Потеря проявления доминантной мутации в оппозитной хромосоме

Https://zinref.ru/000_uchebniki/00500biologia/049_mutaciya-v-ontogene-destabilizaciya-genoma-ovanie-2005/000.htm

Мутация в онтогене – дестабилизация генома – формообразование (Б.Ф.Чадов, Е.В.Чадова, Е.А.Хоцкина, Н.Б.Федорова)

 

УДК: 575

Мутация в онтогене – дестабилизация генома – формообразование*

 

Б.Ф.Чадов, Е.В.Чадова, Е.А.Хоцкина, Н.Б.Федорова

Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск,

факс (3832)331278, e-mail: chadov@bionet.nsc.ru

Аннотация

 

Описывается феноменология дестабилизации генома у мутантов Drosophila melanogaster, содержащих мутации онтогенов (регуляторных генов, управляющих онтогенезом). Дестабилизация выражается в: 1) потере или снижении летальности ранее летальных мутаций; 2) потере проявления доминантных мутаций в оппозитном гомологе; 3) хромосомной нестабильности в виде потери Х-хромосомы в половых и соматических клетках; 4) образовании новых мутаций (с полной и неполной пенетрантностью), а также т.н. диморфных мутаций; 5) появлении единичных и массовых модификаций; 6) серийном характере появления мутаций; 7) массовом образовании морфозов. Предполагается, что причиной перехода генома из стационарного состояния в нестационарное является появление мутации в онтогене. К образованию нового вида может привести формирование новации – генетически обусловленного комплексного изменения фенотипа в период пребывания генома в нестационарном состоянии.

Таблиц – 4, рисунков – 7.

Введение

 

В 30-х годах прошлого века Четвериков, Фишер и Райт соединили дарвиновскую эволюционную идею с генетикой [1, 2, 3]. Возникли т. н. «синтетическая» теория эволюции и популяционная генетика, как полигон для ее проверки. Процесс эволюции был представлен как «естественный отбор» генных вариантов (аллелей). В рамках стремительно развившейся популяционной генетики был накоплен обширный материал о генетическом полиморфизме и его динамике [4, 5]. Оказалось, однако, что изменения частот аллелей в популяциях носят обратимый характер. Не найдено финальной направленности процесса, не говоря уже о фактах совершившегося видообразования. Популяционные генетики склонны считать, что аллельное разнообразие, наблюдаемое в популяциях, служит, скорее, адаптации вида в пределах ареала, чем является материалом для биологической эволюции [6, 7, 8]. Вновь стали актуальными гипотезы номогенеза [9] и сальтационного видообразования [10, 11, 12, 13].

Выход из кризиса, в котором находится генетическая интерпретация эволюции, видится в том, чтобы в качестве материала для эволюции рассматривать не традиционные менделевские гены, обеспечивающие внутривидовую изменчивость, а гены «инвариантной» части генома [6, 7], обеспечивающие внутривидовое сходство [14, 15]. Авторами статьи с использованием средств прямой генетики разработаны методы получения мутаций по таким генам у дрозофилы [14, 16]. Первые исследования мутаций показали, что они принадлежат регуляторным сигнальным генам, осуществляющим процесс индивидуального развития [17, 18, 19]. Эти гены назвали онтогенами [15].

Мутации онтогенов обладают особенностями, делающие их пригодными для продолжительной и скрытой перестройки генетической системы. Именно такая, долгое время не подконтрольная отбору, перестройка и должна, по нашему мнению, обеспечивать видообразование. Одна из важнейших особенностей полученных мутаций - способность дестабилизировать геном.

Материалы и методы

 

Мутации в Х-хромосоме и аутосоме 2 получили в 2000 - 2001 годах [14, 16], в течение пятилетнего срока их поддерживали в виде лабораторных культур и наблюдали за ними. Формально – генетически эти мутации - условные доминантные летали. Показатель летального действия мутации в Х-хромосоме - отсутствие дочерей в скрещивании мутантного самца с самками линии «yellow». Показатель летального действия мутации в аутосоме 2 – отсутствие мутантного потомства обоего пола в таком же скрещивании. Мутации в Х-хромосоме (22 штуки) поддерживали двумя способами: в культуре со сцепленными Х- хромосомами и в культуре, содержащей инверсию Muller-5 в Х-хромосоме (рис.1).

Рис. 1. Два способа поддержания мутаций онтогенов в Х-хромосоме: (А) в гетерозиготе у самок, содержащих инвертированную хромосому Muller-5 (In(1) M-5) и мутантную Х-хромосому (+, жирная линия) и (Б) в культуре со сцепленными Х- хромосомами (y v f/ y v f). В первом случае мутантную Х-хромосому получают дочери In(1)M-5/+ и сыновья +. Дочери In(1)M-5/ In(1)M-5 и сыновья In(1)M-5 мутантной Х-хромосомы не получают. Во втором случае – мутантную Х-хромосому получают сыновья, и не получают дочери.

 

Летальные мутации в аутосоме 2 (8 штук), поддерживали в гетерозиготе с инвертированной хромосомой In(2LR)Cy, Cy Bl L⁴ (рис.2). Эта хромосома содержала доминантные мутации Curly, Bristle и Lobe, которые отличаются устойчивым и отчетливо выраженным проявлением [20].

Каждую культуру поддерживали в 4-5 стаканчиках со стандартной средой для дрозофилы. Один - два раза в месяц её пересаживали на новую среду. При пересадке потомство просматривали под бинокулярной лупой. Новые фенотипические варианты, включая морфозы, документировали с помощью цифровой видеокамеры. В большинстве случаев от особи с необычным фенотипом пытались сделать отводок, скрещивая ее с сибсами. В исходной культуре, давшей новый фенотип, в следующем поколении целенаправленно искали повторного появления этого фенотипа.

Проверку летальности проводили путем скрещивания самцов из мутантных культур с самками yellow [16].

Результаты

Разлеталивание»

Потеря летального действия мутаций была обнаружена случайно в 2001 году в опытах по определению частоты доминантных леталей. Самцы из культур 1, 3, 5, 27 и 33, ведущихся на сцепленных Х-хромосомах, в скрещивании с самками yellow стали давать дочерей (табл.1). В последующие годы летальность проверили в более представительных выборках потомства. Пять вышеназванных мутаций, проверенные в 2002 и в 2004 годах, показали, что они действительно перестали быть леталями. В 2002 г. потеряли летальное действие еще 3 мутации (№№ 29, 38, 41), а в 2004 г. – ещё одна (№35). В некоторых культурах летальность не исчезла, но снизилась. В потомстве стали возникали дочери, хотя их доля не достигала положенного уровня 50% (№№ 7, 9, 10, 11). Всего из 22 летальных мутаций за период 2000-2004 гг. 9 мутаций полностью потеряли летальность, а 5 перешли в разряд полулеталей.

 

Таблица 1

Потеря летального проявления мутаций, полученных в 2000 году

(поддержание в культуре «attached –X»)

 

Номер культу-ры	2000 г.		2001 г.		2002 г.		2004 г.
	Всего потом-ства	Доля дочерей	Всего потом-ства	Доля дочерей	Всего потом-ства	Доля дочерей	Всего потом-ства		Доля дочерей
1	191	0.00	13	*0.46	199	*0.42	77		*0.52
2	435	0.00	4	0.00	259	0.02	36		0.03
3	180	0.00	20	*0.45	311	*0.43	95		*0.50
5	303	0.02	33	*0.45	265	*0.60	83		*0.41
6	283	0.02	2	0.00	111	0.02	39		0.05
7	100	0.00	3	0.00	44	**0.27	63		**0.40
8	216	0.07	5	0.00	90	0.09	49		**0.14
9	529	0.00	7	0.00	169	**0.21	81		0.04
10	297	0.04	7	0.00	69	**0.30	57		**0.26
11	409	0.06	4	0.00	82	**0.18	55		**0.16
26	89	0.01	-	0.00	175	0.07	40		0.02
27	161	0.00	29	*0.69	113	*0.56	92		*0.49
29	76	0.00	4	0.00	171	*0.54	80		*0.51
30	115	0.00	8	0.00	109	0.02	71		0.00
31	189	0.00	8	0.00	138	0.01	70		0.03
32	198	0.00	4	0.00	74	0.00	53		0.02
33	234	0.00	23	*0.52	214	*0.56	88		*0.51
34	198	0.00	-	0.00	62	0.00	54		0.02
35	115	0.04	12	0.00	162	**0.13	83		*0.48
36	110	0.01	5	0.00	106	0.02	54		0.07
38	84	0.01	3	0.00	80	*0.56	51		**0.33
41	100	0.01	5	0.00	331	*0.49	106	*0.52

 

* - потеря летального действия мутации

** - снижение летального действия мутации

 

Процесс потери летальности мутаций №№ 1-41 происходил и в культурах, ведущихся в гетерозиготе с хромосомой Muller-5 (табл.2). За то же период времени полностью потеряли летальность 7 мутаций (№№ 3, 5, 9, 11, 32, 34, 38), снизили летальность – 8 (№№ 6, 7, 8, 10, 30, 31, 33, 36). Различие в способах поддержания мутаций определенно сказывалось на процессе разлеталивания. В культуре Muller-5 летали сохранялись более устойчиво. Разлеталивание мутаций №3, 5, 38 прошло при обоих способах поддержания, мутации № №2, 6, 30, 31 при обоих способах поддержания не утратили летальности. Для большинства мутаций (16 из 22) сохранение летальности и ее потеря не были скоординированы в культурах Muller-5 и «сцепленные Х-хромосомы»

В 2002 г., после того как была обнаружена потеря и резкое ослабление летальности 10 культур, поддерживающихся на сцепленных Х-хромосомах, их продублировали новыми культурами, полученными от самцов, взятых из соответствующих культур Muller-5.

К 2004 году 7 из них, теперь ведущихся на сцепленных Х-хромосомах, опять потеряли летальное действие (табл.3). Остались леталями три (№№ 27, 29, 41). Эти мутации остались леталями и при поддержании на Muller-5 (табл.2).

Таблица 2

 

Потеря летального действия мутаций, полученных в 2000 году и поддерживающихся в культурах «attached-X» и «Muller-5»

Номер культуры самца	2000 г.		2004 г. attached-X		2004 г. Muller-5
	Всего потомства	Доля дочерей	Всего потомства	Доля дочерей	Всего потомства	Доля дочерей
1	191	0.00	77	0.52	77	0.06
2	435	0.00	36	0.03	89	0.08
3	180	0.00	95	*0.50	77	*0.48
5	303	0.02	83	*0.41	64	*0.50
6	283	0.02	39	0.05	31	**0.10
7	100	0.00	63	**0.40	11	**0.18
8	216	0.07	49	**0.14	68	**0.19
9	529	0.00	81	0.04	118	*0.54
10	297	0.04	57	**0.26	79	**0.42
11	409	0.06	55	**0.16	86	*0.46
26	89	0.01	40	0.02	-	-
27	161	0.00	92	*0.49	55	0.04
29	76	0.00	80	*0.51	34	0.06
30	115	0.00	71	0.00	60	**0.10
31	189	0.00	70	0.03	50	**0.10
32	198	0.00	53	0.02	43	*0.54
33	234	0.00	88	*0.51	48	**0.10
34	198	0.00	54	0.02	67	*0.45
35	115	0.04	83	*0.48	44	**0.14
36	110	0.01	54	0.07	30	**0.27
38	84	0.01	51	**0.33	84	*0.50
41	100	0.01	106	*0.52	93	0.06

 

 

* - потеря летального действия мутации

** - снижение летального действия мутации

 

 

Полученные данные позволяют считать, что в культурах идет процесс изменения свойств мутаций. Он зависит как от самой мутации, так и от геномного окружения.

Таблица 3

 

Потеря летального проявления мутаций, содержавшихся первоначально в культуре Muller-5, а затем в культуре C(1)DX, y w f

 

Номер культуры самца	Дочерей «+»	Сыновей yellow	Всего потомства	Доля дочерей
1	53	65	118	0.45
3	44	83	127	0.35
5	62	49	111	0.56
7	72	60	132	0.54
11	33	34	67	0.49
27*	0	58	58	0
29*	3	66	69	0.04
33	47	61	108	0.44
38	66	60	126	0.52
41*	4	47	51	0.08

 

* - мутации, не потерявшие летального действия

 

Потеря проявления доминантной мутации в оппозитной хромосоме

 

Летальные мутации в аутосоме 2, поддерживающиеся в гетерозиготе с инвертированной хромосомой In(2LR)Cy, Cy Bl L⁴, характеризуются «потерей проявления» доминантных мутаций Cy, Bl и L⁴ в инвертированной хромосоме (рис.2).