Диссертация (1145855), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Переход к полиплоидным гибридамсоздает дополнительные сложности для прохождения гаметогенеза, которые требуютизменений в процессах элиминации и эндорепликации геномов. Мы также смоглиобнаружить редких триплоидных самок P. esculentus, производящих ооциты с различнойгеномной композицией: 13 бивалентами, ооциты с 26 уни- или бивалентами, ооциты с 39уни- или бивалентами и ооциты, в которых одновременно присутствуют би- и униваленты(Рисунок 9 а-б`; 10 а, б).
Такие ооциты позволяют нам предсказать этапы элиминации иэндорепликации генома во время оогенеза триплоидных гибридных лягушек (Рисунок 10 а,б). Геномная эндорепликация во время гаметогенеза у триплоидных гибридных самок,которая ведет к формированию ооцитов с 39 бивалентами, не была ранее обнаружена утриплоидных лягушек из других популяционных систем.
Такие аномальные для зеленыхлягушек ооциты являются обычными для партеногенетических и гиногенетическихтриплоидных гибридов позвоночных животных, которые формируют нередуцированныегаметы, способные развиваться без оплодотворения (Dawley, Bogart, 1989; Stenberg, Saura,2009; Neaves, Baumann, 2011; Stenberg, Saura, 2013).В изучаемых популяционных системах большинство диплоидных гибридных самокпроизводит ооциты с 13 бивалентами P. ridibundus (Рисунок 7 б, б`; 8 в).
Это существенноотличается от популяционных систем типа R-Е в центральной Европе, где диплоидныегибриды в основном формируют гаметы с геномом P. lessonae (Uzzell et al., 1977; Günther,1983). Формирование ооцитов с 13 бивалентами, соответствующими хромосомамP. ridibundus, было обнаружено у диплоидных P.
esculentus из польской популяционнойсистемы типа R-L-E (Bucci et al., 1990). В отличие от 13 бивалентов, обнаруженных утриплоидов, биваленты из ооцитов диплоидных гибридов состоят из идентичных копий,формирующихся после эндорепликации хромосом, поэтому рекомбинация не увеличиваетразнообразия в гаметах этих гибридов (Рисунок 8в).Отклонения в ходе элиминации и эндорепликации геномов приводят кформированию ооцитов с 26 би- или унивалентами с геномами обоих родительских видовили только P. ridibundus (Рисунок 9 в-г`; 10 в; 12).
Наличие ооцитов с 26 бивалентамисвидетельствует о премейотической эндорепликации геномов в гаметогенезе диплоидныхгибридов P. esculentus.Мы также обнаружили, что большинство диплоидных и триплоидных гибридовпроизводят ооциты с различными хромосомными наборами и различной плоидностьюÕRLRLLÝëèìèíèðóåìûéãåíîìRLÃåíîìíàÿêîìïîçèöèÿ îîöèòîâRRLÏðåäïîëàãàåìûåãàìåòûÃåíîòèïû ãîëîâàñòèêîâRRLRLLRRRLRL118Рисунок 17. Схема, иллюстрирующая вклад диплоидных гибридов в поддержаниепопуляционных систем типа R-E.Скрещивания двух диплоидных гибридных лягушек привели к возникновениютриплоидных головастиков с генотипами RRL и LLR, головастиков диплоидныхP.
esculentus, а также головастиков P. ridibundus. Диплоидные гибридные самки могутпроизводить диплоидные яйцеклетки с геномами P. ridibundus и P. lessonae, а такжегаплоидные яйцеклетки с геномом P. ridibundus. Мы также можем заключить, чтодиплоидные гибридные самцы могут производить гаплоидные сперматозоиды с геномамиP. ridibundus или P. lessonae.119(Рисунок 9; 12).
Мы полагаем, что процессы геномной элиминации или эндорепликациимогут происходить независимо во время развития различных популяций зародышевыхклеток. Описанные ранее диплоидные самцы P. esculentus, которые формируютодновременно гаплоидные гаметы с геномами L и R, считались мозаиками (Vinogradov etal., 1991).Следует отметить, что геномная дупликация в гаметогенезе широко распространенасреди большого количества клональных животных и в норме не происходит у видов,размножающихсяполовымпутем.Впроанализированныхособяхгеномнаяэндорепликация встречается премейотически у некоторых триплоидных и всехдиплоидных гибридных лягушек, а у одной диплоидной лягушки даже дважды (Рисунок 8;10). По сравнению с элиминацией геномная дупликация не избирательна для родительскихгеномов. В соответствии с предложенными схемами оогенеза для ди- и триплоидныхгибридных самок геномная эндорепликация всегда происходила после элиминации в техслучаях, когда оба процесса присутствовали в ходе формирования гамет (Рисунок 8; 10 б,в).
В качестве возможных механизмов удвоения геномов существуют два наиболеевероятных: слияние двух зародышевых клеток в эмбриогенезе или эндорепликация генома(Testillano et al., 2004; Neaves, Baumann, 2011). Несмотря на то, что механизм дупликациигенома данном случае не известен, считается, что одним из наиболее вероятных способовэндорепликации является пропуск клеточного деления после стадии синтеза ДНК во времяклеточного цикла (Neaves, Baumann, 2011; Stenberg, Saura, 2009; Stenberg, Saura, 2013).4.2. Роль гибридных лягушек в возникновении гибридов различной плоидности иособей P.
ridibundusПолученные данные позволяют оценить механизмы воспроизводства ди- итриплоидных гибридных лягушек комплекса P. esculentus в исследованных популяционныхсистемах. В изучаемых популяционных системах типа R-Е мы впервые обнаружилинеожиданную ситуацию, при которой большое количество гамет с геномом P. ridibundusпроизводится большинством диплоидных и триплоидных самок, несмотря на то, чтогибридные лягушки обитают совместно с P.
ridibundus (Рисунок 16, 17). Такая системасущественно отличается от популяционных систем типа R-E, расположенных натерритории Польши и Германи, где гибридные лягушки обычно производят гаметы сгеномом P. lessonae, которые приводят к возникновению гибридных лягушек послескрещивания с особями родительского вида P. ridibundus.120Полученные сведения о кариотипе головастиков, полученных в результатескрещиваний триплоидных гибридных самок, свидетельствуют о том, что ооциты с 13бивалентами, производимые триплоидными гибридными самками с генотипом RRL, даютначало диплоидным животным путем формирования гаплоидных гамет с геномомP. ridibundus (Рисунок 16).
Ранние исследования по скрещиваниям между ди- итриплоидными гибридами из популяционных систем типов L-E и E показали аналогичныйвклад триплоидных гибридов в возникновение диплоидов (Graf, Polls Pelaz, 1989;Christiansen et al., 2005; Plotner, 2005; Arioli, 2007; Christiansen et al., 2009; Christiansen,Reyer, 2009; Arioli et al., 2010; Pruvost et al., 2013). Таким образом, триплоидные гибриды сгенотипами RRL и LLR не могут воспроизводиться самостоятельно и зависят отдиплоидных яйцеклеток, которые формируются, в основном, диплоидными гибриднымисамками (Рисунок 16; 17). Триплоидные гибридные лягушки с генотипом RRL могутпотенциально замещать особей P.
ridibundus, так как триплоиды могут производитьрекомбинантные гаплоидные гаметы с геномом P. ridibundus. Тем не менее, особиP. ridibundus могут регулярно возникать в изучаемых популяционных системах из-забольшого количества гамет с геномом P. ridibundus, производимых самцами и самками(Рисунок 16; 17).Мы полагаем, что ооциты с 39 бивалентами, производимые триплоиднымигибридными лягушками, несущественны для поддержания популяционных системP. esculentus в Восточной Украине, так как взрослые тетраплоидные лягушки не былиобнаружены в исследуемых популяционных системах (Шабанов и др., 2006; Borkin et al.,2004; Biriuk et al., 2016). Кроме того, ооциты с унивалентами, обнаруженные у некоторыхдиплоидных и триплоидных самок, вероятно, не могут преодолеть мейоз и формироватьфертильные гаметы.Особи с генотипом LLR возникают после оплодотворения диплоидной яйцеклеткигаплоидным сперматозоидом, несущим геном P.
lessonae (Рисунок 17). Однакотриплоидные самки с генотипом LLR обладают большим количеством отклонений вгаметогенезе,связаннымиснарушениямиэлиминациии/иливозникновениемдополнительных раундов эндорепликации геномов (Dedukh et al., 2015; Biriuk et al., 2016).Результаты, полученные на примере популяционных систем в центральной или севернойЕвропе, также отражают несколько больший уровень аномалий гаметогенеза у некоторыхособей с генотипом LLR, но канонический гаметогенез преобладает у большинстваживотных с таким генотипом (Christiansen et al., 2005; Arioli, 2007; Christiansen, Reyer, 2009;Arioli et al., 2010; Pruvost et al., 2013).121Гибридные самки наряду с гаплоидными гаметами с геномом P. ridibundusпроизводят также диплоидные гаметы с геномами обоих родительских видов (Рисунок 12;17).
В редких случаях диплоидные гибридные самки, вероятно, могут производитьгаплоидные гаметы с геномом P. lessonae, а также диплоидные гаметы с двумя геномами P.ridibundus. Однако, такие гаметы, вероятно, не вносят существенного вклада в поддержаниеисследуемых популяционных систем типа R-E. После оплодотворения диплоидныхяйцеклеток гаплоидным сперматозоидом возникают триплоидные особи (Рисунок 12; 17).Таким образом, возникновение триплоидных гибридов зависит от диплоидных гибридныхсамок, производящих диплоидные яйцеклетки (Рисунок 12; 17). Полученные данныесоответствуют результатам других исследований, проведенных на популяционныхсистемах типов L-E и E, которые показали аналогичную роль триплоидов в возникновениидиплоидных гибридов (Uzzell, Berger, 1975; Berger, Roguski, 1978; Günther, 1983; Berger,Günther, 1988; Berger, 1990; Berger, Roguski, 2002; Christiansen et al., 2005; Arioli, 2007;Christiansen et al., 2009; Christiansen, Reyer, 2009; Arioli et al., 2010; Pruvost et al., 2013).ПоловозрелыеособиP.
lessonaeнебылиобнаруженывисследуемыхпопуляционных системах (Шабанов и др., 2006; Коршунов, 2009; Borkin et al., 2004).Согласно полученным данным большинство диплоидных гибридных лягушек висследуемых популяционных системах типа R-E формируются после оплодотворениягаплоидной яйцеклеткой с геномом P. ridibundus гаплоидным сперматозоидом с геномомP. lessonae. Гаметы с геномом P. lessonae производят некоторые диплоидные гибридныесамцы, которые также одновременно производят гаплоидные сперматозоиды с геномомP. ridibundus (Рисунок 11; 12; 16; 17). Такие самцы, производящие два типа гамет, считалисьгенетическими мозаиками (Vinogradov et al., 1990, 1991). Такие самцы изредкаобнаруживались в популяционных системах центральной Европы, и не играли важной ролив воспроизводстве и поддержании популяционных систем (Christiansen et al.
2005; Arioli2007; Christiansen, Reyer, 2009; Arioli et al., 2010; Pruvost et al., 2013). Таким образом,гибридные самцы и самки в изучаемых популяционных системах производят гаметы сразличной геномной композицией.Кроме того, нам удалось показать, что гибридные животные могут производитьооциты и гаметы с различной геномной композицией и плоидностью, что позволяетсформировать потомство, различающееся по генотипу и уровню плоидности, даже отодного скрещивания (Рисунок 12; 17). Это позволяет в значительной степени увеличиватьгенетическое разнообразие в гибридных популяционных системах.1224.3.
Универсальные механизмы поддержания популяционных систем зеленыхлягушекНесмотря на то, что полученные нами результаты не совсем типичны дляпопуляционных систем типа R-E, а также характеризуются высокой частотой нарушенийэлиминации и эндорепликации геномов в гаметогенезе у гибридных животных, ониотражают общее направление развития популяционных систем зеленых лягушек. Этонаправление включает постепенный переход от полуклональной диплоидной гибриднойформы, размножение которой зависит от одного или двух родительских видов, к половомуразмножению, в результате формирования триплоидных особей (Christiansen, Reyer, 2009;Christiansen et al., 2009). Такой процесс связан с возможностью рекомбинации междугеномами, представленными двумя копиям, в гаметогенезе некоторых триплоидныхгибридов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
