WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Антоненко Оксана Викторовна

РОЛЬ МОБИЛЬНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОТКЛИКЕ НА СЕЛЕКЦИЮ ПО КОЛИЧЕСТВЕННЫМ ПРИЗНАКАМ

У Drosophila melanogaster

03.00.15 – генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Новосибирск 2008

Работа выполнена в лаборатории генетики популяций

Института цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Васильева Любовь Антоновна

Институт цитологии и генетики

СО РАН, г. Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

Беляева Елена Сергеевна

доктор биологических наук, профессор

Бугров Александр Геннадьевич

Ведущее учреждение: НИИ биологии и биофизики при Томском государственном университете, г. Томск

Защита диссертации состоится ___ __________ 2008 года на утреннем заседании диссертационного совета Д-003.011.01 в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: проспект акад. Лаврентьева 10, г. Новосибирск, 630090, тел/факс: (383)3331278, e-mail: dissov@bionet.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

Автореферат разослан «___» ________ 2008 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

доктор биологических наук А.Д.Груздев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Генетика количественных признаков – традиционное направление классических генетических исследований. В силу необычайно сложной генетической организации количественных признаков, это направление исследований пока существенно отстаёт от других генетических направлений. Кроме слабой изученности механизмов генетического контроля количественных признаков, также недостаточно изучены пути их онтогенетического формирования, популяционной динамики ответов на прямое и косвенное давление искусственного отбора и роли в эволюции видов. Поэтому в предыдущие десятилетия преобладало два направления в изучении генетики количественных признаков. Один из них - гибридологический анализ, позволяющий оценить характер наследования конкретных количественных признаков и грубо оценить число сегрегирующих генов в конкретном скрещивании, не расчленяя гены на майор–гены и минорные гены. Второй, пожалуй, наиболее широко используемый метод анализа количественных признаков, это генетико-статистический анализ. Однако прогностические способности теоретических генетико-статистических моделей скромны, так как модели построены на упрощениях: они линейны, построены для однолокусной модели детерминации количественного признака и для равновесной популяции. Поэтому статистические гипотезы и генетико-статистические модели всегда имеют характер аппроксимации, т.е. приближенного описания. В связи с этим, сфера использования параметров, построенных на этих моделях, в практических целях весьма ограничена.

В последнее десятилетие внимание генетиков сосредоточено в основном «на прямом» изучении генетики количественных признаков с использованием как генетических, так и цитогенетических, и молекулярных методов исследования. В ряде лабораторий нашей страны и за рубежом ведутся исследования по анализу сложных генетических систем экспрессии количественных признаков, маркирования локусов, контролирующих количественное проявление признаков (QTL), анализу участия различных генетических объектов (полигены, мобильные генетические элементы) в фенотипическом проявлении количественных признаков и в ответе на селекционное давление. Однако до настоящего времени в мире имеется достаточно ограниченное количество исследований, посвященных описанию генетики конкретных количественных признаков.

Целью исследования являлось выяснение роли мобильных генетических элементов (МГЭ) в геноме Drosophila melanogaster как участников селекционного процесса по количественному признаку.

Задачи исследования:

1.Оценить величину изменения среднего фенотипического значения количественного признака, размеров проксимального и дистального фрагментов радиальной жилки крыла D.melanogaster, в ответ на жесткое селекционное давление в позитивном, направленном на увеличение размеров фрагментов, и негативном, направленном на уменьшение фрагментов, направлениях отбора.

2. Исследовать паттерн мобильных генетических элементов mdg1 и mdg2 в исходных линиях до отбора и в финальных поколениях разнонаправленной селекции.

3. Оценить паттерн мобильных генетических элементов mdg1 и mdg2 в исходных и финальных поколениях в двух повторностях позитивного и негативного вариантов отбора.

4. Оценить коэффициенты корреляции по паттернам двух мобильных генетических элементов в финальных поколениях отбора между позитивным (s+) и негативным (s) вариантами отбора.

5. Оценить коэффициенты корреляции по паттернам двух мобильных генетических элементов в финальных поколениях отбора между повторностями позитивного (s1+) и (s2+) и негативного (s1) и (s2) вариантов отбора.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Для выполнения поставленных задач впервые селекционно–генетический эксперимент был организован таким образом, чтобы были получены аргументы в пользу принятия или отвержения гипотезы об участии мобильных генетических элементов в селекционном процессе. Впервые были использованы изогенные линии, на которых была осуществлена длительная массовая разнонаправленная селекция по фенотипу количественного признака в двух повторностях каждого селекционного варианта. Впервые показано, что селекция по количественному признаку сопровождалась быстрой фиксацией некоторых сайтов локализации мобильных генетических элементов в одном направлении отбора и элиминацией этих сайтов в противоположном направлении селекции. Впервые продемонстрировано явление синхронного ответа на отбор в двух независимо селектируемых повторностях не только по селектируемому признаку, но по паттерну мобильных генетических элементов. Впервые были оценены коэффициенты корреляции по паттернам мобильных генетических элементов в финальных поколениях селекции между вариантом позитивной и негативной селекции и между повторностями внутри позитивного и внутри негативного вариантов отбора.

Эти исследования весьма актуальны для понимания механизмов реорганизации генома в ходе отбора, регуляции экспрессии генов, роли МГЭ в селекции и эволюции.

Положения, выносимые на защиту.

В ходе разнонаправленной селекции (s+) и (s–) и по двум повторностям в каждом варианте селекции, по ряду сегментов ретротранспозонов mdg1 и mdg2 складывается противоположный паттерн обоих мобильных генетических элементов в ответ на селекционное давление по количественному признаку. Такие результаты могут свидетельствовать в пользу гипотезы о сопряженном ответе на отбор количественного признака и паттерна МГЭ, т.е. имеет место взаимодействие генов (полигенов), экспрессирующих ген главного эффекта radius incompletus, и копий МГЭ.

Апробация работы.

Основные результаты исследования были представлены на Международной конференции, посвященной современным проблемам радиобиологии, радиоэкологии и эволюции (Дубна, 2000), Второй международной конференции по биоинформатике, структуре и регуляции генома (BGRS, Новосибирск, 2000), 8ом SMBE (Афины, США, 2001), на IX Молодежной школе-конференции по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2005), Третьем съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2004), на Отчетной конференции «Динамика генофондов растений, животных и человека» (Москва, 2005), на Отчетной конференции «Динамика генофондов и биоразнообразие» (Москва, 2007), Международной молодежной конференции «Проблемы молекулярной и клеточной биологии» (Томск, 2007), I Международной конференции «Дрозофила в экспериментальной генетике и биологии» (Харьков, Украина, 2008), а также на Отчетных сессиях Института Цитологии и Генетики в 2002 и 2005 гг.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 5 работ в отечественной печати.

Структура и объем работы.

Диссертация включает Введение, 4 главы (Литературный обзор, Материалы и методы, Результаты, Обсуждение), Выводы и Список использованной литературы, состоящий из 222 наименований. Работа объемом 111 страниц проиллюстрирована 12 рисунками и 11 таблицами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве объекта исследования была взята лабораторная гетерогенная линия Drosophila melanogaster, генотипы в которой несли рецессивную мутацию radius incompletus (ri, III–хр., 47.0 сМ). Мутация ri является супрессором центральной части радиальной жилки крыла, в результате чего в центре этой жилки образуется разрыв, делящий жилочный луч на проксимальный и дистальный фрагменты (рис.1). Оба фрагмента характеризуются значительной фенотипической изменчивостью, присущей классическим количественным признакам.

1 2

Рисунок 1. Крыло Drosophila melanogaster в контрольной линии, riC.

  1. Проксимальный фрагмент радиальной жилки крыла.
  2. Дистальный фрагмент радиальной жилки крыла.

Из гетерогенной линии riC была выведена с помощью балансерных хромосом изогенная линия № 51 (рис.2). В таблице 1 представлена фенотипическая характеристика гетерогенной линии riC и изогенной линии № 51.

Таблица 1. Средние значения длины проксимального и дистального фрагментов радиальной жилки крыла в исходной гетерогенной линии (riC) и в выведенной из riC изогенной линии № 51.

Линии

n

Проксимальный фрагмент L2

Дистальный фрагмент L2

Исходная гетерогенная

100

1,96 0,50

0,30 0,60

Изогенная №51

100

2,68 0,30

0,26 0,40

Примечание: Данные представлены по самкам.

Схема изогенизации:

P M5 Cy D k k k

Pm Sb k k k

k k k M5 Cy D

B Cy D M5 Pm Sb

M5 Cy D M5 Cy D

F2 k k k k k

k k k M5 k k

F3 k k k k k

k k k k k k

F4 k k k k k

k k k

изогенная

k k k линия

Рисунок 2. Обозначения. k – варианты хромосом гетерогенной контрольной линии riC, k' – гаплоидный набор конкретных хромосом из гетерогенной линии, который будут зафиксирован в конкретной изогенной линии (Ратнер, Васильева, 1996; Аникеева с соавт., 1994; Ashburner, 1989).

Тяжелый температурный шок

Поскольку изогенная линия представлена гомогенными генотипами, то предполагалось, что обработка мух тяжелым температурным шоком (ТТШ) (см. рис.3) возможно приведет к активации транспозиций МГЭ, что, в свою очередь, скажется на генетическом разнообразии количественного признака, и после этого изогенная линия будет способна отвечать на селекционное давление по количественному признаку.

В изогенной линии № 51, развивавшейся при температуре 25°С, отбирали несколько сотен самцов 3-дневного возраста. Самцов помещали в термостат при температуре 37С на 1 ч., а затем их перемещали в термостат при 4°С на 1 ч. Как показано на рисунке 3, такая процедура проводилась трехкратно.

Рисунок 3. Схема проведения шоковой температурной обработки самцов изогенной линии № 51.

Выживших после тяжелой температурной обработки самцов через одни сутки по одному подсаживали к трем виргинным необработанным ТТШ самкам на одни сутки. Рисунок МГЭ исследовали у потомков от этих скрещиваний.

Схема проведения селекционно-генетических экспериментов

Всего было проведено три серии селекционно-генетических экспериментов. В целом сама процедура отбора в трех селекционно-генетических экспериментах была одной и той же. В каждом поколении у 100 самок и 100 самцов измеряли длину проксимального и дистального фрагментов и на размножение выбирали 10% самок и самцов, у которых был самый большой суммарный размер проксимального и дистального фрагментов радиальной жилки крыла, позитивная селекция (s+). В противоположном варианте отбора каждое поколение отбирали 10% родителей с самым низким значением радиальной жилки крыла, негативная селекция, (s).

Гибридизация

Для локализации сайтов применяли метод гибридизации in situ H3-меченого зонда, содержащего копии МГЭ mdg2 и метод флуоресцентной гибридизации (FISH) меченого зонда, содержащего копии МГЭ mdg1, с политенными хромосомами слюнных желез Drosophila melanogaster. Мечение зондов проводили методом НИК-трансляции.

Сайты включения метки в политенные хромосомы D.melanogaster локализовали согласно цитологической карте Бриджеса.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Первый селекционный эксперимент. Разнонаправленная селекция по количественному признаку в гетерогенной линии

Задачи первого селекционного эксперимента сводились к тому, чтобы выяснить масштабы селекционного преобразования количественного признака в результате селекции, направленной на восстановление радиальной жилки крыла и на её элиминацию, а также исследовать рисунок МГЭ в начальных и финальных поколениях отбора.

В ходе эксперимента было установлено, что гетерогенная линия riC характеризуется 48-ю сайтами гибридизации in situ с mdg2. Всего было проанализировано 33 цитологических препарата. Было выявлено 17 «стабильных» сайтов (эти сайты присутствовали на всех исследованных препаратах) и 31 «нестабильный» сайт (эти сайты присутствовали не на всех исследованных препаратах). Эти данные свидетельствуют о высокой гетерогенности линии.

Анализ результатов длительной разнонаправленной селекции показал, что в ходе селекции, продолжавшейся 70 поколений, анализируемый признак претерпел существенные изменения (рис.4, таб.2).

На рисунке 4(а) представлена фотография крыла Drosophila melanogaster в финальных поколениях негативного отбора. Видно, что радиальная жилка практически элиминирована. На рисунке 4(б) представлена фотография крыла из линии позитивного отбора. Радиальная жилка в результате селекции восстановлена.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»