Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменчивость и эволюция кариотипов лососевых рыб

ВАК РФ 03.00.11, Эмбриология, гистология и цитология

Автореферат диссертации по теме "Изменчивость и эволюция кариотипов лососевых рыб"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ МОРЯ

РГ6 ОД

На правах рукописи

УДК 576.312.2+597.553.2

ФРОЛОВ Сергей Владимирович

ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ЭВОЛЮЦИЯ КАРИОТИПОВ ЛОСОСЕВЫХ РЫВ

03.00.11 - эмбриология, гистология и цитология 03.00.10 т ихтиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Владивосток 1997

Работа выполнена в Лаборатории популяционной биологии рыб Института биологии моря ДВО РАН

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В.В.Исаева

доктор биологических наук В.В.Евдокимов

доктор биологических наук И.А.Черешнев

Ведущее учреждение: Институт биологии развития им. Н.К.Кольцова (г. Москва)

в " " часов на заседании специализированного совета Д 084.24.01 при Дальневосточном государственном медицинском университете (690002, Владивосток, пр-т Острякова, 2; тел. 254-378).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного медицинского университета (690002, Владивосток, пр-т Острякова, 2; тел. 254-378).

Автореферат разослан 1997 года

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат биологических наук Г.М.Холоденко

Зашита состоится

.1997 года

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. ЛососеЕые рыбы семейства За1топ1с1ае (включающего подсемейства Ба1тогппае, Соге^отпае и ТЬута1Ппае) - относительно молодая группа полиплоидных рыб, особенностью которых является незавершенность у них процесса диплоидизации генома. В отличие от других полиплоидных рыб, таких как осетровые Ас1репзег1с1ае или карповые Сург1тс1ае, диплоидизация геномов которых проходила преимущественно на функциональном уровне и не сопровождалась значительными структурными перестройками кариоти-пов, у лососевых рыб она осуществляется через оба этих процесса. Одним из результатов этого является чрезвычайное разнообразие ка-риотипов лососевых рыб. Проявлением незавершенности процесса диплоидизации является распространение у лососевых рыб хромосомного полиморфизма и мозаицизма. Все это определяет повышенный интерес к лососевым рыбам как модельному объекту для исследования механизмов изменчивости и эволюции кариотипов. Стимулируют широкое привлечение генетическим методов к исследованию лососевых рыб и нерешенные проблемы систематики и филогении некоторых их таксонов, прежде всего сигов рода Согееопиэ и гольцов рода Ба1уеПпи5.

С другой стороны, многие виды лососевых рыб, распространенные очень широко, являются ценными объектами промысла, акклиматизации и искусственного воспроизводства. Среди наиболее важных задач, от решения которых зависит успех этих работ - точная дифференциация видов, являющихся объектами хозяйственной деятельности, выработка представлений о степени и характере внутривидовой дифференциации этих объектов. В настоящее время решение этих задач наиболее остро стоит в отношении сиговых рыб (Согедотпае) и гольцов (За1уеПпиз, За1тогппае), являющихся объектами традиционного местного промысла, взгляды на систематику которых противоречивы, а часто и диаметрально противоположны.

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключалась в выявлении и исследовании механизмов, обусловливающих изменчивость кариотипов лососевых рыб, и выработке на этой основе представлений о направлениях, механизмах и темпах эволюции кариотипов этих рыб. Поставленная цель определила решение следующих задач:

1. Существующие методы приготовления хромосомных препаратов рыб ориентированы на работу в условиях лаборатории и включают

длительную предподготовку к нему рыб. Учитывая особенности лососевых рыб и возможности доставки материала, первой задачей, от решения которой зависело выполнение остальных, была разработка метода приготовления хромосомных препаратов в полевых условиях.

2.. Исследование кариотипов представителей Есех трех подсемейств лососевых рыб для выявления изменчивых либо стабильных по кариологическим характеристикам таксонов.

3. Установление направления и механизмов изменчивости кариотипов лососевых рыб. Проверка гипотезы о допустимости широкой изменчивости их кариотипов путем элиминации и нерасхождения отдельных хромосом или их групп.

4. Разработка гипотезы о возможном предковом кариотипе лососевых рыб, направлениях и механизмах его последующих изменений в отдельных подсемействах.

5. Определение механизмов и темпов дивергенции кариотипов в одной из наиболее сложных в систематическом отношении групп лососевых - сиговых рыб Соге£опд.пае.

6. Выяснение механизмов внутривидовой изменчивости и эволюции кариотипов гольцовых рыб родов 5а1уеНпиз и Ба^еЬЬушиБ. Сопоставление степени кариологйческой и морфологической дифференциации этих рыб.

Научная новизна. В ходе выполнения работы были апробированы большинство из известных методов исследования кариотипов рыб. Был разработан оригинальный метод приготовления хромосомных препаратов, пригодный для использования в полевых условиях, достоинствами которого являются простота, небольшие затраты времени и высокое качество получаемых препаратов.

Используя его, исследованы кариотипы 24 видов и форм лососевых рыб, 11 из которых впервые. Установлено, что кариотипы подавляющего большинства видов лососевых рыб в той или иной степени изменчивы. Изменчивость проявляется на двух уровнях. Изменения числа хромосом обусловлены робертсоновскими транслокациями, присутствием в кариотипе добавочных хромосом, наличием гетероморфных половых хромосом. Изменения структуры отдельных хромосом часто обусловлены характером проявления ядрышкообразующих районов хромосом.

У двух видов выявлен редкий у лососевых рыб тип хромосом -добавочные хромосомы, и обусловленная варьированием их числа иг-

менчивость кариотипов. Предложена гипотеза механизма возникновения В-хромосом. У двух видов выявлены и описаны гетероморфные половые хромосомы. Показано разнообразие систем половых хромосом у лососевых рыб и обосновано предположение об их дифференциации в филогенезе лососевых рыб в ДЕа этапа - генетической и морфологической дифференциации.

На основании .анализа кариотипов лососевых рыб трех подсемейств ТЬушаШпае, Соге^огипае и За1шогипае, и наиболее близких им диплоидных представителей отряда 5а1тоги£огте5 разработана гипотеза о структуре предкового кариотипа лососевых рыб, лучше имеющихся согласующаяся с существующими представлениями об их филогении. Показано единство механизмов, обеспечивающих внутривидовую изменчивость кариотипов лососевых рыб и их эволюционные преобразования. Сходство этих механизмов в разных таксонах проявляется в виде параллельного возникновения в них близких по числу и морфологии хромосом кариотипов.

Разработана оригинальная схема дивергенции кариотипов сиговых рыб Соге^огппае, основанная на морфологических особенностях маркерных субметацентрических хромосом. Предложена оригинальная схема эволюции кариотипов гольцов рода За1уеПпиз, основными моментами которой являются закрепление в двух филогенетических группах гольцов разных ЯОР-несущих хромосом' и последующая эволюция кариотипов в каждой из этих групп в направлении уменьшения ЯОР в процессе диплоидизации.

Теоретическая и практическая ценность работы. В теоретическом плане наиболее важным представляется установление единства механизмов внутривидовой изменчивости и эволюционных преобразований кариотипов всех лососевых рыб, сходство этих механизмов с таковыми у других животных.

Не менее важна разработанная гипотеза о структуре предкового кариотипа лососевых рыб, которая предполагает их монофилетическое происхождение и позволяет объяснить как различия кариотипов представителей трех подсемейств, так и сходные и параллельные изменения кариотипов в пределах отдельных подсемейств на основе общих для всех лососевых рыб механизмов.

Важным представляется и выявление у лососевых рыб добавочных хромосом. Сведения об их структуре позволяют с большей определенностью говорить о механизмах изменчивости и направлении эволюции

кариотипов лососевых рыб. Данные о механизмах дифференциации половых хромосом свидетельствуют о случайности происходящих в процессе эволюции кариотипов лососевых рыб хромосомных перестроек. В то же время они показали принципиальное сходство структуры кариотипов и механизмов их эволюции у рыб и других животных.

На примере гольцов рода Salvelinus показана неравномерность темпов эволюции морфологических структур и кариотипов. Соотношение скоростей их изменчивости своеобразно у каждого вида и проявляется в противоречивости имеющихся представлений о систематике этих рыб, основанных на анализе разных признаков.

Без ясного представления о видовом составе и возможности точной идентификации таксонов невозможны рациональное использование и охрана эксплуатируемых видов лососевых рыб. В работе на примере симы, сиговых и гольцовых рыб показана возможность успешного решения этих вопросов, используя наркологический метод. Выявленные в кариотипах этих рыб системы маркеров (B-хромосомы, яд-рышкообразующие районы хромосом, отдельные маркерные хромосомы) позволяют уверено идентифицировать не только разные виды, но и отдельные популяции широко распространенных видов.

Сведения о полиморфизме по добавочным хромосомам могут быть полезны при проведении работ по искусственному воспроизводству и акклиматизации тлеющих их видов, поскольку у растений и животных такой полиморфизм часто имеет адаптивную природу. Данные же о степени дифференцированности половых хромосом необходимо учитывать при проведении работ по управлению полом лососевых рыб с целью получения однополых популяций.

Апробация работы. Результаты исследований представлялись на Координационном совещании по лососевидным рыбам (Ленинград, 1983), III Всесоюзном симпозиуме "Биологические проблемы Севера" (Магадан, 1983), Научных конференциях Института-биологии моря (1985, 1987, 1991, 1993), III Региональной конференции молодых ученых и специалистов Дальнего Востока (Южно-Сахалинск, 1986), 5 Съезде Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова (Москва, 1987), 3 Всесоюзном совещании по лососевидным рыбам (Тольятти, 1988), .International Symposium on Biology and Management of Coregonid Fishes (Quebec, Canada, 1990), 5 Всероссийском совещании по систематике, биологии и биотехнике разведения лососевых рыб (Санкт-Петербург, 1994), 5 Всероссийском сове-

щании по биологии и биотехнике разведения сиговых рыб (Санкт-Петербург, 1994), 45th Arctic Science Conference (Vladivostok, 1994), 75th Annual Meeting of the American Society of Ichthyologists and Herpetologists (Edmonton, Canada, 1995).

Часть работы выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты No 94-04-11129 и No 96-04-63010к) и Международного научного фонда (гранты No NOFOOO и No N0F3Q0).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, в которых рассмотрены методы исследования ка-риотипов рыб (глава 1), механизмы изменчивости кариотипов лососевых рыб (глава 2), механизмы дифференциации половых хромосом лососевых рыб (глава 3) и вопросы эволюции кариотипов лососевых рыб (глава 4), основных выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 316 страницах машинописного текста и содержит 18 таблиц и 41 рисунок. Список использованной литературы включает 615 источников (192 отечественных и 423 зарубежных).

Глава 1'. Материалы и методы исследования

Объектами исследования являются 24 вида и подвида лососевых рыб всех подсемейств - хариусовых Thymallinae, сиговых Coregoni-пае и собственно лососевых Salmoninae (табл. 1). Кариотипы 11-ти из них описаны впервые. Наиболее подробно исследованы кариотипы видов, имеющих большие ареалы, изменчивые кариотипы либо неясный таксономический статус.

При выполнении работы были апробированы многие методы приготовления хромосомных препаратов рыб. Однако большинство из них трудоемки, требуют больших затрат времени и лабораторных условий. Исходя из особенностей лососевых рыб: обитание часто в труднодоступных местах, возможность отлова лишь в определенный сезон года, невозможность доставки живых рыб в лабораторию, разработан простой метод приготовления хромосомных препаратов из суспензии клеток предпочки, пригодный для применения вне лабораторных условий.

Приготовление' препаратов. Сразу после поимки рыбам делали внутримышечную инъекцию 0,5% раствора колхицина (1 мл на 1 кг массы тела), выдерживали их в садке 4-6 часов. Из предпочки с по-

Таблица 1

Объем исследованного материала

Исследовано

Вид Локальность ----------------------

Самок Самцов Метафаз

Thymallinae

Thymallus arcticus р.Анадырь (Ч) 6 7* 2 216

Coregoninae

Coregonus anaulorum 4 4 222

С. lavaletus pidschian -//- 6 4 205

C.nasus р.Пенжина (К) 2 1 625

р.Анадырь (Ч) 6 6 243

C.sardinella -//- 10 6 483

Prosopium coulteri оз.Равкэргытгын (Ч) 9 224

P.cylindraceum р.Анадырь (Ч) 3 4 90

Stenodus leucichthys

nelma 29

Salmoniпае

Oncorhynchus gorbuscha пр.Азабачья (К) 2 2 147

0.kisutch -//- 6 9 1113

O.masou р.Белач (С) 8 5 307

р.Единка (П) 5 3 188

0. nerka ранняя оз.Азабачье (К) 7 10 491

поздняя -//- 3 10 381

Parasalmo mykiss пр.Азабачья (К) п 1 5 330

Salvelinus albus пр.Азабачья (К) 1 27

S.andriashevi. оз.Зстихед (Ч) 2 87

S.elgyticus оз.Эльгыгытгын (Ч) 3 5 ПО л

S.boganidae -//- 2 4 151

S.leucomaenis пр.Азабачья (К) 2 4 99

р.Белая (С) 2 6 182

р.Единка (П) 3 4 204

S.levanidovi р.Яма (М) 8 7 437

S.nialma malma р.Яма (М) 10 7 598

оз.Аччен (Ч) 7 6 424

S.m.curilus р.Белая (С) 11 5 308

S.m.krascheninnikovi р.Кабанья (П) 6 4 304

S. taranetzi оз.Аччен (Ч) 8 9 523

Salvethymus svetovidovi оз.Эшьгыгытгын (4) 6 7 265

Примечание. * - молодь; К - Камчатка, М - юг Магаданской области, П - Приморье, С - Сахалин, Ч - Чукотка.

мощью шприца готовили суспензию клеток в 0,5% растворе хлористого калия, в котором выдерживали ее при температуре 18-20°С 20-30 мин для гипотонической обработки клеток. Клетки осаждали центрифугированием в течение 5 мин при 1000 об/мин и осадок фиксировали охлажденной смесью этанола и ледяной уксусной кислоты (3:1) в течение 60 мин, сменяя фиксатор через каждые 20 мин. В последней порции фиксатора осадок разбивали и полученную суспензию наносили по каплям на охлажденные мокрые предметные стекла. Препараты высушивали на подогретой до 60°С поверхности или над спиртовкой.

Окрашивание хромосом.

1. Для первичного анализа кариотипа препараты окрашивали 4% раствором азура-эозина по Романовскому (красителя Гимза) в фосфатном буфере (pH 6,8).

2. Ядрышкообразующие районы хромосом (Я0Р) выявляли, окрашивая хромосомы по методу Ag-NOR-окрашивания (Howell, Black, 1980). Препараты обрабатывали смесью 50% раствора азотнокислого серебра и 2% раствора желатина с муравьиной кислотой при температуре 60°С 2-15 мин.

3. Гетерохроматиновые районы хромосом (ГХР) выявляли, используя два метода. ■ При первом (Sumner, 1972) препараты последовательно обрабатывали 0,2 н раствором соляной кислоты при комнатной температуре 30-60 мин, 5% раствором гидроокиси бария при 50°С 5-30 мин, раствором 2SSC (pH 7,0) при 60°С 60 мин и окрашивали 4% раствором азура-эозина по Романовскому (красителя Гимза) в фосфатном буфере (pH 6,8) 60-90 мин.

4. Второй метод С-окрашивания (McKenzie, Lubs, 1973) заключается в обработке препаратов 0,2 н раствором соляной кислоты при комнатной температуре в течение 15 мин, ополаскивании их в дистиллированной воде при 8-10°С и 20°С по 5 мин, инкубации в растворе 2SSC (pH 7,0) при 62-65°С 30-60 мин, ополаскивании в двух сменах 70% и 95% этанола по 5 мин и окрашивании 4% раствором азура-эозина по Романовскому (красителя Гимза) в фосфатном буфере (pH 7,0) 4-7 мин.

Глава 2. Изменчивость кариотипов лососевых рыб

Имеющиеся данные о кариотипах лососевых рыб (включая хариу-совых Thymallinae, сиговых Coregoninae и собственно лососевых

За1топ1пае) показывают, что их изменчивость очень разнообразна, однако сведения о ней часто противоречивы.

Так, широкая изменчивость кариотипов описана у хариусов ТИу-шаПиг: у Th.thymal.lus 2п=96-116, №=148-168, близкая у Th.arct.i-сиз и Th.bгeviгostгis (Муйгеп еЬ а1., 1971Ь; Северин, Зиновьев, 1982; Северин, 1985а, 19856, 1988). С другой стороны показана, в том числе и при' выполнении данной работы, Еысокая стабильность кариотипа Th.arct.icus, а изменчивость у него числа хромосом объясняется неодновременным разделением хроматид одно- и двуплечих хромосом в конце метафазы (Макоедов, 1982, 1987; Макоедов и др., 1983). Число хромосомных плеч у хариусов является условным показателем в силу наличия в кариотипе большой группы субмета-субте-лоцентрических хромосом (рис.1). Данные о кариотштах сиговых Со-гееотпае и собственно лососевых Ба1тогипае рыб более многочисленны, как и сведения об их изменчивости.

ШНШмпЛПППППППППппппп

Рис. 1. Идиограмма кариотипа хариуса Th.arct.icus ше^епБ1, 2п=98.

С-окрашивание.

2.1. Изменчивость числа хромосом на основе робертсоновских перестроек

Среди возможных механизмов изменения кариотипа робертсоновс-кие перестройки рассматриваются как один из основных в эволюции кариотипов животных. Не исключение и лососевые рыбы: робертсо-новский полиморфизм и мозаицизм известен у большинства видов сигов Согееопиз, гольцов ЭаХуеНпиБ, некоторых видов тихоокеанских форелей Рагаза1шо и тихоокеанских лососей ОпсогИупсЬиз.

У гольцов такая изменчивость кариотипов проявляется в моза-ичности всех исследованных особей. Доли клеток с уменьшенными или увеличенными по сравнению с модальным кариотипом числами хромосом

резко уменьшаются, как показано на малоротой S.elgyticus и бога-нидской S.boganidae палиях, гольце Таранца S.taranetzi (табл. 2) и белом гольце S.albus (Васильев, 1975а; Викторовский, 1975а; Фролов, 1991). При этом самки и самцы трех первых видов различаются по преобладанию у них клеток с 2п=77 или 2п=78 хромосомами:

Другой характер имеет изменчивость кариотипа горбуши O.gor-buscha: у нее особи четных лет нереста имеют кариотип 2п=52, NF=104, тогда как в нечетные годы - 2п=52, 53, 53, NF=104 (Горшков, Горшкова, 1981; Горшкова, Горшков, 1983; Phillips, Kapuscinski, 1987, 1988; Фролов, 1988). Различия кариотипов рыб смежных поколений идентичны на всем обширном ареале этого вида.

У сигов изменчивость кариотипов робертсоновского типа распространена широко, но характер ее проявления по описаниям кариотипов во многих случаях не ясен. Размах варьирования чисел хромосом не значителен и, как правило, составляет ±1-2 хромосомы.

Широкое распространение робертсоновского полиморфизма и мо-заицизма у сиговых и лососевых рыб объяснимо сходными механизмами эволюции кариотипов рыб этих подсемейств, основным из которых были именно робертсоновские транслокации хромосом (см. раздел 4.2).

2.2. Изменчивость числа хромосомных плеч.

Механизмами изменения числа хромосомных плеч являются пери-центрические инверсии, тандемные транслокации и изменение числа дополнительных гетерохроматиновых плеч. У рыб такая изменчивость кариотипов, по-видимому, редка (Васильев, 1985) и достоверно известна лишь у нескольких видов.

Исключением считались лососевые рыбы. У атлантического лосося Salmo salar, европейской ручьевой форели S.trutta ш. fario, севанских форелей S.ischchan, тихоокеанского лосося нерки О.пег-ка, тихоокеанских форелей микижи P.mykiss и семги P.pensinensis, была описана широкая изменчивость чисел хромосом и чисел хромосомных плеч (Баршене, 1977, 1980; Рухкян, 1983, 1987; Черненко,

S.elgyticus S.boganidae S.taranetzi

F M F M F M

2n=76 2n=77 2n=78 2n=?9

7,2% 5,6% 14,0% 1,4% 8,0% 44,1% 85,6% 44,4% 74,0% 7,0% 67,3% 55,9% 7,2% 50,0% 12,0% 90,2% 24,1%

1,4% 0,6%

Таблица

Мозаицизм числа хромосом у гольцов рода Ба1уеПпиБ

I I Число (слеток

Особь! I----------:-------------------------------------

N0 I Пол I №=98 I I

I |-------------------------------I | всего

I I 2п=76 I 2п=77 I 2п=78 I 2п=79 I I

Э-е^уИсиБ

1 М - 5 4 - - 9

2 М - 21 - 1 - 22

3 м 3 16 - - - 19

4 м 1 8 1 - - 10

5 м 1 9 - 1 - 11

1 р - 10 11 - - 21

2 р - 3 8 1 - 12

3 р - 2 - 1 - 3

З.Ьоеагпс1ае

1 м 2 ; 12 2 - - 16

2 м 2 13 3 - - 18

3 м - 3 - - - 3

4 м 3 9 1 - - 13

1 р 1 3 5 1 - 10

2 р - 5 4 - - 9

Б.1агапе1г1

1 м о 6 9 - - 17

2 м - 17 2 - - 19

3 м 1 9 1 1 - 12

4 м 4 22 15 - - 41

5 и - 8 4 - - 12

6 и 3 16 - - - 19

7 м - 12 2 - - 14

8 м 1 8 3 - 2 14

9 м 2 11 3 - - 16

1 р 1 1 17 - 1 20

2 р - - 21 - 1 22

3 р - 2 8 - - 10

4 р - 2 25 1 1 29

5 р - - 19 1 - 20

б р - 1 19 - - 20

7 р 1 3 11 - - 15

8 р - 1 8 - - 9

Примечание. М - самцы; Г - самки.

1980; Горшкова, 1978, 1980; и др. ). В качестве ее механизма предполагались нерасхождения и/или элиминации отдельных хромосом или их групп в процессе мейотических и митотических делений. Допущение таких механизма.и изменчивости кариотипов обосновывалось полиплоидным происхождением лососевых рыб и незавершенностью у них процесса диплоидизации генома. Анализ представленного в подтверждение этой изменчивости материала показал, что большая часть ее основана на артефактах, а остальная не выходит за рамки и механизмы, отмечаемые у других рыб, в том числе и других полиплоидных групп. Исследование кариотипов нерки и микижи, напротив, показало их высокую стабильность (Фролов, 1981, 1989, 1990а; Шеленкова, 1986, 1987; см. разделы 3.2.1-3.2.2).

Лишь в нескольких случаях изменчивость чисел хромосомных плеч у лососевых рыб можно считать доказанной. Межпопуляционные различия обнаружены у атлантического лосося S.salar североамериканских и европейских популяций - NF=72 и 74 (Rees, 1967; Roberts, 1968, 1970; Hartley, Hörne, 1984 и др.). Полиморфизм по перицентрической инверсии выявлен в некоторых популяциях горбуши O.gorbuscha у особей с 2п=53 и 54 (Phillips, Kapuscinski, 1988). У сигов - европейской ряпушки Coregonus albula и сига С. lavare-tus, полиморфизм по числу хромосом (2п=80-81), обусловлен наличием в кариотипе 2п=81 дополнительной акроцентрической хромосомы (Jankun et al., 1991, 1995а, 1995b). Однако во всех случаях эта изменчивость может быть объяснена известными механизмами - пери-центрическими инверсиями, тандемными транслокациями либо наличием крупных добавочных хромосом.

Причиной разной трактовки числа хромосомных плеч часто является разное проявление спутничных структур и ядрышкообразующих районов в коротких плечах субмета-субтелоцентрических хромосом у гольцов Salvelinus (Ueda, Ojima, 1983; Фролов, 1991а; Frolov, Miller, 1992), хариусов Thymallidae (Макоедов, 1987), тихоокеанских лососей Oncorhynchus (Ueda et al., 1985; Фролов, 1986в; и др.), сигов Coregonus (Фролов, 19916; Jankun et al., 1991, 1995b). Так, в кариотипе кунджи S.leucomaenis Сахалина (2п=84) число мета- и субметацентрических хромосом может быть 18, 17 или 16, a NF=102, 101 или 100. Правильнее обозначать такие плечи как дополнительные в формуле кариотипа (например, NF=100+2 у кунджи).

2.3. Изменчивость ядрышкообразующих районов хромосом (ЯОР).

ЯОР являются местами локализации в хромосомах тандемно организованных генов рибосомальной РНК (Hsu et al., 1975). У рыб они часто оказываются хорошим систематическим и таксономическим признаком, особенно удобным при исследовании кариотипически либо морфологически сходных видов и форм, в том числе и обитающих симпат-рично (Amemiya, Gold, 1988; Galetti et al., 1984; и др.).

У лососевых рыб сформировались два типа ЯОР - множественные в несколы-™ парах хромосом и одиночные в одной паре, и каждый характеризуется своей изменчивостью. В пределах родов наблюдается один из них (Oncorhynchus), либо оба (Salmo, Salvelinus).

Изменчивость множественных ЯОР проявляется в виде полиморфизма и межпопуляционных различий числа ЯОР у особей одной или разных популяций, и изменчивости частоты локализации ЯОР на хромосомах разной морфологии. Например, у северной мальмы S.m.malma и гольца Леванидова S.levanidovi р. Яма ЯОР могут быть расположены в теломерах метацентрических (м-ЯОР), субметацентрических (см-ЯОР) и субтелоцентрических (ст-ЯОР) хромосом, в центромерных (ац) или теломерных (ат) районах акроцентрических хромосом. Встречаемость клеток с разными типами ЯОР-несущих хромосом и разных ЯОР-несущих хромосом в клетках различны:

Встречаемость клеток Встречаемость хромосом

мальма голец мальма голец

Леванидова Леванидова

с м-ЯОР 4,31% 24,00% м 0,043 0,267

см-ЯОР 80,86% . 20,67% см 1,071 0,220

ст-ЯОР 32,54% 45,33% от 0,445 0,513

ац-Я0Р 2,39% 20,67% ац 0,024 0,260

ат-Я0Р 22,01% 52,67% а-р 0,311 0,627

Изменчивость одиночных ЯОР сходна у видов разных таксонов и проявляется в виде: 1) мозаицизма числа ЯОР-несущих хромосом в клетке в результате разной активности ЯОР в гомологичных хромосомах; 2) мозаицизма числа блоков ЯОР в хромосомах (ЯОР проявляются в виде одинарных, двойных или тройных блоков); 3) гетероморфизма размеров и морфологии ЯОР-несущих хромосом (рис. 2). Число блоков ЯОР может являться хорошим маркером популяций лососевых рыб (Фролов, 19956). Так, у симы О.шазои двух рек средние числа активных блоков ЯОР (+ средние квадратичные отклонения) составили (в скоб-

ках средние значения с учетом неотенических самцов):

р.Белая р.Единка

Самки 1,96+0,19 Самки 1,67+0,23

Самцы 2,08+0,17 (2,22+0,35) Самцы 1,66+0,24 (1,76+0,23) В среднем 2,00+0,19 (2,06+0,28) В среднем 1,67+0,32 (1,71+0,49) Различия достоверны при сравнении рыб разных рек (р<0,001), но не существенны при сравнении самок и самцов одной реки.

Характер межпопуляционной изменчивости множественных и одиночных ЯОР предполагает ее обусловленность изменением транскрипционной активности рДНК, цитологически выражающейся в изменении числа выявляемых активных блоков ЯОР. Но при множественных ЯОР варьирует число хромосом с активными ЯОР, а при одиночных ЯОР разное число блоков ЯОР, расположенных на тех же хромосомах.

2.4. Изменчивость гетерохроматиновых (ГХР) районов хромосом

Изменчивость ГХР районов хромосом широко распространена как у растений, так и у животных и проявляется в виде наличия/отсутствия дополнительных полностью ГХР плеч, варьирования размеров прицентромерных, интеркалярных или теломерных ГХР блоков, варьирования числа и/или размеров ГХР блока и, соответственно, размеров Y-хромосомы, изменения числа добавочных (В-) хромосом.

Примеров такой изменчивости у лососевых рыб не много, обычно она имеет обычно межпопуляционный характер. У кунджи S.leucomae-nis показана межпопуляционная изменчивость числа теломерных ГХР С-блоков в ряде акроцентрических хромосом (Ueda, Ojima, 1983а), а у атлантического лосося S.salar - интерсгициальных и теломерных ГХР Q-блоков (Phillips, Hartley, 1988). У арктического гольца S.alpinus изменчивость выражается в различиях чисел ГХР Q-блоков в разных популяциях: 5,8 на севере Канады, 11,8 на п-ве Лабрадор, 11,4 в Норвегии и 15,4 в Шотландии (Pleyte et al., 1989).

У сигов гетероморфизм двуплечих хромосом самой крупной пары с отношением длин плеч г=0,33-1,0 обусловлен варьированием раз-

9 10

Рис. 2. Изменчивость одиночных ЯОР симы O.masou, кижуча O.ki-sutch, нерки O.nerka, микижи P.mykiss (1-9) и горбуши О. gorbuscha (10-13).

мера ГХР блока (Фролов, 1983, 19906; Jankun et al., 1995а, 1995b; Phillips et al., 1996). У некоторых из них изменчивость количества гетерохроматина проявляется в варьировании числа мелких и часто полностью гетерохроматиновых добавочных хромосом (раздел 2.5).

2.5. Добавочные хромосомы в кариотипах лососевых рыб

Добавочные (В-) хромосомы отличает непостоянство числа, часто гетерохроматиновая природа и нестабильное поведение в митозе и мейозе. Наиболее распространены они у растений и насекомых, у позвоночных животных редки. Известны у 28 видов рыб (около 1,5% кариологически исследованных), у которых часто равны по размерам самым крупным хромосомам основных наборов.

Впервые В-хромосомы у лососевых рыб были отмечены Г.Свердсо-ном в кариотипе европейского сига C.lavaretus как "very small chromosome - fragment" (Svardson, 1945: 74). Много позже были обнаружены у других сигов - чира C.nasus и сибирской ряпушки C.sar-dinella (Фролов, 1986а, 19866), сига-пыжьяна С. lavaretus pidschi-ап (Лайус, Ершов, 1988; Ершов, Лайус, 1993) и европейской ряпушки C.albula (Jankun et al., 1991).

Чир исследован из четырех популяций - р.Чаун, 2п=58-60, NF=92, прудовой, 2n=58-60, NF=96 (Викторовский, Ермоленко, 1982; Кайданова, 1983) и рек Анадырь (Фролов, 1986а) и Пенжина, 2n=60+B, NF=98+B. В кариотипе рыб двух последних популяций имеется варьирующее число мелких (часто более мелких, чем хромосомы основного набора) и обычно полностью гетерохроматиновых В-хромо-сом.(Основной набор хромосом сибирской ряпушки - 2n=80, NF=98 у самок и 2n=81, NF=100 у самцов (см. раздел 3.2.3). Как и у чира, в кариотипе имеется варьирующее число мелких В-хромосом.

Изменчивость числа В-хромосом у обоих видов проявляется в виде полиморфизма и мозаицизма. У чира имеются и межпопуляционные различия числа В-хромосом. Полиморфизм резко выражен у чира анадырской популяции, самки которого, в отличие от самцов, не имеют добавочных хромосом в 1/3 клеток (рис. 3). Мозаицизм числа В-хромосом характерен для обоих видов. Он осложняется наличием В-хромосом разной морфологии - мета-, субмета- и акроцентричес-ких, которые могут быть крупными (сравнимыми по размерам с самыми мелкими акроцентрическими хромосомами основных наборов) или мелкими (в два-три раза мельче), и быть полностью или частично гете-

Рис. 3. Распределение клеток предпочки чира С.пазиэ р.Анадырь (а) и сибирской ряпушки С.эагсИпеПа (б) по числу В-хромосом. По оси абсцисс - число В-хромосом, по оси ординат - доля клеток, %.

рохроматиновыми (рис. 4). У обоих видов преобладают полностью гетерохроматиновые мелкие акро- и метацентрические В-хромосомы.

У европейской ряпушки 1-2 гетерохроматиновые В-хромосомы отмечены в кариотипах 4-х из 11-ти исследованных рыб из Финляндии и у 3-х из 16-ти особей из Польши иапкип а1., 1991, 1995Ь). У сига из Финляндии и Польши 0-4 В-хромосомы выявлены у 34-х из 72-х исследованных рыб шести популяций в 2,6-37,1% клеток. Морфологически акроцентри-ческие с гетерохроматиновым блоком вблизи центромеры, метацентрические отмечены только у одной особи (^кип еЬ а1., 1995а). Также не у всех особей в количестве 0-5 отмечены мелкие акроцентрические или метацентрические В-хро-мосомы у сига р.Кереть (Ершов, Лайус, 1993).

Исходя из мелких размеров В-хромосом сигов, наиболее вероятно, что они являются центрическими фрагментами А-хромосом, образовавшимися в результате робертсоновских транслокаций, одного из основных механизмов эволюции кариотипов сиговых рыб (см. раздел 4.2). Наличие в предполагаемом предковом кариотипе лососевых рыб большого числа субмета-субтелоцентрических хромосом (см. раздел 4.1) может объяснить возникновение таким путем добавочных хромосом всех размеров. А локализация ГХР блоков главным образом в уз-

ГШ

12-15

1 — 3 4 - 7 3-1112 -

Рис. 4. Типы В-хромосом чира С.пазиэ и сибирской ряпушки С.БагсИпеПа. 1-3 - крупные мета-, 4-7 - крупные субмета-, 8-11 - крупные акроцентрические, 12-15 - мелкие В-хромосомы. С-окрашивание.

кой прицентромерной зоне А-хромосом сигов (Фролов, 1986а, 19866; Jankun et al., 1991, 1995а, 1995b) объясняет преимущественно гетерохроматиновую природу образующихся при этом В-хромосом.

Глава 3. Половые хромосомы в кариотипах лососевых рыб

У рыб часто разные типы регуляции пола - гермафродитизм, полигенное определение, изоморфные и гетероморфные половые хромосомы, встречаются у видов одного отряда и даже семейства. У большинства рыб половые хромосомы, вероятно, изоморфны. Морфологические различия между ними возникают путем хромосомных перестроек -инверсий, делеций и транслокаций половых хромосом на аутосомы.

3.1. Генетическая дифференциация половых хромосом

Половые хромосомы у лососевых рыб находятся на разных стадиях дифференциации. У большинства видов они изоморфны и не выявляются с помощью С-окрашивания (Abe, Muramoto, 1974; Фролов, 1981, 1988; Ueda, 1983; Lfeda, Ojima, 1983; и др.), эффективного для выявления гетерохроматинизированных Y- (W-) хромосом других животных. По-видимому, такие половые хромосомы различаются лишь по наличию в них разных аллелей определяющих пол генов, а их генетическая дифференциация не сопровождалась гетерохроматинизацией.

О незначительных генетических различиях половых хромосом лососевых рыб свидетельствует и возможность полной гормональной инверсии пола у всех исследованных в этом отношении видов. Изменение пола возможно в обе стороны - генетических самок в фенотипи-ческих самцов (5 видов), и генетических самцов в фенотипических самок (7 видов) (Donaldson,- Hunter, 1982; Yamasaki, 1983). Для некоторых видов показаны нормальное развитие и плодовитость инвертированных особей. Более того, у некоторых видов жизнеспособны и YY-самцы, как у кижуча O.kisutch, имеющего, изоморфные половые хромосомы, и у радужной форели P.gairdneri, имеющей гетероморфные половые хромосомы (Hunter et al., 1982; Chevassus et al., 1988).

3.2. Морфологическая дифференциация половых хромосом

Гетероморфные половые хромосомы известны лишь у четырех видов лососевых и одного вида сиговых рыб, но системы половых хромосом у них очень разнообразны.

3.2.1. Система XX-XY

У радужной форели P.gairdneri половыми хромосомами является единственная пара субтелоцентрических хромосом, короткие плечи которых изоморфна у самок, но гетероморфны у самцов (Thorgaard, 1977, 1983; Thorgaard, Gall, 1979). Выявлен полиморфизм размеров короткого плеча У-хромосомы у самцов одной популяции (Thorgaard, 1983; Ueda, Ojima, 1984b). Кариотипы камчатских Parasalmo сходны с кариотипом радужной форели. У микижи P.mykiss также выявлен гетероморфизм субтелоцентрических хромосом самцов (Фролов, 1989). У самцов в большинстве клеток короткие плечи этих хромосом гетероморфны, а у самок - изоморфны (табл. 3).

Таблица 3

Распределение числа хромосом и морфология субтелоцентрических хромосом (СТ) в клетках предпочки микижи P.mykiss

I I Число клеток I I СТ

Особь I Пол I---------------------I Всего I-------------------------

No 1 I 2n=56 2n=57 2n=58 I ¡изоморфные гетероморфные

1 М - • 1 35 37 9 28

2 М ' - 1 21 26 7 19

<—1 о м - 1 16 18 1 17

4 и 3 4 14 31 14 17

5 м 1 - 19 20 8 12

1 F - - 24 25 23 О

2 F - - 20 29 26 О

3 F - - 22 32 31 1

4 F - - 26 27 27 -

5 F - - 23 25 23 2

6 F - 1 30 32 28 4

7 F - - 26 28 26 г>

Примечание. М - самцы; F - самки.

Сходный гетероморфизм, но коротких плеч крупных субметацент-рических хромосом выявлен у озерной форели S.namaycush (Phillips, Ihssen, 1985, 1986). В коротком плече Х-хромосомы имеется ГХР Q-блок, отсутствующий в коротком плече Y-хромосомы, которая мень-

ше Х-хромосомы на величину этого блока. Полиморфизм Q-блоков в таких же хромосомах отмечен у ручьевой форели S.fontinalis и арктического гольца S.alpinus (Phillips, Zajicek, 1982; Phillips, Ihssen, 1985), но его природа не выяснена.

Q

ai | _

i

3.2.2. Система Х1Х1Х2Х2-Х1Х-2У

Описана у тихоокеанского лосося нерки О.пегка американских популяций. КариоТипы самок и самцов различаются по числу хромосом: 2п=57, №=104 у самцов и 2п=58, №=104 у самок, что обусловлено У-аутосомной транслокацией (ТИогвалте!, 1978). У нерки азиатских популяций длительное время отмечали различия кариотипов рыб разных рас: 2п=56, №=102 у нерки ранней расы и 2п=58, №=104 у нерки поздней расы (Горшкова, 1978, 1980; Черненко, 1980; и др.). Последующие исследования показали идентичность кариотипов нерки американских и азиатских популяций Шес1а, 1983; иес!а, 0;Цта, 1984а; Шеленкова, 1986, 1987а, 19876; Фролов, 1990а).

В кариотипе самок нерки 46 мета- и субметацентрических и 12 акроцентрических хромосом, у самцов 47 мета- и субметацентрических и 10 акроцентрических хромосом. Исходные У- и Х-хромосомы и транс-лоцированная аутосома акро-центрические, а транслокация -робертсоновская либо центро-мерно-центромерная . тандемная (рис. 5). Вероятно, она осуществилась без потери материала участвовавших в ней хромосом с сохранением в образовавшейся У-хромосоме центромер

Рис. 5. Морфологическая дифференциация половых хромосом у ми-кижи P.mykiss (а), нерки О.пегка (б) и сибирской ряпушки С.sardinel1а (в).

исходных У-хромосомы и аутосомы, т.к. У-хромосома имеет в два раза больший гетерохроматиновый блок в прицентромерном районе, чем любая из акроцентрических хромосом, и который в некоторых случаях выглядит двойным (Шеленкова, 1987а, 19876; Фролов, 1990а).

3.2.3. Система ХХ-ХУаУг

Выявлена у сибирской ряпушки С.эагсИпеПа (Фролов, 19906). В кариотипе самок 18 двуплечих хромосом (8 мета- и 10 субметацент-рических), а самцов - 19 (10 мета- и 9 субметацентрических). Одноплечих хромосом 62 у рыб обоих полов. Таким образом, у самок 2п=80, №=98, у самцов 2п=81, №=100. Такие различия кариотипов предполагают наличие мужской гетерогаметности и системы половых хромосом ХХ-ХУ1У'2, возникшей в результате транслокации исходной Х-хромосомы на одну из аутосом (рис. 5).

Морфологически Есе полоЕые хромосомы различаются. Х- (Ах-) хромосомы - субметацентрические 4-й пары кариотипа самок и такая же непарная хромосома кариотипа самцов, У1- (исходная У-) - самая крупная, а У?- (исходная аутосома) - самая мелкая метацентричес-кие хромосомы кариотипа самца. У^-хромосома близка по размерам короткому плечу Х-хромосомы, поэтому вероятно, что исходная Х-хромосома была акроцентрической либо субтелоцентрической. Цент-ромерно-теломерное соединение ее с мелкой метацентрической ауто-сомой (гомологом Уг-хромосомы) привело к увеличению ее размеров. Центромера исходной Х-хромосомы осталась активной, что и обеспечивает образовавшейся Х-хромосоме субметацентрическую морфологию.

3.3. Механизмы дифференциации половых хромосом

Исследования последних лет показали разную степень дифференциации половых хромосом у лососевых рыб. Можно выделить два ее этапа. На первом происходит генетическая дифференциация изоморфных половых хромосом путем появления и случайной фиксации в них разных аллелей одного или нескольких определяющих пол генов. Ге-терохроматинизации половых хромосом не происходит, а их генетические различия незначительны и не препятствуют гормональной инверсии пола в обоих направлениях. На втором этапе половые хромосомы дифференцируются морфологически путем однократных и случайных хромосомных перестроек типа делеций (приводящих к незначительным морфологическим различиям половых хромосом) или трансло-

кадий половых хромосом на аутосомы (с образованием систем множественных половых хромосом) (рис. 5). Генетические различия половых хромосом при этом становятся, вероятно, более существенными, но не препятствующими гормональной инверсии пола.

Как и у других рыб, характерной чертой эволюции половых хромосом у лососевых рыб является ее независимость у представителей одного таксона. Определяющим при этом является упрощенный механизм дифференциации половых хромосом в результате двух случайных и однократных преобразований их генетической и морфологической структуры без промежуточного этапа накопления между ними генетических различий и гетерохроматинизации. Следствием этого является разнообразие образующихся систем половых хромосом.

Глава 4. Эволюция кариотипов лососевых рыб

4.1. Полиплоидное происхождение и предковый кариотип

Полиплоидное происхождение лососевых рыб было предположено Г.Свердсоном (Svärdson, 1945) на основании изучения кариотипов европейских видов: Salmo salar - 2n=60, Salmo trutta, Salvelinus alpinus, Coregonus albula и Coregonus lavaretus - 2n=80, Osmerus eperlanus - 2n=58, Thymallus thymallus - 2n=102. Sa основное число было принято 10 хромосом, а данные виды рассматривались как гекса-, окто- и декаплоиды. Данные о кариотипах других видов показали их большее разнообразие. В сильно измененном виде идея полиплоидии подтвердилась работами С. Оно с коллегами (Ohno et al., 1969; Ohno, 1970; Оно, 1973; и др.), показавшими более, чем двукратное превышение количества ДНК у видов Salmoninae, Coregoninae и Thymallinae по сравнению с видами Osmeridae и Engraul idae. А числа хромосомных плеч в кариотипах Salmoninae (NF=100-104), Coregoninae (NF=100±) и Thymallinae (NF=146±) оказались близки к удвоенному их числу (NF=60±) в кариотипах Osmeridae и Engraul i-dae. Удвоены у тетраплоидных лососевых по сравнению с близкими им диплоидными рыбами и некоторые изоферментные гены (Klose et al., 1968; Алтухов и др., 1972; Allendorf et al., 1975; и др.).

Предполагается, что предковый тетраплоидный кариотип состоял из около 100 акроцентрических хромосом (Simon, 1963; Дорофеева, 1977; Васильев, 1985; Hartley, 1987; и др.), Р.М.Викторовский (1978) допускал наличие в нем метацентрических хромосом. С. Оно

(Ohno, 1970; Оно, 1973) вероятным диплоидным предком Salmoninae и Coregoninae считал рыб, подобных анчоусу Engraulis mordax с кари-отипом из 48 акроцентрических хромосом, а корюшковых Osmeridae, 2n=50±, NF=60±, - диплоидным предком хариусовых Thymallinae.

Эти предположения основаны на упрощенной классификации хромосом предкового кариотипа - мета- либо акроцентрических. Но ка-риотипы современных видов содержат часто разное число субтело-центрических (одноплечих с короткими вторыми плечами) хромосом. Кариотипы хариусов (Thymallinae) помимо большого числа хромосом (2п=98-102) выделяются наличием большого числа таких хромосом и отсутствием границ между субета- и субтелоцентрическими - хромосомами. Т.к. короткие плечи большинства этих хромосом эухроматино-Еые (см. рис. 1), их возникновение объясняют перицентрическими инверсиями акроцентрических хромосом, а кариогип хариусов считают сильно дивергировавшим (Макоедов и др., 1983; Северин, 19856; Hartley, 1987). Различия кариотипов по числу субтелоцентрических хромосом выявлены и в пределах отдельных родов лососевых рыб (Salmoninae): у тихоокеанских лососей Oncorhynchus их число составляет 0-6 или 14-28 (Muramoto et al., 1974; Горшкова, 1978), а у тихоокеанских форелей Parasalmo 2 либо 12-32 (Loudenslager, Thorgaard, 1979), что послужило поводом для предположения о пара-филетическом происхождении рода Oncorhynchus (Горшкова, 1978).

Подобная ситуация обнаружена и в кариотипах вальков Prosopium (Coregoninae) (Фролов, 1995). Кариотип обыкновенного валька P.cylindraceum 2n=78, NF=96. Одноплечих хромосом 30 пар, большинство акроцентрических. У карликового валька P.coulteri 2п=80. Все 27 пар одноплечих хромосом - субтелоцентрические.

' По-видимому, такое наличие/отсутствие субтелоцентрических хромосом в кариотипах видов разных подсемейств отражает общую закономерность эволюции кариотипов лососевых рыб в целом. Большое • число этих хромосом свойственно кариотипам видов наиболее древних среди лососевых филумов - Thymallinae среди других подсемейств, рода Prosopium в подсемействе Coregoninae, ленков Brahymystax и тайменей Hucho в подсемействе Salmoninae. В пределах одного рода (Prosopium, Parasalmo, Oncorhynchus) эти хромосомы характерны для кариотипов рано дивергировавших видов. Вероятно, большое число субтелоцентрических (или субмета-субтелоцентрических) хромосом содержал и предковый кариотип лососевых рыб.

Филогенетически наиболее близки тетраплоидным лососевым, вероятно, семейства Osmeridae и Plecoglossidae, из которых перЕое считается более примитивным и генерализованным (Световидов и др., 1975; Nelson, 1984). У видов этих семейств близкие кариотипы: 2n=54, NF=70 у Osmerus eperlanus (Nygren et al., 1971c), 2n=56, NF=86 у Hypomesus transpacificus (Kitada et al., 1980), 2n=56, NF=78 у H.olidus (Васильев, 1985), 2n=56 у Plecoglossus altivelis (Yamazaki, 1971; Taniguchi et .al., 1986). Все содержат субтело-центрические хромосомы, но у 0. eperlanus и P. altivelis их мало.

В кариотипе Н.transpacificus большинство хромосом, как и у хариусов, субмета-субтелоцентрические, а подсчет числа хромосомных плеч затруднен (их около 72-х). Близок к нему кариотип H.olidus. Более логично рассматривать в качестве возможного диплоидного предка лососевых форму, кариологически подобную не анчоусу с кариотипом 2n=NF=48 состоящим из акроцентрических хромосом (Ohno, 1970; Оно, 1973), а корюшковым Hypomesus с кариотипом 2п=56, NF=?2-78, в котором большинство хромосом имеют короткие вторые плечи. Тогда кариотип тетраплоидного предка лососевых рыб -2n-412, NF«144-156, оказывается чрезвычайно близок кариотипу хариусов, отличаясь от него только числом хромосом.

• Это предположение во многом упрощает рассуждения о дальнейшей эволюции кариотипов лососевых рыб, т.к., в отличие от допущения С.Оно, обосновывает их монофилетическое происхождение, что лучше соответствует представлениям об их филогенетических отношениях; предполагает минимальную среди других лососевых криологическую продвинутость хариусовых рыб, что соответствует представлениям об их эволюционной примитивности; объясняет наличие большого числа субтелоцентрических хромосом в кариотипах рано дезертировавших видов других таксонов; - позволяет отказаться от идеи парафилетического происхождения отдельных таксонов лососевых рыб.

4.2. Направление и механизмы эволюции кариотипов

В кариотипах большинства видов лососевых рыб гораздо меньшее, чем в предполагаемом предковом кариотипе, хромосом и близкое к 100 число хромосомных плеч. Исходя их этого, можно утверждать, что их эволюция шла в сторону уменьшения числа хромосом и числа хромосомных плеч, к изменению резко асимметричного кариотипа на симметричный, что согласуется с мнением большинства исследовате-

лей (Дорофеева, 1977; Викторовский, 1978; Васильев, 1985; и др.).

Кариотипы хариусов (Thymallinae), очень сходны: 2п=98-102, NF=146±, близки к предковому кариотипу и наименее продвинуты среди лососевых рыб. Их кариотип мог возникнуть из предкового путем нескольких робертсоновских транслокаций, уменьшивших число хромосом до 98-102-х, при этом скорость его эволюции была минимальна.

Робертсоновские транслокации и перицентрические инверсии или тандемные транслокации разнообразили кариотипы сиговых рыб Соге-goninae. У вальков Prosopium числа хромосом изменяются от 2п=64 у P.gemmiferum до 2п=82 (80) у P.coulteri, числа хромосомных плеч -от 96-ти у P.cylindraceum до 102-106-х у P.coulteri (Book-e, 1968, 1970, 1974; Фролов, 1995). Робертсоновские транслокации привели к различиям чисел хромосом и у сигов Coregonus - от 2п=58-60 у чира C.nasus до 2п=86 у тугуна C.tugun, а перицентрические инверсии и/или тандемные транслокации к различиям чисел хромосомных плеч от NF=92 до NF=106 у тех же видов (Викторовский, Ермоленко, 1982; Викторовский и др., 1983, Кайданова, 1983, Фролов, 1986а). Следы перестроек типа тандемных транслокаций имеются в некоторых хромосомах сигов в виде интеркалярных ГХР блоков (Фролов, 1986а, 1988, 19906; Jankun et al:, 1995а; Phillips et al., 1996).

В родах лососевых рыб Salmoninae преобладающие механизмы преобразований кариотипов различны. Кариотипы ленков Brachymystax и тайменей Hucho наименее продвинуты - 2n=82-92, NF=110-126 (Kang, Park, 1973; Rab, Liehman, 1982; Викторовский и др., 1985). Признак их ранней дивергенции и примитивности - группа субме-та-субтелоцентрических хромосом. Кариотипы большинства Salmo и Salvelinus близки - 2n=78-80, NF=96-102 и дивергировали незначительно путем робертсоновских транслокаций и перицентрических инверсий или тандемных транслокаций. Результатом тандемных транслокаций являются крупные акроцентрические хромосомы с интеркалярны-ми ГХР блоками в кариотипах -видов обоих родов, а в кариотипе S.salar, 2п=56-58, таких хромосом большинство (Zenzes, Voicules-cu, 1975; Ueda, Ojima, 1983b; Hartley, Home, 1984; и др.). У видов Parasalmo, Oncorhynchus и Parahucho стабильны числа хромосомных плеч (соответственно, NF=104, 106, NF=104 и NF=100), но дивергенция чисел хромосом в результате робертсоновских транслокаций значительна: 2п=56-68 у Parasalmo, 2п=52-74 у Oncorhynchus.

Таким образом, механизмы эволюционных преобразований карио-

типов лососевых рыб едины во всех подсемействах. Основной из них - робертсоновские транслокации. Роль перицентрических инверсий или, что вероятнее, тандемных транслокаций заметна в изменении кариотипов видов некоторых родов, но основная в изменении карио-типов отдельных видов. Эволюция кариотипов лососевых рыб неравномерна, в подсемействах и отдельных родах имеются виды как с примитивными и медленно эволюционировавшими кариотипами, так и с быстро эволюционировавшими и сильно дивергировавшими кариотипами.

4.3. Дивергенция кариотипов сиговых рыб

Подсемейство сиговых Coregoninae - одно из наиболее сложных в систематическом плане среди лососевых рыб, а мнения о числе видов в роде Coregonus и его структуре заметно различаются. Используются и генетические данные для решения систематических проблем сиговых рыб. В настоящее время известны кариотипы 14-ти из 16-ти обитающих на территории России видов подсемейства (см. Фролов, 1991в; Makoedov, 1992) и большинства видов Северной Америки (Воо-ке, 1968; 1974; 1975; Phillips et al., 1996). Однако большинство обзоров, кариологических данных ограничены лишь оценкой разнообразия, степени дивергенции и направлений эволюции кариотипов. Попытки гомологизации и анализа отдельных хромосом и их групп в ка-риотипах разных видов редки (Викторовский и др., 1983). Выявление маркерных хромосом, сходство или различие которых можно использовать для объединения или дифференциации кариотипов, наиболее приемлемо при сравнительном анализе кариотипов большого числа видов.

Маркерные хромосомы в кариотипах сиговых рыб.

В кариотипах сиговых рыб выделяются равноплечие метацентри-ческие (М), неравноплечие субметацентрические (СМ), сильно неравноплечие субтелоцентрические (СТ) и акроцентрические (А) хромосомы. М и А образуют ряды слабо различающихся по размерам хромосом, не идентифицируемых индивидуально. СТ несколько пар, но их число варьирует. СМ наиболее удобны для сравнительного анализа: их число в кариотипах не велико, а различия в размерах и морфологии позволяют их успешно идентифицировать (рис. 6).

У сигов Coregonus четыре или пять пар СМ хромосом. Хромосомы первой пары - саше крупные из двуплечих. Морфологически изменчивы - М или СМ в разных клетках, что обусловлено варьированием размеров ГХР блока в коротких плечах. Хромосомы второй пары -

главные маркеры в карио-типах сигов. Морфологически СМ или СТ с отношением длин плеч 1:3-1:4 и легко идентифицируются. Хромосомы третьей пары морфологически сходны у С.ре1ес1, С.а1Ьи1а, С.Баг-сИпе11а, С.паБиБ и С.ала-и1огшп, отношение длин плеч 1:2. Несколько меньше за счет длины короткого плеча они у С.иэзиг!-епз1з, С.аиЬшппаПз и СЛи^ил, еще меньше у подвидов С.1ауаге1из. Хромосомы четвертой пары морфологически сходны у С. 1.тагаепо1(1ез и С. 1.1и-doga. Также сходны у С. 1.р1дзсЬ1ап и других видов с пятью парами СМ. У видов с четырьмя парами СМ эти хромосомы имеют сходные размеры и СМ-СТ у С.аиЬшппаПэ и СЛидип, но СМ у трех других видов. Хромосомы пятой пары

СМ-СТ у подвидов СЛауагеЬиэ и у С.ре^, но СМ у С.а1Ьи1а, С.за1т11пе11а и С.пагиз. Вероятно, хромосомы наименьшей пары СМ гомеологичны у всех сигов.

Кариотипы Э. 1.пе1та и Р.суПгк1гасеит очень схожи - 2п=76, №=98 у нельмы и 2п=78, №=96 у валька против 2п=80, №=98-102 у большинства сигов. Только одна пара СМ хромосом (первая в карио-типах нельмы и валька и вторая в кариотипах сигов) сходна у видов трех родов. Остальные - одинаковы только у нельмы и валька, отличаясь у них лишь размерами. Из них две пары СМ-СТ: одни равны главным маркерам, другие - саше мелкие среди СМ. СМ третьей пары

ПсШпп □□□□За □ВоБа Оп. .а С.1.р1с1зс1пап 2п-80, №«102

п^ОО 0 а иасшоп ЗАоаВ 00.. С. 1.тагаепо1<Зез 2п=80, ЬТ=102

паа00 ' оасзип □ Ооаа Оо.. С. 1.1ис1оеа 2п=80, №=100

ЯЯпа а а □ВВоо ВО. С.ре1ес) 2п=74, №=9б

йаап □ ООО Шип □о. .о С.а1Ьи1а гп-80, №=98

ОООо 00ОО 0 ° п о ОПШ По. С.загс11пе11а (Г) 2п=80, №=98

0а0 пп §0088 0о. .0 С. пазиэ 2п=58-60, №=92,98

□ □□□о Пап ооВв Оо. „о С. апаи1огит 2п-80, №=98

ОапОп а о В □ □ аПп 0ПО8 Пп. С.иэзшчег^з 2п=78, №-96

а о а о □ □ □ООП И, Оо. С.с(1ас1агу 2п=80, №=98

□ □о „ ооа...оВ 00 8 о 00. С.аиилппаНз 2п=78, №-104

иОайпп ВВПв Оп. СЛидип 2п=8б, №=106

□по ОП Оаа...аа ° н п в ООаО 0о. 3.1.пе1та 2п=7б, №=98

ЯЯ°аа р □ 0 □ о ООВо 00. Р.суПп(1гасеит 2п=78, №-95

Рис. 6. Идиограммы кариотипов сиговых

рыб.

М или СМ, как и СМ хромосомы первой пары в кариотипах сигов.

Дивергенция кариотипов сиговых рыб.

На основании проведенного анализа наиболее логичной представляется следующая схема дивергенции кариотипов (рис. 7):

1) Разделение сиговых рыб на две ветви - Согегопиз с одной стороны и 51епос5из и РгоБор1иш с другой, с последующей независимой эволюцией каждой из них. Из американских Соге^опие

С. lavaretus С. clupeaf orrnia C.peled

С.albala С. sardixiella C.nasus

C.emaulorum C.ussuriensis C.chadaxy

C.autuiarialis C.tugim

C.artedi

"S.l.nelma

4 P. qy lindraceurn

Рис. 7. Дивергенция кариотипов сиговых рыб.

(Phillips et al., 1996) карио-тип С.clupeaformis (2n=80, NF=100) близок (в том числе по набору СМ хромосом) кариотипу C.lavaretus. Кариотипы ряпушек - C.artedii, C.hoyi, C.nigri-pinnis и C.zenithicus, идентичны (2n=80, NF=100) и сходны с кариотипами остальных видов рода только числами хромосом и хромосомных плеч. СМ хромосом в них четыре пары: первая -

саше крупные в кариотипе М-СМ изменчивой, как у остальных сигов, морфологии, три других - СМ-СТ, идентичны таковым кариотипа- нельмы, указывая на их близость.

2) Дивергенция сигов Coregonus (за исключением американских ряпушек) на две ветви - видов с пятью парами СМ хромосом и видов с четырьмя парами СМ хромосом. Виды с пятью парами СМ хромосом объединяет также наличие в кариотипах большинства из них (кроме C.peled и С.clupeaformis) В-хромосом (см раздел 2.5).

3) Дивергенция сигов с пятью парами СМ хромосом на виды, у которых хромосомы пятой пары типичные CM (C.albula, C.sardinella и C.nasus), и виды, у которых хромосомы пятой пары СМ-СТ (C.lavaretus, C.peled и С.clupeaformis).

4) Выделение из сигов с четырьмя парами СМ хромосом двух видов - C.autumnalis и C.tugun, кариотипы которых близки по числу хромосомных плеч и отличны от других сигов рядами СМ хромосом. На основании морфологии СМ хромосом можно предположить их промежуточное положение между нельмой и сигами рода Coregonus.

В пределах групп видов темпы эволюции кариотипов различают-

ся. Сильно продвинуты кариотипы C.peled среди видов с СМ-СТ хромосомами пятой пары и C.nasus среди видов с СМ хромосомами пятой пары, но примитивен кариотип С.tugun среди видов с четырьмя парами СМ хромосом. Кариотипы С.tugun и С.autumnalis выделяются максимальными числами хромосомных плеч. Обособлены от кариотипов остальных сигов и близки нельме кариотипы американских ряпушек.

4.4. Дивергенция и эволюция кариотипов гольцовых рыб

Гольцу рода Salvelinus не менее сложны в систематическом отношении, чем сиги. Их морфологическая и экологическая пластичность являются причиной споров о количестве видов в роде и их филогении. Сторонники разных точек зрения признают от нескольких до более 15 видов гольцов. Заметно различаются и взгляды кариологов на взаимоотношения гольцов. Одни из них, отмечая в кариотипах некоторых гольцов субметацентрические хромосомы с отношением плеч 1:2 и одиночные ЯОР, а в кариотипах других множественные ЯОР, разделяют их на две группы - арктическую и тихоокеанскую (Викто-ровский, 1976, 1978; Frolov, 1995). Другие считают признаками, определяющими порядок дивергенции видов, числа хромосом и хромосомных плеч, предполагая неоднократное увеличение числа ЯОР в ходе эволюции гольцов и их перераспределение в хромосомы других пар (Cavender, Kimura, 1989; Phillips et al., 1989a). Данные о кариотипах северной мальмы S.malma malma, гольца Леванидога S. levani-dovi и гольца Таранца S.taranetzi (Фролов и др., 1997; Фролов, Фролова, 1997; Фролов, в печати), не укладываются в эти схемы и предполагают иной характер дивергенции кариотипов гольцов.

Маркерные признаки кариотипов гольцовых рыб (рис. 8).

1. Число хромосом, 2п, в кариотипах Salvelinus 80-84 либо 76-78, у Salvethymus svetovidovi 2п=56. Более примитивными считаются кариотипы 2п=80-84. Очевидно, в результате робертсоновских транслокаций возможно возникновению идентичных по числу хромосом кариотипов в разных филетических линиях.

2. Изменчивость 2п. 2п стабильно в кариотипах рано диверги-ровавших видов. Дивергировавшие уже от мальмы S.m.malma гольцы оз.Кроноцкого и от арктического гольца S.alpinus гольцы оз.Эльгы-гытгын и голец Таранца S.taranet2i имеют мозаичные кариотипы.

3. Число хромосомных плеч, NF, у гольцов стабильно в пределах видов и форм: NF=100 или NF=96,98. NF=100 считается более

Рис. 8. Идиограммы кариотипов гольцовых рыб. Выделены маркерные хромосомы, указаны 2п и №.

П1ТП-Л

пИ-ЛЛ ЗЛстав "Пптт-Л

Пап-п

Б. игапеЦ! 76-78,98

Б. 1еисотаеп15 84,100*2

НИ ППп-г

нИ ппп-

З.га.сиг|1ия 82,98+2

НШншнк

НИ ППп-п

В. п». кгагсЬеп1пп1Хоу1 82,98+2

НННКннннн

н

ни

|-л

>11 сиз •78,98

76-78,£

т-,

Ппп-п Ппп-п

Э.ш.1пгй1 82,98

З.еЪтуИсиз 76*78.98

ННЯШш

л

Э.т.та1т0гО 78,98

Оле-

нин

"а

З.кгопсхЛиз 78-82,100

ППП-П

Б.аШге 76-80,98

ннн

56,98

ППппппп

л

78-82,98

Н Ппп-п

примитивным. Достоверных данных о полиморфизме № у гольцов нет, у лососевых и сиговых рыб его примеры единичны (см. раздел 2.2).

4. Крупные акроцентрические хромосомы (А) есть в кариотипах Есех видов с №=95,98, кроме Б. 5УеЬоу1с1оу1. Вероятно, они являются результатом тандемной транслокации, приведшей к уменьшению №.

5. Крупные субтелоцентрические хромосомы (ОТ), близкие по размерам А, есть в кариотипах - Б. Гоп^паНБ, Б.пашаусиБЬ, 3.1е-уагискт и Б. ЬагапеЬг!. Их наличие у наиболее древних видов -Б-Гог^лпаПэ и Б.патаусиэЬ, предполагает их примитивность.

6. Субметацентрические хромосомы (СМ) в кариотипах одних видов более крупные, СМ I, отношение длин плеч г=1,7. У других они меньших размеров, СМ II, г=2,0. Вероятно, СМ I - примитивный признак, т.к. они есть в кариотипах рано дивергировавших Б.БУе^-у1с1оу]., Б.пашаусизЬ и Б.Гоп^паПз. Возникновение СМ II можно объяснить делецией части короткого плеча СМ I с ЯОР.

7. ЯОР у одних видов множественные и расположены в крупных М

и СМ, в коротких плечах СТ и в А хромосомах. У других видов -одиночные в паре средних СМ-СТ или крупных СМ хромосом (рис. 9). Множественные ЯОР, вероятно, примитивное состояние признака ввиду тетраплоидного происхождения лососевых рыб, наличия множественных ЯОР у более древних, чем лососевые, сиговых рыб, наиболее примитивных из гольцов и полиплоидных рыб других отрядов.

Рис. 9. Локализация ЯОР в кариотипах гольцов Salvelinus.

НИ llitft ИНм

S. svetcwlcfcwi S. elgytlciB S. toj^nldbe

ШД Unit а НШа

S. a. alpinus S. fcntinalis S.naraycush

rä и ffi uff ffifu I

S. 1еисатееп1з S.m.curilus S.m.miyabei S.m.lordl

S. confluentus S. m. krascteninnikcvi s. taranetzl

Локализация ЯОР в одной паре хромосом объяснима фиксацией наиболее частого варианта ЯОР-несущих хромосом из имеющихся у видов с множественными ЯОР. Наиболее часто ЯОР локализованы в коротких плечах CT хромосом у S.fontinalis, в этих же хромосомах и теломерах А хромосом у S.namaycush и S.levanidovi, но в теломерах крупных М или СМ хромосом у S.svetovidovi, S.a.alpinus, S.a.oqu-assa, S.elgyticus, S.boganidae и S.m.malma. Этому соответствует локализация одиночных ЯОР в СМ-СТ у S.leucomaenis, S.confluentus, S.m.krascheninnikovi и S.m.miyabei, но в крупных СМ у S.alpinus арктического севера Канады, S.taranetzi и S.m.lordi (рис. 8).

8. Крупные ГХР блоки в прицентромерных и теломерных районах большинства хромосом имеются у рано дивергировавших S.svetovidovi, S.namaycush, S.alpinus и, возможно, S.fontinalis. У остальных видов они мелкие прицентромерные.

Большинство примитивных признаков присущи кариотипам S.svetovidovi, S.namaycush, S.fontinalis и S.levanidovi, что согласуется с данными об их ранней дивергенции (Cavender, 1980; Behnke, 1984; Черешнев, Скопец, 1990). У большинства форм наблюдается мозаика примитивных и дивергировавших признаков (табл. 4). Измене-

ние некоторых признаков - 2п, НР, СМ, А, обусловлено случайными хромосомными перестройками, что может приводить к сходным карио-типам в разных филогенетических линиях. Допущение сходной параллельной изменчивости ЯОР, ГХР блоков менее вероятно, и эти признаки рассматриваются как основные маркеры кариотипов гольцов.

Таблица 4

Примитивные (П) и дивергировавшие (Д) состояния признаков кариотипов гольцов

Признак

вид 2п 2п± № А СТ СМ ЯОР« ЯОРл ГХР п/д

Ба1уеЬЬутиз Д п д П д п п п п 6/3

3. ГопМпаПэ П П П п п п п п п? 9/0?

Б.патаусиэЬ П п П П п п п п п 9/0

Б. 1еуатс1оу1 П П П П п п п п д 8/1

Б.а1р1пиз а1р1пиБ Д П д д д п п п п 5/4

3. а.очиазэа п П П 7 о 7 п п 5/-

Б.а1ртиз (СЗТ) Д П Д д п п п 7 4/3

З.е1еу11си5 Д д Д Д д п п п д 3/6

3. Ьо^агис1ае Д д Д д д п п п д 3/6

3.1агапеЬг1 Д д Д д п п д д д 2/7

Б. 1еисотаеп1Б п П П П д д д д д 4/5

3.сопГ1иеп1и5 Д П П П д д д д 7 3/5

5.кгогкхииБ д Д П П д д 7 7 7 2/4

Б.а1Ьи5 д д Д д д д 7 7 Д -/7

Б.БсЬписКл д д Д д д д 7 7 7 -/6

З.та1гла та1ша д п Д д д д п п д 3/6

Б. т. кгазсЬеп1пп1ко'/1 п п Д д д д д д д 2/7

Б.т.сиг11из п П д д д д д д 7 2/6

Б.т.пиуаЬе1 п П д д д д д д д 2/7

Б.ш. 1огсЛ п П д д д п д д д 3/6

В схеме эволюции кариотипов гольцов (рис. 10) отражены как общее направление их изменения в сторону уменьшения 2п и так и изменение числа и локализации ЯОР. Слева расположены виды с одиночными ЯОР, справа - с множественными ЯОР, в нижней части -

виды с преимущественной локализаций ЯОР в СТ хромосомах, в верхней - в СМ хромосомах. Параллельное возникновение в разных линиях сходных признаков допускается для уменьшения 2п, и, возможно, образования СМ II в группе камчатских гольцов, которые осуществляются путем случайных хромосомных перестроек.

й.т. 1от*11 Б^агапеЪг!

82.98 76-78,98 й.а]рк«1Э-СЗТ 78,98

Б.т.кгаасЬеп1ппИю\г1 Б.т.сыгНнз 82.98+? 82.93+2

Рис. 10. Эволюция кариотипов гольцов рода Эа1уе-Ппиз.

Б. Хгисспвеп1л 84,100+2

3.е1еуЧсиз Б.ЬсяоМйае 76-78.98 76-78.98

г.1сл11лв11а Б.нчеЬсгЛкгЛ 84,100+2

56,98

В ней отражены: 1) множественные ЯОР как предковое состояние признака в кариотипах гольцов и замена преобладающей локализации ЯОР в СТ на локализацию в М-СМ хромосомах; 2) закрепление СТ и М-СМ ЯОР-несущих хромосом в линиях гольцов с одиночными ЯОР как отражение функциональной диплоидизации генома; 3) примитивность кариотипов рано дивергировавших видов; 4) общность происхождения

и слабая дивергенция кариотипов южноазиатских гольцов; 5) различия кариотипов форм, объединяемых в рамках полиморфных видов S.malma и S.alpinus; 6) устойчивость групп видов S.fontina-lis-S.namaycush, S.leucomaenis-S.confluentus и S.alpinur (C3T)-S.ni.lordi, близкородственные отношения внутри которых показаны другими генетическими методами (Phillips, Pleyte,' 1991; Phillips, 1994; Phillips et al., 1994).

4.5. Кариология и таксономия лососевых рыб

Значение изучения кариотипов для уточнения родственных связей, таксономического статуса и филогенетических отношений исследуемых форм трудно переоценить. Лососевые рыбы в этом отношении удобный объект в силу значительной дифференциации их кариотипов в большинстве родов. В тех таксонах, систематика которых хорошо разработана, данные о кариотипах обычно хорошо согласуются с выводами морфологов и способствуют выработке более целостных представлений об их родственных связях и филогенетических отношениях.

Иная ситуация в таксономически сложных группах, о статусе форм в которых нет единого мнения. К таким относятся сиги Corego-nus и гольцы Salvelinus. Среди сигов дифференциация кариотипов показана для симпатричных сига-пыжьяна С. l.pidschian (2п=80, NF=102) и сига-востряка C.anaulorum (2n=80, NF=98), статус которого дискутировался (Викторовский и др., 1983; Фролов, 1983). Не менее значительны различия в числах хромосомных плеч кариотипов С.l.pidschian и других подвидов C.lavaretus (см. рис. 6), признаваемых некоторыми морфологами за самостоятельные виды (Китаев, 1983 и др.). Числами хромосомных плеч и наличием добавочных хромосом различаются кариотипы чира C.nasus разных популяций (Викторовский, Ермоленко, 1982; Кайданова, 1983; Фролов, 1986а).

Свидетельством нерешенности многих таксономических проблем гольцов являются дискуссии о числе видов и статусе большинства форм, описание новых видов. Вопрос о статусе форм гольцов наиболее остро стоит в зонах их симпатрии. В одних случаях его решение облегчено морфологической дифференциацией обитающих совместно гольцов, а знание кариотипов способствует лишь уточнению степени их родства. Так была показана кариологическая близость гольцов оз.Эльгыгытгын арктическому гольцу S.alpinus (Глубоковский и др., 1993). У симпатричных в р.Яма гольца Леванидова S.levanidovi и

мальмы З.т.та1та выявлены фиксированные различия кариотипов -2п=80, №=100 и 2п=78, №=98, а число и характер локализации ЯОР предполагают их близость к разным линиям гольцов (Фролов, Фролова, 1997; в печати; см. рис. 10).

В других случаях сходство или различие кариотипов оказывается серьезным аргументом при дифференциации морфологически сходных форм спорного таксономического статуса, как мальмы З.т.та1ша и гольца Таранца ЗЛагапе1г1 на Чукотке. При внешнем сходстве их кариотипов у мальмы он стабилен (2п=78, №=98), с множественными ЯОР, а у гольца Таранца мозаичен (2п=76-78, №=98) и с одиночными ЯОР, что и определяет их место на рис.' 10 (Фролов, в печати).

Наконец, во многих случаях кариотипы позволяют уверено различать формы гольцов, относимые к одному виду. Часто различия их кариотипов сопоставимы или превосходят таковые между признаваемыми видами и являются поводом для уточнения статуса этих форм. Это наглядно проявилось при сравнении кариотипов гольцов, считающихся подвидами или формами мальмы (З.ш.ша1ша, о.гл. кгазсЬеп1пп1коУ1, 5.т.пиуаЬе1, З.т.сигПиэ, З.т. 1огсН) и арктического гольца (З.а.а1р1пи5, З.а.оциаБза, 5.а1р1пиз-СЗТ, Б. 1агапеЬг1), которые различаются на только числами хромосом и хромосомных плеч, но и числом и характером локализации ЯОР (см. рис. 8-10).

В заключение повторим, что случаи фиксированных межпопуляци-онных различий и полиморфизма кариотипов лососевых рыб довольно редки, поэтому различия кариотипов близких форм должны являться поводом к более пристальному их исследован™ другими методами, в том числе и традиционными морфологическими.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показано единство механизмов, лежащих в основе внутривидовой изменчивости и эволюционных преобразований кариотипов лососевых рыб. Основными из них являются робертсоновские и тандемные транслокации хромосом, преобразование ядрышкообразующих районов хромосом и формирование систем гетероморфных половых хромосом. Критический анализ позволил полностью отвергнуть гипотезу о широком распространении у лососевых рыб изменчивости кариотипов, выражающейся в изменчивости числа хромосомных плеч и основанной на элиминации и/или нарасхожденйи отдельных хромосом или их групп.

2. Изменчивость кариотипов, основанная на робертооновских перестройках хромосом, проявляется в виде межпопуляционной изменчивости, полиморфизма и мозаицизма числа хромосом и является основным и широко распространенным типом изменчивости кариотипов сиговых Coregoninae и лососевых Salmoninae рыб. Робертсоновский мозаицизм характерен для молодых видов лососевых рыб, кариотипы более древних видов, как правило, стабильны по числу хромосом.

3. Широко распространена у лососевых рыб изменчивость ядрыш-кообразующих районов хромосом, выражающаяся в варьировании их числа, морфологии и локализации на хромосомах. Она обусловлена изменением транскрипционной активности рибосомальной ДНК и проявляется в разном числе активных блоков ядрышкообразующих районов. В зависимости от характера изменчивости ядрышкообразующие районы хромосом выступают у лососевых рыб в качестве дифференцирующего или интегрирующего маркера, удобного в популяционных, систематических и филогенетических исследованиях.

4. Выявлен редкий у лососевых рыб тип хромосом - добавочные хромосомы и обусловленная их наличием изменчивость кариотипов у сиговых рыб Coregonínae. Она проявляется в виде межпопуляционной изменчивости, полиморфизма и мозаицизма числа и морфологии В-хро-мосом. Основным механизмом возникновения добавочных хромосом у сиговых рыб являются робертсоновские транслокации, сыгравшие определяющую роль в эволюционном преобразовании их кариотипов.

5. Показано разнообразие половых хромосом у лососевых рыб. Выявлены гетероморфные половые хромосомы у двух видов - микижи Parasalmo mykiss (XX-XY) и сибирской ряпушки Coregonus sardinel la (XX-XY1Y2). В филогенезе лососевых рыб дифференциация половых хромосом осуществляется в два этапа. На первом происходит генетическая дифференциация путем закрепления в изоморфных половых хромосомах разных аллелей определяющих пол генов. На втором половые хромосомы дифференцируются морфологически путем хромосомных перестроек - делеций и робертсоновских или тандемных транслокаций половых хромосом на аутосомы. Следствием случайности этих событий является разнообразие образующихся систем половых хромосом.

6. Разработана гипотеза о структуре предкового кариотипа лососевых рыб, согласно которой он состоял не только из большого числа хромосом, но и содержал преимущественно субтелоцентрические хромосомы. Она позволяет объяснить различия структуры кариотипов

хариусовых рыб Thymallinae с одной стороны и сиговых Coregoninae и лососевых Salmoninae рыб с другой, а также возникновение сходных и параллельных различий кариотипов в разных таксонах.

7. Эволюционные преобразования кариотипов лососевых рыб в пределах отдельных таксонов осуществлялись в сторону уменьшения числа хромосом путем робертсоновских транслокаций и незначительного уменьшения числа хромосомных плеч путем перицентрических инверсий или тандемных транслокаций. Единство механизмов эволюционных преобразований кариотипов лососевых.рыб проявляется в виде параллельного (но независимого) возникновения сходных по числу и морфологии хромосом кариотипов в разных таксонах.

8. В эволюции кариотипов сигоеых рыб Coregoninae помимо робертсоновских транслокаций и перицентрических инверсий или тандемных транслокаций большое значение имели структурные перестройки двуплечих (прежде всего субметацентрических) хромосом. Дивергенция кариотипов сигов рода Coregonus по размаху сопоставима с таковой наиболее изменчивых таксонов лососевых рыб Salmoninae.

9.' Эволюционные преобразования кариотипов гольцов рода Salvelinus осуществлялись с незначительными изменениями числа и морфологии хромосом. Их дивергенция сопровождалась значительными структурными изменениями ядрышкообразующих и гетерохроматиновых районов хромосом. Признаки эволюционной продвинутости кариотипов гольцов - малые числа хромосом и хромосомных плеч, одиночные ядрышкообразующих районы и малое количество гетерохроматина.

10. Темпы морфологической, наркологической и молекулярной эволюции лососевых рыб часто очень неравномерны. Кариологический анализ высоко эффективен при дифференциации видов и внутривидовых форм в морфологически лабильных и сложных в систематическом отношении таксонах лососевых рыб (таких, как сиги Coregonus и гольцы Salvelinus) и должен использоваться при уточнении их таксономического статуса.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Фролов C.B. Исследование кариотипа микижи методом дифференциального окрашивания хромосом J J Биол. моря. 1981. N 6. С.73-75.

Z. Викторовский P.M., Ермоленко Л.Н., Макоедов А.Н., Фролов C.B.

Сравнительная кариология, биохимическая генетика и эволюция лососевых // Морфол., структура популяций и пробл. рацион, ис-пользов. лососевид. рыб. Л.: Наука, 1983. С.31.

3. Макоедов А.Н., Фролов C.B., Шевчишин A.A. Некоторые вопросы кариологической эволюции хариусовых рыб // Биологические проблемы Севера: Тез. X Всесоюз. симпоз. Магадан: ДВНЦ АН СССР, 1983. С. 192-193.

4. Викторовский P.M., Ермоленко Л.Н., Макоедов А.Н., Фролов C.B., Шевчишин A.A. Дивергенция кариотипов сигов // Цитология. 1983. Т.25, N 11. С.1309-1315.

5. Фролов C.B. Добавочные хромосомы в кариотипе чира // Цитология. 1986. Т.28, N 2. С.215-218.

6. Фролов C.B. Полиморфизм и мозаицизм по добавочным хромосомам у сибирской ряпушки // Цитология. 1986. Т.28, N 7. С.740-744.

7. Фролов C.B. Полиморфизм ядрышкообразукнцих районов хромосом ки- ' жуча // Биолог, ресурсы шельфа, из рацион, исподьз. и охрана: Тез. докл. 3 Регион, конф. мол. уч. и спец. Дальнего Востока. Южно-Сахалинск, 1986. С.69.

8. Фролов C.B. Применение методов дифференциального окрашивания хромосом в цитогенетике лососевых // 5 Съезд Всес. о-ва генет. и селекц. им. Н.И.Вавилова: Тез. докл. М., 1987. Ч.З. С.222.

9. Фролов C.B. Природа хромосомного полиморфизма у лососевых рыб // Соврем, состояние исслед. лососевидн. рыб: Тез. III Всесоюз. совещ. по лососевидн. рыбам. Тольятти, 1988. С.345-346.

10. Фролов C.B. Дифференциация половых хромосом у лососевых рыб.

1. Кариотип и половые хромосомы микижи Parasalmo mykiss // Цитология. 1989. Т.31, N 11. С.1391-1394.

11. Фролов C.B. Дифференциация половых хромосом у лососевых рыб.

2. Кариотип и половые хромосомы нерки Oncorhynchus nerka // Цитология. 1990. Т.32, N 5. С.509-514.

12. Фролов C.B. Дифференциация половых хромосом у лососевых рыб.

3. Множественные половые хромосомы сибирской ряпушки Corego-nus sardinélla // Цитология. 1990. T.32, N 6. С.659-663.

13. Фролов C.B. Механизмы дифференциации половых хромосом у лососевых рыб // Биология моря. 1991. N 5. С.3-17.

14. Фролов C.B. Некоторые моменты эволюции кариотипов сиговых рыб // Биологические проблемы Севера. Современные проблемы сиговых рыб. Владивосток: ДВ0 РАН, 1991. 4.1. С.91-101.

15. Фролов С. В. Кариогшш кун деки Salvelinus leucomaenis (Pallas) и белого гольца S.albus Glubokovsky из бассейна реки Камчатки // Биология гольцов Дальнего Востока. Владивосток: ДВО РАН, 1991. С.103-111.

16. Фролов С.В., Максимович А.А. Анализ кариотипа гибридов горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) и симы O.masou (Brevoort) // Генетика. 1992. Т.28, N 6, G. 129-135.

17. Frolov S.V. Some aspects of karyotype evolution in Coregoni-nae // Pol. Arch. Hydrobiol. 1992. V.39, N 3-4. P. 509-515.

18. Frolov S.V. Karyotype of Stenodus leucichthys nelma from Anadyr' River // CIS. 1992. N 52. P. 11-12.

19. Frolov S.V., Miller I.N. Karyotypes of Salvelinus malma and S. leucomaenis from North Primorye // CIS. 1992. N 52. P.12-14.

20. Frolov S.V. Karyotype and chromosomal variability in smallmo-uth char, Salvelinus elgyticus, from Lake Elgygytgyn // J. Ichthyol. 1992. V.32, N 1. P.61-66.

21. Глубоковский M.К., Фролов C.B., Ефремов В.В., Рыбникова И.Г., Катугин О.Н. Филогенетические связи и систематика гольцовых рыб озера Эльгыгытгын // Биологические проблемы Севера. Природа впадины озера Эльгыгытгын (проблемы изучения и охраны). Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1993. С. 149-177.

22. Фролов С.В. Чрезвычайно своеобразный кариотип эндемичной гольцовой рыбы Salvethymus svetovidovi // Доклады РАН. 1993. Т.329, N 3. С.363-364.

23. Frolov S.V. Unique karyotype and constitutive heterochromatin in the endemic salmonine fish Salvethymus svetovidovi // J. Ichthyol. 1993. V.33, N 6. P.42-49.

24. Фролов C.B. Изменчивость кариотипа боганидской палии, Salvelinus boganidae, Berg озера Эльгыгытгын // Генетика. 1994. Т.30, N 2. С.261-264.

25. Фролов С. В. Сравнительная кариология лососевых рыб озера Эльгыгытгын // Систематика, биология и биотехника разведения лососевых рыб: Матер. Пятого Всерос. Совещ. С-П.: ГосНИОРХ, 1994. С.203-204.

26. Фролов С.В., Скурихина Л.А- Анализ кариотипов и ядерной ДНК двух видов вальков (род Prosopium) // Биология и биотехника разведения сиговых рыб: Матер. Пятого Всерос. Совещ. С-П.:

ГосНИОРХ, 1994. С.155-156.

27. Glubokovsky М. К., Frolov S.V. Phylogenetic relationships and classification of chars of Lake El'gygytgyn // J. Ichthyol. 1994. V. 34, N 4. P. 128-147.

28. Frolov S.V., Miller I.N. Karyotype uniformity in Salvelinus leucomaenis // CIS. 1994. N 57. P. 14-17.

29. Frolov S.V. Karyologist's view on North Pacific chars arid whitefishes taxonomy // Bridges of science between North America and the Russian Far East: Proc. 45th Arctic Sci. Conf., 1994. P.107-111.

30. Фролов С.В. Ядрышкообразующие районы хромосом как маркер популяций симы Oncorhynchus masou (Brevoort) // Генетика. 1995. Т. 31, N 6. С.833-838.

31. Frolov S.V. Karyological differences of chars from Arctic and Pacific basins // 75th Annual Meeting Amer. Soc. Ichthyol. Herpetol. Abstr. June 15-19, 1995. Edmonton, Canada, 1995. P. 105-106.

32. Фролов С. В. Субтелоцентрические хромосомы и дивергенция таксонов лососевых рыб // Докл. РАН. 1995. Т.345, N 2. С.283-286.

33. Frolov S.V. Comparative karyology and karyotype evolution of chars // J. Ichthyol. 1995. V.35, N 8. P.14-23.

34. Омельченко B.T., Политов Д.В., Салменкова E.A., Малинина Т.В., Фролов С.В. Генетическая дифференциация симпатричных гольцов рода Salvelinus реки Яма // Генетика. 1996. Т. 32, N 11. С.1562-1568.

35. Фролов С.В., Фролова В.Н., Молодиченко А.В. Кариотип мальмы Salvelinus malma (Walbaum) реки Яма и таксономический статус северной и южной мальмы // Биол. моря. 1997. N 5. С. 309-313.

36. Фролов С.В., Фролова В.Н. Кариологическая дифференциация гольца Леванидова Salvelinus levanidovi Chereshnev, Skopetz, Gudkov и мальмы S.malma (Walbaum) реки Яма // Биол. моря. 1997. N 6. С.