WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

РОМАНЕНКО СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЦИТОГЕНЕТИКА ГРЫЗУНОВ ГРУППЫ mYOMORPHA

03.00.15 ГЕНЕТИКА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Новосибирск

2008

Работа выполнена в лаборатории цитогенетики животных Института цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск.

Научный руководитель: доктор биологических наук,

Графодатский Александр Сергеевич,

Институт цитологии и генетики

СО РАН,

г. Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

Беляева Елена Сергеевна

кандидат биологических наук,

Саблина Ольга Валентиновна

Ведущее учреждение: Институт молекулярной биологии РАН,

г. Москва

Защита диссертации состоится «__» ________ 2008 г. на утреннем заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д 003.011.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале института по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект Лаврентьева, 10, тел. (383)-333-12-78, 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. Сравнительные цитогенетические исследования являются неотъемлемой частью изучения видов животных, давая значительный вклад в решение спорных вопросов систематики, в установление филогенетических связей между таксонами различного ранга. В отличие от морфологических подходов, сравнительный анализ кариотипов отражает не только филогенетическое родство исследуемых видов, но и дает информацию об изменениях в их геномной организации.

В распоряжении современной цитогенетики имеются несколько мощных инструментов для установления районов гомологии хромосом. Наибольшие успехи в быстром и эффективном анализе геномов млекопитающих достигнуты при сочетании методов дифференциального окрашивания хромосом и метода сравнительного хромосомного пэйнтинга. К настоящему времени с помощью хромосомного пэйнтинга изучено около 150 видов млекопитающих, большинство из которых относят к отрядам хищных и приматов (Графодатский, 2007). Результатом сравнительных цитогенетических исследований стало определение двух основных направлений кариотипической эволюции:

  1. Медленное преобразование генома: небольшое число перестроек, незначительно изменяющих вид предкового кариотипа (кошачьи, куницеобразные, ластоногие);
  2. Быстрая реорганизация генома, характеризующаяся высокой частотой перестроек и приводящая к массовой перетасовке предковых синтенных групп (мышевидные грызуны, собачьи, гиббоновые).

Было показано, что хромосомные перестройки могут служить хорошими филогенетическими маркерами радиации млекопитающих (O’Brien et al., 1999). В то же время цитогенетические данные редко использовались для кладистического анализа, так как вопрос о принципах их кодирования оставался спорным. В настоящее время разработан подход, позволяющий использовать хромосомных ассоциации как геномные характеристики, и, таким образом, применять кладистический анализ для обсчета цитогенетических данных – в первую очередь, данных сравнительного хромосомного пэйнтинга (Dobigny et al., 2004).

Одной из важнейших задач современной цитогенетики является реконструкция предкового кариотипа. Известно, что в геномах различных видов имеются консервативные районы хромосом, сохраняющие высокий уровень гомологии на протяжении тысяч и миллионов лет эволюции. С использованием данных сравнительного хромосомного пэйнтинга для некоторых отрядов и для всего класса млекопитающих предложены предковые кариотипы, состоящие из наиболее вероятных комбинаций консервативных сегментов хромосом, реконструированы события перетасовки консервативных сегментов хромосом, происходившие при формировании кариотипов ныне живущих видов.

Сейчас, когда с помощью пэйнтинга исследованы представители почти всех отрядов млекопитающих, актуальным является детальное изучение кариотипических взаимоотношений между представителями родов и семейств. В основном из каждого отряда исследовано несколько видов. Для создания полной картины эволюции кариотипов требуется детальное исследование таксонов всех рангов. Настоящая работа посвящена изучению кариотипических взаимоотношений внутри подотряда Myomorpha (мышевидные грызуны) отряда Rodentia (грызуны) с помощью метода сравнительного хромосомного пэйнтинга.

Цели и задачи работы. Подотряд мышевидных грызунов характеризуются одной из самых высоких скоростей кариотипической эволюции среди млекопитающих. Значительная перестроенность кариотипов мышевидных грызунов существенно осложняет их исследование с помощью традиционно используемых пэйнтинг-проб человека. Целые семейства до сих пор остаются слабо охваченными исследованиями по сравнительному хромосомному пэйнтингу, что делает невозможным создание целостной картины кариотипической эволюции отряда грызунов. Решению этой проблемы может способствовать как увеличение числа исследуемых видов, так и вовлечение в сравнительные исследования дополнительных наборов пэйнтинг-проб.

Целью настоящей работы является исследование кариотипических взаимоотношений млекопитающих из подотряда Myomorpha отряда Rodentia.

Для составления полной картины кариотипических эволюционных изменений в подотряде были поставлены следующие задачи:

  1. Описать кариотипические отношения в подотряде Myomorpha с помощью пэйнтинг-проб хромосом китайского и золотистого хомячков, копытного лемминга и домовой мыши.
  2. Проанализировать данные сравнительного хромосомного пэйнтинга, реконструировать предковый кариотип таксонов и возможный ход перестроек, приведших к формированию наборов хромосом современных мышевидных грызунов.
  3. Локализовать пэйнтинг-пробы хромосом человека на хромосомах одного из базальных представителей подотряда Myomorpha.
  4. С использованием кладистического анализа выявленных хромосомных характеристик установить филогенетическую позицию подотряда Myomorpha внутри отряда Rodentia.

Научная новизна и практическая ценность работы. В работе приведена характеристика двух новых наборов пэйнтинг-проб: золотистого хомячка и копытного лемминга. На широком круге видов продемонстрирована эффективность использования этих наборов для исследования кариотипической эволюции в надсемействе Muroidea подотряда Myomorpha. Впервые выполнена локализация полного набора пэйнтинг-проб человека на хромосомах представителя подотряда мышевидных грызунов.

С применением современных молекулярно-цитогенетических методов идентифицированы и описаны число и границы консервативных районов хромосом у значительного числа видов мышевидных грызунов. Для 28 видов мышевидных грызунов из 15 родов и 7 подсемейств построены сравнительные хромосомные карты. Для хомяковых такая работа проведена впервые. В построение карт включены хромосомные наборы двух видов с детально картированными геномами (домовая мышь, китайский хомячок). В дальнейшем хромосомные карты могут быть использованы в качестве первичного материала для картирования геномов исследованных видов.

С применением кладистического анализа выявленных хромосомных характеристик установлены филогенетические связи между представителями подоряда Myomorpha, определено положение таксона на филогенетическом древе грызунов. На основании данных сравнительного хромосомного пэйнтинга реконструирован предковый кариотип подотряда Myomorpha и общий предковый кариотип подотрядов Anomaluromorpha, Castorimorpha, Myomorpha и Sciuromorpha. Этот этап необходим для воссоздания полной картины кариотипической эволюции, приведшей к формированию хромосомных наборов ныне живущих видов. В работе построены предковые кариотипы для каждого исследованного подсемейства и рода. Предложенная схема кариотипических взаимоотношений, позволяет представить кариотипические изменения, сопровождавшие хромосомную эволюцию в подотряде Myomorpha отряда Rodentia.

Апробация работы. Результаты исследования были доложены на следующих конференциях: а) III конференция молодых ученых, посвященная М.А. Лаврентьеву. Новосибирск, 1-3 декабря 2003 г.; б) XLII международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск, 13-15 апреля 2004 г.; в) Международное рабочее совещание "Происхождение и эволюция биосферы". Новосибирск, 26-29 июня 2005 г.; г) ХV Всероссийское совещание "Структура и функции клеточного ядра". Санкт-Петербург, 18-20 октября 2005 г.; д) Отчетная конференция "Динамика генофондов растений, животных и человека". Москва, 2005; е) Отчетная конференция "Динамика генофондов растений, животных и человека". Москва, 2007; ж) V конференция молодых ученых СО РАН, посвященная М.А. Лаврентьеву. Новосибирск, 20-22 ноября 2007 г. Кроме того, результаты работы были представлены на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН в феврале 2005 и 2007 годов.

Публикации. По результатам работы опубликовано девять статей.

Вклад автора. Автором были выполнены работы по получению и культивированию используемых в исследовании первичных линий фибробластов грызунов, получению суспензий хромосом большей части животных, вовлеченных в исследование, дифференциальное окрашивание кариотипов всех исследованных видов, микродиссекция библиотеки хромосомы 16 золотистого хомячка. Автор готовил препараты для гибридизации in situ, анализировал результаты локализации пэйнтинг-проб, идентифицировал хромосомы и принимал непосредственное участие в обработке и анализе полученных данных.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов и обсуждения, заключения, выводов, списка цитируемой литературы, содержащего 212 ссылок, и 3 приложений. Диссертация изложена на 213 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц и 36 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Список видов, вовлеченных в исследование.

Надсемейство тушканчиковых (Dipodoidea).

Семейство тушканчиков (Dipodidae). Подсемейство Zapodinae: род Sicista – лесная мышовка (Sicista betulina, SBE, 2n=32).

Надсемейство мышиные (Muroidea).

Семейство мышевидных хомячков (Calomyscidae), подсемейство Calimyscinae: род Calomyscus – мышевиднй хомячок (Calomyscus sp., CSP, 2n=52).

Семейство хомяковых (Cricetidae). Подсемейство Cricetinae: род Allocricetulus – хомячок Эверсманна (A. eversmanni, AEV, 2n=26), род Cricetus – обыкновенный хомяк (C. cricetus, CCR, 2n=22), род Cricetulus – барабинский хомячок (C. barabensis, CBA, 2n=20), китайский хомячок (C. griseus, CGR, 2n=22), длиннохвостй хомячок (C. longicaudatus, CLO, 2n=24), серый хомячок (C. migratorius, CMI, 2n=22), род Mesocricetus – золотистый хомячок (M. auratus, MAU, 2n=44), турецкий хомячок (M. brandti, MBR, 2n=42), кавказский хомячок (M. raddei, MRA, 2n=44), род Phodopus – хомячок Кэмпбелла (P. campbelli, PCA2n=28), хомячок Роборовского (P. roborovskii, PRO, 2n=34), джунгарский хомячок (P. sungorus, PSU, 2n=28), род Tscherskia – крысовидный хомячок (T. triton, TTR, 2n=28). Подсемейство Arvicolinae: род Arvicola – водяная полевка (A. terrestris, ATE, 2n=36), род Clethrionomys – красная полевка (C. rutilus, CRU, 2n=56), род Dicrostonyx – копытный лемминг (D. torquatus, DTO, 2n=45+B), род Ellobius – горная слепушонка (E. lutescens, ELU, 2n=17), обыкновенная слепушонка (E. talpinus, ETA, 2n=54), род Microtus – полевка-экономка (M. oeconomus, MOE, 2n=30). Подсемейство Neotomynae: род Peromyscus – кактусовый хомячок (P. eremicus, PER, 2n=48).

Семейство мышиных (Muridae). Подсемейство Gerbillinae: род Meriones –краснохвостая песчанка (M. lybicus, MLY, 2n=44). Подсемейство Murinae: род Mus – домовая мышь (M. musculus, MMU, 2n=40).

Культуры клеток и суспензии хромосом. Культивирование клеток, получение суспензий хромосом и приготовление препаратов проводили по стандартным методикам (Графодатский, Раджабли, 1988; Henegariu et al., 2001). Суспензия хромосом E. lutescens предоставлена к.б.н. И.Ю. Баклушинской и к.б.н. Е.А. Ляпуновой (ИБР им. Кольцова, Москва).

Дифференциальные окраски хромосом. GTG-бэндинг проводили по методике Сибрайт (Seabright, 1971), модифицированной Графодатским и Раджабли (1988). С-окрашивание проводили по методике Самнер (Sumner, 1972), модифицированной Графодатским и Раджабли (1988).

ДНК-библиотеки сортированных хромосом китайского хомячка, золотистого хомячка, копытного лемминга, домовой мыши и человека, использованные в работе, предоставлены группой ветеринарной цитогенетики Кембриджского университета (Великобритания). Дополнительный набор пэйнтинг-проб мыши предоставлен центром сравнительной молекулярной цитогенетики Национального института рака (Фредерик, США).

Хромосомный пэйнтинг проводили на дифференциально окрашенных метафазных хромосомах по методу, описанному Yang et al., 1995, с некоторыми модификациями. Флуоресцентная in situ гибридизация проведена научным сотрудником лаборатории цитогенетики животных Н.А. Сердюковой.

Микродиссекция. Получение микродиссекционных хромосомоспецифичных ДНК-проб проводили в соответствии с методикой, описанной Rubtsov et al., 2000. Микродиссекционные пробы хромосом 15 и 21 золотистого хомячка получены научным сотрудником лаборатории цитогенетики животных к.б.н. В.А. Трифоновым (ИЦиГ СО РАН).

Филогенетический анализ проводился согласно Dobigny et al., 2004. Матрица хромосомных признаков анализировалась Г. Добиньи в лаборатории при Национальном музее истории природы, происхождения, структуры и эволюции биоразнообразия (Париж, Франция) методом максимальной экономии с использованием программного обеспечения PAUP 4.01b (Swofford, 1998).

РЕЗУЛЬТАТЫ

  1. Реципрокный хромосомный пэйнтинг.

Реципрокный хромосомный пэйнтинг был выполнен для следующих пар видов: C. griseus и M. auratus, M. auratus и M. musculus, M. auratus и D. torquatus. Сходство рисунка G-бэндинга на гомологичных хромосомах и хромосомных сегментах исследованных видов указывает на отсутствие видимых внутрихромосомных перестроек. Впервые показано, что две пары хромосом в кариотипе D. torquatus, ранее рассматриваемые как В-хромосомы, являются аутосомами.

Pages:     || 2 | 3 |






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