Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетические, онтогенетические и цитогенетические особенности детерминации количественных признаков у дрозофилы

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетические, онтогенетические и цитогенетические особенности детерминации количественных признаков у дрозофилы"

/г? ->У

АКАДЕМИЯ НАУК СССР СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВА Любовь Антоновна

УЖ 575.4:595.773.4

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ, ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕТЕШИНАЦИИ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ У ДРОЗОФИЛЫ

Генетика - 03.00.15

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск, 1989

Работа выполнена в Институте цитологии и генетики СО АН СССР г. Новосибирск

Официальные оппоненты: член-корреспондент АМН СССР, проф.,

доктор биологических наук В.И.Иванов,

Институт медицинской генетики АМН СССР, г. Москва;

доктор биологических наук Л.З.Кай -данов,

Ленинградский государственный уни -верситет, г.Ленинград;

доктор биологических наук В.Н.Стегний, Томский государственный университет, г.Томск.

Ведущая организация: Институт общей генетики АН СССР,

г.Москва.

ЗацЕта диссертации состоится "_"_1989 г.

на заседании Специализированного совета

Д-002.П.0.1 по защите диссертаций на соискание ученой сте-пенн доктора наук при Институте цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР в конференц-зале Института по адре- • су: 630090, Новосибирск 90, пр. акад. Лаврентьева, 10.

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

Автореферат разослан " "_ 1989 г.

Учений секретарь Специализированного совета доктор биологических наук

Н?Б.Христолюбова

| Актуальность проблемы» Генетика количественных призна -.!£Ш?в представляет собой одно из традиционных и самых слохннг "направлений классического генетического исследования. Имея бесспорные вершины (работы Р.Фишера, С.Райта, К.Мазера, Дд. Тудея и др.), это направление пока существенно отстает от других направлений по изученности механизмов генетической детерминации количественных признаков, знанию онтогенетических путей их формирования, пониманию популяционной динамики их ответа на отбор и эволюции. Прогностические способности теорв -тических моделей количественной генетики весьма скромны.Этим объясняется известная неудовлетворенность многих исследователей состоянием количественной генетики. Вместе с тем генетические системы высших организмов представляют собой сложнейшие системы взаимодействующих генов различных категорий. Конкретные системы могут быть весьма различны, тем более - у разных видов, участвовать в разных программах онтогенеза н даже фенотипически могут проявлять большое разнообразие • свойств.

Однако, системы генетического контроля' количественных признаков, без сомнения, имеют и ряд общих черт. Прежде всего, это участие в них генов сходных категорий - олигогенов, полигенов, мобильных генетических элементов (МГЭ), управляющих элементов и др., каковы бы ни были их конкретные особенности. Во-вторк, это участие генов всех категорий в сходных генетических процессах: сегрегации, мутациях, рекомбинациях и т.д. В-третьих, это наличие лимитиругацих факторов генети -ческой организации, которые всегда существуют в сложных мо-лекулярно-генетических системах. В-четвертых, это наличие ряда общегенетических закономерностей: "рыхлость" генома эука-риот, экзон-интронная структура генов, присутствие семейств МГЭ и их транспозиции, наличие мультигенных семейств и су -пергенов и- т.д. Все это вместе взятое позволяет надеяться, что многие закономерности количественной генетики могут иметь достаточно общий характер для многих генетических систем как одного, так и различных видовых геномов.

Наконец, надо иметь ввиду, что результаты генетического анализа, статистические гипотезы и модели всегда имеют характер аппроксимации, приближенного описания. Сведения о по-

лзгенных системах (число генов, их взаимодействие и т.д.) всегда ограничены объемом выборки генетического распрэделе -ыия. Статистические гипотезы и модели часто линейны, аддитивны щш содержат другие упрощения. Иными словами, единые ме -тодн аппроксимации и упрощения приводят данные о разнообразных системах детерминации количественных признаков к сравнительно единообразному виду.

Совериенно очевидно, что решение этих кардинальных и cyroamrir вопросов требует использования наиболее удобного экспериментального объекта, у которого достаточная сложность организации сочетается с возможностью комплексного изучения генетических, онтогенетических, цитогенетических и популяцион -них явлений и процессов. Таким объектом, на наш взгляд» яв -дяется Drosophila melanogaster. По совету Н.В.Тимофеева-Ре -совсвого мы взяли для исследования генетическую систему де -терыинации количественного признака, контролируемого геном radius incompletus (ri), т.е. размеры фрагментов радиальной вики крыла (L2), которые образуется в результате действия рецессивной олигогенной мутации ri.

Задачи исследования состояли в том, чтобы:

1. Оценить долю аддитивного генотипического разнообразия количественного признака "неполная радиальная жилка крыла" у D.melanogaster в условиях панмиктического существования популяции и в условиях отбора различной жесткости.

2. Оценить правомочность использования генетико-статис-тических параметров в равновесных и неравновесных популяциях.

3. Использовать систему массового отбора по фенотипу джя описания ответа прввнага на отбор и анализа генетической сис-теш, откликающейся на отбор.

4. Попытаться преодолеть селекционное плато, если таковое возникнет, простшш селекционными средствами.

5. Оценить коррелированные ответы при отборе.

6. Оценить вклад хромосом и их отдельных фрагментов в фенотипическое выражение анализируемого признака.

7. Оценить влияние внешних факторов (температура культивирования) на проявление изучаемого признака.

8. Установить стадии онтогенеза, на которых происходят генетические явления, изменяющие количественное проявление признака.

9. Оценить роль мобильных генетических элементов в экспрессии количественного признака.

10. На основе комплексного изучения проблемы описать систему генетического контроля анализируемого количественного признака.

Научная новизна. На момент выполнения работы впервые была оценена правомочность экстраполяции однолокусной моделя Фишера-Райта на полигенные признаки. Экспериментально бшю показано, что генетико-статистическле параметры, выведению на основе этой модели, длительное время (десятки поколений) остаются достаточно стабильными (в пределах выборочного варьирования) только в популяциях, находящихся в генетическоа равновесии. Однако,, в популяциях, подаергаЕДИХСя давлению отбора, т.е. в неравновесных популяциях, оценки и статистических, и генетико-статистических параметров смещены и по этой причине не могут быть использованы ни для оценки гбнетичес -кой структуры популяции, ни для прогнозирования генетического успеха при отборе.

Было показано, что селекционное плато, возникающее в популяциях при длительном отборе, может быть преодолено путей использования методов, дающих возможность популяции приобретать состояние нового генетического гомеостаза: отбор с учетом плодовитости особей, оставляемых в качестве родителей; чередование отбора и случайного скрещивания; использование более сложных форм отбора, чем массовый отбор по фенотипу.В результате такой селекционной тактики удалось получить субпопуляции с резко отличными фенотипами от исходного состоя -ния, многие десятки поколений не ревертирушще к исходному состоянию при разведении путем свободного скрещивания.

На системе признака radiua incompletus с помощью генетического анализа (гибридологический анализ, метод замещения хромосом, метод получения кроссоверннх фенотипов) пока -зан дисперсный, множественный характер экспрессии гена главного эффекта, ri, другими генами (полигенами), имеющими каздый в отдельности незначительный и аддитивный вклад в признак.

Показана зависимость характера фенотипического выраяэ -ния признака radius incompletus от температурного реяима.

Резкое изменение температуры на разных стадиях онтогенеза ку-колли может приводить к изменению фенотипического выражения признака в PQ. Некоторое число культур дрозофилы, прошедших температурную обработку (2-4$) могут наследовать измененный фенотип признака многие десятки поколений без дополнительных воздействий. Генетический анализ, осуществленный в том же объема, что и на "селекционных" субпопуляцнях, также показал дасперсный и множественный характер генетических факторов, контролирующих такие фенотипические изменения.

На системе признака radius incompletus показано, что селекционный "успех" сопровождается изменениями в геноме.Так катодами гибридизации in situ некоторых copia-додобных 1лобяльных генетических элементов с политенными хромосомами исходной популяции и субпопуляцш, выведенных из нее селек -цаонными методами, показан значительный спектр перемещений ЦГЭ. Температурные воздействия также сопровождались измене -ншелп рисунка локализации МГЭ. Отмечено наличие коррелированного изменения спектра перемещения МГЭ и фенотипического преобразования признака.

В результате комплексного анализа, включающего популя-цнонные, генетические, онтогенетические и цитогенетические методы, сформулирована оригинальная концепция генетического контроля количественного признака.

Теоретическая и практическая значимость работы. Комплексное исследование количественного признака у дрозофилы позволило расширить и углубить знание о системах генетического контроля такого класса признаков. Стало очевидно, что гене -тический контроль количественных признаков много сложнее,чем это представлялось ранее. Система включает, как минимум, гены трех различных классов: олигогены, гены-модификаторы (полигены) , мобильные генетические элементы. Таким образом,предложено новое развитие концепции генетической детерминации количественных признаков с участием мобильных генетических элементов. Выявлена наследственная реорганизация этой системы в результате действия длительного искусственного отбора, а также под влиянием внешних факторов. В перспективе все это может служить основой для построения новой теории гене -тического контроля количественных признаков, по крайней ме-

ре,у дрозофилы. Однако,не исключается,что такие явления шкот более широкое распространение в биологическом мире.

В целом теоретические выводы и практические рекомендации, сделанные на основе результатов данной работы,были положены в основу нового спецкурса "Теоретические основы селекции животных",который автор данной работы в течение ряда лет читает на Естественном факультете Новосибирского государственного университета и Зоотехническом факультете Новосибирского сель -скохозяйственного института.

Аптюбагтя работы. Материалы диссертации были доложены пли представлены на 2-м,3-м,4-м,5-м Всесоюзных съездах ВОГиС (1972,1977,1982,1987), ХГУ Мегдупародном генетическом конгрессе (Москва,1978) ,7-41 Европейской конференции по генетике дро-зофилы(0улу,Финляндия,1981)»Международном симпозиуме "Эволюция и срэда" (Брно.Чехословакия,1981)»Международном симпозиуме "Биологическая эволюция" (Бари,Италия,1985),9-й Европейс -кой конференции по генетике дрозофилы (Будапешт,1985),6-м Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва,1987).Симпозиуме "Генетика количественных признаков зевотных" (Таллин,1987),2-й Международной конференции по количественной генетике (Рали,США,1987).Симпозиуме "На пути к новому эволюционному синтезу в биологии"(Прага,1987),2-м и 3-м рабочих совещаниях "Теоретические исследования и банки данных по молекулярной биологии и генетике"(Новосибирск,1986,

1988),на лабораторных и межлабораторных семинарах Института молекулярной генетики АН СССР,ИЦиГ СО АН СССР,Кафедре генетики и селекции ЛГУ,Кафедре цитологии и генетики НГУ,1-ой и 2-2 Всесоюзных конференциях по проблег/лм эволюции(Москва, 1985,

1989) и др.

Стотктура работы. Работа содержит шесть глав,изложена на 360 стр.,в т.ч. 175 текста,содержит 35 рисунков и 70 таблиц. Список цитируемой литературы включает 378 работ отечествен -ных и зарубежных авторов.

ГЛАВА I. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ПРИЗНАК: ОПРЕДЕЛЕНИЕ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

В главе приводятся результаты многочисленных экспериментов и теоретических работ.выполненных с целью описания генетических систем детерминации количественных признаков, преимущественно - у дрозофилы.

• ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИИ D.MELANOGASTER ПО ПРИЗНАКУ RADIUS INCOMH.ETUS

Генетико-статистическая модель Фишера-Райта получила широкое распространение благодаря тому, что давала возможность описывать полигенные признаки без выделения отдельных единиц наследственности, измерения их индивидуальных вкладов, мест локализации на хромосомах и т.п. В 60-е годы в мире опубликовано огромное количество работ, посвященных оценке генетической структуры различных популяций по многим признакам, главным образом - хозяйственно полезным у сельскохозяйственных животных. Однако, по мере увеличения списка признаков и популяций возрастало и число случаев, когда значения наследуемости (h2) выходили за пределы здравого смысла (h2< о, h > i ). Кроме того, прогнозируемые ответы на отбор, рассчитанные с помощью h2, и фактические ответы, полученные в последувдих после отбора поколениях, часто не совпадали. Возникло сомнение в правомочности экстраполяции однолокусной модели Фишера-Райта на полигенные признаки. Кроме того, ряд авторов (в том числе Н.А.Плохинский, 1964) считали, что неверны сами статистические модели, положенные Лашем (1945) в основу оценки наследуемости h2. Поэтому основные усилия исследователей были направлены на разработку новых статистических моделей для оценки h2 и сравнения различных способов оценки h2.

Для выяснения проавомочности экстраполяции однолокусной модели на полигенные признаки и оценки надежности статисти -ческих моделей, лежащих в основе оценки h2, наш был организован эксперимент на популяции D.melanogaster (Васильева,1972; Никоро, Васильева, 1974). В качестве количественного признака была выбрана длина разрыва радиальной жилки крыла, L2, образованного в результате действия рецессивного гена главного эффекта (radius incompletus, ri, 3-я хромосома, 47,0 сМ, рис.1).

Эксперимент был организован таким образом, чтобы можно было в течение ряда поколений сравнить статистические оценки (корреляции родитель-потомок: отцы - сыновья (г0/с )» отцы-дочери (г0д, ), и полусибовые (внутриклассовые) корреляции:

Errc.I. Крыло v.me -lanogaater с разрывом радиальной жилки: мутация га -diua incompletus, 3-я хромосома,47,О сМ. Пунктиром обозначен измеряемый разрыв жилки.

5 и и а « ПОЯОЛЕГПЛ

Рис.2. Значения коэффициентов корреляции: контроль

^ " r0/D ' 2 ~ ~ riVD '»умерен -ный отбор ( 3 -

~ rO/D ' 4 ~

жесткий отбор

(5 -

0/D

оценка отцов по сыновьям () и оценка отцов по доче -рям ) в свободно размножающейся популяции и в попу-

ляциях, подвергающихся давлению массового длительного отбора различной силы по фенотипу: жесткий отбор, з = 90% по самцам и самкам, и умеренно жесткий отбор, з = 90% по самцам, а самки представлены рандомной выборкой. Затем на их основе были рассчитаны ь2. Эксперимент продолжался 40 поколений,

На рис.2 представлены статистические параметры, полученные в этом эксперименте. Видно, что только в контроле коэффициенты корреляции между различными родственниками сохраняются более или менее стабильными в течение 40 поколений(кривые I и 2). Согласно Лашу (1945), коэффициент наследуемости,

оцененный на основе корреляции между родственниками, h2 =. = r0/D/ab, h2 = гад/(аЪ)2,где ab - коэффициент корреляции между генотипами родителей и потомкой. В равновесной популяции теоретическое значение ab = 0,5 (Райт, 1921). От -сэда, если оцениваются дочери, то h2 = 2r0/,D = 4г?т, а если сыновья, то h'" = 2т0/с = 4rwc. С другой стороны, дея эмпирической оценки аъ можно использовать формулы аъ = a - rv}c/ro/c' Фактически признаком равновесия

популяции должно быть ab = 0,5. В нашем случае при оценке ^ ab двумя методами ab = г^/г^ и ab = гу,с/г0^с получаем приближенное совпадение выборочных оценок только в контрольной популяции. Коэффициенты наследуемости, оцененные в контрольной популяции на основе корреляций r0/D> го/с' ГШ) и rwc' в течение 40 поколений, также приближенно равны между собой (h2 0,4). Это свидетельствует о том, что контрольная популяция не очень сильно отклоняется от равновесной.

В селекционных же экспериментах оценить h2 не представлялось возможным из-за резкой смещенности статистических параметров и резкого отклонения коэффициента ab от 0,5.Следовательно, в неравновесной популяции h2 оценивать нельзя, и строить долгосрочные прогнозы не имеет смысла. Однако, та- кой статистический параметр, как коэффициент корреляции ро -дат ель-пот омок, представляет собой самостоятельную ценность, т.к. его значение указывает на степень сходства между род -ственниками, а нулевые значения свидетельствуют об отсутст -вии ответов популяции на массовый отбор по фенотипу (Никоро, Васильева, 1974).

ГЛАВА 3. 'ДИНАМИКА ОТВЕТА НА ДЛИТЕЛЬНЫЙ ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР ПОПУЛЯЦИИ D.MELAHOGASTER

р

Полученная оценка коэффициента наследуемости (h ^ 0,4) позволяла надеяться на достаточно быстрый селекционный успех при прямой длительной массовой селекции по оцениваемому признаку (длина неполной радиальной згшлкй крыла). Следует отметить, что мутация radius incompletus,прерывая Ь2, образует как бы три взаимно связанных субпризнака: длина проксимального фрагмента, длина дистального фрагмента и длина пе -

рерыва между дистальным и проксимальным фрагментами (см.рис. I). В прямых селекционных экспериментах, чтобы держать под контролем только один признак, отбор проводился по длине перерыва. Поэтому при' отборе на уменьшение Ь2 (минус-направление) перерыв увеличивался, поскольку уменьшалась дайна обоих фрагментов, а при отборе на увеличение ъг (плюс-отбор) длина перерыва уменьшалась. В дальнейшем анализ генетического контроля осуществлялся отдельно по проксимальному и дистальному фрагментам.

В работе представлены результаты по следующим селекци -онным экспериментам:

I. Прямой отбор.

1. Отбор в плюо-и минус-направлениях с коэффициентом отбора з = 70% по самкам и самцам. Опыт проводился в 10-и нов -торностях в каждом направлении (Васильева, 1971).

2. Отбор в плюс- и минус-направлениях с коэффициентом от -бора з = 90$ по самкам и самцам (жесткий отбор, в 10-ти пов-торностях (Васильева, 1976).

3. Отбор в минус-направлении с коэффициентом отбора в =

= 90$ по самцам, а самки представлены случайной выборкой (отбор умеренной жесткости, 10 повторностей (Васильева, 1984).

4. Опыты сопровождались поддержанием контроля - свободно размножающейся популяции в.10 повторностях.

II. Разнонаправленный отбор с одновременным учетом двух субпризнаков.

Как и ожвдалось, во всех схемах отбор был эффективен. Следует отметить, что прямая селекция на восстановление протекала без осложнений и приблизительно к 40-му поколению жилка во всех повторностях полностью восстанавливалась. Эта субпопуляция в дальнейшем будет обозначаться г13+.В минус-направлении (умеренный вариант) полной элиминации не достигнуто, хотя длина Ь2 резко снижена.

Особое внимание вызвал вариант жесткого отбора в минус-направлении. Уже после первых 20-и поколений отбора популя -ция попадает в состояние селекционного плато. Как показал анализ приспособленности этой субпопуляции (рис.3), произошло резкое (почти 5-кратное) снижение плодовитости (Васильева, 1976). Основные потери приходились на стадию куколки. Даль-

нейшая тактика отбора на полную элиминацию жилки Ь2 состояла в том, что через каздые 5 поколений отбор прекращался и субпопуляция следующие 5 поколений размножалась путем случайных скрещиваний (рис.3).

и

Е 1

оюпмшиито на&ер поколения

Рис.3. Взаимоотношение селекции по количественному признаку (минус-направление) и приспособленности в субпопуля -

г, находящейся под жестким селекционным давлением

= 90$ по самкам и самцам). Обозначения: ---

плодовитость, - - признак (длина разрыва Ь2)

На более поздних стадиях селекция велась с учетом пло -довитости и путем семейного отбора. В результате через 70 поколений в этом направлении была достигнута практически пол -ная элиминация Ь2. В дальнейшем эта субпопуляция будет обозначаться г1®".На рис.4а представлена фотография крыла мухи из субпопуляции г107а на рис.46 - из субпопуляции г1а+ (сравните с признаками исходной популяции г!°, рис.1).

В дальнейшем две "селекционные" субпопуляции размножались путей свободного скрещивания без отбора. В этих субпопуляциях реверсий в сторону контроля не наблюдается уже многие десятки и сотни поколений (рис.5). Эти субпопуляции не отвечают на отбор в противоположном направлении, а при воздействии экстремальными температурами возвращаются к вновь приобретенному состоянию. Таким образом, в двух субпопуляциях не только изменен фенотип, но получено новое состояние генетического го -меостаза (Васильева и др., 1987).

а) б)

Рис.4. Крылья мух из субпопуляций г!3" (а) и па+ (б).

Рис.5. Средние значения проксимального (а) и дастального (б) фрагментов Ь2 в субпопуляциях г!3+ (I), г±3~ (3), пс (2) в последующих поколениях.

Анализ динамики ответов популяции на отбор в двух нал -равлениях позволил расширить наш представления о системе генетического контроля признака мутации radius incompletus. Показано, что каждый фрагмент L2 имеет специфическую систему генетического контроля, но также имеется и система общего их контроля. Заметна асимметрия в ответе признака на отбор в плюс- и минус-направлениях. Имеются значительные косвенные ответы на отбор при селекции на элиминацию L2 : исчезает дис-тальный фрагмент анальной жилки (см. рис.4а), снижается приспособленность популяции (см. рис.3), изменяются генетические и фенотипиче ские связи между Ъ2 и другими параметрами крыла (Васильева, Мухина, 1976).

ГЛАВА 4. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

Генетический анализ осуществлялся несколькими методами:

1. Гибшдологический анализ. Осуществлено скрещивание мух из субпопуляций ri3~ и ris+ в прямых и реципрокных вариантах с получением данных в р1 , р2 и беккроссах и с анализом характера наследования проксимального и дистального фрагментов L2 отдельно. Всего осуществлено 12 типов скре -щиваний. Характер наследования, оцененный путем подсчета степени доминирования, D, (см. Фальконер, 1970), представлен

в табл.1. Как видно из этих данных, длина проксимального фрагмента имеет практически аддитивный (промежуточный) характер наследования. Степень доминирования оценивается весьма низкой, хотя и положительной величиной ( D= +0,06; +0,04). Дисталь -ный фрагмент имеет характер наследования типа неполного доминирования меньшей величины этого фрагмента над большей ( D= = -0,44; -0,48). Следовательно, эти данные подтверждают выводы, полученные при анализе селекционных экспериментов о том, что дистальный и проксимальный фрагменты детерминируются различными системами модификаторов.

2. Наличие контрастных субпопуляций ris~ и ris+, полученных путем длительной селекции, давала возможность оценить вклад отдельных хромосом в фенотипическое выражение признаков (дистального и проксимального фрагментов 12).Для этого мы воспользовались методом замещений хромосом ( Томпсон, 1974, 1975). Замещение хромосом осуществлялось во всех до -

Таблица I

Оценка степени доминирования (Б) проксимального и дис-тального фрагментов 12 по результатам скрещивания субпопуляций г!3" и па+ (самки)

р х„ = 0,39 + 0,06 a Xo d d

xoj. = 3,60 + 0,08 8+ "" Проксимальный фрагмент

5 ris~x cTri3+ 2,09+0,04 1,60 1,99 +0,10 +0,06

р1 § ris+x <f ri3- 2,05+0,03 1,60 1,99 +0,06 +0,04

р x = 0,00 s— ' 5 = 2,20+0,04 St Дисталышй фрагмент

9 ris~x <f ris+ 0,57+0,01 1,10 1 ,10 -0,53 -0,48

5 ri3+x <S ri3- 0,59+0,04 1,10 1,10 -0,51 -0,44

Обозначения: хд_ - среднее значение признака в субпопуля -а+ - среднее значение признака в субпопуляции - среднее значение признака в гибридной попу -

ции ria~,

ris+ X Г1 , Aj,

ляции pj.

- X.

х» + В- 34-

D = d/a - степень

доминирования.

черних "селекционных" субпопуляциях на хромосомы выведен -ной нами специально для этих целей маркированной линии глух D.melanogaster. Кроме Гена radius incompletus (ri), ЛИ — ния содержала в хромосоме ген scarlet (st), 1-я хромосома маркировалась геном yellow (у), 2-я - геном brown (bw). Все гены-маркеры контролируют окраску тела и глаз мух, поэтому фенотипы хорошо различимы. Использована схема замещения хромосом, дающая возможность оценить гетерозиготные эффекты замещения. В табл.2 приведен пример замещения хромосомы в субпопуляции ri3- на хромосомы линии у bw st ric Таким образом, все три большие хромосомы контролируют

фэнотипическое проявление Ь2. Такая же оценка осуществлена п для субпопулящш г±3+, данные будут приведены ниже.Кроме того, можно еще более уточнить, какие именно фрагменты хро -цосом делают основной вклад в фенотип ъг.

Таблица 2

Оценка вкладов отдельных хромосом в длину проксимального фрагмента Ъ2 при замещении хромосом субпопуляции п3_ на хромосомы линии у Ъп st' г±с (гетерозиготные эффекты

у самок)

йезотипы Параметры признака Хромосо- Величина вклада

n X + а- мы в ед.изм. %

0- 8- е- - riB" 600 0,52+0,01

я- а— а- - ris"

JZ_ iE st ric 96 1,24+0,05

В- S- s- ri°"

У bw st ri° 158 1,52+0,04 I 0,28*=»» 38

у в— s- ris"

у bw st ri° 165 1,78+0,03 2 0,26*** 35

У bw a- ris~

у bw st ric 150 1,72+0,04 3 0,20*** 27

У S- st ric

У bw st ric 153 1,96+0,03

у bw ot ric •

*»* - р 0,999

3. Оценка вклада отдельных фрагментов хромосом в приз -нак, или локализация "эффективных сбакторов" (Тудей, 1961), или полигенов, была осуществлена путем получения кроссоверов по 1-й и 2-й хромосомам. В результате на 1-й и 2-й хромосо -мах суммарно локализовано не менее 9 полигенов, экспрессирую-щих ген radius incompletus и тем самым влияющих на фено -тип признака.Локализация полигенов представлена на рис.6. ,

1 кр.

ООО

О

ct v g f car

2xp.

OO ООО

3 i ■ »1

al b cn с bw

Рис.6. Локализация полигенов на I-ii и 2-й хромосомах, о -полигены проксимального фрагмента, о - полигены дас-тального фрагмента L2. Обозначены использованные ве-цессивкке маркеры.

Таким образом, показано существование некоторой иерарх хшг генного действия. Ген главного эффекта radiua incomplo-tus контролирует качественно новое состояние признака по сравнению с диким типом. Все особи, несущие ген ri, имеют прерванную L2,однако экспрессия гена ri зависит от работы некоторого числа полнгенов, по крайней мере, не менее 9: из hie: 7 - для проксимального фрагмента и 2 - дня дасталь -ного. Полигены дисперсно локализованы на хромосомах, суще -ствуют независимо от гена главного эффекта, ко действие их проявляется только тогда, когда ген главного эффекта лимитирует какое-либо звено формирования признака. Селекция изменяет частоты полигенов, усиливающих экспресса гена главного эффекта (в случае минус-направления) и ослабляющих экспрессию (плюс-направления).

' ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ТИЛПЕРАТУНШХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОЯВЛЕНИЕ ФЕНОТИПА L2 В Ро И В ПОСЛЕДУЮЩИХ ПОКОЛЕНИЯХ

Анализ характера проявления проксимального и дистально-го фрагментов L2 при культивировании глух в разных температурных решшах выявил неожиданные свойства. Изменение температурного режима существенно влияет на проявление признака,

15

контролируемого геном radius incompletus. Наиболее пока -зателыше результаты получены при резком изменении темпера -туры культивирования с 29°С на 18°С. Эксперимент осуществлялся следующим образом. Оплодотворенные самки контрольной популяции ri° рассаживались в сотни стаканов с ч питательной средой на I час (в один стакан помещалось 30-50 мух). После этого самки удалялись, а стаканы, с отложенными яйцами, помещались в термостат с 29°С. Затем каждый час 2-3 стакана, в зависимости от количества отложенных яиц, перемещались в другой термостат с 18°С, где они далее находились до вылета имаго. У вылетевших мух в pq измерялся размер крыла и длина двух фрагментов L2. На рис.7 приведены результаты эксперимента.

Ирыиак

Рис.7. Изменение проксимального (-)и дистального(---)

фрагментов ь2 у мух г1° в ро в зависимости от времени изменения температуры с 29°С на 18°С. Указаны 1-й и 11-й периоды максимального изменения проявления 1.2.

Прежде всего, было выявлено,что вся стадия куколки вплоть до имаго является чувствительной к изменению по проявлению признака в ?0, но большая часть этих изменений не наследует-ся.0днако,в пределах этой стадии имеются два более узких пе -риода,в которых резкие изменения температуры могут приводить к наследуемым изменениям фенотипа(см.рис.7).

16

Первый из них выявлен в возрасте 113+5 ч при 29°С,что соответствует стадии ранней куколки. Температурная обработка (29°С 18°С) в этот период приводит к полному исчезновении-дистального фрагмента уже в ?0 и во всех последущих поко -лениях, а также к резкому падению проксимального фрагмента в и Рг В дальнейших поколениях происходило частичное восстановление проксимального фрагмента и стабилизация признака на уровне примерно в 2 раза ниже, чем в контроле. Заметим,что культивирование и последущих поколений происходило при 25°С.

Второй период был выявлен в возрасте 149+5 ч при 29°С, что отвечает стадии поздней куколки. Изменение температуры (29°С —* 18°С) в этом возрасте приводит в Р0 к заметноцу падению длины проксимального фрагмента и к существенному возрастанию длины дистального. Начиная с поколений Р^. - Р2 суммарный признак более или мнее стабилизируется на уровне примерно в 1,5 раз более высоком, чем в контроле.

В целом характер признаков в Р1 не обязательно соответствует их значениям в Р0,т.е. о наследовании фенотипа Р0 говорить не приходится. Однако, в последущих поколениях при 25°С (т.е. в отсутствии фактора, вызвавшего изменение экспрессии признака) средние значения признаков достоверно от -личаются от контроля и достаточно стабильно воспроизводятся (Васильева и др., 1987). Иначе говоря, последствия темпера -турного воздействия на созревающие клетки генеративной линии куколки устойчиво наследуются. Особенно удивительным является то, что наследуемые эффекты возникли после разовой стрес-. совой температурной обработки и являются массовыми изменениями, поскольку им подвержена большая часть мух в и после -дующих поколениях. В результате нами получены две "темпера -турных" субпопуляции - п.0113 и г!014' - которые насле -дуют измененные фенотипы-уже свыше 200 поколений (рис.8,9).

"Температурные" субпопуляции били подвергнуты генетическому анализу совместно с "селекционными" и контрольной популяцией. Во всех вариантах скрещиваний проксимальный фрагмент демонстрирует характер наследования близкий к аддитивному.тогда как дистальннй фрагмент проявляет неполное доминирование отсутствия фрагмента над присутствием.

Рас.8.Динамика проявления проксимального (а) и дистаяьного

(б) -фрагментов 12 в Р0 и последующих; поколениях после одноразового ступенчатого изменения температуры (29°С —» 18°С). I - субпопуляция п°149, 2 - контрольная ПОПУЛЯЦИЯ, г1°, .3 - СубПОПуЛЯЦПЯ

В целом для "температурных" субпопуляций получены примерно такие же результаты, как для "селекционных" (табл.3): все три болыше хромосомы вносят вклад в изменение экспрессии признаков, хотя относительные вклады хромосом несколько иные,чем для "селекционных" субпопуляций. Поэтому можно -утверждать,что у "температурных" субпопуляций в результате разового температурного воздействия также возникли множественные генетические изменения, рассеянные по всему геному.

Кроме того, следует подчеркнуть, что при температурной обработке одной и той же популяции гхс в разные чувствитель-

18

пые периоды получены субпопуляцпи с совершенно различными фенотипами и вкладами хромосом в изменение фенотипа. Поэтому можно предполагать, что возникшие генетические изменения не ?,:огут быть обычными мутациями, а скорее связаны с какими-то особьгг.ти температуро-чувствительными состояниями хромосом генеративных клеток на особых этапах стадии куколки.

а)

б)

Рис.9. Крылья глух из "температурных" субпопуляций, а) -б)

• с149 гх .

Температурные эффекты воспроизводимы. Так, удалось повторно получить несколько "температурных"линий ric113 в 1979, 1982, 1985, 1986 гг., проявивших очень сходные фенотипичес -raie свойива (см.рис.10). В то же время надо учесть, что не любая обработанная культура мух, взятых из контрольной попу -ляции, в полной мере приобретала описанные свойства "температурных" субпопуляций. Иначе говоря, пенетрантность наследуе -мых температурных эффектов не полная. Мы полагаем, что это объясняется некоторыми особенностями эксперимента. Первона -чальная цель "температурных" экспериментов состояла в том, чтобы получить наиболее контрастные по фенотипу "температурные" субпопуляции мух, пригодные для генетического анализа. Поэтому среди обработанных культур выбирались наиболее измененные и наиболее стабильные в потомстве культуры. Они и послужили источником "температурных" субпопуляций ri011-3, ri0149 и др. Кроме того, культуры глух всегда бывают не вполне синхронны по стадиям развития. Поэтому неизбежен некоторый разброс результатов,который фактически играет роль неполной денетрантности.

Таблица 3

Сводные данные оценки вклада хромосом в фенотип проксимального (рх) и дистального (а-ь) фрагментов Ь2 при замещении хромосом из субпопуляций г±а~, п8+, г1°11' и г1°149 на хромосомы маркированной линии у ъ* st г!с (самки, гетерозиготные эффекты)

Хромо- Приз- Субпопуляции

сомы нак Г18" г1с113 г1сН9 а+ Га

I Р* +0,28 0,00 +0,10 0,00 0,00 -0,29 -0,56 -0,67

2 Р* « +0,26 0,00 +0,20 0,00 -0,03 -0,12 -0,15 -0,56

3 Р* +0,20 • 0,00 +0,05 0,00 -0,24 -0,22 -0,31 -0,70

р* +0,74 0,00 +0,35 0,00 -0,27 -0,63 -1,02 -1,93

Примечание: В маркированной линии у ь* st г±° значение признака Ь2 такое асе, как в контрольной популяции г!°, т.е. много больше, чем в субпопуляциях г1а" и гЗ.°11^, и много меньше, чем в субпопуляциях пв+ и Поэтому при за-

мещении в первых двух случаях вклады положительны, а в двух дотгих - отрицательные.

Таким образом, температурная обработка сопровождалась своеобразным очень жестким групповым отбором наиболее контрастных повторноотей. Однако, поскольку непосредственные изменения средних фенотипов в каждой группе затрагивали все повторные культуры, т.е. ответ на температурную обработку был массовым, то роль этого отбора фактически сводилась к усилению контрастности средних фенотипов (т.е. к повышению их экспрессивности) и к закреплению нулевой (в субпопуляциях

или стопроцентной (в субпопуляциях п ) пене-трантности дистального фрагмента. Генетическими источниками неполной пенетрантности дистального фрагмента в контроле и других случаях можно считать характер генетического взаимо -действия аллелей полигенов (доминантность, рецессивность ),

20

рекомбинационное перемешивание полигенных систем при скрещи -ваниях и несинхронность развития особей в культурах.

В итоге можно констатировать, что полигенная система детерминации рассмотренного количественного признака обладает неменделевскими генетическими свойствами: разовая температурная обработка вызывает массовые в популяциях и множественные в хромосомах особей наследственные изменения.

757*

7378

1962

138В

tn situ

in siiu

I I

05

1 o, __

N to

OQ

?> e, ?) ^

Рис.10. Генеалогическое дерево выведения дочерних субпопуляций из популяции ric. Указано время выполнения гибридизации in situ.

ГЛАВА 6. РОЛЬ МОБИЛЬНЫХ ГЕНЕТШЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ДЕТЕРМИНАЦИИ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

Описанные выше генетические и температурные эффекты приводят к мысли, что их молекулярный механизм должен вызывать множественные диспергированные генетические изменения во всех хромосомах дрозофилы. Среди изученных молекулярно-генетичес -ких механизмов этому требованию в наибольшей степени удовлет-

воряют различные свойства мобильных генетических элементов (Ш?Э). Они зант,шит значительную часть генома дрозофилы (Хе-сип, 1984; 1^гбин, 1983; Ананьев, 1984), способны к взрыво -образным массовым перемещениям в геноме (Герасимова и др., 1984), влияют на функции смежных генов (Георгиев, Гвоздев, 1980; Хесин, 1984). Гвоздев, Кайданов и сотр. (1981-1986)по-казали, что рисунок локализации МГЭ в хромосомах дрозофил влияет на экспрессию компонентов приспособленности. Они выс -казали предположение, что "горячие точки" локализации copia-подобных МГЭ связаны с полигонами, контролирующими приспособленность.

В падем случае мы не имели существенных различий между субпопуляциями по приспособленности. Поэтощ- речь могла идти только о степени экспрессивности. Все пять субпопуляций -контрольная две "селекционных" - ris~ и ris+, и две "температурных" - ric113 и ric149 - были использованы для сравнительного анализа локализации copia-подобных МГЭ: mdg-I (dn-225)| mdg-2 (dn-412), mdg-3 (Dm-58), mdg-4 (gypsy) и oopia. ДНК векторов, включавших фрагменты этих МГЭ, гиори-дизовались in situ с ДНК политенных хромосом личинок из этих субпопуляций. В результате для всех субпопуляций был установлен рисунок локализации МГЭ.

Основные результаты были получены в работе с mdg-2 (Васильева и др., 1987). В каждой субпопуляции была исследована выборка 7-9 личинок, у каждой личинки был установлен линей -ный рисунок локализации mdg-2 по сегментам цитологической карты Бриджеса. Далее методами кластерного группирования(Снис, Сокал, 1973) строились деревья, интегрально выражающие сходство между субпопуляциями по рисункам локализации МГЭ. На рис.11 изображено такое дерево для mdg-2.

Наиболее интересный результат состоит в том, что субпо-пуляцип о более сходными рисунками локализации МГЭ оказались также наиболее близкими и по количественным проявлениям признаков: ris~ и ri°113, ris+ и ric14"9, соответственно. Существенно, что наиболее сходные субпопуляции получены со -вершенно разными путями: "селекционные" - путем длительного отбора по количественному признаку, а "температурные" - путем разовой температурной обработки в чувствительные периоды

онтогенеза. Показано,что с точки зрения популяционных механизмов - генетического дрейфа, накопления транспозиций МГЭ и др. - эта связь не случайна. Она воспроизводима при повторном выведении "температурных" субпопуляций в 1979, 1982, 1985 и 1986 гг.

Рис.11. Дерево сходства рисунков локализации тав-г в поли-тенных хромосомах пяти исследуемых субпопуляций;(о)-Пс, (-) - г!3", (+) - Па+, (*)- г1с113,

Сходство субпопуляций по рисункам локализации МГЭ может быть либо "остаточным", поскольку все субпопуляции имеют общее происхождение (см.рис.Ю), либо вновь приобретенным,если спектры изменений у субпопуляций сходны, неслучайны. Для решения этой альтернативы надо построить спектры различий всех дочерних субпопуляций от контрольной, п°, и сравнить их мевду собой. Сравнение этих спектров показывает (Васильева и др., 1987), что наиболее сходные по фенотипу субпопуляции имеют также наиболее сходные спектры изменений локализации МГЭ. Так, субпопуляции г!3~ и г1°113 имеют 27 общих изменений из 35 - 33 по сравнению с г!с; субпопуляции г13+ и п°149 имеют 17 общих изменений из 30 - 23 замен. Следо-

вательно, подавляющая часть спектров изменений в высокой степени неслучайна по своему положению, канализована.

Другие copia-подобные МГЭ обладают сходными свойствами (Забанов, Васильева и др., 1989). Рисунки локализации mdg-1, mdg-з, copia в хромосомах личинок каждой субпопуляции почти полностью различны. Однако, деревья сходства рисунков похожи друг на друга. Во всяком случае, среди изученных субпопуляций наиболее сходны те же пары: ria~ и ri°113, ris* и г!014,9 (Васильева и др., 1989). Спектры перемещений МГЭ дочерних субпопуляций по сравнению с контролем в выоо-кой степени не случайны и охватывают при сходстве фенотипов весьма сходные наборы позиций, mdg-4 не выявил указанных свойств.

Таким образом, становится ясно, что рисунок локализа -ции МГЭ в хромосомах имеет самое непосредственное отношение к экспрессивности количественного признака radius incompletus, а также, насколько можно судить по опубликованным работам, - к свойствам некоторых других количественных признаков. Все эти признаки объединяются только одним свойством - они откликаются на отбор, т.е. являются лимитирующими звеньями как в онтогенетическом формообразовании, так и в отборе на уровне популяции. Поэтому можно считать, что мы имеем здесь дело с геномной системой влияния МГЭ на экспрессию любых генетических систем, как связанных, так и не связанных с приспособленностью.

С этим согласуются также известные свойства МГЭ .Каждое семейство МГЭ имеет много десятков мест локализации в хромосомах (Хесин, 1984; Рубин, 1983), причем в каздой линии дрозофил эти позиции достаточно стабильны. Мевду удаленными линиями они могут различаться весьма существенно. Показано,что существует так называемая "молекулярная память": после вы -щепления МГЭ на его месте остается один из длинных концевых повторов ( ltr ),который обеспечивает неслучайную инсерцию другой копии МГЭ этого же семейства (Мизрохи и др., 1985). Доказано существование "транспозиционных взрывов", когда в результате генетического воздействия или спонтанно в некоторых клетках генеративной линии происходят массовые транспо -зиции МГЭ (Герасимова и др., 1984). В секвенированных после-

довательностях МГЭ найдены различные знаки пунктуации и уп -равления: промоторы (Хесин, 1984), энхансеро-подобные сайты -(Шаадурадов и др., 1986), сайты регуляции теплового тока (Капитонов и др., 1987).

Юнакович и др. (1986), использовав блотинг по Саузерну для рестрикционных фрагментов ДНК нескольких линий дрозофилы я зонды на присутствие copia-подобных МГЭ, показали, что после теплового шока спектр отбираемых фрагментов существенно изменяется ухе в следующем поколении. Это независимое подтверждение "взрывного" и массового характера перемещений ЦГЭ под действием температурной обработка. Показано, что copia-додобные элементы мобилизуется синхронно, что говорит о воз-шжности механизма совместной индукции их транспозиций.Страяд и Макдональд (1985) показали, что в ответ на тепловой сок copia -подобные элементы откликаются активацией транскрзп -ции. Однако, пока рестрикционные фрагменты не сопоставлены с районами хромосомной карты.

Расширился такие список количественных признаков,по которым выявлена связь экспрессии с рисунком локализации МГЭ. Маккей и соавт. (1987) показали, что такими свойствами обладают признаки - число абдоминальных и стерноплевралышх щетинок. В этом случае, как и у нас, признак не был непосред -ственно связан с приспособленностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: РАБОЧАЯ МОДЕЛЬ ПОЛИГЕННОЙ СИСТНШ ДЕТЕРМИНАЦИИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ПРИЗНАКА

Опираясь на полученные данные можно обобщить концепцию количественного признака для дрозофилы. Мы полагаем, что выявленные закономерности имеют общее значение дая различных количественных признаков дрозофилы. Выбранный нами количественный признак (прерванная жилка крыла), по-видимому,на является исключительным в его зависимости от рисунков локали -зации copia-подобных МГЭ. Такими свойствами должны обладать многие другие количественные признаки дрозофилы, контролируемые олигогенами и полигенными модификаторами. При этом полигенная система и МГЭ начинают влиять на экспрессию только в том случае, когда один из олигогенов становится лимитирующим звеном экспрессии (в нашем случае такова олигогенная му-

тация г± ). Если при эхом затрагивается приспособленность,тс систета подвержена естественному отбору. В целом можно утверждать, что лимитирующие звенья эволюционируют селективно, а нелшптирущие - нейтрально.

Таким образом, будем считать, что типичная генетическая система детерминации количественного признака у дрозофилы состоит из трех групп генетических компонентов;

1). Олигогенн (или гены главного эффекта), которые необходимы дяя формирования признака. Если какой-либо олигоген лимитирует в морфогенетическом процессе формирования признака,, то его проявление становится зависимым от влияния полигеноь.

2). Полигеннне модисбикатота. каждый из которых не необ -ходим дои формирования признака, но в совокупности они могут существенно изменить экспрессивность. Важно, что полигенная модификация проявляется только для лимитирующих олигогеноЕ. Иначе говоря, только в этом случае возникает явление пенет -рантнооти и экспрессивности. Полигены, вероятно, имеют свое аллельное разнообразие и локализованы в генома дисперсно.

3). Мобильные генетические элементы, которые имеют в каждом случае относительно стабильный рисунок локализации в геноме, закрепленный на длительный срок "молекулярной памятью" и не обязательно совпадающий с топографией локалнза -ции олигогенов и полигенов. Скорее рисунок МГЭ более или менее случайно наложен на топографию локализации полигенов,хотя эти отношения достаточно стабильны. МГЭ содержат различ -ные функциональные сайты, включая энхансеры и сайты регуля -ции теплового шока, через которые они влияют на проявление окружающих генов, а также испытывают внешние индуцирующие воздействия, например - температурные изменения. МГЭ играют роль стандартных мигрирующих модификаторов вклада полигонов в соответствующие количественные признаки. В этом случае рисунок МГЭ, наложенный на топографию локализованных полигонов, определяет группу полигенов, вносящих резко измененный вклад в признак.

Температурные эффекты можно предположительно связать с влиянием стрессовой температуры через систему теплового шока на способность МГЭ к транскрипции и транспозиции. Такие яв -ления показаны для сор!а-подобных МГЭ (Юнакович и др. ,1986)

26

з в других случаях. Этим обеспечивается возможность массовых транспозиций (пенетрантность) у большинства особей и множественность транспозиций у отдельной особи (экспрессивность).

Неслучайный характер температурных транспозиций (спект -ров различий рисунков локализации МГЭ до и после температур -ной обработки) можно связать с существованием каких-то достаточно жестких ограничений на локализацию транспозиций в чув -ствительные периоды онтогенеза. Эти ограничения (канализация перемещений) должны существовать в клетках генеративной линии и быть различными в разные чувствительные периоды. Вероятнее всего, эти ограничения должны осуществляться на уровне ком -пактизации или взаимодействия хромосом.

Рассмотрим предлагаемую рабочую модель с более широких популяционно-эволюционных позиций. Известно, что во многих сложных олигогенах дрозофилы (white, scute, bithorax и др.) значительную долю изменчивости составляют именно инсерцшг МГЭ (Рубин, 1983), создающие лимитирование этих генов в системах экспрессии соответствующих признаков. С другой стороны, лимитирующие мутации сразу же становятся объектом естественного отбора (если они влияют на приспособленность) или искусственного отбора и лабораторного генетического изучения как четко видимые альтернативные изменения. На этом фоне ярко выявляется модифицирующей эффект других МГЭ через полигены, влияющие на олигогены, ставшие лимитирующими.

Геном дрозофилы, содержащий до 10$ МГЭ различных семейств, теперь следует рассматривать как систему разнообраз -ных паттернов локализации МГЭ, способных совместно или порознь к массовым индуцируемым транспозициям. Эта система может быстро перестраиваться в ответ на стрессовые внешние воздействия (температурные или другие) в чувствительные периоды онтогенеза. Это влечет за собой множественные генетические последствия для популяций дрозофилы: быстрое изменение видовой норна лимитирующих признаков, спектра дальнейших мутаций и перестроек и т.д. Предполагается, что такие события могут быть существенными при попадании популяции в условия длительного стресоа, порождающего массовые транспозиции. В разных случаях эти транспозиции могут быть как случайными, так и жестко канализованными по своей локализации, но они порождают новый

вариант генетической изменчивости для полигенных систем,когда вследствие массовых транспозиций экспрессия может существенно измениться.

Из-за несинхронности развития особей в популяциях этот вариант изменчивости,скорее всего, затрагивает одновременно лишь небольшую часть популяции,но даже в этом случае вероятность таких событий на несколько порядков выше вероятности обычных мутаций. В условиях популяции,разбитой на автономные субпопуляции, демы,а также при заселении новых экологических ниш с резко измененными условиями существования,новые формы, индуцированные внешним стрессовым воздействием, могут стать основателями новых популяций с резко измененным фенотипом по лимитирующим количественным признакам. Ясно, что здесь возможны как адаптивные,так и случайные варианты быстрого преобразования. В результате фактически эти события становятся одним из главных компонентов изменчивости и эволюции геномов дрозофилы. Не исключено,что изменение системы паттернов ло -кализации МГЭ является одним из механизмов видообразования.

ВЫВОДЫ

1. Использование генетико-статистической модели Фишера-Райта для анализа количественных признаков у дрозофилы пока-зало.что коэффициент наследуемости сохранял стабильное значение только в контрольной популяции,размножавшейся рандомно.В субпопуляциях, подвергнутых действию массового отбора по фенотипу, статистические пара:,игры имеют резко смещенные оценке.

2. На основе длительной селекции в двух направлениях удалось создать две "селекционные" субпопуляцш (г!3- и п3+), которые приобрели фенотипы,резко отличающиеся от исходного. Обе популяции устойчиво в течение более 200 поколений сохраняют приобретенные фенотипы.

3. Фрагменты Ь2 детерминируются,как минимум,тремя группами полигенов: две группы специфического действия и одна группа плейотропного действия на оба фрагмента. Три большие хромосомы принимаю участие в экспрессии признака. Обнаружено

не менее 9 "эффективных районов" на 1-й и 2-й хромосомах,дающих особенно ощутимый вклад в признак: 7 районов для проксимального фрагмента и 2 — для дистального.

4. Показана зависимость фенотшшческого проявления обоих фрагментов L2 от температуры культивирования дрозофил.Най-доно.по крайней мере,два периода на стадии куколки, когда резкое изменение температуры может приводить к особенно' заметному изменению признака в 1"0. Первый период приходится на стадию ранней куколки(II3+5 ч) при 29°С. Второй период при -ходигся на стадию поздней куколки (149+5 ч) при 29°С.

б. В результате одноразовых температурных воздействий в течение стих периодов в разные годы получено нескольжо"темпе-ратурных" субпопуляций,которые продолнают наследовать полученный фенотип в течение многих десятков поколений. Две наиболее контрастных "температурных" субпопуляцшг, ric113 и ric149 были подвергнуты генетическому анализу. В результате гибридологического анализа,замещения хромосом и их отдельных фрагментов выявлен множественный характер генетических отличий от контроля,

о• Показано,что в ходе селекции и после температурной обработки изменяется не только количественный признак,но и рисунок локализации МГЭ в геноме. Анализ политенных хромосом из ric ж 4-х дочерних "селекционных" и "температурных" субпопуляций методами гибридизации in situ некоторых copia -подобных МГЭ показал значительную вариабельность рисунков локализации МГЭ.

!.. Построены деревья сходства рисунков локализации МГЭ rndg-1, mdg-2, copia. Субпопуляции,более блйзкие по фенотипу, имеют и более сходные рисунки локализации сайтов МГЭ. Показано,что спектры перемещений МГЭ по сравнении с контролем явно не случайны по локализации.

8. Предложена рабочая модель системы генетической детерминации количественного признака контролируемого геном ri. Она включает гены главного эффекта,полигены и модифицирующие их. активность МГЭ. Модель,по-видимому,имеет общее значение для многих количественных признаков дрозофилы,детерминируемых • лимитирующими олигогенными генетическими звеньями.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТШЕ ДИССЕРТАЦИИ:

I. Васильева Д.А.. Нечаева Д.К. Анализ генетической структуры стада Омского племсовхоза и его использование в селек -шш//Генетика.-1968.-Т.4, № 12 - С.99-109.

29

2. Васильева ЛД.Теотетпческиа основы селекции животных// Ред.З.С.Нпкоро.-М.:Колос, 1958.- С.97-124; 255-293.

3. Вавилова Л.А. Оценка генетической структуры популяции D.melanogaster по признаку radius incompletus. I. Изменение признака под действием отбора// Гзнетнка. - 1971. - Т.7, £ II - С.75-83.

4. Васильева Л.А. Оценка генетической структуры популяции D.melanogaster по признак radius incompletus. II. Проверка охем Райта и Фишера// Генетика. - 1972. - Т.8, § I - С. 78-84.

5. Нгосотю З.С.. Васильева Л.А. Экспериментальная проверка использования генетико-статистической, модели для оценки неравновесных популяций// Генетика. - 1974. - Т.10, £ 10. - С. 58-67.

6. Васильева Л.А. Влияние длительного отбора на оценку коэффициентов наследуемости и повторяемости// Журнал общей биол.- 1976. - Т.37, »2. - С.205-215.

7. Васильева Л.А. Динамика отвэтов на отбор и анализ причин селекционного плато в популяции D. melanogaster // Генетика. - 1976. - Т.12, № 4. - С.63-72,

8. Цикотю З.С.. Васильева Л.А. Об ошибках при использовании селекционно-генетических параметров в неравновесных по -пуляциях// Математические модели генетических систем. - Новосибирск, 1976. - С. 69-III.

9. Никотю З.С.. Васильева Л.А. Проблема изменчивости и отбора по количественным признакам на примере популяции D.melanogaster // Дрозофила в экспериментальной генетике. - Новосибирск: Наука, 1978. - 0.196-223.

10. Васильева Л.А.. Мухина Л.И. Прямые и косвенные ответы на отбор на примере популяции D.melanogaster // Журнал об -щей биол. - 1979. - Т.40, № 5. - C.7I9-725.

11. Васильева Л.А. Анализ природы селекционных лимитов в популяции, подвергающейся отбору по количественному признаку, на примере популяции D.melanogaster // Генетика. - 1979. -T.I6, JS 9. - C.I588-I598.

12. Yaailyeva L.A. Causes of appearance of selection barriers and possibilities of their elimination* on the example of a population of Drosophila melanogaster//Intern. XIV Congr of Genetics.- M., 1978,- Part I. - P.544.

13. Tasilyeva L.A. Analysis of a system controlling the' expression of radius incompletus mutation in Drosophila ae-lanogaater// .. 7th Europ. Drosoph. Res.Conf.,Oulu (Pin -land), 1981. - P.104.

14. Yasilyeva L.A. An influence of temperature step-changing on the expression of radius incompletus (ri) cha -racter of Drosophila melanogaster// Intern. Sympos. "Evolution and Environment". - Brno (CSSR), 1981. - P.98.

15. УазЛуеуа L.A. An influence of temperature step-changing on the expressivity of radius incompletus (ri) character of Drosophila melanogaster// Evolution and Envi -ronment.-Praha, Press CAS., 1982. - P.87-89.

16. Васильева Д.А. Анализ результатов длительного отбора по количественному признаку в популяции D.melanogaster // Генетика. - 1984. - Т.20, № 4. - С.595-599.

17. Васильева Д.А. Анализ системы генов, экспрессирущпх радиальную жилку крыла D.melanogaster // Генетика. - 1984.-Т.20, Я 4. - С.599-604.

18. Васильева Д.А. Влияние температуры на проявление радиальной ЖИЛКИ крыла У D.melanogaster // Нурнал общей биол.-

1984. - Т.45, а 6. - С.859-864.

19. Васильева Д.А.. Мухина Д.И. Влияние генотипической среды на проявление радиальной жилки крыла у D.melanogaster // Зураал общей биол. - 1985. - Т.46, * I. - С.78-83.

20. Yaailyeva L.A.. Zabanov S.A., Ratner У.А. On the poosible role of Mobile Genetic Elements (MGE) in determl -nation, selection and evolution of quantitative character// Intern. Sympos. "Biological Evolution". - Bari ( Italy),

1985. - P.84-86.

21. Vasilyeva L.A., Zabanov S.A. The investigation of genetic system of oligogene ri expression in D.melanogae -ter//IX-th European Drosophila Research Confer. - Budapest (Hungary), 1985. - P.141.

22. Васильева Л.А.. Забанов C.A. Количественные признаки: определение и методы анализа// Генетика и селекция ивотиых.-Новосибирск: Наука, 1987. - С.5-23.

23. Васильева Д.А.. Забанов С.А.. Ратнев В.А. Экспрессия количественного признака radius incompletus : температурим.

эффекты и локализация мобильных генетических элементов у дрозофилы. I. Свойства исследуемых субпопуляций// Генетика.-1987. - Т.23, № I. - С.71-80.

24. Васильева Д.А.. Забанов С.А.. Ратнер В.А. и др. Экспрессия количественного признака radius incompletus, температурные эффекты и локализация мобильных генетических элементов у дрозофилы. II. Мобильные генетические элементы Dm-412// Генетика. - 1987. - Т.23, № I. - С.81-92.

25. Ратнер В.А.. Васильева Д.А. Количественный признак у дрозофилы: генетические, онтогенетические, цитогенетические и лопуляционные аспекты// Генетика.- 1987. - Т.23, № 6. - С. I070-I08I.

26. Васильева Д.А.. Забанов С.А. Популяционные и генети -ческие свойства системы детерминации количественных призна -ков// Симпозиум "Генетика количественных признаков у живот -ных". - Таллин, 1987. - С.12-16.

27. Vasilyeva 1.А.. Ze.ban.ov S.A. Аза analysis of change of radius incompletus gene expression in Drosophila melanogas -ter//Abstr. 2-nd Intern. Confer, on Quantitative Genetics.-Raleigh (USA), 1987. - P.111.

28. Васильева I.А. Генетические, онтогенетические и цитогенетические свойства количественных признаков у дрозофилы// Тез. 5-го Всесоюзного съезда ВОГиС им. Н.И.Вавилова. М., 1987. - Т.У1 (симпозиумы). - С.21-22.

29. Vasilyeva L.A.. Zabanov S.A., Ratner V.A. Expression of a quantitative character radius incompletus, temperature effects and localization of a mobile genetic elements Dm-412 in Drosophila melanogaster//Genet.Selec. Evol. - 1988.-Vol.20, H 2. - P.159-180.

30. Васильева Д.А.. Ратнер В.А. Мобильные генетические элементы (МГЭ) как факторы эволюции количественных призна -ков в популяциях//В кн. Проблемы микроэволюции. - М: Наука, 1989. - С.4.

Всего список содержит 60 публикаций по теме диссерта -

ции.

Л/^я^г —