Диссертация (Элиминация и эндорепликация геномов в ходе гаметогенеза у межвидовых гибридных лягушек комплекса pelophylax esculentus), страница 10

esculentus complex), представляетадекватную и интересную систему для исследования отклонений гаметогенеза,приводящих к возникновению и воспроизводству гибридных животных в популяционныхсистемах. Широкое распространение P. esculentus (в некоторых случаях даже за пределамиареаловобоихродительскихвидов)свидетельствуетобуспешнойстратегиивоспроизводства и значительно упрощает исследование этого комплекса. Кроме того, впопуляционных системах комплекса P. esculentus происходит возникновение полиплоидов,которые успешно поддерживаются в некоторых популяционных системах.

Триплоидныеформы для своего воспроизводства также характеризуются изменениями гаметогенеза,позволяющим им формировать фертильные гаметы. Независимое возникновениеP. esculentus в различных популяционных системах свидетельствует о постепенномпереходе от клональной формы с гамето-зависимыми от родительских видов гибридами донезависимыми от родительских видов, размножающимися половым путем полиплоиднымиформами. Поэтому комплекс P.

esculentus является удобной моделью для изученияразличных стадий гибридного видообразования (Christiansen et al., 2005; Plötner, 2005;Arioli, 2007; Christiansen, Reyer, 2009, Christiansen et al., 2009; Hoffmann et al., 2015).441.3. Механизмы удаления генетического материала при клональном иполуклональном способах размножения у межвидовых гибридовУдаление генетического материала происходит у естественных межвидовыхгибридовживотных,воспроизводящихсяспомощьюполуклональныхспособовразмножения. К сожалению, на данный момент механизмы элиминации остаютсяпрактическинеизвестными.Дажецитологическоеописаниепроцессаудалениягенетического материала было проведено всего для нескольких гибридных форм (Dawley,Bogart, 1989; Stenberg, Saura, 2009; Neaves, Baumann, 2011; Stenberg, Saura, 2013).У различных гибридных форм удаление генома одного из родительских видов можетпроисходить сразу после оплодотворения (амбистомы, моллюски из рода Corbicula,гонохорическая редукция у гибридных карасей Carassius gibelio), во время митотическихделений в клетках зародышевой линии (лягушки Pelophylax esculentus, жабы из группы Bufobaturae, у рыб из комплексов Squalius alburnoides и рыб из рода Poeciliopsis) или же вовремя мейоза (у вьюнов Misgurnus anguillicaudatus, палочников из рода Bacillus) (Dawley,Bogart, 1989; Tinti, Scali, 1992; Komaru et al., 1998; Stenberg, Saura 2009; Neaves, Baumann,2011; Stenberg, Saura, 2013; Bogart et al., 2007; Zhang et al., 2015).Для межвидовых гибридов рыб из рода Poeciliopsis и триплоидных вьюновMisgurnus anguillicaudatus показано, что удаление генома одного из родительских видовобычно происходит во время митоза или мейоза и связано с неспособностью хромосомодного родительского вида прикрепиться к веретену (Таблица 1) (Cimino, 1972; Zhang et al.,1998).

У гибридных рыб из рода Poeciliopsis в клетках зародышевой линии происходитформирование униполярного веретена, к которому прикрепляются только материнскиехромосомы, в то время как отцовские хромосомы остаются в цитоплазме (Cimino, 1972).Неспособность прикрепиться к микротрубочкам приводит к отставанию хромосом одногоиз родительских видов в анафазе и последующей деградации (Cimino, 1972; Zhang et al.,1998).Быловыдвинутопредположение,чтонеспособностьхромосомодногородительского вида прикрепиться к веретену деления может основываться на различиицентромерной последовательности у обоих родительских видов, что приводит кнарушению формирования кинетохора на хромосомах одного родительского вида (Henikoffet al., 2001; Malik, Henikoff, 2002; Brown, O’Neill, 2010).У межвидовых гибридов амбистом, рыб Carassius gibelio, а также палочников изрода Bacillus показано, что элиминация вовлекает более сложные процессы и включаетморфологически детектируемую компактизацию элиминируемого генома, в результатечего он выглядит как плотная хроматиновая глыбка (Таблица 1).

Элиминируемый геном у45этих гибридов практически всегда отцовского происхождения. Такой компактизированныйгеном также характеризуется нарушением конденсации во время митоза или мейоза, чтотакже ведет к неспособности прикрепиться к веретену деления и отставанию споследующей деградацией (Таблица 1) (Zhang et al., 2015; Elinson et al., 1992; Tinti, Scali,1992, 1993). Однако у некоторых особей гибридных палочников из рода Bacillus показанареактивация гетерохроматинизированного генома, предназначенного для удаления.Следует отметить, что такая реактивация генома ведет к его сохранению и, как следствие,формированию диплоидной яйцеклетки, с геномами обоих родительских видов (Tinti, Scali,1992, 1993; Tinti et al., 1995).

Для амбистом показано, что удаление или сохранение геномазависит от температуры. В экспериментах, когда оплодотворение и развитие происходилипри повышенной температуре (+15 ºС), случаи сохранения генома в потомстве значительновозрастали. В то же время при пониженной температуре происходило его удаление (Bogart,Licht, 1986; Bogart et al., 1989; Elinson et al., 1992).Одним из наиболее сложных и малоизученных является процесс элиминации одногоиз родительских геномов у представителей комплекса среднеевропейских зеленыхлягушек. Этот процесс обнаружен у диплоидных и триплоидных гибридов. Интересно, чтов отличие от большинства других гибридогенетических животных гибриды P.

esculentusпредставлены особями обоих полов (Graf, Polls-Pelaz, 1989; Plötner, 2005). В ранних работахпо результатам анализа сперматогенеза взрослых самцов и ооцитов самок Pelophylaxesculentus, а также гонад гибридных головастиков было обнаружено, что элиминацияодного из родительских геномов, а также эндорепликация, происходят до метаморфоза и невстречаются у взрослых животных (Рисунок 3) (Heppich et al., 1982; Tunner, Heppich, 1982;Bucci et al., 1990; Vinogradov et al., 1990; Ogielska, 1994; Ragghianti et al., 2007). Униполярноеверетено, характерное для гибридогенетических форм Poeciliopsis, у особей P.

esculentusобнаружено не было (Heppich et al., 1982; Tunner, Heppich-Tunner, 1991; Ogielska, 1994;Ragghianti et al., 2007).В результате кариотипирования клеток гонад головастиков методом раскапывания,а также анализа морфологии гонад были обнаружены анеуплоидные метафазныепластинки, а также детектировано отставание отдельных хромосом во время анафазы(Heppich et al., 1982; Tunner, Heppich-Tunner, 1991; Ogielska, 1994). Это позволилопредположить, что элиминация одного из родительских геномов происходит во времямитоза вследствие постепенного отставания хромосом одного родительского вида (Таблица1). Исследователи предположили, что постепенная элиминация хромосом можетосуществляться в результате дифференциального функционирования центромеры у обоих46родительских видов во время митоза зародышевых клеток. Функционирование центромерыможет зависеть от количества перицентромерного повтора, различающегося у P.

ridibundusи P. lessonae. Согласно этой гипотезе, избирательная передача хромосом P. ridibundusобусловлена большим количеством центромерного повтора, что позволяет им болееэффективно прикрепляться к веретену деления, по сравнению с хромосомами P. lessonae(Tunner, Heppich-Tunner, 1991; Ogielska, 1994; Ragghianti et al., 1995; Marracci, Ragghianti,2008; Marracci et al., 2011).Однако Огельская (1994) предложила другую гипотезу, согласно которойэлиминация родительского генома в раннем гаметогенезе P. esculentus может происходитьво время интерфазы, посредством почкования хроматина (Таблица 1). Эта гипотеза былапредложена после обнаружения микроядер в цитоплазме зародышевых клеток гибридныхлягушек на стадии интерфазы (Ogielska, 1994).

Эти тельца обладают сферической формой,диаметром 1,5-3,0 мкм и окружены двойной мембраной. Микроядра присутствовали толькоу гибридных животных и детектировались с начала стадии половой дифференциации гонади до начала метаморфоза. Микроядра не обнаруживались в недифференцированныхгонадах (стадии 25-27) (Ogielska, 1994).

Кроме того, Огельская (Ogielska, 1994)предположила, что и отставание хромосом одного из родительских видов, и формированиемикроядер посредством отпочковывания хроматина могут одновременно приводить кэлиминации одного из родительских геномов в гаметогенезе гибридов.Уникальной особенностью процесса элиминации межвидовых гибридов зеленыхлягушек является независимость удаляемого генома от пола, по сравнению с другимигибридогенетическимиорганизмами.Считается,чтоэлиминацияпроисходитпремейотически, только в клетках зародышевой линии, при этом соматические клеткисохраняют геномы обоих родительских видов. Несмотря на продолжительное времяизучения этого процесса, частота элиминации у диплоидных и триплоидных P. esculentus,а также способ элиминации остаются дискуссионными и практически не исследованными.Кроме того, абсолютно не известно, каким образом происходит выбор генома,предназначенного для элиминации у межвидовых гибридов.471.4.

Разнообразие способов избирательного удаления генетического материалаКроме избирательного удаления генома родительского вида во время гаметогенезаили раннего развития у гибридных животных, удаление генетического материала такжепроисходит у других животных, где включает множество неродственных процессов,которые возникли независимо у разных групп организмов. Это удаление избирательно ипроисходит в определенный момент в онтогенезе, и, в зависимости от организма, можетосуществляться от раннего эмбрионального развития до формирования зародышевыхклеток. Удаление генетического материала существенно различается у разных организмовпо составу удаляемых последовательностей, механизмам удаления, а также служит дляосуществления различных функций.Диминуция хроматина.