WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БЕЛЯЕВ Александр Александрович

Роль мобильных элементов в микроэволюционных процессах у растений на примере Aegilops speltoides (Triticeae, Poaceae).

Молекулярно-цитогенетический и молекулярно-генетический анализ.

Специальность: 03.00.15 - Генетика

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора биологических наук

Санкт Петербург – 2009

Работа выполнена в лаборатории молекулярной цитогенетики растений Института эволюции Университета Хайфы.

Официальные оппоненты:  доктор биологических наук

Бадаева Екатерина Дмитриевна

доктор биологических наук

Гагинская Елена Романовна

доктор биологических наук

Шнеер Виктория Семёновна

Ведущее учреждение:  Институт общей генетики РАН

Защита состоится « » _______________  2009 г. в ___ часов на заседании совета Д.212.232.12 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034 Санкт- Петербург, Университетская наб. 7/9, СпбГУ, биолого-почвенный факультет, кафедра генетики и селекции, аудитория 1.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан «  »________________ 2009 г.

Учёный секретарь

Диссертационного совета

Кандидат биологических наук  Л. А. Мамон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Микроэволюция – это эволюционные преобразования внутри вида на уровне популяций и демов, ведущие к внутривидовой дивергенции и видообразованию (Воронцов 1999). Микроэволюцию можно определить как систематическое изменение частот гомологичных аллелей, участков хромосом или целых хромосом в локальной популяции. Иначе говоря, микроэволюцией называют любое увеличение или уменьшение частоты в генофонде какой-либо вариантной формы, которая продолжает встречаться в популяции из поколения в поколение (Четвериков 1929, Шмальгаузен 1968, Тимофеев-Ресовский 1958, Грант 1991, Воронцов 1999). Исследованию микроэволюции посвящено много работ, однако природа ее молекулярных механизмов, прдолжает широко дискутироваться.

Дикие пшеницы, как полиплоидные, так и диплоидные, – представляют собой прекрасную модель  для исследования микроэволюционных процессов. Немаловажно, что у них крупные хромосомы, и генетика этой группы видов исследована достаточно хорошо. Детальному исследованию пшениц уже больше ста пятидесяти лет, что позволяет проводить сравнительный анализ собственных результатов, полученных экспериментальным путём, и данных, уже имеющихся в литературе.

Данное исследование посвящено изучению микроэволюционных процессов в природных популяциях диких пшениц. В основу были положены несколько гипотез, основанных как на изучении существующей литературы, так и на почти десятилетних полевых наблюдениях над дикими пшеницами Израиля. Первая гипотеза предполагает, что в современных популяциях диких пшениц и в настоящее время продолжается интенсивный процесс формо- и видообразования (Жуковский 1928, Zohary и Imber 1963). В основу второй гипотезы легло предположение о том, что активность мобильных элементов является основной движущей силой изменчивости генома в небольших краевых популяциях диплоидной дикой пшеницы Ae. speltoides. Третья гипотеза предполагает, что активность мобильных элементов и хромосомные перестройки – процессы взаимозависимые, приводящие, в отдельных случаях, к быстрому возникновению репродуктивной изоляции, т. е. к видообразованию по симпатрической модели. Таким образом, настоящее исследование находится на стыке эволюционной биологии, цитогенетики и молекулярной генетики, и послужит ещё одним шагом к пониманию механизмов микроэволюционных процессов. В работу включён материал, относящийся только к диплоидным видам диких пшениц, и не затрагиваются проблемы видообразования путём полиплоидизации.

Цель работы. Данная работа ставила своей целью дальнейшее изучение механизмов формо- и видообразования на молекулярно-цитогенетическом уровне у Aegilops speltoides.

Основные задачи исследования. Ниже приведён ряд нерешённых вопросов, которые и послужили отправными точками настоящего исследования:

  • идёт ли в данный момент процесс видообразования в группе Sitopsis, и если «да», то по какой модели, чем видообразование вызвано, и какова эволюционная связь Aegilops speltoides с родственными видами в группе Sitopsis;
  • каковы цитогенетические и молекулярные механизмы видообразования, и существует ли связь между ними;
  • какова роль этих механизмов в образовании репродуктивных барьеров;
  • какова пространственная и временная динамика мобильных элементов в геноме Ae. speltoides;
  • играют ли мобильные элементы какую-либо роль в образовании новых форм в небольших краевых популяциях растений, где, как известно, прцессы формообразования интенсифицированны (Тимофеев-Ресовский и др. 1977).

Исходя из поставленных вопросов, был разработан алгоритм исследования генома Ae. speltoides. Планировался сбор растений из ряда популяций втечении нескольких лет. В качестве первого шага лабораторных исследований, предполагалось разработать метод выявления на хромосомах консервативных / лабильных районов хроматина. Затем, для лабильных районов предполагалось молекулярно-цитогенетическими методами определить количественное и качественное содержание мобильных элементов (копийность и присутствие хромосомных кластеров элементов определённого типа в геноме). Предполагалось клонирование высококопийных ретротранспозонов и транспозонов с последующим использование полученных клонов в качестве молекулярных проб для in situ гибридизации, а также сравнительное исследование хромосомного распределения различных мобильных элементов в нескольких популяциях Ae. speltoides. Для выявления общих закономерностей предполагалось провести сравнительный анализ хромосомного распределения мобильных элементов у других видов Poaceae. Планировалось также исследовать динамику изменения копийности мобильных элементов во времени путём анализа ряда поколений, а также транспозиционную и транскрипционную активность мобильных элементов в генеративных и вегетативных тканях, особенно у растений с различными хромосомными аберрациями. Для более детального анализа процессов формо- и видообразования на хромосомном уровне и динамики мобильных элементов во времени была выбрана небольшая популяция Ae. speltoides, расположенная рядом с прибрежными дюнами Хайфского залива по берегам реки Кишон. Анализировалась также близлежащая, самая северная, крупная популяция Ae. sharonensis родственного вида, также принадлежащего к группе Sitopsis.

Подобный подход, сочетающий в себе как детальный анализ отдельной популяции, так и сравнение нескольких популяций и видов, предполагал достаточно детально представить вариабельность генома Ae. speltoides на уровне хромосомных перестроек, хромосомного распределения мобильных элементов а также их пространственную и временную динамику.

Научная новизна работы. Данная работа является первым комплексным исследованием процессов формо- и видообразования у диких диплоидных видов пшениц. Применение новейших методов молекулярной цитогенетики и молекулярной генетики позволило впервые описать микроэволюционные процессы на молекулярном уровне, происходящие в небольшой краевой популяции Ae. speltoides. Впервые показана активная роль мобильных элементов, относящихся к различным классам, в изменениях генома растений при видообразовании. Разработан метод молекулярно-цитогенетического разделения районов хромосом по степени их эволюционной стабильности, и показано, что у Ae. speltoides в процессе видообразования наиболее значимо изменяют свой нуклеотидный состав районы терминального гетерохроматина, обогащённые ретротранстозонами Класса I (элементами родственными ретровирусам, которые могут составлять до 80% генома злаков, и перемещающихся по геному с помощью промежуточной РНК)  семейств Ty1-copia и LINE.

Показано, что хромосомное распределение ретротранспозонов семейства Ty3-gypsy (Класс I) и Ас транспозонов (Класс II - активных элементов, перемещающихся по геному путём вырезания-вставки) неодинаково в популяциях из различных климатических зон, что предполагает определённую зависимость активности мобильных элементов от факторов внешней среды.

Впервые показана активация En/Spm транспозонов (Класс II) в процессе гаметогенеза у Ae. speltoides. Кластеры мобильных элементов этого типа обнаружены в районах крупных хромосомных перестроек, а также совместно с нерегулярными кластерами 5S рДНК, что свидетельствует об их активной роли как в переносе 5S рРНК генов по геному, так и в процессе изменения структуры хромосом, постоянно происходящего в небольших краевых популяциях злаков.

В той же небольшой краевой популяции Ae. speltoides был отобран ряд генотипов и получены уникальные данные по динамике копийности мобильных элементов во времени. При этом симулировались реальные условия, когда при воздействии неблагоприятных внешних условий перекрёстноопыляемые растения переходят к самоопылению. Была отмечена повышенная активность мобильных элементов, относящихся к разным классам. Периоды подъёма копийности чередовались со снижением в ряду поколений при самоопылении. Активность мобильных элементов сопровождалась морфологическими и хромосомными аберрациями.

На основании комплекса полученных данных выдвинута и частично обоснована гипотеза о том, что в популяциях Ae. speltoides идёт активный процесс формо- и видообразования, и данный вид может являться предковым для группы видов секции Sitopsis.

Практическая ценность работы. Ещё одним немаловажным аргументом в пользу выбора объекта явилось то, что пшеница – одно из самых древних культивируемых растений. Значение этого растения для Европейской цивилизации трудно переоценить. Интерес к диким пшеницам вызван в первую очередь возможностью обогащения генетического пула культивируемых сортов (Вавилов 1987), и по уровню финансирования научных исследований пшеница стоит на третьем месте после риса и ячменя. Селекционеры постоянно работают над созданием новых сортов пшениц как традиционными методами, так и современными методами генетической и хромосомной инженерии. Однако, очень часто, подобные работы выполняются экстенсивным методом, и пары для скрещиваний подбираются без учёта индивидуальных особенностей геномов родителей. Знание закономерностей формо- и видообразования в естественных популяциях позволит рациональнее планировать селекционные программы, избегая значительных материальных затрат.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на различных международных и всероссийских конгрессах, конференциях и семинарах, в том числе: 3-й Конференции по Кариологии растений (Санкт Петербург, Росси, 1992), Международном семинаре «Организация генома и эволюция» (Хайфа, Израиль, 2001), 4-м Международном Triticeae конгрессе (Кордоба, Испания, 2001), 14-й Международной хромосомной конференции (Вюрсбург, Германия, 2001), Кейстоун конференции С6 «Сравнительная геномика растений» (Таос, Нью Мексико, США, 2004), 15-й Международной хромосомной конференции (Лондон, Великобритания, 2004), 5-й Международной конференции по кариологии и кариосистематики (Санкт Петербург, Россия, 2005), 8-й Гатерслебенской конференции (Гатерслебен, Германия, 2005), семинаре «Новые горизонты эволюционной биологии» (Хайфа, Израиль, 2007), Международной конференции в честь столетия открытия Ааронсоном популяций дикой тетраплоидной пшеницы (Тверия, Израиль, 2007), 6-й Европейской Цитогенетической конференции (Стамбул, Турция, 2007). Кроме того, по материалам исследований в 2007 году были прочитаны лекции в Хельсинском университете, в MTT Agrifood Research Finland и в университете Беер-Шевы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 38 печатных работ в ведущих международных и отечественных научных журналах.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 250 страницах, включая 47 рисунков, 13 таблиц, список литературы, содержащий 271 ссылку и приложение, включающее клонированные нуклеотидные последовательности, опубликованные в базе данных GeneBank. Она состоит из введения, четырёх глав, выводов и заключения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Во введении обосновывается выбор темы и объекта исследования.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обзор литературы состоит из пяти разделов: (1) проблема видообразования; (2) род Aegilops: систематика, эволюция; (3) секция Sitopsis рода  Aegilops; (4) мобильные элементы: их открытие, свойства, классификация и возможная роль в эволюционном процессе; (5) мобильные элементы как основная составляющая высокоповторяющейся фракции ДНК генома злаков. В конце каждой главы ставятся вопросы для последующего изучения.

Раздел 1.1. Проблема видообразования.

В этом разделе изложена кратка история  исследования видообразования и рассмотрены основные современные работы в этой области (Четвериков 1929, Dobzhansky 1935, 1937, Mayr 1942, Stebbins 1950, Lewis 1953, Lewis и Roberts 1956, Lewis и Raven 1958, Lewis 1962, Тимофеев-Ресовский и др. 1977, White 1978, Grant 1981, Rieseberg 2001, Gavrilets 2003, Coyne и Orr 2004). Обсуждено понятие вида в современной литературе. Отмечено, что точки зрения на процесс видообразования и его движущие силы значительно различаются. Особое внимание уделено симпатрической модели видообразования. Приведена современная классификация репродуктивных барьеров применительно к растениям. Определён круг вопросов, требующих объяснения, а также дана краткая характеристика современных методов молекулярной цитогенетики, исползуемых для решения некоторых из этих вопросов (Woo и др. 1994, Hanson и др. 1995, Fuchs и др. 1996, Mikhailova и др. 1998, Lysak и др. 2001, 2003, Ali и др. 2000, Kotseruba и др. 2003, Silkova и др. 2006). 

Раздел 1.2. Род Aegilops: систематика, эволюция.

В разделе дана краткая история систематики рода Aegilops (Жуковский 1928, Eig 1929, Kihara 1963, Stebbins 1956, Morris и Sears 1967, Цвелёв 1976, Тахтаджян 1987), и современная точка зрения на происхождение группы фестукоидных злаков (Невский 1937, Цвелёв 1976, Tchernov 1988). Также в этом разделе по литературным данным характеризуется влияние Четвертичного оледенения на эволюцию флоры Леванта (Жуковский 1928, Zohary 1973).

Раздел 1.3. Секция Sitopsis рода  Aegilops.

В этом разделе дано описание видов, входящих в секцию Sitopsis рода  Aegilops. Секция включает пять видов: Ae. speltoides Tausch., Ae. longissima Sweinf. et Muschl., Ae. searsii Feldman et Kislev, Ae. sharonensis Eig и Ae. bicornis Forssk. Внутри секции Ae. speltoides, являющийся основным модельным объектом данной работы, выделяется по морфологии, жизненной форме и условиям произрастания (Dvorak и Zhang 1992, Kimber и Feldman 1987). Ae. speltoides диморфный вид (Zohary и Imber 1963), причём ssp. auchery и ssp. ligustica долго считались отдельными видами (Жуковский 1928, Eig 1929, Гончаров 2002). Но Сирс (Sears 1941) на основе изучения рекомбинантных растений и растений с промежуточным фенотипом предположил наличие группы сцепленных генов. На основе подробного анализа литературных данных нами была выдвинута гипотеза о том, что Ae. speltoides может являться материнским видом секции Sitopsis.

Раздел 1.4. Мобильные элементы: их открытие, свойства, классификация и возможная роль в эволюционном процессе.

В этом разделе приведена краткая история открытия мобильных элементов, их классификация, особенности работы с данной фракцией ДНК и современные точки зрения на роль мобильных элементов в эволюции генома, которые можно разделить на две группы (Doolittle и Sapienza 1980, Orgel и Crick 1980 Golding и др. 1986, Hartl 1988, Charlethworth и Langley 1989, Preston и Engels 1989, Starlinger 1993, Maynard Smith и Szathmary 1995, Engels 1996). Первая группа гипотез предполагает, что:

  • мобильные элементы присутствуют и распространяются по геному благодаря мутациям,  вызванных их активностью;
  • мобильные элементы обусловливают новые временные и пространственные паттерны экспрессии генов;
  • мобильные элементы могут генерировать новые регуляторные единицы (состоящие из двух и более членов);
  • мобильные элементы могут лежать  в основе возникновения новых генов;
  • мобильные элементы являются основным источником генетической вариабельности и геномных перестроек, т.е. генерируют эволюционнозначимое многообразие нуклеотидных последовательностей;
  • вышесказанное предполагает серьёзную ревизию теории неодарвинизма.

Вторая группа гипотез предполагает, что:

  • мобильные элементы  - это последовательности эгоистической ДНК, т.е. паразиты;
  • мобильные элементы снижают приспособленность популяций к внешним условиям; излишек ДНК  - это энергетическое бремя для организма-хозяина (и зачастую мобильные элементы играют деструктивную роль);
  • активность мобильных элементов не даёт немедленных фенотипических эффектов, и, соответственно, никакого селективного преимущества, т.е. мобильные элементы не могут быть основной действующей силой процесса видообразования.

Раздел 1.5. Мобильные элементы как основная составляющая высокоповторяющейся фракции ДНК генома злаков.

В этом разделе рассматриваются особенности генома злаков, в котором мобильные элементы могут составлять до 80% от ядерной ДНК. Рассматривается важнейшая особенность мобильных элементов – их способность внедряться преимущественно в одни и те же хромосомные локусы, а внутри локусов - в подобные элементы (Voytas 1996, SanMiguel и др. 1996), что предопределяет кластерность их распределения по хромосоме. Рассмотрена модель организации генома злаков «Lego» (Flavell и др. 1993, Moore и др. 1995) и на основании литературных данных выдвинуты гипотезы о возможных механизмах изменения генома при видообразовании.

ГЛАВА 2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

В этой главе сформулированы цели и задачи исследования.

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В этой главе приводится список видов и популяций, использованных в исследованиях (таблица 1). Приведены методы, использованные в данной работе, и, в частности: выделения ДНК, амплификации, клонирования, секвенирования и идентификации фрагментов мобильных элементов, ПЦР  (полимеразная цепная реакция) скрининг на сайт-специфичное внедрение транспозонов, количественный RT (real-time) ПЦР; LD (long distance) ПЦР; дот-блот гибридизация и анализ; IRAP (inter-retrotransposon amplified polymorphism) для определения транспозиции мобильных элементов. Описаны также методы in situ гибридизации и дифференциальной окраски хромосом, включающие приготовление препаратов митотических, мейотических хромосом и ДНК фибрилл, мечение проб, непосредственно in situ гибридизацию, а также послегибридизационную окраску хромосом, хромосомную идентификацию и анализ внутихромосомного распределения гибридизационного сигнала.

В этой главе также приводятся использованные нами методы статистической обработки данных, такие как нормализация, централизация и анализ главных компонент (PCA).

Таблица 1. Виды и образцы растений, использованные в экспериментах.

Виды

Популяции

Место сбора

Источник получения

Aegilops

speltoides

TS-84

Латакия, Сирия

USDA*, PI 487235

TS-24

Эрегли, Турция

U.Calif,Riverside**,G-1038

2.22

р. Кишон, Израиль

Оригинальный сбор

2.34

Технион, Израиль

Оригинальный сбор

Aegilops

sharonensis

4.22

р. Кишон, Израиль

Оригинальный сбор

4.69

Кейсария, Израиль

Оригинальный сбор

Aegilops

longissima

6.58

Акко, Израиль

Оригинальный сбор

Aegilops bicornis

TB-07

Александрия, Египет

WIC***

Aegilops tauschii

TQ-106

Фирузкун, Афганистан.

USDA, PI 476874

Hordeum

spontaneum

Ma

Маалот, Израиль

IE****, 1105

SB

Сде-Бокер, Израиль

IE, 1309

EC2

Нахаль-Орен (стан-

ция 2), Израиль

Оригинальный сбор

EC5

Нахаль-Орен (стан-

ция 5), Израиль

Оригинальный сбор

Triticum urartu

Tur

Санурфа, Турция

AARI*****, TR 38540

Iran

Иран

USDA, PI 18402

Secale sylvestre

-

неизвестно

БИН******

Festuca pratensis

-

Леннинградская область, Россия

БИН

Zingeria

bieberstiana

-

Поволжье, Россия

Оригинальный сбор

Коцерубы В. В.

Semiarundinaria

fastuosa

-

неизвестно

WIC

Arundo donax

-

Нес-Циона, Израиль

Оригинальный сбор

Lycopersicon

esculentum

-

неизвестно

WIC

*  USDA – коллекция United States Department of Agriculture, США.

**  U.Calif,Riverside – коллекция университета Калифорнии, Риверсайд, США

***  WIC – коллекция института Вейсмана, Израиль.

**** IE – коллекция института Эволюции, Хайфа, Израиль.

***** AARI - коллекция Aegean Agricultural Research Institute, Турция.

****** БИН – коллекция Ботанического института РАН.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел 4.1. Выявление в пределах хромосом Ae. speltoides районов, обогащённых видоспецифичными повторами ДНК.

Одной из первых задач данного исследования было нахождение на хромосомах «горячих точек» эволюции, т.е. определение районов с повышенным содержанием видоспецифичных нуклеотидных последовательностей. Для выявления в пределах хромосом Ae. speltoides районов различной степени консервативности и их физического картирования применялась модификация GISH метода (геномной in situ гибридизации), разработанная нами (Belyayev и др. 1998, 2001а). Идея данного подхода заключается в одновременной гибридизации с хромосомами модельного вида смеси двух геномных ДНК – собственной, меченной биотином с последующей детекцией FITC или Alexa 488 (зелёная флуоресценция), и ДНК другого вида, меченной дигоксигенином с последующей детекцией антидиг-родамином (красная флуоресценция). В серии экспериментов подбираются виды различного эволюционного сродства к модельному – от близкородственных, до видов другого рода, семейства и даже класса. В результате районы хромосом модельного вида, имеющие общие высокоповторяющиеся ДНК-повторы с видом, ДНК которого используется в данном эксперименте, будут иметь оранжево-жёлтую флуоресценцию (комбинированный зелёно-красный сигнал), в то время как районы, обогащённые видоспецифичными повторами, будут иметь зелёную флуоресценцию (сигнал собственной ДНК). В дальнейшем данный метод с успехом был также использован на хромосомах животных (Ivanitskaya и др. 2005).

Разрешительная способность метода достаточно высока: даже при гибридизации смеси ДНК двух популяций Ae. speltoides из разных флористических областей - Средиземноморской (TS-84) и Ирано-Туранской (TS-24) на хромосомы TS-84 были обнаружены небольшие дистальные и теломерные зелёные блоки, располагающиеся в основном на границах гетеро- и эухроматина. Был сделан вывод, что именно эти районы хромосом изменялись первыми в процессе микроэволюции.

Следующий эксперимент, в котором смесь геномных ДНК Ae. speltoides (зелёный сигнал) и близкородственной Ae. bicornis (красный сигнал) гибридизовалась с хромосомами Ae. speltoides, показал обогащённость части терминального гетерохроматина видоспецифичными повторами.

Был сделан вывод о том, что процесс видообразования и последующей межвидовой дивергенции у цветковых растений, в часстности у злаков, связан со значительными изменениям в высокоповторяющейся фракции ДНК. Геномная in situ гибридизация позволила выявить наиболее нестабильные районы хромосом у Ae. speltoides первыми меняющие свой нуклеотидный состав в процессе эволюции. Ими оказались большинство терминальных гетерохроматиновых районов, что согласуется с данными других исследователей. Наиболее вероятным выглядит предположение, что подобные изменения могут быть вызваны активным внедрением  и аккумуляцией мобильных элементов и их фрагментов в этих районах хромосом.

Раздел 4.3. Хромосомное распределение мобильных элементов Класса I, и их роль в преобразовании генома при формо / видообразовании.

Полученные данные о хромосомной локализации районов, обогащённых видоспецифичными нуклеотидными повторами, позволили поставить вопрос о причинах, вызывающих подобные изменения в геноме. A priori было предположено, что именно мобильные элементы своим внедрением могут вызывать значительные изменения в нуклеотидном составе отдельных районов хромосом, что, в свою очередь, «включает» механизмы молекулярной синхронизированной эволюции (cocerted evolution, Elder и Turner 1995).

Для локализации мобильных элементов Класса I в качестве пробы применяются фрагменты гена обратной трансклиптазы (RT) – наиболее консервативного гена в составе ретротранспозонов, что и позволяет выявить подавляющее большинство мобильных элементов данного типа. Данная методика достаточно хорошо отработана. Уже первая гибридизация смеси RT фрагментов показала их неоднородное распределение по хромосомам Ae. speltoides. Флуоресцентная in situ гибридизация (FISH) выявила кластеры Ty1-copia элементов во всех терминальных гетерохроматиновых районах хромосом Ae. speltoides и в районах вторичных перетяжек (ядрышковых организаторов, NOR). В эухроматине эти элементы распределены более или менее равномерно. Похожее распределение продемонстрировали и LINE элементы. Полученные данные свидетельствуют о значительной роли Ty1-copia и LINE элементов и их производных в формировании части гетерохроматиновых блоков. Сравнение положения кластеров Ty1-copia и LINE элементов и районов, обогащённых видоспецифичными нуклеотидными повторами, выявило практически их полное совпадение. Следовательно, активность Ty1-copia и LINE элементов может приводить к значительному изменению нуклеотидного состава отдельных, в основном гетерохроматиновых, районов хромосом. Это может быть непосредственное внедрение элементов и/или провоцирование эктопических обменов, поскольку в каждой из хромосом (и это характерно для растений) находятся десятки и даже сотни копий Ty1-copia и LINE элементов одинакового нуклеотидного состава.

Мобильные элементы Ty3-gypsy, возможно, наиболее вариабельны по нуклеотидному составу. Эта группа ретротранспозонов близка к ретровирусам, и единственным отличием является отсутствие «конверта» (“envelope”) - гена позволяющего ретровирусу покидать клетку. Другой важной особенностью Ty3-gypsy элементов является их значительное присутствие в центромерных районах хромосом растений (Aragon-Alcaide и др. 1996; Jiang и др. 1996, Ananiev и др. 1998; Presting и др. 1998, Hudakova и др. 2001; Fukui и др. 2001, Belyayev и др. 2005). В связи с этим предполагается возможность участия элементов этой группы в образовании неоцентромер.

Для получения наиболее полного представления о распределении Ty3-gypsy элементов по хромосомам и определения их возможной роли в процессах микроэволюции, был проведён ряд экспериментов с клонированными фрагментами RT, относящимся к разным группам этого типа ретротранспозонов и максимально отличающимися друг от друга по нуклеотидному составу. Для сравнения, ряд экспериментов был проведён также и на хромосомах дикого ячменя H. spontaneum – самоопылителя, относящегося к той же трибе Triticeae. Сходство или различие полученных данных позволило бы судить об определённых закономерностях в распределении Ty3-gypsy элементов у злаков с большими геномами. FISH эксперименты с различными фрагментами RT выявили мини-кластеры Ty3-gypsy элементов по всей длине хромосом как у Ae. speltoides, так и у H. spontaneum. Кластеры были обнаружены в гетеро- и эухроматине. Несмотря на трудности в картировании мобильных элементов (малые размеры большинства кластеров, различная конденсация хромосом на анализируемых пластинках, определённый уровень полиморфизма гомологов), второй раунд гибридизации на тех же цитологических препаратах с  хромосомными маркерами, такими как рДНК, и последующая диференциальная окраска хромосом нуклеотид-специфичными флюорохромами и Гимзой, позволяет достаточно точно локализовать кластеры мобильных элементов. Внутрипопуляционные различия в хромосомном паттерне Ty3-gypsy элементов у растений с нормальной морфологией минимальны. В основном различается интенсивность флуоресцентного сигнала отдельных кластеров. Для определения уровня межпопуляционного полиморфизма был проведён сравнительный покластерный анализ присутствия / отсутствия сигнала.

Согласно полученным данным, мини-кластеры Ty3-gypsy ретротранспозонов могут быть условно разделены на три группы по степени их стабильности (встречаемости в различных популяциях): (1) стабильные видо-специфичные кластеры, (2) вариабельные кластеры, и (3) популяционно-специфичные кластеры. Наиболее стабильные (видо-специфичные) кластеры обеих групп элементов были обнаружены в районах 45S рДНК на хромосомах 1 и 6 у Ae. speltoides и на хромосоме 6 у H. spontaneum. На хромосоме 7 (5H) H. spontaneum было обнаружено внедрение Ty3-gypsy элементов в 45S рДНК кластер, и вполне возможно, что часть рибосомальных генов этого района инактивировано, поскольку внедрение мобильных элементов часто вызывает метилирование окружающей ДНК (Finnegan и др. 1998). Как известно, кластеры 45S рДНК находятся вместе с GC-обогащёнными блоками гетерохроматина, которые могут быть выявлены при дифференциальном окрашивании. В отличие от районов 45S рДНК, где кластеры Ty3-gypsy элементов наблюдались постоянно, лишь однажды была обнаружена ассоциация кластера Ty3-gypsy элементов и 5S рДНК района на хромосоме 5 Ae. speltoides. Стабильные мини-кластеры Ty3-gypsy элементов также постоянно фиксировались в центромерах и перицентромерном гетерохроматине.

76% кластеров Ty3-gypsy элементов у Ae. speltoides и 26% кластеров у H. spontaneum присутствуют только в нескольких популяциях (вариабельные кластеры). При анализе хромосомного распределения Ty3-gypsy ретротранспозонов отмечена важная особенность: на хромосомах существует ограниченное число районов, где возможно нахождение кластеров Ty3-gypsy элементов, и у растений с обеднённым паттерном часть «позиций» не заполнена. Похожая ситуация наблюдалась и в геноме Drosophilla virilis (Evgen'ev и др. 2000).

Ещё одной важной особенностью хромосомного распределения Ty3-gypsy ретротранспозонов является то, что в различных популяциях гомологичные кластеры могут иметь неодинаковое соотношение элементов разного типа, т. е. была обнаружена популяционная специфичность состава блоков Ty3-gypsy элементов.

Наиболее редки популяционно-специфичные кластеры, которые составляют 6-10% от всех кластеров Ty3-gypsy элементов. Это в основном цитологически видимые внедрения Ty3-gypsy ретротранспозонов в районы центромерных центральных доменов отдельных хромосом. Даже те небольшие популяционно-специфичные внедрения отдельных Ty3-gypsy элементов в центромеры, обнаруженные нами, могут иметь далеко идущие последствия. Изменение структуры высококонсервативного цетрального домена центромеры гомологичных хромосом может вызывать нарушения мейоза, межцентромерные связи между негомологичными хромосомами (Saifitdinova и др. 2001), и, в конечном итоге, приводить к элиминации растения-носителя. Но в отдельных случаях можно предположить фиксирование подобных изменений, особенно в небольших краевых популяциях, если учесть, что при неблагоприятных внешних условиях даже перекрёстноопыляемые растения часто переходят к самоопылению (см. ниже). Подобные популяционно-специфичные хромосомные аномалии могут быть первым шагом к возникновению репродуктивной изоляции внутри вида, и, в конечном итоге, к видообразованию (Grant 1981). В связи с этим необходимо отметить тот важный факт, что 75% популяционно-специфичных кластеров у Ae. speltoides найдено в небольших,  южных популяциях на краю ареала (популяции 2.22 и 2.36). Аналогичная ситуация наблюдалась и у H. spontaneum, где 77% популяционно-специфичных кластеров было обнаружено в популяциях из пустыни Негев и станции 2 Нахаль-Орен с экологическими условиями близкими к пустынным.

Обобщая полученные данные о хромосомном распределении мобильных элементов I группы, можно отметить следующие ключевые положения:

  • Мобильные элементы типа Ty1-copia и LINE образуют крупные кластеры в гетерохроматиновых районах хромосом обогащённых видоспецифичными нуклеотидными повторами, что свидетельствует об активной роли мобильных елементов в преобразовании высокоповторяющейся фракции ДНК при видообразовании.
  • Обнаруженная внутривидовая изменчивость хромосомного распределения Ty3-gypsy элементов даёт возможность предположить, что активность данного типа ретротранспозонов может вызывать хромосомные аномалии, особенно в популяциях с экстремальными для данного вида условиями внешней среды, и, в первую очередь, в краевых популяциях.

Раздел 4.4. Хромосомное распределение мобильных элементов класса II и их роль в процессах реорганизации генома.

В этой главе приведены цитогенетические доказательства активной роли транспозонов двух типов Enhancer/Suppressor-mutator (En/Spm) и Activator-(Ac) (Класс II) в процессе геномных перестроек у Ae. speltoides. Недавно были получены данные о высокой копийности и консерватизме En/Spm элементов у видов семейства Poaceae (Mao и др. 2000; Wicker и др. 2003; Langdon и др. 2003). Эти транспозоны могут активизироваться несколько раз втечение одного поколения, и была показана их повышенная активность в мейозе (Joanin и др. 1997, Raskina и др. 2004a). Экспрессия и транспозиция En/Spm элементов не зависит от их положения на хромосоме, и их хромосомное распределение может меняться даже в клетках одного организма. Тем не менее, предварительные эксперименты показали, что в определённых районах кластеры En/Spm транспозонов встречаются чаще.

Элементы Класса II показали достаточно высокую консервативность фрагментов транспозазы (TPasе – консервативного гена в составе транспозонов, обеспечивающего мобильность элемента), что наиболее вероятно объясняется их постоянной активностью в геноме.  Фрагменты TPase En/Spm элементов, выделенные из генома Ae. speltoides, на 96% идентичны аналогичным районам, полученных из геномной ДНК Triticum aestivum (Staginnus и др. 2001). В пределах консервативной части TPasa Ac элемента нами была обнаружена дупликация фрагмента. Нуклеотидная последовательность, послужившая основой для создания праймеров, имеет длину 296 пн (Chernyshev и др. 1988) в то время как полученная нами – 783 пн. Участки длиной 20 пн с 5’ и 3’ концов имеют практически 100% гомологию с исходным фрагментом, в то время как центральная часть, в свою очередь, делится на 2 фрагмента длиной примерно по 350 пн, причем каждый из них гомологичен исходной последовательности.

Для подробного изучения и определения закономерностей хромосмного распределения En/Spm элементов, кроме Ae. speltoides были использованы другие виды семейства Poacecae, а именно: Z. biebersteiniana, T. monoccoccum, T. urartu и H. spontaneum. Сравнительный анализ хромосомного распределения En/Spm транспозонов у пяти изученных видов злаков показал, что кластеры этих элементов чаще всего находятся внутри или в непосредственной близости к районам локализации 5S рибосомальных генов (5S рДНК). С другой стороны, в районах 45S рибосомальных генов (45S рДНК) наблюдалась отчётливое затухание сигнала. В эухроматиновых районах хромосом наблюдался в основном дисперсный сигнал, но также были отмечены отдельные кластеры. В гетерохроматиновых и перицентромерных районах у всех исследованных видов была отмечена значительная редукция сигнала En/Spm элементов.

Анализ хромосомного распределения фрагментов TPase En/Spm транспозонов показал, что наиболее стабильные кластеры образуются в районах кластеризации 5S рДНК. У Ae. speltoides такой кластер расположен на хромосоме 5 в коротком плече. In situ гибридизация на хромосомах нескольких диплоидных видов семейства Poaceae: Z. biebersteiniana, T. monococcum и H. spontaneum подтвердила обнаруженную закономерность. Но наиболее интересным, на наш взгляд, были данные о 100% совпадении кластеров En/Spm элементов и непостоянных кластеров 5S рДНК. Наличие непостоянных рДНК кластеров описано у многих видов растений, и их количество может варьировать даже в пределах вида (Heslop-Harrison 2000). В 1985 Schubert и Wobus, исследуя мобильность ядрышкого организатора (NOR) в геноме лука (Allium), где, как известно, находятся крупные кластеры рДНК, впервые на уровне гипотезы предположили вовлечённость мобильных элементов в этот процесс.

Поскольку предполагалось, что активность En/Spm транспозонов повышается во время мейоза, был проведён ряд экспериментов по исследованию мейотических хромосом растений из популяции 2.22 Ae. speltoides. Полученные результаты впервые подтвердили гипотезу об активной роли мобильных элементов, и, в частности, En/Spm транспозонов во внутригеномном переносе хромосомных кластеров рибосомальных генов. Гибридизация En/Spm TPase и 5S рДНК вывила во всех клетках пыльника совпадение положения на хромосомах регулярных кластеров En/Spm элементов и 5S  рДНК блоков. Более того, было выявлено полное совпадение кластеров En/Spm с возникающими в мейозе непостоянными кластерами 5S рДНК. Существование подобных комплексов было подтверждено ПЦР-скринингом на сайт-специфичное внедрение транспозонов, когда один из олигонуклеотидных праймеров специфичен для транспозона, а другой – для гена. Подобный подход позволил выявить наличие в ДНК, полученной из колосков растений на стадии микроспорогенеза,  комбинированных фрагментов длиной примерно 1600 пн, состоящих из фрагмента En/Spm транспозона и фрагмента 5S рДНК. В ДНК, полученной из листьев, такого фрагмента выявлено не было. Данные in situ гибридизации и ПЦР-скрининга позволяют заключить, что возникновение большей части нерегулярных кластеров рДНК напрямую связано с активизацией En/Spm транспозонов в мейозе.

В качестве механизма движения, можно предположить перенос фрагмента рДНК заключенного между двумя активными мобильными элементами, но нельзя исключить и прямой «захват» части рДНК мобильным элементом, поскольку недавно были опубликованы данные о том, что транспозоны могут захватывать, переносить и амплифицировать отдельные фрагменты ядерных генов (Jiang и др. 2004).

En/Spm-обусловленный перенос рДНК может быть условно разделён на два типа: (1) геном-специфичный, наблюдаемый во всех клетках организма, и возникающий, вероятнее всего, на стадии зиготы; и (2) клеточно-специфичный, наблюдаемый в отдельных материнских клетках пыльцы. Оба типа переноса могут одновременно присутствовать в одном пыльнике. Клеточно-специфичный En/Spm-обусловленный внутри- и межхромосомный перенос рДНК а так же выявление крупных комплексных кластеров En/Spm + 5S рДНК в районах хромосомных перестроек свидетельствуют о важной роли En/Spm транспозонов в постоянно действующих внутрипопуляционных процессах хромосомного репаттренинга. Несмотря на то, что клеточно-специфичные мутации в мужском спорогенезе затрагивают лишь отдельные гаметы и в большинстве элиминируется, нельзя исключить возможность того, что небольшая их часть может закрепиться в следующих поколениях в результате инбридинга или самоопыления, и перейти в разряд геном-специфичных. Согласно классическим эволюционным представлениям, изменение структуры хромосом является одним из важнейших составляющих внутривидовой вариабельности, ведущей к изменению генотипического состава популяции, что, в свою очередь, при определённых условиях, приводит к видообразованию, особенно в небольших краевых популяциях (Четвериков 1926, Lewis и Raven 1958, Тимофеев-Ресовский и др. 1979, Grant 1981). В дальнейшем будет показано, как происходит перераспределение рДНК блоков при симпатрическом видообразовании у двух родственных видов группы Sitopsis.

Элементы семейства hAT, к которым относятся Ас элементы, (Класс II) широко распространены в растительном царстве, особенно у видов злаков с большими геномами (Kunze и др. 1997, Staginnus и др. 2001, Langdon и др. 2003). Высокая копийность этих элементов была недавно документирована для нескольких видов Poaceae (Mao и др. 2000, Koprek и др. 2000, Wicker и др. 2003, Langdon и др. 2003). Одним из наиболее эффективных способов определить динамику мобильных элементов и их роль в процессах микроэволюции является сравнительное исследование их хромосомного распределения в естественных популяциях близкородственных видов. Можно утверждать a priori, что кластеры мобильных элементов могут быть древними, и, следовательно, общими у нескольких видов. Тем не менее, в последнее время были опубликованы данные о том, что текущая внутрипопуляционная активность hAT элементов может вести к дивергентной трансформации геномов в популяциях с контрастной экологией (Wright и др. 2001, Raskina и др. 2004). Исходя из этого, была поставлена задача изучить меж- и внутривидовое сходство/различия в хромосомном паттерне Ас элементов (семейство hAT). Положение кластеров Ас элементов определялось относительно известных и стабильных хромосомных маркеров, таких как рДНК сайты, центромеры, теломеры и блоки гетерохроматина на митотических и мейотических хромосомах диплоидных пшениц и ячменя (Triticeae, Poaceae).

Для сравнительного анализа кроме Ae. speltoides были использованы два других вида Triticeae - Triticum urartu (2n=2x=14) и H. spontaneum (2n=2x=14). Были подобраны пары популяций с контрастными условиями внешней среды - одна из аридной Ирано-Туранской флористической области, другая – из Средиземноморской с высокой влажностью.

Для измерения положения кластеров Ас элементов на хромосомах применялась оригинальная компьютерная программа VideoTesT-Karyo 1.0. Наложение выравненных (чтобы свести к минимуму различную степень конденсации хромосом) денситограмм позволило с высокой точностью картировать блоки Ас элементов, привязав их к положению известных цитогенетических маркеров, и выявить внутривидовую вариабельность их распределения по хромосомам. Для каждой популяции было получено 7-10 денситограмм по каждой хромосоме у 3-7 растений (324 измерения в целом).

Для независимой оценки полученных данных хромосомного распределении Ас элементов были использованы несколько статистических методов. В в каждой из экологически контрастных популяциях популяций TS-84, TS-24 (Ae. speltoides), SB и Ma (H. spontaneum) анализировались по четыре растения. Оценивалось присутствие/отсутствие отдельного кластера у каждого из растений. Целью было оценить роль экологических факторов в вариабельности хромосомного распределении Ас элементов. Из классических параметрических тестов был применён тест «Расстояния Айалы» (Ayala distance), когда присутствие/отсутствие отдельного кластера Ас элементов рассматривается как аллель (Ayala и др. 1970). Расстояния Айалы были вычислены для каждого генотипа и в среднем для популяции. Был также использован метод «ресамплинга» или статистической симуляции (Li и др. 2002). Этот метод является разновидностью симуляции «Монте Карло» когда обработка данных и выводы делаются на основе множества возможных сценариев. Данный метод делает возможным оценку уровня стабильности (или, если угодно, детерминированности) хромосомного паттерна мобильных элементов в популяции, находящегося под воздействием определённых условий внешней среды.

FISH эксперименты выявили неоднородное, хромосом-специфичное распределение Ас элементов по длине хромосом у трёх исследованных видов Triticeae. Кластеры Ас элементов на гомологичных хромосомах могут быть выявлены в гомо- и в гетерозиготе, а также полностью отсутствовать у отдельных генотипов. Хромосомы Ae. speltoides несут массивные АТ-обогащённые гетерохроматиновые блоки в дистальных/терминальных и перицентромерных районах, и мы обращали особое внимание на эти кластеры при оценке роли элементов Класса II в формировании гетерохроматина. Гетерохроматин – высокогетерогенная, сложная фракция генома, в которой преобладают мобильные элементы Класса I (Pearce и др. 1996, Brandes и др. 1997, Saunders и Houben 2001, Belyayev и др. 2001, Lippman и др. 2004). В противоположность интенсивному FISH-сигналу мобильных элементов Класса I, в гетерохроматине наблюдалась значительная редукция сигнала Ас элементов.  Большинство кластеров Ас элементов было выявлено на границе гетеро- и эухроматина. Анализ хромосомных денситограмм не выявил концентрации Ас элементов вокруг или внутри 45S рДНК и 5S рДНК сайтов. В данных районах концентрация Ас элементов была сопоставима со средней плотностью элементов по хромосоме.

Для первичной оценки распределения Ас элементов по хромосомам были вычислены несколько простейших параметров. Для каждой популяции были определены среднее число кластеров на хромосому и процент кластеров в дистальных и терминальных районах. Общее число кластеров практически одинаково у двух экологически контрастных популяций перекрёстноопыляемого Ae. speltoides, в то время как у самоопыляемых H. spontaneum и T. urartu число кластеров значительно различается. Анализ распределения кластеров Ас элементов по длине хромосом выявил их большую концентрацию в проксимальных районах, включая внедрения в центромеры. Тест «дистанция Айалы» позволяет создать уникальный профиль популяции, что, в свою очередь, позволяет выявить популяции со сходным типом профиля. Для каждой популяции была вычислена попарная дистанция между генотипами по хромосомному паттерну Ас элементов, а также среднее значение этих дистанций. Значения незначительно различались и колебались между 0,39 и 0,43. Затем был сделан следующий шаг: реальные значения дистанций Айалы были сопоставлены со случайно-генерированными методом «Монте-Карло» с целью определения тех популяций, где паттерн Ас элементов отличался от случайного распределения. Были получены следующие результаты: популяции проанализированных видов, произрастающие в Средиземноморской флористической области (TS-84 и Ma), имеют значения близкие к 1.00, и это означает, что хромосомные паттерны Ас элементов в этих популяциях неслучайны, т.е. упорядочены.  В противоположность, популяции из Ирано-Туранской флористической области имеют значения внутри симулированного распределения и колеблются от 0.62 для популяции SB H. spontaneum до 0.85 для популяции TS-24 Ae. speltoides. Таким образом, хромосомные паттерны Ас элементов в этих популяциях нарушены.

Анализ полученных данных показывает, что внутри вида существуют отчётливые межпопуляционные различия как в хромосомной локализации Ас элементов, так и в общем количестве кластеров на геном. Можно отметить наиболее характерные особенности паттерна Ас транспозонов, а именно:

  • Преимущественная концентрация кластеров Ас элементов (54-76%) в проксимальных районах хромосом. В теломерных районах транспозоны этой группы локализуются крайне редко.
  • Высокий процент кластеров на границе эу- и гетерохроматина.
  • Комплементарное положение кластеров Ас по отношению к En/Spm элементам (САСТА).
  • Отмечены хромосомо- и популяционноспецифичные внедрения в районы центромерного центрального домена. . Похожие внедрения, но Ty3-gypsy ретротранспозонов, были обнаружены нами (Belyayev и др. 2005) в тех же популяциях Ae. speltoides и H. spontaneum.
  • Значительная разница в общем числе кластеров между популяциями самоопылителей по сравнению с  перекрёстниками. Теоретически предполагалось, что система размножения должна быть важным фактором, влияющим на динамику мобильных элементов в естественных популяциях (Charlesworth и др. 1993, Wright и др. 2001). Уменьшение эффективного размера популяции у самоопылителей через обычное явление «бутылочного горлышка» и/или жёсткий отбор в сцепленных локусах может вызывать как увеличение числа мобильных элементов, так и их стохастическую элиминацию в отдельных самоопыляемых линиях. Как следствие, разница между популяциями самоопылителей в количестве/распределении мобильных элементов может быть выше, чем у перекрёстноопыляемых растений.

Раздел 4.5. Активность мобильных элементов в ряду поколений при переходе растений к самоопылению.

Данные приведенные в этой главе были получены в результате совместной работы с сотрудниками университета Хельсинки. Автор выражает благодарность доценту Руслану Календару и профессору Алану Шульману.

С XIX века было известно, что очень часто при неблагоприятных внешних условиях перекрёстно опыляемые растения переходят к самоопылению (Darwin 1859, Henslow 1879, Коржинский 1898, Lewis 1953, Baker 1955, Stebbins 1970, Moeller и Geber 2005). Теоретически, в определённых условиях, самоопылители могут иметь преимущества перед перекрёстно опыляемыми растениями, когда гарантии репродукции перевешивают ущерб от имбредной депрессии (Fisher 1941, Lloyd 1992). Наши длительные полевые наблюдения над несколькими дикими видами Triticeae (Ae. speltoides, Ae. sharonensis, H. spontaneum) также выявили переход значительной части растений в Израильских популяциях к самоопылению и обратно в зависимости от ежегодных колебаний климатических параметров (сезонное количество осадков, колебания температуры и т.д.) (данные не опубликованы).

Основываясь на вышесказанном, мы попытались смоделировать реальные процессы, протекающие в небольшой краевой популяции Ae. speltoides.  Мы проследили динамику мобильных элементов, относящихся к разным классам, в геномах модельных растенияй втечение трёх циклаов самоопыления. На основе данных предыдущего цитогенетического анализа из трёх различных колосков были отобраны три растения, характеризующиеся хромосомными аберрациями и несущие дополнительные В-хромосомы (Raskina и др. 2004 a, b). Для определения копийности мобильных элементов использовалось два типа ДНК – из листьев и из колосков на стадии микроспорогенеза. ДНК растений Ae. speltoides ssp. aucheri Ts-84 (Латакия, Сирия) из центра ареала была выбрана как контроль. Мы полагали выявить определённые колебания копийности мобильных элементов в ряду поколений, но результаты превзошли все ожидания. Первым бросается в глаза то, что копийность мобильных элементов гораздо выше в генеративных тканях по сравнению с вегетативными. Это правило соблюдается для большинства элементов за исключением относящихся к семейству Athila (Sabrina, WHAM). Например, копийность WIS ретротранспозонов в колосках G13 S1 (генотип 13, первое поколение от самоопыления - S1) превышает копийность в листьях на 59% или на 17825 копий. Копийность трибо-специфичных тандемных повторов Spelt 52 и 5S rRNA генов (также служащих определенным контролем по отношению к мобильным элементам) также оказалась выше в генеративных тканях.

Ещё одной важной особенностью является то, что копийность мобильных элементов варьирует в ряду поколений, и каждый генотип имеет свою динамику этих изменений. Число мобильных элементов может как возрастать, так и снижаться, причём часто уменьшение копийности сменяется возрастанием в следующем поколении, то есть изменяется волнообразно. В генеративных тканях амплитуда колебаний копийности мобильных элементов значительно выше. Максимальный подъём числа копий одного элемента в абсолютных значениях был зарегистрирован для того же ретротранспозона Daniela у G13, где копийность поднялась с 18204 во втором поколении (S2) до 51491 в третьем (S3). Максимальный рост копийности одного элемента в относительных значениях был зарегистрирован для элемента Sabrina в генеративных тканях G14 S2-S3 где он составлял 672% за одно поколение. Элементы WIS, Wilma, и WHAM также увеличиваются в количестве в данном генотипе в S2-S3 поколениях.

Анализом главных компонент была выявлена достоверная разница между вегетативными и генеративными тканями во временной динамике мобильных элементов, а также разница между временным изменением копийности мобильных элементов и инертных повторов (Spelt 52 и 5S rRNA) в генеративных тканях. Применение метода IRAP с разными праймерами для пяти наиболее высококопийных элементов Класса I и последующее секвенирование районов внедрений ретроэлементов позволило с достаточной долей уверенности говорить о транспозиционной активности мобильных элементов.

На основе вышеприведённых данных можно утверждать, что переход растений к самоопылению под воздействием неблагоприятных внешних условий вызывает активацию различных мобильных элементов. Наивысшая активность мобильных элементов отмечена в генеративных тканях.

Значительные изменения копийности мобильных элементов, особенно в генеративных тканях, сопровождались изменениями в морфологии растений и высоким уровнем хромосомных аберраций у всех трёх анализируемых генотипов. Ещё в середине ХХ века было высказано предположение, что часть хромосомных перестроек может индуцироваться мобильными элементами (McClintock 1946, Kunze и др. 1997, Bennetzen 2000). В пользу этой гипотезы свидетельствуют и наши данные - активизация мобильных элементов и изменения их копийности в ряду поколений сопровождаются многочисленными хромосомными перестройками.

Значительные изменения копийности мобильных элементов в ряду поколений трёх генотипов из небольшой краевой популяции Ae. speltoides, несомненно, должны быть отнесены к внутривидовой изменчивости. Но последствия таких процессов выходят за рамки генетических изменений внутри вида. Теоретически обосновано, что новый генетический вариант чаще всего фиксируется в небольшой имбредной популяции (Husband 2004). Из этого утверждения вытекает гипотеза о том, что некоторые виды растений, особенно однолетников, размер популяции которых может значительно изменяться во времени («волны жизни», Четвериков 1905), в течение периодов минимального размера, могут фиксировать внутри себя новые генетические варианты. Наиболее вероятно, что в нашем конкретном случае мы прослеживаем именно минимальную фазу популяции Ae. speltoides. Согласно нашим полевым наблюдениям, с 2000 по 2006 годы, размеры популяции Кишон уменьшились, по меньшей мере, в три раза. Деградация популяции, по нашему мнению, отражает глобальную динамику всей Ближневосточной флоры и фауны в Голоцене, когда, следуя за изменениями климата, происходит отступление видов на север (Tchernov 1988). Исследуемая популяция, являющаяся краевой и расположенная близко к терминалу пустынных растений «Акко», находится под воздействием постоянного экологического шока, что интенсифицирует внутригеномные процессы, включая массовую активацию мобильных элементов в отдельном поколении. В свою очередь, мобилизация мобильных элементов ассоциирована с высоким уровнем изменения кариотипа, с возникновением новых генетических вариантов (число которых, безусловно, ограничено в краевых популяциях) и с эпигенетическими изменениями, являющимися важным источником фенотипического разнообразия (Rapp и Wendel 2005). Некоторые из возникающих мутаций могут наследоваться (Raskina и др. 2004a, b, Liu и др. 2004). Комбинация генетических/эпигенетических и кариотипических изменений позволяет видам с пластичным геномом выжить в качестве новой формы/вида под интенсивным воздействием внешней среды.

Раздел 4.6. Мобильные элементы и  рРНК кодирующая ДНК (рДНК): диалектика взаимодействия.

Среди высокоповторяющей фракции ДНК эукариотов рРНК кодирующая ДНК (рДНК) и мобильные элементы являются наиболее древними и многочисленными компонентами. Работой нескольких исследовательских групп в конце 80-х годов прошлого столетия было показано, что рибосомальные гены являются как бы мостом, соединяющим реликтовый «РНК мир», где РНК являлась ключевой молекулой жизни, с современным «ДНК миром». Рибосомальная ДНК высококонсервативна и претерпевает минимальные изменения за миллионы лет, что позволяет использовать её нуклеотидную последовательность как «молекулярные часы» для датировки дивергенции больших таксономических групп. Обычно в хромосомном наборе есть несколько основных крупных блоков рДНК, являющихся хорошими хромосомными маркерами. В противовес рДНК, мобильные элементы, как уже обсуждалось выше, диспергированы по растительной хромосоме.

Совершенно очевидно, что две древние и крупные фракции генома взаимодействуют, и, вполне возможно, что это взаимодействие имеет определённые последствия для эволюции генома. Уже первые эксперименты по гибридизации смеси фрагментов RT ретроэлементов (Ty1-copia, Ty3-gypsy и LINE) выявили отчётливые кластеры всех трёх элементов в районах вторичных перетяжек у Ae. speltoides и H. spontaneum, где, как известно, расположены крупные блоки 45S рДНК (Belyayev и др. 2001). Последующие эксперименты с клонированными фрагментами RT подтвердили, что мобильные элементы как группы I, так и группы II образуют стабильные кластеры по границам рДНК блоков, и в ряде случаев кластеры мобильных элементов и рДНК перекрываются.

Поскольку все эксперименты были проведены на видах злаков с крупными геномами, было решено получить подтверждение выявленной закономерности  на основе полностью секвинированного генома Arabidopsis thaliana – вида с малым размером генома, относящегося к другому классу (Dicotiledones). Простое сканирование нуклеотидной последовательности хромосом 2 (GeneBank NC_003071) и 5 (NC_003076)  A. thaliana, на которых находятся постоянные кластеры 45S рДНК и 5S рДНК соответственно, показало, что оба этих кластера окружёны Ty3-gypsy элементами.

Рассматривая рДНК в контексте временных изменений генома, мы сталкиваемся с определённым парадоксом: с одной стороны, рДНК наиболее консервативная и стабильная фракция эукариотического генома, с другой стороны, именно этот консерватизм является мощным источником геномной нестабильности. Благодаря сходству нуклеотидного состава районов рДНК хромосомы, геном-специфичные рДНК блоки часто вовлекаются в гетерологичный синапсис и рекомбинацию. Нахождение кластеров мобильных элементов в непосредственнм контакте с высокорекомбиногенными районами дополнительно увеличивает их нестабильность, поскольку транспозоны сами по себе могут провоцировать эктопические обмены. Более того, большая концентрация мобильных элементов вокруг районов 45S рДНК увеличивает ломкость сайта, и, как следствие, потерю хромосомного спутника. Потеря спутника описана у многих видов растений. Как следствие, 45S рДНК может оказаться в теломерном положении, что, в свою очередь, учитывая сродство 45S рДНК у негомологичных хромосом, может приводить к Робертсоновским слияниям. Одним из последствий таких слияний может быть интеркалярное положение 45S рДНК блоков, и, если слияние сравнительно недавнее, нахождение теломерных последовательностей внутри или на границе 45S рДНК блока. Подобных слияний у Ae. speltoides обнаружено не было, но, как пример, можно привести наши данные по анализу генома злака Zingeria bieberstiana (Aveneae, Poaceae) с наименьшим среди цветковых растений числом хромосом 2n=2x=4. Гибридизация 45S рДНК и теломерных последовательностей выявила минорные теломерные кластеры внутри 45S рДНК блока на хромосоме 1.

Приведённые выше данные позволяют рассматривать комплекс рДНК - мобильные элементы как внутренний, постоянно действующий генератор энтропии генома растений.

Раздел 4.7. Изменение структуры хромосом в небольшой краевой популяции Aegilops speltoides  в контексте модели симпатрического видообразования.

Эволюция генома эукариот тесно связана с различными хромосомными перестройками. Теория Голдшмидта постулирует, что определенное взаиморасположение хромосомных сегментов имеет в каждом случае индивидуальный «паттерн-эффект», и изменение структуры хромосом приводит к новому сочетанию признаков. Подтверждением этой теории явилось обнаружение у злаков больших хромосомных сегментов порядок молекулярных маркеров в которых был одинаков у видов, относящихся к разным эволюционным ветвям Poaceae, тогда как порядок самих сегментов был разным (см. выше модель «Lego»). Изменения паттерна рДНК должны рассматриваться как составная часть общих перестроек генома злаков в процессе эволюции. Ряд авторов отмечал, что видообразование у диплоидных и полиплоидных пшениц сопровждается изменением паттерна рибосомальных сайтов (Dubkovsky и Dvorak 1995; Badaeva и др. 1996; Maestra и Naranjo 2000; Baum и др. 2004). Совершенно очевидно, что перестройки при видообразовании затрагивают не только рДНК сайты, но изменение хромосомного распределения этих локусов является надёжным индикатором значительных внутригеномных процессов (Jiang и Gill 1994). Исходя из вышесказанного и учитывая тот факт, что изменения паттерна рДНК сайтов во многом связано с активностью мобильных элементов, было проведено молекулярно-цитогенетическое исследование рДНК хромосомного паттерна растений из двух популяций родственных видов Aegilops – перекрёстноопыляемого Ae. speltoides и самоопыляемого Ae. sharonensis. Обе эти популяции находятся на западном берегу реки Кишон (побережье Хайфского залива) в 30 метрах друг от друга.  Предполагалось, что в данных популяциях микроэволюционные процессы могут быть достаточно интенсивны по следующим причинам:

  • данная популяция Ae. speltoides находится на южном пределе ареала, её размер невелик – порядка 100 м2. Как известно, в небольших популяциях на границе ареала микроэволюционные процессы интенсифицируются (Четвериков 1926, Тимофеев-Ресовский и др. 1977, Grant 1981);
  • по нашим предварительным данным популяция Ae. speltoides чрезвычайно гетероморфна, в ней выявлен высокий уровень активности мобильных элементов группы I и II. Кроме того,  растения из этой популяции характеризуются широким спектром хромосомных аномалий, включая дополнительные хромосомы, гетерозиготность по транслокациям и вариабельность рДНК сайтов.

В норме Ae. speltoides имеет два 45S рДНК сайта на коротких плечах хромосом 1 и 6 в районах вторичной перетяжки, и один 5S рДНК сайт на коротком плече хромосомы 5. Кроме растений с нормальным паттерном  рДНК, в популяции Кишон были обнаружены генотипы с дополнительными рДНК сайтами.

Потомство растений, имеющих дополнительные рДНК блоки, в основном  наследует родительский генотип после самоопыления. Тем не менее, мы постоянно наблюдали как образование новых рДНК сайтов на хромосомах 1, 5 и 6, так и их элиминацию («нормализацию» генома). Кроме перечисленных аномалий, у отдельных генотипов можно отметить значительное уменьшение размеров спутников у хромосом 1 и 6. Необходимо отметить также наличие крупных 5S рДНК кластеров у дополнительных В-хромосом.

В норме у Ae. sharonensis хромосома 1 несёт дистальный 5S рДНК блок на коротком плече, хромосома 5 несёт 5S рДНК и 45S рДНК блоки на коротком плече, и хромосома 6 несёт 45S рДНК блок также на коротком плече (Badaeva и др. 1996). Подобный паттерн был обнаружен у растений Кейсарийской популяции (4.69) и части растений популяции Кишон (4.22). Кроме растений с нормальным распределением кластеров рДНК, в популяции 4.22 Ae. sharonensis было обнаружено большое количество генотипов с повышенным числом рДНК блоков.

Хромосомное распределение 5S и 45S рДНК различно у Ae. speltoides и Ae. sharonensis. Если принять, что наше предположение верно, и Ae. sharonensis действительно является производным видом от Ae. speltoides адаптированным к специфичным почвенным условиям, то, формально, должно было быть, по меньшей мере, два видообразовательных события относящихся к перестройкам 5S и 45S рибосомальных сайтов: (1) образование нового 5S рДНК сайта на хромосоме 1, и (2) перенос 45S рДНК кластера вместе со спутником с хромосомы 1 на короткое плечо хромосомы 5. Маловероятно, чтобы эти события произошли одноступенчато, и a priori мы ожидали промежуточные варианты. Действительно, именно это и было обнаружено. Растения Ae. sharonensis из популяции 4.22 (Кишон) также имеют отклонения от нормы в распределении кластеров рДНК в сторону промежуточных генотипов. Например, часть растений имеет дополнительный 5S рДНК кластер на хромосоме 6.

Формально, присутствие промежуточных генотипов между двумя близкородственными видами может быть объяснено интрогрессией. Однако, такая интерпретация была отклонена по трём причинам. Первое, естественная гибридизация между диплоидными видами Aegilops - явление чрезвычайно редкое, несмотря на то, что многие виды имеют перекрывающиеся ареалы (Kimber и Feldman 1987). Второе, согласно литературным данным и нашим полевым наблюдениям, между двумя видами существует сезонная изоляция, а также изоляция, обусловленная типом опыления. Так, самоопыляемый Ae. sharonensis цветёт на 30-45 дней раньше, чем перекрёстноопыляемый Ae. speltoides. Третье, несмотря на близкое пространственное положение двух видов, смешанных колоний обнаружено не было, что свидетельствует о строгой экологической изоляции (Lewis и Roberts 1956).

Можно предположить, что процесс изменения хромосомного распределения блоков рДНК в процессе формо/видообразования начинается с простого переноса небольших фрагментов рДНК на новое место. Как уже упоминалось выше, появление непостоянных кластеров рДНК отмечено у многих видов высших растений. Механизмом переноса могут являться эктопические обмены, гетерологичная рекомбинация, или прямой перенос рДНК мобильными элементами. Непостоянные кластеры, в свою очередь, являются мишенью для гетерологичного синапсиса и рекомбинации, при этом размер кластера может меняться.

Вне зависимости от механизмов переноса рДНК на новое место, возникший рибосомальный кластер может стабилизироваться. Стабилизация путём гомозиготизации может быть достигнута (1) через самоопыление или скрещивание со сходным генотипом, или (2) посредством переноса фрагментов рДНК в тот же район гомологичной хромосомы (Raskina и др. 2004а). В свою очередь, возникновение нового рДНК сайта может индуцировать серию последовательных обменов между негомологичными хромосомами, содержащими протяжённые участки как постоянных, так и дополнительных рДНК сайтов. Однако, безусловно, должны существовать ограничения в количестве дополнительных рДНК сайтов, поскольку высокий уровень гетерологичной рекомбинации может повлечь за собой летальную разбалансированность генома.

Исходя из всего вышесказанного, можно предположить, что наше допущение было верно, и Ae. sharonensis действительно является производным от Ae. speltoides видом,  адаптированным к специфическим почвенным и климатическим условиям. Как показал сравнительный анализ в небольшой периферической популяции Ae. speltoides постоянно возникают определённые хромосомные перестройки, приводящие к образованию новых геномных форм с модифицированными кариотипами. Небольшое количество фертильных, гомозиготных и способных к самоопылению форм с sharonensis-типом рДНК хромосомного распределения могут колонизировать близлежащие песчаные почвы недоступные для материнского вида. Таким образом, можно говорить о существовании определённого «эволюционного канала», ведущего от пластичного генома Ae. speltoides к геному Ae. sharonensis.

Пространственная близость популяций Ae. speltoides и Ae. sharonensis может свидетельствовать о быстром, по терминологии В. Гранта (Grant 1981), квантовом видообразовании, являющимся частным случаем симпатрического видообразования. При этом предполагается возникновение нового вида в небольшой, экологически стрессированной популяции на периферии ареала (Lewis 1962, Grant 1963, 1981). Одним из характерных признаков этого типа видообразования является отсутствие гибридной зоны между двумя видами благодаря строгой биологической изоляции, что и наблюдалось в данном случае.

Возникает вопрос: а что послужило основой видообразования в данной географической зоне, в данное время и у данной группы видов? Можно выдвинуть гипотезу, что причиной были климатические изменения в районе Ближнего Востока в течение Четвертичного периода. Под влиянием Европейского оледенения, вплоть до позднего Плейстоцена, ареал древнего Ae. speltoides (а рядом исследований было показано, что это наиболее древний вид секции Sitopsis (Ogihara и Tsunewaki 1988, Dvorak и Zhang 1990, Miyashita и др. 1994)), простирался гораздо южнее, доходя, вероятнее всего, до Северной Африки. В Голоцене постепенное таяние ледника и потепление климата вызвали смещение ареалов растений и животных к Северу и, соответственно, деградацию южных популяций (Tchernov 1988). Влияние ледника и одновременная близость Афро-Аравийского пустынного домена наиболее вероятно сыграли ведущую роль в формировании видов Sitopsis группы. Их географическое распределение от Египта (Ae. bicornis) до Сирии (Ae. longissima и Ae. searsii) (Kimber и Feldman 1987) и приуроченность к лёгким песчаным почвам даёт возможность предположить, что все четыре вида образовались во время рецессии по сходному с Ae. sharonensis и описанному выше сценарию – как результат деградации Ae. speltoides на южной границе ареала. Таким образом, виды, произрастающие на песчаных почвах и адаптированные к условиям сухого климата, могут быть «следами» древнего распространения Ae. speltoides, и видообразование в группе Sitopsis следовало за климатическими изменениями Плейстоцена-Голоцена (Grant 1989). Косвенно это подтверждается данными сравнительной геномной in situ гибридизации (Belyayev и Raskina 1998), когда высокоповторяющаяся фракция ДНК Ae. bicornis – самого южного и, вероятно, дивергировавшего первым вида, показывает наибольшую разницу с ДНК Ae. speltoides по сравнению с другими видами секции Sitopsis.

ВЫВОДЫ

Обобщая полученные данные, можно сделать следующие основные выводы:

  1. Под воздействием меняющихся климатических условий Голоцена в краевых, стрессированных популяциях Aegilops speltoides идёт интенсивный процесс формо- и видообразования.
  2. Полученные цитогенетические и молекулярно-генетические данные говорят о том, что Ae. speltoides с высокой степенью вероятности является видом-родоначальником всей группы Sitopsis.
  3. Процессы видообразования и последующей дивергенции цветковых растений связаны со значительными изменениям в высокоповторяющейся фракции ядерной ДНК.
  4. На основе хромосомного паттерна видоспецифичных нуклеотидных повторов можно утверждать, что видообразовательные процессы на хромосомном уровне связаны со значительными изменениями в терминальных районах хромосом.
  5. Активность мобильных элементов во времени и их хромосомное распределение у видов Triticeae, свидетельствует об их значительной роли в преобразовании высокоповторяющейся фракции генома при формо- и видообразовании. Активизируясь биотическими и/или абиотическими факторами, мобильные элементы своими внедрениями провоцируют генетические и/или эпигенетические изменения генома, что может приводить к возникновению новых геномных форм, которые, в свою очередь, являются материалом для естественого отбора. Нами было обнаружено что:
    • Мобильные элементы Класса I, в частности, Ty1-copia и LINE образуют крупные кластеры в гетерохроматиновых районах хромосом наряду с видоспецифичными нуклеотидными повторами, что свидетельствует об их активной роли в изменении нуклеотидного состава гетерохроматина.
    • Внутривидовая изменчивость хромосомного распределения Ty3-gypsy элементов даёт возможность предположить, что активность данного семейства ретротранспозонов может вызывать хромосомные аномалии, особенно в популяциях с экстремальными для данного вида условиями внешней среды, и, в первую очередь, в краевых популяциях.
    • Анализ распределения En/Spm транспозонов (Класс II) в митозе и мейозе позволяет предположить активизацию данного семейства мобильных элементов во время мужского гаметогенеза. En/Spm транспозоны отдельно, или вместе с захваченными фрагментами 5S рРНК генов образуют кластеры в «горячих точках» крупных хромосомных перестроек.
    • Гамето-специфичное возникновение большей части нерегулярных кластеров рДНК напрямую связано с активизацией En/Spm транспозонов в мейозе.
    • Наиболее заметными особенностями хромосомного паттерна Ас транспозонов (Класс II) являются: (а) преимущественная концентрация в проксимальных районах хромосом, тогда как в теломерных районах транспозоны этой группы выявляются крайне редко; (б) высокий процент кластеров на границе эу- и гетерохроматина; (в) комплементарность паттернов Ас  и En/Spm элементов; (г) более значительный внутривидовой полиморфизм по числу Ас-кластеров у самоопылителей, чем у перекрёстноопыляемых видов.
    • Важная роль экологических факторов в изменении хромосомного паттерна Ас транспозонов была выявлена с помощью метода статистической симуляции. Наши данные свидетельствуют об активизации этих элементов при неблагоприятных экологических условиях на краю видового ареала. Ас транспозоны известны тем, что могут менять экспрессию отдельных генов, т.е. их активация может приводить к возникновению новых геномных форм.
    • Мобильные элементы, относящиеся к разным классам, могут внедряться в районы центромерного центрального домена хромосом. Паттерн инсерций хромосомо- и популяционноспецифичен. Большинство инсерций зафиксировано в экологически-стрессированных популяциях. Внедрение новых элементов в центромеры может вызывать нарушения мейоза. В отдельных случаях это также может приводить к образованию новых геномных форм в пределах популяции.
    • Переход растений к самоопылению под воздействием неблагоприятных внешних условий вызывает массовую активацию различных мобильных элементов. Наивысшая активность мобильных элементов отмечена в генеративных тканях, что может являтся основой формообразования.
    • Повышенный уровень изменения копийности мобильных элементов в ряду поколений при переходе к самоопылению сопровождается интенсивными перестроениями кариотипа, что свидетельствует в пользу гипотезы о значительной роли мобильных элементов в стимулировании хромосомных аберраций.
    • Мобильные элементы часто внедряются или фланкируют районы высококонсервативных рибосомальных генов. Подобные внедрения могут увеличивать частоту рекомбинации между негомологичными хромосомами, являясь таким образом своеобразным генератором энтропии генома, что в условиях давления внешней среды может служить предпосылкой для дальнейшей эволюции вида.
  6. Таким образом, мобильные элементы Классов I и II являются движущей силой интенсивных микроэволюционные процессов, наблюдаемых в краевых популяциях диплоидных злаков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении обобщаются изложенные данные и предлагается модель видообразования у диплоидных видов секции Sitopsis рода Aegilops. Обсуждаются современные направления исследования видообразования.

Список публикаций по теме диссертации

  1. Беляев А. А. 1984. Анотомия семян некоторых представителей семейства Campanulaceae. – Бот. Журн., 69: 585-594.
  2. Беляев А. А. 1984. Ультраструктура поверхности и некоторые морфологические характеристики семян представителей семейства Campanulaceae. - Бот. Журн., 69: 890-898.
  3. Беляев А. А. 1985. Новые данные об анатомическом строении тесты и ультраструктуре поверхности семян у двух представителей рода Pentaphragma (Campanulaceae). - Бот. Журн., 70: 955-957.
  4. Беляев А. А. 1985. Анатомическое строение семян у представителей семейства Campanulaceae. – Материалы диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук, издательство «Наука», 21 C.
  5. Беляев А.А., Беляева Н.Н. 1991 К вопросу о нуклеотидном составе гетерохроматина Trillium camchatcense (Trilliaceae). – Бот. Журн., 76: 1733-1734.
  6. Беляев А. А. 1986. Особенности анатомии и ультраструктуры поверхности семян у отдельных представителей критических родов семейства Campanulaceae. - Бот. Журн., 71: 1371-1375.
  7. Беляев А.А., Беляева Н.Н. 1991 Цитогенетический анализ хромосом Trillium camchatcense (Trilliaceae). - Бот. Журн., 76: 900-902.
  8. Беляев А.А. 1992 Дифференциальная исчерченность G/R-типа М-хромосомы Vicia faba. - Цитология, 34: 65-68.
  9. Беляев A.A., Пунина E.O., Паук В.Н. 1992 Новая компьютерная программа хромосомного анализа. - Материалы 3-й Конференции по Кариологии растений, Санкт Петербург, P. 9-10.
  10. Belyayev A. 1993 Banding of G- or R-type in prophase/prometaphase in M-chromosome of Vicia faba L. - Caryologia, 46: 301-307.
  11. Беляев A.A. 1994. О возможности моделирования отдельных стадий морфогенеза растения при помощи метода «Машина Клеточных Автоматов». – Бот. Журн., 79: 46-51.
  12. Пунина E.O., Беляев A.A., Паук В.Н., Агроскин Л.С., Гриф В.Г. 1994 Применение системы анализатора изображений для исследования хромосом растений. - Цитология, 36: 888-892.
  13. Беляев А.А. 1994 Динамика дифференцифльной спирализации различных блоков M-хромосомы Vicia faba. - Цитология, 36: 310-313.
  14. Belyayev A.A., Punina E.O., Grif V.G. 1995 Intrapopulation and individual polymorphism of heterochromatin segments in Trillium kamchatcense Ker.-Gawl.. - Caryologia, 48: 157-164.
  15. Belyayev A., Raskina O. 1998 Heterochromatin discrimination in Aegilops speltoides by simultaneous genomic in situ hybridization - Chromosome Research, 6: 559 – 565.
  16. Belyayev A., Raskina O., Korol A., Nevo E. 2000 Coevolution of A and B-genomes in allotetraploid Triticum dicoccoides. - Genome, 43: 1021-1026.
  17. Ivanitskaya E.Yu., Nevo E., Belyayev A.A. 2000. Chromosomal evolution and phylogenetic analysis of G-banded mole rat karyotypes (Spalax, Spalacidae). Rodens et Spatium Conference, Chesh Republic P. 12.
  18. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2001. Detection of alien chromosomes from S-genome species in the addition / substitution lines of bread wheat and visualization of A-, B- and D-genomes by GISH. Hereditas, 135: 119-122.
  19. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2001. Evolutionary dynamics and chromosomal distribution of repetitive sequences on chromosomes of Aegilops speltoides revealed by genomic in situ hybridization. Heredity, 86: 738-742.
  20. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2001. Chromosomal distribution of reverse transcriptase containing retroelements in two Triticeae species. Chromosome Research, 9: 129-136.
  21. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2001. Retrotransposon-mediated sub-genome repetitive arrays directional homogenization in allotetraploid wild emmer wheat Triticum dicoccoides. Chromosome Research, 9, Supplement 1: 86.
  22. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. 2001. Repetitive DNA of the wild emmer wheat Triticum dicoccoides Korn.: genomic in situ hybridization analysis of the relatedness of the S-genome species to B-genome. Chromosome Research, 9, Supplement 1: 101.
  23. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. 2001. Interpopulation chromosomal GISH-molecular-banding polymorphism of the wild emmer wheat Triticum dicoccoides Korn. In: Proceedings of 4-th International Triticeae Congress. Cordoba. Spain. P. 42.
  24. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2001. Chromosomal distribution of Ty1-copia retrotransposons in allotetraploid wild emmer wheat Triticum dicoccoides. In: Proceedings of International Workshop “Genome Organization and Evolution”. Haifa. Israel, P. 21.
  25. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. 2001. On the evolution of wild emmer wheat Triticum dicoccoides Korn.: repetitive DNA distribution sheds light on the past and present-day events in wild populations. In: Proceedings of International Workshop “Genome Organization and Evolution”. Haifa. Israel, P. 24.
  26. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. 2002 Repetitive DNAs of wild emmer wheat Triticum dicoccoides and their relation to S-genome species: molecular-cytogenetic analysis. Genome 45: 391-401.
  27. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2003. Evolutionary dynamics of repetitive DNA fraction in two wild Triticeae species. In: Plant Genome. Biodiversity and Evolution, Vol. I Pt. A: Phanerogams, Sharma & Sharma eds., Science Publishers, Inc., Enfield, USA, Plimouth, UK, P. 37-56.
  28. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. 2004. Quantum speciation in Aegilops: molecular cytogenetic evidence from rDNA clusters variability in natural populations. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 101: 14818-14823.
  29. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. 2004. Activity of the En/Spm-like transposons in meiosis as a base for chromosome repatterning in a small, isolated, peripheral population of Aegilops speltoides Tausch. Chromosome Research 12: 153-161.
  30. Baum B.R., L. Bailey G., Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2004. The utility of the nontranscribed spacer of the 5S rDNA units grouped into unit>
  31. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2004. Quantum speciation in wild Aegilops species on the base of chromosomal rearrangements directional selectivity. XXV Chromosome Conference. London. Chromosome Research, 12, supl. 1, P. 70.
  32. Raskina O., Belyayev A., Nevo E. 2004. Speciation-related chromosomal repatterning in a small peripheral plant population: assumption from rDNA cluster variability. XXV Chromosome Conference. London. Chromosome Research, 12, supl. 1, P. 68.
  33. Altinkut A., Raskina O., Nevo E., Belyayev A. 2004. En/Spm transposons in wild Triticeae species: preference to a certain chromosomal regions. XXV Chromosome Conference. London. Chromosome Research, 12, supl. 1, P. 73.
  34. Raskina O., Nevo E., Belyayev A. 2004. Activity of the En/Spm-like transposons in meiosis as a base for chromosome repatterning in a small, isolated, peripheral plant population. Keystone Symposia Conference, C6 Comparative Genomics of Plants. Taos, New Mexico, P. 18.
  35. Belyayev A., Raskina O., Nevo E. 2005. Variability of Ty3-gypsy retrotransposons chromosomal distribution in populations of two wild Triticeae species. Cytogenetics and Genome Research 109: 43-50.
  36. Ivanitskaya E, Belyayev A., Nevo E. 2005. Heterochromatin differentiation shows the pathways of karyotypic evolution in Israeli mole rat (Spalax, Spalacidae, Rodenria). Cytogenet. Genome Res. 111: 159-165.
  37. Raskina O., Nevo E., Belyayev A. 2005. Canalization of chromosomal rearragenments in wheat evolution. 8th Gatersleben Research Conference, Gatersleben, Germany, P. 34.
  38. Belyayev A., Nevo E., Raskina O. 2005. Transposable elements and rRNA encoding DNA (rDNA) interception - a perpetual generator of genome instability. 8th Gatersleben Research Conference, Gatersleben, Germany, P. 79.
  39. Altinkut A., Raskina O., Nevo E., Belyayev A. 2005. Activator (Ac) transposons in wild diploid Triticeae species: comparative analysis of chromosomal distribution. 8th Gatersleben Research Conference, Gatersleben, Germany, P. 77.
  40. Беляев A., Нево E., Раскина O. 2005. Изменения паттерна высокоповторяющейся фракции ДНК как индикатор процесса видообразования. V Международная Конференция по Кариологии и Каиосистематике, Санкт Петербург, Россия, C. 12-13.
  41. Раскина O., Нево E., Беляев A. 2005. Канализация хромосомных мутаций у дикой пшеницы. V Международная Конференция по Кариологии и Каиосистематике, Санкт Петербург, Россия, C. 91-92.
  42. Altinkut A., Kotseruba V., Kirzhner V.M., Nevo E., Raskina O., Belyayev A. 2006. Ac-like transposons in populations of wild diploid Triticeae species: comparative analysis of chromosomal distribution. Chromosome Res. 14: 307-317.
  43. Altinkut A, Raskina O., Nevo E., Belyayev A. 2006. En/Spm-like transposons in Poaceae species: transposase sequences variability and chromosomal distribution. Cell Mol. Biol. Let. 11: 214-229.
  44. Belyayev A. (приглашённый лектор), Raskina O. 2007. Cereal genomes and the evolution of diversity. 6th European Cytogenetic Conference 7-10 July, Istanbul, Turkey. Chromosome Res. 15 Supplement 1: 10.
  45. Raskina O., Barber J, Nevo E., Belyayev A. (приглашённый автор) 2008. Repetitive DNA and chromosomal rearrangements: speciation-related events in plant genomes. Cytogenetic and Genome Res. 120: 351-357.
 





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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.