Диссертация (Элиминация и эндорепликация геномов в ходе гаметогенеза у межвидовых гибридных лягушек комплекса pelophylax esculentus), страница 8

lessonae.В соматических клетках диплоидные гибриды содержат геномы обоих родительских видов.Во время раннего развития в зародышевых клетках происходит элиминация всех хромосомодного родительского вида (P. lessonae), после чего хромосомы другого родительского вида(P. ridibundus) эндореплицируются. В результате эндорепликации геномов становитсявозможным нормальный мейоз, который приводит к формированию клональных гамет сгеномом P. ridibundus.

Цвет хромосом показывает их принадлежность к разным видам:оранжевые хромосомы соответствуют геному P. ridibundus, синие хромосомы – геномуP. lessonae.35клональных геномов (Guex et al., 2002; Vorburger, 2001). Однако регулярная рекомбинацияклоанльного генома может происходить только в гаметогенезе триплоидных особей.1.2.2. Триплоидные и тетраплоидные гибриды в комплексе P. esculentusВ ранних скрещиваниях Бергер (Berger, 1971 a, b) также отметил, что некоторыегибридные самки производят яйцеклетки разного размера.

При этом потомство,получившееся после оплодотворения крупных яйцеклеток, практически всегда обладалобольшей выживаемостью, чем потомство, которое получилось после оплодотворениямелких яйцеклеток (Berger, 1971 a, b). Позднее было установлено, что такие более крупныеяйцеклетки являются диплоидными, и содержат геномы обоих родительских видов, в товремя как потомство, полученное после оплодотворения таких яйцеклеток, являетсятриплоидным (Berger, Roguski, 1978; Berger, 1979).Триплоидные гибриды впервые были обнаружены Гюнтнером (Günther, 1975) порезультатам измерения ядер эритроцитов и подсчета количества хромосом.

Триплоидныегибриды имеют либо два генома P. lessonae и один геном P. ridibundus (генотип LLR), либоодин геном P. lessonae и два генома P. ridibundus (генотип LRR) (Рисунок 1 г, д). В раннихработах в основе идентификации триплоидных гидридов друг от друга и диплоидных P.esculentus лежал эффект дозы генов, согласно которому триплоидные гибриды должныразличаться морфологически, а также иметь разное количество ферментов и белков крови,детектируемых с помощью электрофореза (Uzzell, Berger, 1975). Однако морфометрическиеисследования в большинстве случаев не подтверждают фенотипическое проявлениеэффекта дозы генов и не помогают дифференцировать триплоидных особей от диплоидов,а в некоторых случаях и от родительских видов (Tunner, 1996; Plötner, 2005).

Также в случаеэлектрофоретического анализа аллозимных маркеров эффект дозы генов не всегда выражен(Tunner, 2000; Plötner, 2005). В ряде работ было установлено, что триплоидные гибридыобладают большим размером эритроцитов (Uzzell, Berger, 1975), вследствие большегоколичества ДНК в них (Ogielska et al., 2001). Однако размер эритроцитов диплоидных итриплоидных животных не всегда отличается в 1,5 раза, а в некоторых случаях наблюдаетсядаже перекрывание размеров эритроцитов диплоидных и триплоидных лягушек (Ogielskaet al., 2001).

Кроме того, важными факторами, влияющими на размер эритроцитов, являютсяразмеры животного (Polls-Pelaz, Graf, 1988), а также кислородный режим водоема, вкотором обитают лягушки (Schmeller et al., 2001). Позднее были предложены более точныеметоды для идентификации триплоидных животных, которые включают кариотипирование36сокрашиваниемфлуоресцентнымикрасителямиилифлуоресцентнойinsituгибридизацией, проточную ДНК-цитометрию, микросателлитный анализ.Гибриды с тройным набором хромосом встречаются во многих популяционныхсистемах P. esculentus (Graf, Polls-Pelaz, 1989; Plötner, 2005; Christiansen, Reyer, 2009; Arioli,2010; Hoffmann et al., 2015).

Тем не менее, их количество может сильно варьировать отединичных особей до практически 83% в популяции (Christiansen, Reyer 2009; Arioli 2010;Plötner, 2005). Более того, триплоидные гибриды в некоторых частях ареала участвуют вформировании популяционных систем, состоящих исключительно из гибридных животныхразличной плоидности (Günther, 1983a; Vinogradov et al., 1991). Триплоиды особенномногочисленны в северо-западной части ареала P. esculentus, в особенности на территорияхзападной Балтики (Christiansen et al., 2005; Christiansen et al., 2009; Christiansen, Reyer, 2009;Arioli, 2007, 2010).

В то же время в других регионах они достаточно редки (Plötner, 2005).Исключением являются популяционные системы, расположенные в Восточной Украине, свысокой численностью триплоидных животных (Borkin et al., 2004). Интересно, чтотриплоиды полностью отсутствуют в восточной Европе, Аппенинском и Балканскомполуостровах (Plötner, 2005). Возникновение триплоидных особей, очевидно, связано сформированием диплоидных гамет. Для некоторых популяционных систем показано, чтотриплоидные гибриды могут возникать в результате оплодотворения гаплоиднойяйцеклетки диплоидным сперматозоидом (Günther, 1983; Tunner, Heppich-Tunner, 1992).Однако, считается, что в большинстве случаев триплоидные особи формируются врезультате оплодотворения диплоидных яйцеклеток, производимых, в основном,диплоидными самками (Uzzell et al., 1975; Berger, Roguski, 1978; Berger, Günther, 1988;Christiansen et al., 2005; Arioli, 2007, 2010; Christiansen et al., 2009; Pruvost et al., 2013).

Вранних работах для идентификации геномов, передаваемых в яйцеклетках, использовалиэлектрофоретический анализ ферментов в яйцеклетке, измерения размеров икринок, атакже идентификацию генотипа потомства (Berger, Uzzell, 1977; Berger, 1979; Uzzell et al.,1975; Berger, Roguski, 1978; Berger, Günther, 1988).

Одним из наиболее точных методов дляидентификации геномов, передаваемых в ооцитах амфибий является анализ хромосом типаламповых щеток, изолированных из растущих ооцитов (Сallan, 1986; Macgregor et al., 1990;Vishnyakova et al., 2004). Хромосомы типа ламповых щеток из ооцитов представителейкомплекса зеленых лягушек были получены достаточно давно, однако идентификациягеномов родительских видов в ооцитах была проведена только для диплоидных гибридныхсамок, а для триплоидных гибридных самок не была проведена совсем (Graf, Müller, 1979;Bucci et al., 1990). Однако в результате анализа хромосом типа ламповых щеток из ооцитов37нескольких диплоидных гибридных самок исследователи обнаружили ооциты с 13бивалентами, соответствующими хромосомам P.

ridibundus, которые после прохождениямейоза, вероятно, могут сформировать только гаплоидные гаметы. У одной самки былиобнаружены ооциты с унивалентами, которые, предположительно, не смогут пройти мейози сформировать жизнеспособное потомство (Bucci et al., 1990). Таким образом, доказатьвклад диплоидных яйцеклеток в возникновение триплоидных гибридов с помощьюцитологических методов на данный момент не удалось.Одиночные тетраплоиды (LLRR) были обнаружены в некоторых популяционныхсистемах, состоящих только из гибридов, а также популяционных системах общих для дии полиплоидных гибридов и P. ridibundus (Borkin et al., 2004; Arioli, 2007).

Однако вбольшинстве обнаруженных случаев они представлены ювенильными формами, и не былиобнаружены во взрослом состоянии. Тетраплоидные особи с симметричным, а такжеассиметричным генотипами (LLLR и RRRL) возникали в результате лабораторныхскрещиваний, однако они также не проходили метаморфоз и погибали на ранних стадиях(Christiansen et al., 2005, 2009). Вместе с тем, недавно взрослые тетраплоидные лягушкибыли обнаружены в популяционных системах на юге Швеции, состоящих только изгибридных животных. Интересно, что эти популяционные системы располагаются запределами ареалов родительских видов. Доля тетраплоидов в этих системах достигала 5%.Считается, что симметричные тетраплоиды должны производить диплоидные гаметы сгеномами обоих родительских видов, однако на данный момент не известно, способны лиэти животные успешно воспроизводиться, и каков их вклад в популяционные системы(Arioli, 2007).1.2.3.

Популяционные системы Pelophylax esculentus complexНесмотря на морфологические, экологические и поведенческие различия,родительские формы, а также гибриды различной плоидности, иногда живут совместно иво время нереста формируют общие группы размножения, где происходит не тольковоспроизводство каждой из форм, но и их гибридизация (Graf, Polls-Pelaz, 1989; Plötner,2005). Поскольку термин «популяция» не применим для совместно обитающих ивоспроизводящихся особей, принадлежащих к разным видам, то для описания группзеленых лягушек, которые населяют определенные местообитания и совместно принимаютучастие в размножении, используют термин «популяционные системы».

После открытиягибридной природы P. esculentus Л. Бергера был описан целый ряд различных типов38популяционных систем зеленых лягушек, которые отличаются как по своему составу, так ипо характеру гамет, производимых гибридами. Таким образом, выделяют следующиеосновные типы популяционных систем (Uzzell, Berger, 1975; Лада, 1995):R-L тип – популяционные системы, представленные особями обоих родительских видов,без формирования гибридов;L-E тип – популяционные системы, в которых P. lessonae обитает с гибридами;R-E тип – популяционные системы, в которых гибриды сосуществуют с P.

ridibundus;E-R-L тип – смешанные системы, которые включают оба родительских вида и их гибридов;E тип – популяционные системы, представленные только гибридными формамиP. esculentus.1.2.3.1. Популяционные системы типa L-EПопуляционные системы, в которых гибриды обитают совместно с P. lessonae,наиболее распространенны в Центральной Европе (Berger, 1990; Graf, Polls-Pellaz, 1989;Plötner, 2005). В своем простейшем случае популяционная система типа L-E отражаетрезультатыскрещиваний,полученныеБергером(Рисунок2).Вбольшинствепопуляционных систем такого типа триплоидные гибриды могут отсутствовать, однакодиплоидные гибриды представлены особями обоих полов (Uzzell, Berger, 1975; Günther,1983a; Berger, Günther, 1988; Rybacki, Berger, 2001; Hoffmann et al., 2015).

Несмотря на то,что гибриды крупнее, чем P. lessonae, в своем размножении они зависят от P. lessonae и приувеличении порогового значения доля гибридов будет снижаться, так как в результатескрещивания двух гибридов друг с другом формируется практически нежизнеспособноепотомство, состоящее из P. ridibundus (Рисунок 2) (Berger 1970, 1971a, b, 1973).В отличие от западноевропейских, в средне- и восточноевропейских популяцияхнаряду с диплоидными P. esculentus, могут также присутствовать и триплоидные гибриды(Graf, Polls-Pelaz, 1989; Plötner, 2005; Pruvost et al., 2013). В этих популяционных системахпоказано, что триплоидные особи формируются за счет диплоидных гамет.

По результатамизмерения икринок, результатам лабораторных скрещиваний и анализа аллозимовустановлено, что в популяционных системах типа L-E центральной Европы триплоидныеособи обычно получаются при оплодотворении диплоидных яйцеклеток гаплоиднымисперматозоидами (Uzzell, Berger, 1975; Berger, Roguski, 1978; Günther, 1983; Berger, 1990;Berger, Roguski, 2002; Pruvost et al., 2013). Оплодотворение гаплоидной яйцеклеткидиплоидным сперматозоидом, происходит гораздо реже, и, по всей видимости, не39существеннодлявоспроизводстватриплоидныхживотных.Однакопоказаныпопуляционные системы, в которых совместно с гибридами обитают только самцыP. lessonae, где они производят диплоидные сперматозоиды с геномами P.

lessonae (Tunner,Heppich-Tunner, 1992; Polls-Pellaz, 1994; Plötner, 2005).1.2.3.2. Популяционные системы типa R-EПопуляционные системы, в которых гибридные формы совместно обитаютисключительно с озерными лягушками, распределены гораздо реже, чем популяционныесистемы типа L-E. Такие системы типа R-E были найдены в Германии, Дании (включаяостров Барнхольм), Польше (включая остров Волин), Венгрии, Чехии, востоке Украины, атакже на юго-западе Европейской части России (Боркин и др., 2005; Шабанов и др., 2006;Borkin et al., 2004; Plötner, 2005). Однако популяционные системы типа R-E, расположенныена территории центральной Европы, характеризуются не полной генотипической и половойструктурой родительского вида и/или гибридных форм. Так, например, некоторые системынаселены самцами и самками P. ridibundus и только диплоидными или толькотриплоидными самцами P.