем студентам и сотрудникам лаборатории за помощь и моральную поддержку.
Структура и объем работы.