Диссертация (Элиминация и эндорепликация геномов в ходе гаметогенеза у межвидовых гибридных лягушек комплекса pelophylax esculentus), страница 2

........................................................................................................................................155Приложение 2. ........................................................................................................................................156Приложение 3. ........................................................................................................................................1625Список сокращениймАТ - моноклональные антителапАТ - поликлональные антителаРНП матрикс - рибонуклеопротеиновый матриксХромосом типа ЛЩ - хромосомы типа ламповых щетокDAPI - 4′,6-Diamidine-2′-phenylindoleFISH - Fluorescent in situ hybridizationGRC - germline restricted chromosomemiРНК- micro РНКMS222 - Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonatepiРНК - PIWI-взаимодействующие РНКPSR - paternal sex rationRrS1 - Rana ridibunda sequence 1scnРНК - scan (сканирующие) РНК6ВведениеАктуальность проблемыВидообразованиепредставляетсобойадаптивныйпроцесс,происходящийвследствие естественного и/или полового отбора, в который вовлечены комплексыгенетических экологических и поведенческих механизмов.

Видообразование можетпроисходить в результате формирования генетических барьеров между разнымиизолированными популяциями (аллопатрия), при заселении нового местообитания, такназываемый эффект основателя (перипатрия), при освоении новых экологических ниш(парапатрия), а также в результате накопления генетических различий внутри особейодного вида (симпатрия) (Carson, Templeton, 1984; Сoyne, 1992; Coyne, Orr, 1998; Turelli etal., 2001). Одной из форм симпатрического видообразования является видообразованиепосредством полиплоидизации и гибридизации различных видов (Barton, 2001; Seehausen,2004; Abbott et al., 2013). Несмотря на то, что гибридные животные известны достаточнодавно, видообразованию посредством гибридизации не придавали существенногозначения, как редкому и несущественному процессу для эволюции.

Однако за несколькопоследних декад было показано, что гибридизация – не редкое явление, и в некоторыхслучаях гибриды способны к регулярному воспроизводству (Arnold, Hodges, 1995; Coyne,Orr, 1998; Rieseberg, 2001). Это позволило сформулировать вывод о важной роливидообразования посредством межвидовой гибридизации в эволюции, в особенности наранних этапах развития животных (Barton, 2001; Seehausen, 2004; Abbott et al., 2013). Такимобразом, изучение видообразования посредством межвидовой гибридизации представляетсобой одну из наиболее перспективных и малоизученных научных задач.Представления о незначительной роли гибридизации для формирования новыхвидов животных основывались на высокой степени стерильности большинствамежвидовых гибридов.

Считается, что стерильность прежде всего связана с нарушениемконъюгации ортологичных хромосом разных видов во время мейотического деления, чтоприводит к формированию анеуплоидных гамет (Arnold, Hodges, 1995; Coyne, Orr, 1998;Rieseberg, 2001). У межвидовых гибридов растений, в отличие от животных, можетпроисходить спонтанная тетраплоидизация, которая позволяет осуществлять мейоз иобеспечивать репродуктивную изоляцию от родительских видов (Wood et al., 2009). Однакодля гибридных животных также характерен ряд изменений гаметогенеза, которыеспособствуют воспроизводству посредством клональной или полуклональной передачигеномов. К таким формам размножения относятся партеногенез, гиногенез, клептогенез, атакже гибридогенез (Dawley, Bogart 1989; Bullini, 1994; Schön et al., 2009).

Изменения в ходе7гаметогенеза, приводящие к формированию жизнеспособных гамет, чаще всего включаютхромосомную эндорепликацию и элиминацию (Dawley, Bogart 1989; Schön et al.,2009; Neaves, Baumann, 2011; Stenberg, Saura, 2013). Эндорепликация генома взародышевых клетках приводит к формированию гамет с геномной композицией,идентичной таковой в соматических клетках (Macgregor, Uzzell, 1964; Tinti, Scali, 1992;Itono et al., 2006; Lutes et al., 2010). Элиминация хромосом встречается в зародышевыхклетках и приводит к избирательному (в случае гибридогенеза и гибридного мейоза) илинеизбирательному (в случае клептогенеза) удалению части генома в гаметах (Cimino, 1972;Tunner, Heppich-Tunner, 1991; Komaru et al., 1998, 2000; Bogart et al., 2007; Stöck et al., 2012).Однако, остается абсолютно неизвестным, как процессы элиминации и эндорепликациигенома осуществляются в гаметогенезе межвидовых гибридов, а также какова частота иточность этих процессов.Успешноразмножающиесяклональныегибридыобычнохарактеризуютсяпроцессами полиплоидизации, в частности, формированием триплоидов.

Считается, что ихвозникновение также является следствием элиминации и/или эндорепликации геномов входе гаметогенеза (Dawley, Bogart, 1989; Stenberg, Saura, 2009; Neaves, Baumann, 2011;Stenberg, Saura, 2013). Важная роль триплоидных форм заключается в способностиосуществлять рекомбинацию клонального генома, что позволяет межвидовым гибридамперейти от клональной или полуклональной формы к размножающейся половым путемэволюционной единице (Christiansen, Reyer, 2009; Stenberg, Saura, 2009; Neaves, Baumann,2011; Stenberg, Saura, 2013). Кроме того, триплоиды могут служить мостиком дляформирования тетраплоидных животных, которые, в случае успешного воспроизводства,могут сформировать новый вид (Mallet, 2007; Cunha et al., 2011; Mable et al., 2011).

Однакороль полиплоидных гибридов в качестве промежуточной стадии по направлению к новомувиду является дискуссионной для большинства известных гибридных форм. Кроме того,неизвестно, каким образом полиплоидные и диплоидные гибриды возникают ивоспроизводятся в большинстве популяционных систем клонально и полуклональноразмножающихся видов. Также до настоящего времени получено мало данных о том, какуюрольвыполняютэлиминацияиэндорепликациягеномовдляформированияжизнеспособных гамет у полиплоидных организмов.Хромосомная элиминация и эндорепликация были обнаружены во времягаметогенеза гибридов из комплекса среднеевропейских зеленых лягушек (комплексPelophylax esculentus).

Этот комплекс предсталяет одну из наиболее удобных и широкораспространенных моделей для изучения межвидовой гибридизации, и связанных с ней8процессов полуклонального размножения и полиплоидизации (Berger, 1968, 1970; Tunner,1973; Bucci et al., 1990; Tunner, Heppich-Tunner, 1991; Christiansen, Reyer, 2009). Комплекссреднеевропейских зеленых лягушек включает два родительских вида – озерную лягушку(P. ridibundus, RR генотип) и прудовую лягушку (P.

lessonae, LL генотип), – а также ихестественную гибридную форму съедобную лягушку (P. esculentus). Кроме диплоидныхформ гибридов (генотип RL) существуют также триплоидные (генотипы LLR и RRL) и дажететраплоидные формы (как правило, генотип RRLL) (Graf, Polls-Pelaz, 1989; Christiansen etal., 2005; Plötner, 2005; Arioli, 2007).

В основе воспроизводства диплоидных гибридныхлягушек лежит полуклональная передача генома – гибридогенез – в ходе которойпроисходит удаление генома одного родительского вида в клетках зародышевой линии, вто время как оставшийся геном эндореплицируется и передается в гаметы клонально, безрекомбинации (Schultz, 1969; Tunner, 1973).Одной из наиболее актуальных и перспективных проблем представляется изучениемеханизмов элиминации генома, как комплексного процесса, включающего распознавание,разделение и избирательное удаление части генетического материала.

Однако процессы,связанные с элиминацией хроматина, чрезвычайно сложны и практически не изучены убольшинства клональных и полуклональных форм организмов. В результате исследованийраннего гаметогенеза некоторых клональных и полуклональных животных, было показанонесколько способов осуществления элиминации генома. Она может проходить во времямитоза или мейоза посредством отставания хромосом (Cimino, 1972; Scali et al., 1992а; Tinti,Scali, 1992; Zhang et al., 1998; Collares-Pereira et al., 2013). Кроме того, элиминация можетпроисходить во время интерфазы посредством отпочковывания хроматина из ядерзародышевых клеток и их последующей деградации (Ogielska, 1994; Perondini, Ribeiro,1997; Gernand et al., 2005, 2006).

У гибридных лягушек механизм неизвестен, однако былипредложены гипотезы согласно которым в гаметогенезе зеленых лягушек можетпроисходить отставание хромосом во время деления клетки, «почкование» удаляемогохроматина из ядер на стадии интерфазы или оба этих процесса (Ogielska, 1994). Такимобразом, комплекс зеленых лягушек представляет собой хорошую модель для изучениямеханизмов и способа элиминации генома в ходе гаметогенеза межвидовых гибридов.Считается, что удаление генома одного из родительских видов происходит неслучайно, а определяется тем родительским видом, с которым обитает гибридная форма.Обитая с P. lessonae, гибриды формируют гаметы с геномом R, тогда как обитая сP.

ridibundus – гаметы с геномом L (Uzzell et al., 1977; Günther, 1983; Graf, Polls-Pelaz, 1989;Christiansen et al., 2005; Plötner, 2005). Таким образом, диплоидные гибридные лягушки не9способны к самостоятельному воспроизводству и зависят от родительских видов, скоторыми они сосуществуют. В результате ранних исследований было выдвинутопредположение, что возникновение триплоидных животных в некоторых случаях можетспособствоватьвоспроизводствудиплоидовпутемформированиягаплоидныхрекомбинантных гамет, что может привести к формированию популяционных систем,состоящих только из гибридных животных разной плоидности (Graf, Polls Pelaz, 1989;Christiansen et al., 2005; Plötner, 2005; Christiansen et al., 2009).