WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |
  1. Однонаправленный хромосомный пэйнтинг.

В работе использованы наборы пэйнтинг-проб C. griseus, M. auratus и M. musculus для установления районов гомологии хромосом между геномами 24 видов мышевидных грызунов. Пробы M. auratus локализованы на хромосомах грызунов из 6 подсемейств: Calomyscinae, Cricetinae, Gerbillinae, Arvicolinae, Muridae, Neotominae. Наборы пэйнтинг-проб C. griseus и M. musculus были локализованы на хромосомах отдельных видов. Дополнительно в сравнение были включены кариотипы четырех представителей семейства Cricetidae подсемейства Cricetinae: монгольский хомячок (Allocricetulus curtatus, ACU, 2n=20), гобийский хомячок (C. sokolovi, CSO, 2n=20), забайкальский хомячок (C. pseudogriseus, CPS, 2n=24), румынский хомячок (M. newtoni, MNE, 2n=38). Дифференциальные окраски хромосом этих видов были любезно предоставлены д.б.н. А.С. Графодатским. На рис. 1 приведена сравнительная хромосомная карта для девяти видов хомячков. На хромосомах лесной мышовки не удалось провести локализацию пэйнтинг-проб грызунов, но была успешно проведена локализация полного набора проб человека.

  1. Анализ перестроек хромосом.

Надсемейство Dipodoidae.

Анализ хромосомных характеристик S. betulina проводился независимо от остальных видов, исследованных в данной работе. Ранее с помощью пэйнтинг-проб человека были исследованы кариотипы пяти видов грызунов: многополосной белки Menetes berdmorei, гигантской летяги Petaurista albiventer, каролинской белки Sciurus carolinensis (Sciuridae, Sciuromorpha) (Richard et al., 2003; Li et al., 2004), речного бобра Castor fiber (Castoridae, Castormorpha) и долгонога Pedetes capensis (Pedetidae, Anomaluromorpha) (лаборатория цитогенетики животных ИЦиГ, неопубликованные данные).

Для пяти этих видов и S. betulina был проведен филогенетический анализ. В качестве внешней группы был выбран кролик Oryctolagus cuniculus – представитель отряда Lagomorpha (Korstanje et al., 1999). Для исследованных видов была определена 81 хромосомная характеристика и построена матрица хромосомных характеристик. В результате анализа было получено древо, отражающие каротипические отношения между исследованными видами. Изученные виды грызунов четко разделились на две ветви: а) представители семейства Sciuridae – базальная ветвь на древе, б) семейства Castoridae, Dipodidae и Pedetidae (рис. 2). По крайне мере 5 инверсий, 74 слияния и 6 разрывов зафиксировались в ходе эволюции внутри группы.

Полученные результаты совместно с данными, опубликованными ранее, позволили предположить возможную структуру предкового кариотипа для исследованных видов. Вероятно, общий предок группы Sciurognathi (Anomaluromorpha+Castorimorpha+Myomorpha+Sciuromorpha, по Carleton, Musser, 1993) – Ancestral Sciurognathi Karyotype, ASK – имел 2n=50 и содержал следующие ассоциации хромосом и хромосомных сегментов человека: HSA1pq, 1q/10p, 2pq, 2q, 3a, 3b/19p, 3c/21, 4b, 5, 6, 7a, 7b/16p, 8p/4a/8p, 8q, 9/11, 10q, 12a/22a, 12b/22b, 13, 14/15, 16q/19q, 17, 18, 20, X и Y (рис. 3).

Надсемейство Muroidea

Для проведения филогенетического анализа в надсемействе была построена таблица гомологии районов хромосом всех изученных видов. Дополнительно в анализ были включены ранее опубликованные данные по сравнительному хромосомному пэйнтингу между M. musculus и следующими видами мышевидных грызунов: Cricetulus griseus (Yang et al., 2000), Mus platythrix (Matsubara et al., 2003), Rattus norvegicus (Stanyon et al., 1999), R. rattus (Cavagna et al., 2002), Apodemus sylvaticus, A. peninsulae, A. agrarius, A. semotus, A. speciosus, A. argenteus, A. gurkha (Matsubara et al., 2004; Stanyon et al., 2004). Для 37 исследованых видов были определены хромосомные характеристики и построена матрица хромосомных характеристик.

Рисунок 1. Сравнительная хромосомная карта девяти видов хомячков (CCR – C. cricetus, CMI – C. migratirius, CBA – C. barabensis, CGR – C. griseus, CLO – C. longicaudatus, CSO* – C. sokolovi, CPS* – C. pseudogriseus, AEV – A. eversmanni, ­ACU* – A. curtatus). Слева черными вертикальными линиями показана гомология хромосом M. auratus. Черными точками маркирована позиция центромеры. Виды отмеченные «*» включены в сравнение только на основании G-бэндинга. Номенклатура хромосом соответствует Sablina et al., 2006 и Radjabli et al., 2006.

Рисунок 2. Схема кариотипической эволюции мышевидных грызунов. ASK – предковый кариотип группы Sciurognathi, AMK – предковый кариотип надсемейства Muroidea. Цифрами над каждой веткой показано количество перестроек хромосом, где «-» - разрыв предковой хромосомы, «+» - слияние. Для некоторых узлов древа показаны диплоидные числа хромосом. «» - тип и количество перестроек неизвестны.

Рисунок 3. Реконструированный на основании данных пэйнтинга предковый кариотип группы Sciuragnathi. Каждая предковая хромосома пронумерована в соответствии с гомологичными сегментами в геноме человека (цифры справа).

При анализе в качестве внешней группы рассматривался Calomyscus sp., как представитель самой базальной ветви (из изученных видов) ствола Muroidea (Michaux et al., 2001; Jansa, Weksler, 2004; Steppan et al., 2004). По результатам филогенетического анализа все исследованные виды достоверно разделились на следующие группы: a) виды подсемейства Cricetinae; б) виды подсемейства Murinae; в) виды подсемейства Arvicolinae+Gerbillinae и г) вид подсемейства Neotomynae. Внутри подсемейства Cricetinae были выделены 4 группы: a) виды рода Phodopus; б) виды рода Mesocricetus; в) Tscherskia triton и г) виды родов Cricetulus, Cricetus и Allocricetulus. В подсемействе Murinae были выделены три подклады, соответствующие исследованным родам. Виды подсемейства Arvicolinae с помощью кладистического анализа разделить на подклады не удалось (рис. 2).

На основании выявленных в кариотипах всех исследованных видов хромосомных синтений был предложен предковый кариотип надсемейства Muroidea (Ancestral Muroidea Karyotype, AMK). Вероятно, AMK имел диплоидное число хромосом 2n=56 и содержал следующие хромосомы, гомологичные MAU1 (MMU2a), 2/21 (MMU19/7), 3a/11a (MMU18), 3b/13 (MMU4), 4a (MMU5a), 4b (MMU16a), 5a (MMU15a), 5b (MMU1a/17a), 5c (MMU1b/17b), 5d (MMU10a), 6/9a (MMU6), 7 (MMU8a/2b/13a), 8a (MMU1c), 8b/10a (MMU12a/17c), 9b (MMU8b), 9c (MMU17d), 10b (MMU16b/17e/11a), 11b (MMU13b/15a), 12 (MMU9), 14a (MMU10b/17f), 14b (MMU11b), 15 (MMU14a), 16 (MMU5b/14b), 17/19a (MMU3), 18 (MMU12b), 19b (MMU10c), 20 (MMU15b), X и Y (рис. 4).

Мы использовали AMK и данные филогенетического анализа для обсуждения типов хромосомных перестроек, которые привели к формированию генома каждого исследованного вида. Для каждой ветви филогенетического древа подсчитано количество вероятных слияний и разделений предковых хромосом (рис. 2).

ОБСУЖДЕНИЕ

Отряд грызунов – самый многочисленный, но наиболее слабо исследованный отряд млекопитающих. Ряд вопросов таксономии и систематики отряда был решен благодаря сравнительным молекулярным исследованиям протяженных последовательностей ДНК. Однако некоторые вопросы до сих пор остаются спорными. Известно, что массовая радиация надсемейств грызунов происходила 55-65 млн лет назад (Huchon et al., 2002). Такой краткий в эволюционном плане промежуток времени создает проблемы при использовании замен нуклеотидов в качестве характеристик для филогенетического анализа. Напротив, хромосомные характеристики дают достаточное разрешение, поскольку они вовлечены в процессы видообразования (King, 1993) и могут фиксироваться в течение короткого периода времени (Britton-Davidian et al., 2000; Wang, Lan, 2000; Dobigny et al., 2005; Aniskin et al., 2006).

Рисунок 4. Предковый кариотип надсемейства Muroidea (AMK) и интеграция с наборами пэйнтинг-проб хромосом M. auratus (MAU, нумерация справа от идиограммы) и M. musculus (MMU, нумерация слева от идиограммы, курсивом). Каждая хромосома предкового кариотипа (нумерация снизу) представлена в виде фрагментов хромосом M. auratus.

По результатам нашего исследования подотряд Sciuromorpha занял базальную позицию на общем древе грызунов (рис. 2). Одна сегментная ассоциация (HSA1/7) и разрывы трех синтений (HSA1/10, 7/16 и 9/11) подтверждают существование клады Castorimorpha+Anomaluromorpha+Myomorpha, что полностью согласуется с данными молекулярных исследований. Четыре сегментные ассоциации (HSA3/10, 3/12, 5/17 и 11/15) и разрыв синтении HSA14/15 были идентифицированы как синапоморфии для Castorimorpha+Myomorpha. Дополнительно результаты сравнительного хромосомного пэйнтинга показывают, что ассоциация HSA12/22 представлена в виде единичного фрагмента в геномах C. fiber и S. betulina, но в виде двух фрагментов у O. cuniculus. Это подтверждает справедливость объединения Castorimorpha и Myomorpha. Несмотря на то, что некоторые выявленные характеристики были гомоплазическими для Castorimorpha, Anomaluromorpha и Myomorpha (4 для Castor и Pedetes, 2 для Sicista и Pedetes), проведенный анализ четко показывает, что Castorimorpha и Myomorpha филогенетически более близки друг другу, чем Anomaluromorpha.

На рис. 2 приведена схема кариотипических отношений для всех исследованных в работе видов мышевидных грызунов. Схема отражает предполагаемый ход эволюции кариотипов. В основании древа лежит предковый кариотип группы Sciurognathi. Известно, что Dipodoidea и Muroidea разделились приблизительно 45 млн лет назад (McKenna, Bell, 1997). Из-за того, что для исследования геномов Dipodoidea и Muroidea были использованы различные наборы пэйнтинг проб, мы пока не можем говорить о количестве и типах хромосомных перестроек, приведших к формированию кариотипов предков этих надсемейств. Предполагаемый кариотип предка надсемейства Muroidea (AMK) имеет 2n=56 (рис. 4). Формирование кариотипа Calomyscus sp. сопровождалось двумя разрывами предковой хромосомы AMK4, слияниями AMK10+18+17 и AMK3+20+25.

Два слияния предковых хромосом AMK23+25 и AMK21+27 привели к формированию общего предкового кариотипа семейств Cricetidae и Muridae. Предполагается, что он характеризовался диплоидным числом хромосом 2n=52. Формирование кариотипов предков семейств Cricetidae (приблизительно 34 млн лет назад, McKenna, Bell, 1997) и Muridae (23-16 млн лет назад, обзор: Musser, Carleton, 2005) сопровождалось небольшим числом хромосомных перестроек: AMK12+26 (для Cricetidae), разрывами AMK3 и AMK7 (для Muridae). Таким образом, для этого этапа эволюции Muroidea характерна скорость кариотипических изменений, сравнимая со средней скоростью кариотипической эволюции млекопитающих (Графодатский, 2001).

Род Peromyscus подсемейства Neotomynae отделился от ствола Cricetidae 5-11 млн лет назад (из: Musser, Carleton, 2005). Кариотипическая эволюция таксона сопровождалась разрывом AMK17 и слияниями AMK13+AMK17a, AMK20+24. Разрывами предковых хромосом AMK2 и AMK12 характеризовалось возникновение общего предка подсемейств Arvicolinae и Cricetinae. Датировки возникновения современных Arvicolinae и Cricetinae сильно расходятся (из: Musser, Carleton, 2005). Со времени отделения от общего предка в геноме предка Cricetinae произошло восемь перестроек хромосом: разрывы ассоциации AMK23+25, разрыв хромосомы AMK17, слияния AMK19+25, AMK6+15, AMK10+13+AMK17a, AMK5+AMK17b, AMK8+20. Для подсемейства Arvicolinae характерны 18 перестроек предковых хромосом: разрывы AMK1, 2, 3, 4, 7 (дважды), 8, 12+26, 19, слияния AMK15+18, 19+2a+7a+22, 12+17, 7b+13, инверсия внутри сегмента AMK 7b+13.

Из подсемейства Cricetinae наибольшую скорость хромосомных изменений демонстрируют представители родов Tscherskia и Phodopus, среди Arvicolinae существенная перестроенность кариотипа характерна для E. lutescence. Интересно, что второй представитель рода Ellobius (E. talpinus) характеризуется одним из наименьших чисел разрывов/слияний предковых хромосом среди Arvicolinae.

Дивергенция Gerbillinae и Murinae происходила около 18 млн лет назад (Musser, Carleton, 2005). Предковый кариотип подсемейства Murinae характеризуется четырьмя разрывами (AMK17 дважды, AMK19 и AMK21) и двумя слияниями (AMK10+17a, AMK 17b+21a) предковых хромосом относительно предка Muridae. Формирование предкового кариотипа подсемейства Gerbillinae сопровождалось огромным числом хромосомных перестроек: со времени отделения от общего предка семейства Muridae 20 разрывов, 26 слияний и, по крайней мере, 4 инверсии произошли в геноме предка таксона. Скорость хромосомной эволюции для M. lybicus составляет примерно 2,5 перестройки на млн лет. В среднем скорость геномных перестроек в надсемействе Muroidea оценивается как одна перестройка на 1 млн лет (Murphy et al., 2001a), таким образом, M. lybicus демонстрирует высокую скорость кариотипической эволюции даже среди Muroidea.

По различным данным от 8 (Steppan et al., 2004) до 10-20 (Guilly et al., 1999; Stanyon et al., 1999; Guilly et al., 2001) млн лет эволюции разделяют роды Mus и Rattus. Эволюционное возникновение рода Apodemus датируют 7.5-11.1 млн лет (из: Musser, Carleton, 2005). Скорость кариотипической эволюции при формировании общего предка родов Apodemus и Rattus не превышала среднюю скорость эволюции в таксоне Muroidea. Значительными преобразованиями кариотипа сопровождалось формирование предка рода Mus. Ранее для этого рода была показана неравномерность темпов хромосомных преобразований в различных ветвях филогенетического древа (Veyrunes et al., 2006). По данным пэйнтинга видно, что для кариотипа M. platythrix характерно в 3 раза больше перестроек хромосом, чем для M. musculus. Напротив, для представителей рода Apodemus показан удивительный консерватизм геномной организации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Pages:     | 1 || 3 |






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