Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Молекулярно-цитогенетический анализ ключевых событий мейоза у ржи Secale cereale L.
ВАК РФ 03.02.07, Генетика
Автореферат диссертации по теме "Молекулярно-цитогенетический анализ ключевых событий мейоза у ржи Secale cereale L."
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
(Ъ
МИХАЙЛОВА Елена Игоревна
Молекулярно-цитогенетический анализ ключевых событий мейоза у ржи Беса1е сегеа1е Ь.
Специальность: 03.02.07 - Генетика
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук
1
А ИЮП 2011
Санкт Петербург 2011
4851534
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете на кафедре генетики и селекции.
Научный консультант: доктор биологических наук
Виктор Георгиевич Смирнов
Санкт-Петербургский государственный университет
Официальные оппоненты: доктор биологических наук
Екатерина Дмитриевна Бадаева Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, г. Москва
доктор биологических наук Елена Романовна Гагинская, профессор каф. цитологии и гистологии Санкт-Петербургского государственного университета
доктор биологических наук Александр Викентьевич Родионов, профессор, заведующий лабораторией Ботанического института РАН, г. Санкт-Петербург
Ведущее учреждение: Московский государственный университет
им. М.В. Ломоносова
Защита состоится на заседании
совета Д 212.232.12 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9. Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и селекции, ауд. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М.Горького Санкт-Петербургского государственного университета
Автореферат разослан 30
Учёный секретарь диссертационного совета
д. б. я. Л. А. Мамон
Введение
Актуальность проблемы. Мейоз является центральным событием жизненного цикла эукариотических организмов, размножающихся половым путем, которое инициирует переход от диплоидной к гаплоидной фазе развития, то есть создает необходимые предпосылки для образования гамет. Правильность мейоза обеспечивает фертильносгь и возможность успешного полового воспроизведения. Для редукционного деления в мейозе необходима тесная ассоциация гомологичных хромосом в профазе I мейоза. Взаимодействия гомологов, такие как попарное их выравнивание, спаривание, синапсис, то есть образование трехполосой белковой структуры синаптонемного комплекса (CK) между гомологичными хромосомами, и рекомбинация являются необходимыми для сегрегации гомологов и сопровождаются серией координированных параллельных событий реорганизации хромосом. Понимание регуляции генетического контроля мейотического деления продвинулось вперед за последнее десятилетие благодаря использованию молекулярной генетики применительно к генетическим моделям (на основе мейотических мутантов) в сочетании с их цитологическим изучением. Наибольшие усилия были сосредоточены на нескольких модельных объектах: Saccharomyces cerevisiae, Sordaria macrospora, Coprinus cinereus, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Arabidopsis thaliana, Zca mays. Одним из стимулов этих параллельных исследований было установление сходства и различий в регуляции мейоза у различных эукариотических организмов (Loidl, 1990). Недавние молекулярно-генетические исследования выявили у разных видов много типов вариаций в мейотическом процессе, который ранее считался высоко консервативным (Zickler, Kleckner. 1998; 1999; Shaw, Moore, 1998; Walker, Hawley, 2000; Burgess, 2002; Page, Hawley, 2004; Higgins et al, 2004; Gerton, Hawley, 2005). Детали и особенности взаимодействия хромосом удалось охарактеризовать в результате анализа ряда мутаций по генам, контролирующим процессы рекомбинации и синапсиса (Noriomura et al., 2006; Sanchez-Moran et al. 2007; Yu et al., 2010). У разных организмов выявлены мутации, вызывающие негомологичный синапсис наряду с гомологичным (Nairz, Klein, 1997; Gerecke, Zolan, 2000; Tsubouchi, Roeder, 2002), часть из которых затрагивает гены, кодирующие белки CK (Higgins et al., 2005).
Анализ генетического контроля хода мейоза у организмов, находящихся на разных уровнях эволюционного развития, позволил вычленить ключевые этапы мейоза. Однако до настоящего времени нет ни одного объекта, у которого удалось бы детально изучить реализацию всех этапов. Результатом исследований сходных по проявлению наследственных нарушений мейоза у разных видов растений, животных и грибов явилось создание концепции универсальности генетического контроля мейоза. С другой стороны, результаты исследований последних пятнадцати лет показали, что этапы мейоза находятся под независимым генетическим контролем, и полный их спектр не является абсолютно необходимым для успешного осуществления этого процесса у каждого
конкретного вида. Кроме того, может быть различна последовательность событий мейоза.
Изучение генетического контроля и молекулярных механизмов регуляции мейоза у ржи проводится с использованием оригинальной «Петергофской» коллекции спонтанных мейотических мугантов лаборатории генетики растений СПбГУ. На основе этой коллекции создана модель для изучения предмейотической доменной организации ядра, гомологичного спаривания и компактизации мейотических хромосом, а также проявления генов, контролирующих молекулярные процессы, связанные с осуществлением рекомбинации и синапсиса. Проведение генетического анализа позволяет выяснить закономерности наследования, межгенных и межаллельных взаимодействий мейотических генов и их хромосомную локализацию, с дальним прицелом на последующее выделение и клонирование генов, контролирующих мейоз. Порядок включения генов синапсиса в процесс мейоза устанавливают на основании фенотипа двойных мутантов, а также реализации ключевых этапов мейоза у ржи. Другая часть исследований направлена на изучение проявления мутантных генов на различных стадиях мейотического цикла для выявления самого раннего дефекта, вызываемого мутантными аллелями, с использованием методов молекулярной цитогенетики.
Цель работы - сформировать представления о генетическом контроле ключевых событий мейоза, последовательности их осуществления, а также об иерархии связей между ними у ржи Seeale cereale L. на основании изучения генетической коллекции мейотических мутантов; выявить признаки универсальности и специфичности этих событий, а также связь событий мейоза с особенностями организации генома у эволюционно различных видов растений.
Задачи:
1) Изучить зависимость между предсинаптическими событиями, а именно передислокациями центромерных (прицентромерных) и теломерных (субтеломерных) доменов хромосом в предмейотической интерфазе и в профазе I мейоза, и синапсисом у ржи.
2) Получить данные об осуществлении рекомбинационных событий у ржи и у ее синаптических мутантов путем имм^тсоцитохического выявления белков рекомбинации RAD51 и DMC1, секвенирования контролирующих их генов и изучения расположения мейотических (рекомбинационных) узелков на CK.
3) Изучить зависимость между взаимодействием хромосом, хиазмообразованием и интерференцией в мейозе при снятии контроля над гомологичностью синапсиса у ржи, вызванного десинаптической мутацией sylO.
4) Выяснить связан ли индискриминаитный синапсис хромосом ржи с их предсинаптическим расположением в предмейотической интерфазе и ранней профазе I, использовав в качестве модели мутанты phlb ржано-пшеничных дополненных линий.
5) Для выяснения особенностей взаимодействия генов синапсиса изучить иммуноцитохимическую локализацию белков CK в мейоцитах ржи дикого типа, у одиночных и двойных мутантов.
Научная иовизна. Данная работа является первым комплексным молекулярно-цитогенетлческим исследованием ключевых событий мейоза у ржи Seeale cereale L., организма, который характеризуется низкой плотностью генетических карт и низким процентом кодирующих последовательностей относительно размера генома. Впервые проведено изучение расположения прнцонтромерпых и субтеломерных доменов хромосом у синаптических мутантов ржи методом флуоресцентной гибридизации ДНК-ДНК in situ и установлено, на примере асинаптического мутанта sy9, что кластеризация этих доменов не является предпосылкой правильного сшгапсиса у ржи. Впервые показано, что отсутствие синапсиса у одного и того же асинаптического мутанта syl может быть связано как с нарушением кластеризации прицентромерных и субтеломерных доменов хромосом, так и с отсутствием рекомбиногенных белков Rad51/Dmcl в профазе I мейоза, которое на данном этапе установлено иммуноцитохимически. Показана ассоциация доменов гомологичных хромосом ржи в предмейотической интерфазе у дополненной ржано-пшеничной линии, показано нарушение такой ассоциации под влиянием мутации локуса Phi. Впервые для нормальных и мутантных растений ржи клонированы и секвенированы последовательности, гомологичные генам RAD51 и DMC1, проведена иммуноцитохимическая локализация мейотических белков Rad51 и Dmcl, Asyl и Zypl, ортологичных соответствующим белкам S. cerevisiae, А. thaliana, Lycopersicon esculentim, сопоставлены нарушения в поведении хромосом у мутантов и наличие у них дефектных белков. Полученные данные позволяют сделать важные биологические обобщения относительно универсальности механизмов мейоза и вычленить специфические элементы реализации генетического контроля этого процесса у ржи Seeale cereale L.
Теоретическое и практическое значение работы.
Совокупность данных, представленных в наших работах и в работах других авторов, позволяет утверждать, что результаты, полученные на разных мутационных системах при изучении мейоза оказались в некотором противоречии с принципом универсальности, характеризующим процесс данного деления ядер и клеток. Таким образом, исключительно возросла актуальность всестороннего изучения всех ключевых этапов мейоза на каждом изучаемом объекте.
Геном ржи велик, в 64 раза больше генома арабидопсиса, и избыточен, только 1% его составляют кодирующие последовательности. Поскольку, осуществить секвенирование генома ржи, в ближайшем будущем не удастся, то единственно возможной стратегией на ржи является составление фенотипических портретов спонтанных мутантов, и детальное сравнение их с фенотипами мутантов по известным генам, например дрожжей и арабидопсиса. Основой такого подхода являются Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова и методы обратной геномики и протеомики. Последнее, в наших исследованиях, осуществлено при использовании иммуноцитохимического подхода и уникальной генетической коллекции мейотических мутантов ржи Seeale cereale L. в качестве мутационной модели.
Приведенные ниже результаты призваны продемонстрировать успехи развития и перспективы дальнейшего использования коллекции мей-мутантов
ржи, для выяснения механизмов мейоза у этого ценного, в хозяйственном отношении злака. Рожь Seeale cereale L. особо важна как культурное растение в условиях Северо-Запада. Кроме того, рожь является родственником пшеницы -одного из самых древних культивируемых растений, значение которого для Европейской цивилизации трудно переоценить. По уровню финансирования научных исследований пшеница стоит на третьем месте после риса и ячменя. Селекционеры постоянно работают над созданием новых сортов пшениц, используя в том числе и рожь в качестве донора генов, контролирующих устойчивость к разнообразным неблагоприятным факторам окружающей среды. На этом пути стоит рекомбинационный барьер, преодолеть который возможно индукцией гомеологичной рекомбинации, в частности путем введения генов, кодирующих рекомбиногенные белки. Осознание молекулярных механизмов рекомбинации, в том числе и между чужеродными хромосомами, откроет возможности для направленного переноса генов, увеличения генетической изменчивости за счет рекомбинации между неродственными геномами и повышения эффективности селекции хлебных злаков.
Основные положения выносимые на защиту: Сравнительно-генетический подход и использование цитогенетической модели - оригинальной «Петергофской» коллекции мейотических мутантов ржи S. cereale L. в молекулярно-биологических экспериментах позволило выявить элементы консервативности и специфичности в реализации генетического контроля следующих ключевых этапов мейоза у ржи: кластеризации теломерных и центромерных доменов хромосом, рекомбинации, сборки CK.
• Консервативность рекомбиногенных белков Rad51 и Dmcl, гомологичных двум доменам одного белка RecA кишечной палочки Esherichia coli, позволила нам амплифицировать и клонировать фрагменты ортологичных генов ржи, а консервативность устройства эпитопов этих белков - применить методы иммуноцитохимии и локализовать их с использованием антител к ортологичным белкам томатов на хроматине в мейозе у ржи дикого типа и у двух ее синаптических мутантов: асинаптика sy9 и десинаптика sylO.
• Успешность иммуноцитохимической локализации белков синапсиса Asyl и Zypl у ржи с использованием антител к ортологичным белкам арабидопсиса свидетельствует в пользу консервативности третичной структуры этих белков в районах эпитопов у отдельных представителей покрытосеменных растений, относящихся к разным классам, а именно к классам однодольных и двудольных.
• Предложена гипотеза об иерархии связей между отдельными ключевыми событиями мейоза у ржи: кластеризация теломерных и центромерных доменов хромосом, а также правильная конденсация хромосом в ядрах микроспороцитов ржи на стадиях предмейотической интерфазы-профазы I, обеспечивают успешное осуществление ранних событий рекомбинации. События, связанные с инициацией и успешностью сборки линейных треков белка Asyl, являются определяющими для завершения рекомбинации, но не для ее инициации. Сборка трехполосой структуры CK также необходима для завершения рекомбинации и обеспечивается белком отличным от Zypl. >
Экспериментальным обоснованием предложенной концепции являются следующие результаты.
У ржи, как и у пшеницы, кластеризация теломерных доменов хромосом приурочена к переходу от предмейотической интерфазы к мейозу и происходит раньше, по сравнению с другими видами (например кукурузой), у которых она ассоциируется с началом синапсиса. Более того, формирование «раннего кластера» указанных доменов у ржи не является обязательной предпосылкой регулярного синапсиса, поскольку оно не нарушено ни у асинаптического мутанта sy9, ни у десинапгического мутанта sylO.
Продукт гена SY9 участвует в сборке линейных трактов белка Asyl. Мутация sy9 нарушает этот процесс, но не сопровождается нарушениями ни в формировании «раннего кластера», ни в образовании промежуточных продуктов рекомбинации, связанных с участием рекомбиногенных белков Rad51/Dmcl. С другой стороны, дефект «раннего кластера» и сопряженный с этим блок рекомбинации на этапе взаимодействия ДНК с белками Rad51 и Dmcl не сопряжены с нарушением сборки линейных трактов белка Asyl. Об этом свидетельствует сборка протяженных осей, образованных белком Asyl, а также отсутствие иммуноцитохимического сигнала, соответствующего белкам Rad51 и Dmcl, у асинаптического мутанта syl. Выявленный нами эпистаз гена SY9, над геном SY1, свидетельствует в пользу того, что ген SY9 действует в мейозе раньше, чем SY1, что, в свою очередь, явно указывает на независимость ранних событий рекомбинации на уровне ДНК от начальных этапов синапсиса.
Сборка белков Asyl и Zypl на осях мейотических хромосом начинается у ржи до формирования «ранних кластеров», то есть в предмейотической интерфазе, с образования обособленных друг от друга точечных дисперсных центров, которые преобразуются в ранней профазе I в обособленные друг от друга линейные тракты. Характер сборки белков Asyl и Zypl на осях мейотических хромосом отличает рожь от арабидопсиса, риса и кукурузы.
Белки Asyl и Zypl в изобилии присутствуют на мейотических хромосомах у мутанта sylO, образуя двухполосые линейные треки. При этом сборка CK осуществляется индискриминантным образом, то есть имеются переключения с гомологичного партнера спаривания хромосом на негомологичный, а в рекомбинацию вовлечены как гомологичные хромосомы, так и негомологичные. Ген SY10, по-видимому, кодирует белок, необходимый для соединения двухполосых треков Asyl Zypl в трехполосую структуру CK. Роль этого белка может заключаться в завершении рекомбинации по гомологичному и/или негомологичному сценарию.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на следующих отечественных и международных конгрессах, конференциях, симпозиумах, совещаниях и школах: V-м съезде Всесоюзного Общества генетиков и селекционеров им.Н.И.Вавилова (Москва, 1987); III Всесоюзной конференции по генетике и цитологии мейоза (Новосибирск, 1990); XI Международном симпозиуме по эмбриологии и семенной репродукции (Санкт Петербург , 1992); XII Конгрессе EUCARPIA (Анже, Франция, 1992); 11-ом совещании "Изогенные
линии и генетические коллекции" (Новосибирск, 1993); XVII Международном генетическом конгрессе (Бирмингем, Великобритания, 1993); IV Хромосомной конференции в Кью (Ричмонд, Великобритания, 1994); I, II, III, V съездах Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Саратов, 1994; Санкт-Петербург, 2000; Москва, 2004; 2009): 12-й Международной хромосомной конференции, (Мадрид, Испания, 1995); 3-й, 6-й, 7-й Европейских конференциях по мейозу (Вагенинген, Нидерланды, 1997; Обертраун, Австрия, 2003; Сан Лоренцо де Эль Эскориал, Мадрид, Испания, 2005); Ежегодных совещаниях Общества экспериментальной биологии (SEB UK) Великобритании (Секция: Мейоз и рекомбинация, Йорк, Великобритания, 1998; Секция: Мейоз, Кентербери, Великобритания, 2001); 2-й Европейской конференции rio цитогенетике (Вена, Австрия, 1999); Всероссийском симпозиуме "Клеточная биология на пороге XXI века" (Санкт-Петербург, 2000); 14-й Международной хромосомной конференции (Вюрцбург, Германия, 2001); Всероссийском совещании "Актуальные проблемы генетики" (Москва, 2003); Международном симпозиуме по проблемам мейоза (Санкт-Петербург, 2003); V Международном совещании и Школе молодых ученых по кариологии, кариосисгематике и молекулярной систематике растений (Санкт-Петербург, 2005), Совместном совещании Биохимического и Генетического Обществ Великобритании «Мейоз и последствия рекомбинации» (Уорик, Великобритания, 2006); 2-м Конгрессе Междунароного общества по цитогенетике и изучению геномов (Кентербери, Великобритания, 2006); EUCARPIA - Международном симпозиуме по селекции и генетике ржи (Гросс-Люзевиц, Германия, 2006); II Вавиловской Международной конференции (Санкт-Петербург, 2007); Международной конференции «Хромосома 2009» (Новосибирск, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 73 печатные работы, из них 27 в сборниках и ведущих международных и отечественных научных журналах, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 288 страницах, включая 42 рисунка, 17 таблиц, список литературы, содержащий 410 ссылок. Диссертация состоит из введения, семи глав, в шесть из которых включены материалы и методы, заключения и выводов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
Синаптические мутанты поддерживают в инбредных популяциях озимой ржи (Secale cereale L; 2«=2х=14). Гомозиготные по синаптическим мутациям растения выщепляются в самоопыленных потомствах гетерозигот и идентифицированы на основании цитологического изучения мейоза. В качестве контроля использованы растения дикого типа, выщепившиеся в тех же семьях, что и мутанты, но характеризовавшиеся большим числом бивалентов в Ml.
В работе использованы следующие линии и гибриды:
Стерильный асинаптический мутант sy l выделен из сорнополевой ржи из Закавказья Secale cereale ssp. segetale (2и==2х=14) в потомстве F2 от скрещивания
одного растения популяции с автофертильной линией Ф-1а (Соснихина и др., 1989, Sosnikhina et al., 1992).
Стерильный асинаптнческий мутант sy9 выделен из сортовой популяции Вятка в инбредном потомстве F2 от скрещивания одного растения этой популяции с автофертильной линией Ку-2/63 (Соснихина и др. 1998).
Спонтанная мутация sylO синаптического гена озимой ржи S. cereale L. была изначально выделена в 1985 году в потомстве от самоопыления гибрида Fi, полученного от скрещивания индивидуального растения сорнополевой ржи из Закавказья с автофертильной линией Ку-2/63 (Соснихина и др., 1994а, б). Расщепляющиеся по sylO инбредные популяции, использованные в данном исследовании, происходили от единственного растения, выращенного и самоопыленного в Петергофе на экспериментальном поле, и представляли собой третье поколение инбридинга после промежуточного скрещивания одного растения линии-носителя мутации sylO с Secale kuprijanovii Grossh. et Nevski, которая, по современным представлениям, рассматривается как подвид S. strictum С. Presl. subsp. kuprijanovii (Grossh. et Nevski) K. Hammer. Для выравнивания условий роста и цветения, малые выборки семян из семей, расщепляющихся по sylO, начиная с 2004 года выращивали в Абериствисе, Уэльс, в контролируемых условиях. Трех-дневные проростки подвергали искуственной яровизации в течение 40 дней в темноте при температуре 0°С в холодильнике. После обработки холодом проростки высаживали в вазоны и выращивали до взрослого состояния в теплице, в условиях 16 часового освещения с интенсивностью 60 ммол/м2/сек при температуре 15°С днем и 10°С ночью.
Образец К-11575 яровой ржи Школьная HI, характеризующийся доминантной короткостебельностью из коллекции ВИР им. Н.И.Вавилова, также выращивали на регулярной основе при тех же условиях. Яровая рожь, не требующая яровизации, была дополнительным источником контрольных растений дикого типа, использованных для изучения мейоза.
Зафиксированные пыльники ржано-пшеничных дополненных линий 5RL, гомозиготных по доминантным и рецессивным аллелям локуса Phlb, получены нами от Т. Наранхо (Т. Naranjo, Испания).
Для перевода «Петергофской» коллекции мейотических мутантов ржи на яровую основу нами были получены гибриды от скрещивания линий озимых, расщепляющихся по мутации syl, с яровыми. В качестве доноров яровости были использованы линии N91404-1 и N83547-1 из коллекции Япа Сибенги (J. Sybenga, Нидерланды), условно названные нами Яровая 1 и Яровая 10 соответственно.
Методы
В работе были использованы следующие методы:
гибридологического анализа при изучении наследования мутаций, взаимодействия генов, проведении картирования мейотических мутантов и перевода их с озимой на яровую основу;
цитологические, а именно ДНК-ДНК гибридизации in situ на хромосомах со специфичными зондами ДНК (FISH) и с фрагментированной геномной ДНК (GISH), конъюгированными с флуорохромами, при изучении ранних событий
мейоза и передислокации доменов хромосом у ржи дикого типа и у мутантов syl, sy9 и syl 0, у дополненных ржано-пшеничных линий, мутантов phlb по сравнению с растениями дикого типа, а также хиазмообразования у мутантов ржи sylO;
иммуноцитохимии для выявления in situ белков ржи, ортологичных белкам рекомбинации Rad51 и Dmcl томатов, а также белкам синапсиса Asyl и Zypl арабидопсиса;
молекулярно-биологические: Вестерн-блот гибридизации; выделения тотальной и матричных РНК, ПЦР (полимеразная цепная реакция), ОТ-ПЦР (по матрице, полученной в результате обратной транскрипции мРНК), секвенирования фрагментов ДНК; клонирования фрагментов ДНК, трансформации бактериальных клеток.
Автор выражает благодарность всем, кто сделал возможным выполнение данной работы.
Уникальная «Петергофская» генетическая коллекция мейотических мутантов ржи создана С.П.Соснихиной и использована при проведении совместных исследований;
Антитела к рекомбиногенным белкам Rad51 и Dmcl томатов получены от C.Heyting (Нидерланды); Антитела к белкам синапсиса Asyl и Zypl арабидопсиса получены от C.Franklin, G.Jones (Бирмингем, Великобритания). Спредирование CK синаптических мутантов ржи проводилось с участием сотрудников группы Ю.Ф. Богданова (ИОГен им.Н.И.Вавилова РАН), Г. Дженкинса (GJenkins, Университет Абериствиса, Великобритания). Автор признателен Е.Р. Гагинской и коллективу ЦКП "Хромас" за помощь в проведении исследований с использованием конфокального микроскопа, а также И.Н. Голубовской и Л.П.Тимофеевой за обмен опытом в осуществлении ЗО-микроскопии.
Спредирование CK методом центрифугирования в градиенте сахарозы и агарфильтрации осуществлено благодаря консультированию и материальной поддержке со стороны сотрудников Университета штата Колорадо (Форт Коллинз, США) L.Anderson и S.Stack.
Теоретическую и практическую помощь при проведении амплификации, клонирования генов RAD51/DMC1, а также в процессе анализа их первичной структуры оказали Ch. Cook (Великобритания), В.Н.Куликов и Т.Ф.Андреева (Санкт-Петербург). Эксперименты с использованием молекулярных маркеров, сцепленных с синаптическими мутациями, проводили совместно с Т.В. Долматович, C.B. Малышевым (Институт генетики и цитологии HAH Беларуси).
Автор приносит благодарность коллегам: С.П.Соснихиной, В.Г.Смирнову, Г.А.Кирилловой, А.В.Войлокову, Н.С.Немцовой, Х.де Йонгу (H. de Jong), Я.Веннекес-ван Еден (J. Wennekes-van Eden), К.Хейтинг (C.Heyting), Х.Оффенбергу (H.Offenberg), ДАндерсон (L.Anderson), С.Стеку (S.Stack), Т.Лангдону (T.Langdon), Г.Дженкинсу (G.Jenkins), Р.Н.Джонсу (R.N.Jones) и ученикам: З.И.Лоскутовой, О.А.Осиной, А.С.Антонову, А.В.Толкачевой (Ловцюс), O.A. Тихолиз, Д.Филлипсу (D.Phillips), принимавшим участие в данной работе, что отражено в публикациях.
Результаты и обсуждение.
Генетическая коллекция ржи Seeale cereale L. - модель для изучения мейоза у организмов с большим геномом.
Секвенирование геномов и создание генетических моделей способствовали выявлению гомологии ключевых генов мейоза у разных организмов. Это подтвердило консерватизм отдельных этапов мейоза и позволило осуществлять сравнительные геномные и протеомные исследования, в том числе с использованием организмов с большими геномами и с низкой плотностью генетических карт, каковым является рожь.
Рожь, является представителем семейства Роасеае, которое включает в себя также пшеницу, овес, ячмень, кукурузу и рис. Со своим ближайшим филогенетическим родственником, таким как пшеница, рожь хорошо скрещивается, образует стабильные амфидиплоиды, а также имеет гомологичные ряды наследственной изменчивости и обладает сходным характером распределения событий генетической рекомбинации. Понимание мейоза у ржи будет иметь важное значение для осознания этого процесса у пшеницы, особенно применительно к преодолению рекомбинационного барьера, существующего между рожью и пшеницей (равно как другими их дикорастущими сородичами), что исключительно важно для осуществления интрогрессивных селекционных программ. Кроме того, рожь известна как великолепный объект для цитогенетических исследований, свидетельством чего являются детальные описания цитологических особенностей мейоза, полученных как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровнях исследований (напр. см. Соснихина, 1974; Lima-de-Faria, 1952; Rees, 1955; Jones, 1978; Sybenga, 1983; Gillies, 1985; Zickler, Kleckner, 1998). Пыльники ржи, на стадии осуществления мейоза, отличаются большими размерами, легко доступны и удобны для использования в эксперименте. Они содержат многочисленные мейоциты (микроспороциты) или материнские клетки пыльцы (МКП), что позволяет получать достаточные количества РНК для синтеза кДНК, проводить экстракцию белков для протеомного анализа. Синхронность развития МКП позволяет с достаточной точностью дифференцировать стадии деления и устанавливать время экспрессии мейотических генов. Кроме того, МКП ржи служат хорошим субстратом для спредирования CK на поверхности жидкостного мениска и выявления на них рекомбинационных узелков. Рожь имеет крупные мейотические хромосомы, что делает ее удобным объектом для осуществления флуоресцентной гибридизации ДНК-ДНК in situ (FISH), для проведения которой созданы зонды ДНК, исключительно удобные для выявления центромерных, теломерных районов, а также субтеломерных доменов, районов генов рибосомных РНК как на хорошо конденсированных метафазных хромосомах, так и на стадиях предмейотической интерфазы, а также длительной и сложной профазы I (Vershinin et al., 1995; Martinez-Perez, 2009).
«Петергофская» коллекция мейотических мутантов создавалась путем проведения индивидуальных скрещиваний отдельных растений популяций Вятка и сорнополевой ржи из Закавказья Seeale cereale ssp. segetale с автофертильными
линиями. Полученные гибриды были самоопылены, и в их потомствах выделены формы, характеризовавшиеся полной или частичной стерильностью, которая больше, чем в половине случаев была обусловлена нарушениями мейоза. Родственные растения из семей, в которых выщепились спонтанные мейотические мутанты, стали родоначальниками коллекции, которая максимально насчитывала 21 мутант. На протяжении последних двадцати лет были детально изучены мейотические фенотипы 14 мутантов, равно как и проведен сложный и скрупулезный генетический анализ аллелизма, взаимодействий и сцепления мейотических генов (Соснихина и др.,1992; 1994а.б; 1998; 2001; 2002а.б; 2005; 2009; Bogdanov et al., 1998; Fedotova et al., 1989; Sosnikhina et al., 1992, 2005). Достижением последних пяти лет стало картирование отдельных мейотических мутаций с использованием изозимных и молекулярных маркеров на хромосомах ржи (Войлоков и др. 2005; Долматович и др., 2008; Ловцюс и др., 2009; Малышев и др., 2005; 2009). Установление абсолютного сцепления мейотических мутаций с молекулярными маркерами поднимает изучение генетического контроля мейоза у ржи на совершенно новый в методологическом плане уровень.
Исторически «Петергофская» коллекция мейотических мутантов была создана на основе озимой ржи. Однако, прогресс молекулярно-генетических исследований мейоза у ржи возможен только при условии уменьшения длины жизненного цикла отдельных линий генетической коллекции, что позволяет осуществлять более чем один цикл репродукции и иметь свежий материал для молекулярных исследований в течение календарного года. Последнее подразумевает необходимость воспроизводить образцы в условиях теплицы, к которым яровая рожь является более приспособленной, чем озимая. Перевод коллекции мейотических мутантов на яровую основу обеспечивает повышение эффективности использования модели. Анализ расщепления по яровости и озимости у гибридов F2 от скрещивания озимых растений-носителей мутации syl с яровыми линиями показал, что выдвинутая гипотеза о моногенном наследовании яровости/озимости верна. Выявленное в F2 расщепление полностью соответствовало соотношению 3 яровых : 1 озимый (Таблица 1).
Таблица 1. Расщепление по яровости и озимости в F2 от скрещивания растений-носителей мей-мутации syl.
Синаптическая мутация Семья F2 яровые озимые £ 3:1 Р
syl 6S 38 14 0,11 Р>0,05
30S 12 6 0,23 Р>0,05
8S 74 25 0,003 Р»0,05
Цитологический анализ растений в расщепляющихся семьях Рг позволил выявить биваленты у растений дикого типа и до 14 унивалентов в М1 у мутантов во всех трех семьях на ацетокарминовых временных препаратах. Данные проведенного нами учета расщеплений объединены в Таблице 2. Соотношение форм дикого
Таблица 2. Анализ расщепления по асинаптической мутации среди яровых растений Р2.
Синаптическая мутация Семья F2 Дикий тип мутант Х23:1 Р
syl 6S 20 9 0,56 Р>0,05
8S 52 18 0,015 Р»0,05
типа и мутантов среди яровых растений в семьях 6S и 8S соответствует расщеплению в отношении 3:1, что говорит о моногенном расщеплении по признаку асинапсис среди яровых потомков F2. С растений тех же семей второго гибридного поколения нами были собраны листья для одновременного анализа расщепления по асинаптической мутации насветооптическом уровне и молекулярным маркерам. Маркерный анализ был необходим для проверки соответствия мутаций, выявленных в яровом потомстве, исходной мутации syl, по которой наблюдалось расщепление в семье озимой ржи, использованной для скрещивания с яровыми линиями. SSR-анализ, проведенный коллегами в Институте цитологии и генетики Беларуси, подтвердил факт расщепления по мутации syl во всех трех семьях: 6S, 8S и 30S. Далее нами был проведен цитологический анализ в трех семьях F3: 6S/7, 6S/22, 6S/23. Была выделена ДНК из листьев и проведена амплификация с праймерами для маркеров, тесно (абсолютно) сцепленных с генами Spl и Syl, Rems1237 для Spl, хромосома 5R (Wehling et al. неопубликовано), Remsll35 для syl, хромосома 7R (Малышев и др., 2009). По сочетанию аллелей молекулярных маркеров в F3 мы определили сочетания аллелей асинаптического гена Syl. Проведенный анализ спаривания хромосом в метафазе I (MI) мейоза подтвердил, что фенотипы соответствуют генотипам, предсказанным с помощью маркеров SSR. Нами были отобраны растения, гетерозиготы Syl syl и одновременно гомозиготы Spl Spl, что положило начало коллекции мейотических мутантов яровой ржи. Мутант syl на яровой основе уже активно используется нами для работ по молекулярной цитогенетике.
Анализ ранних событий мейоза у ржи.
Основой мейоза у большинства эукариот является упорядоченное и исключительно правильное объединение гомологичных хромосом, что эффективно подавляет эктопическое спаривание и рекомбинацию между негомологичными партнерами. Последнее неизбежно приводило бы к вредным и опасным перетасовкам элементов в пределах генома. Механизм, посредством которого гомологи узнают друг друга и объединяются в пары перед началом синапсиса (образования CK), несомненно является неотъемлемой частью ранней профазы I мейоза, но до сих пор остается совершенно непонятным. Спаривание, синапсис и рекомбинация гомологичных хромосом играют определенную роль в правильной сегрегации гомологов в первом делении мейоза (Рис. 1). Предполагается (Zickler, Kleckner, 1998; 1999), что эти взаимодействия гомологов зависят от организации и неслучайного расположения хромосом в ядре, что предоставляет возможности для успешного тестирования гомологичных последовательностей. Большая роль здесь отводится центромерным, а также теломерным районам хромосом. Результатом расхождения хромосом при делении ядер в митотических и премейотических клетках является кластеризация
центромеров у одного из полюсов ядра и дисперсное расположение теломеров у другого. Такое расположение доменов хромосом в ядре получило название, по имени исследователя, который впервые его охарактеризовал, ориентацией Rabí (Zickler, Kleckner, 1998). В мейотических клетках происходит разрушение Rabl-ориентации и кластеризация теломеров в определенном локусе ядерной мембраны, то есть формирование структуры "букета", который исчезает с наступлением синапсиса (Рис. 1-1 "L-Zg-Pa").
Начало
профазы Ра Di I)k
Рисунок 1. Ключевые события профазы I мейоза. 1. Образование кластеров центромеров (зеленые кружки) и теломеров (красные кружки); 2. Сборка СК; 3. Рекомбинация на уровне ДНК; 4. Образование хиазм (Михайлова и др., 2009).
Предполагается, что такое поведение теломерных и центромерных доменов влияет на сближение хромосом, позволяя им узнавать гомологичные участки, и способствует их взаимодействию.
Мы проследили за передислокацией в ядрах МКП двух типов доменов хромосом (М&Ьайоуа е! а1., 2001) с использованием меченых флуорохромами зондов ДНК для выявления перицентромерных и субтеломерных районов, а также для изучения их расположения у растений дикого типа ржи и ее двух асинаптических мутантов, зу1 (Боэц^та е! а1., 1992) и яу9 (Соснихина и др., 1998). Оба мутанта образуют осевые элементы (ОЭ) СК на протяжении лептотены мейоза, но не способны образовать СК в зиготене и пахитене, что сочетается у этих мутантов с присутствием большого числа унивалентов в метафазе I (Рис. 2).
г
в
® S ч
V ••и \
% Рисунок 2. Моногенные аномалии мейоза у
ржи БесЫе сегеак Ь. Метафаза I (М1). ^ а) дикий тип, 7 бивалентов; я б) асинаптический мутант 14
унивалентов; в) асинаптический мутант ууР, 14 унивалентов; г) редкие биваленты у мутанта (Михайлова и др., 2009).
V I
»j» — -и ^ъ -Г * ^
В предмейотической интерфазе у растений всех трех генотипов перицентромерные и субтеломерные домены располагаются в ядре с образованием биполярной конфигурации Рабль. Эти картины очень похожи на то, что наблюдали и у других представителей Triticeae (Aragon-Alcaide et al., 1997; Abranches et al., 1998; Martinez-Perez et al., 2000). В самом начале профазы 1 (П1) микроспорогенеза у ржи субтеломерные районы образуют плотный кластер в ядрах растений дикого типа (Рис.ЗА) и у мутанта sy9. Одновременно с теломерами кластеризуются и центромеры (Рис. 1-1 «Начало профазы», Mikhailova et al., 2001). Осуществление этого события совпадает по времени с тем, когда формируется кластер теломеров у гексаплоидной пшеницы (Moore, 1998), однако происходит раньше, чем было отмечено у других организмов, таких как кукуруза (Bass et al., 2000; Hamant et al, 2006; Moore, 1998), почкующиеся дрожжи (Trelles-Sticken et al., 1999) и млекопитающие (Scherthan et al., 1996). Это наблюдение позволило обозначить эту стадию как «ранний кластер», в отличие от стадии «букета», в который «ранний кластер» преобразуется у ржи в лептотене (Рис. 1-1 «L», Mikhailova et al., 2001), и который возникает de novo в начале зиготены у кукурузы (Bass et al., 2000). Асинаптический мутант syl значительно отличается по расположению доменов хромосом на этой стадии от растений дикого типа и от мутанта sy9. У него в половине мейоцитов не образуется единый кластер субтеломерных доменов, равно как и перицентромерные районы, даже в большей степени, чем теломерные, оказываются преждевременно диспергированными, а не собранными в плотную группу (Рис.ЗВ). Аномальное поведение этих доменов могло бы быть причиной реализации асинаптичекого фенотипа у этого мутанта, поскольку существует мнение, что кластеризация теломеров является неотъемлемой частью процессов узнавания и выравнивания гомологов друг относительно друга, а также рекомбинации между ними (Weiner,
Рисунок 3. Локализация перицентромерных и субтелотеломерных доменов хромосом в профазе I у ржи методом гибридизации ДНК-ДНК in situ. А, В - стадия букета: А, В - субтеломерные домены (красный сигнал), перицентромерные домены (зеленый сигнал) в мейоцитах (длинная стрелка) и немейотических ядрах тапетума (короткая стрелка); В - нарушения кластеризации доменов хромосом в мейоцитах. Б, Г - диакинез: Б - 7 бивалентов, Г - 14 унивалентов. А, Б - дикий тип; В, Г - мутант sylsyl (Михайлова и др. 2009).
Юескпег, 1994). Возможно, однако, что неспособность образовать «ранний кластер» является следствием нарушения мейотического процесса, который, например, приводит к образованию недостаточного количества промежуточных
продуктов рекомбинации, подобно тому, что наблюдали у мутантов spoil (Cao et al, 1990) или rad50S (Weiner, Kleckner, 1994) почкующихся дрожжей.
Связь между синапсисом и рекомбинацией в мейозе у ржи.
В соответствии с приведенными выше результатами исследований на ржи, асинапсис у мутанта syl сопровождается нарушением кластеризации теломерных и центромерных районов хромосом (Mikhailova et al., 2001). На основании сравнения собственных результатов с данными, полученнми на S. cerevisiae, мы предположили, что мутация syl, вероятно, затрагивает один из генов, контролирующих рекомбинацию, причем возможных кандидатов было несколько, RAD51/DMC1, SPOll и другие гены, участвующие в первых этапах реализации рекомбинационных событий (Roeder, 1997; Yu et al., 2002; Page, Hawley, 2004).
Наши исследования показали, что антитела к белкам Rad51/Dmcl томатов (Anderson et al., 1997) образуют многочисленные пятна (фокусы) в ядрах на ранних стадиях мейоза у ржи дикого типа и у мутантов, асинаптика sy9 и десинаптика sylO, но сигнал отсутствует на соответствующих стадиях у асинаптического мутанта syl (Рис. 4; Тихолиз и др., 2000; Jenkins et al., 2005).
Признание таких организмов как арабидопсис A. thaliana и рис Oryza sativa в качестве модельных растений, равно как завершение секвенирования их геномов (Feng et al., 2002; Goff et al., 2002; Sasaki et al, 2002; The Arabidopsis Genome Initiative, 2000; Yu et al, 2002), сделало возможным идентифицировать и выделять
Рисунок 4. Иммунодетекция белка Rad51 в профазе I у ржи. А, Б - дикий тип, В, Г - мутант syl syl. А, В -стадия букета. А - Rad51 (зеленый сигнал) колокализуется с субтеломерным кластером (отмечен звездочкой); В - видны единичные фокусы белка Rad51. Б, Г - пахитена. Б - белок рассосредоточен по всему ядру мейодита, сигнал Rad51 отсутствует в немейотических ядрах (обозначены стрелкой); Г -слабый диффузный сигнал с небольшим количеством светящихся дискретных точек (Jenkins et al., 2005).
гены, ортологичные тем, что выполняют ключевые функции в реализации мейоза у S. cerevisiae (см. обзоры Anderson, Stack, 2002; Jones et al., 2003). Использование сравнительно-геномного подхода и достаточный уровень консервативности последовательностей дали потенциальную возможность выделять сходные гены и у ржи. Этот подход был исключительно важен на определенном этапе развития исследований мейоза у ржи, учитывая тот факт, что сведений о последовательностях ДНК ржи было исключительно мало, а генетические карты были недостаточно насыщены маркерами, чтобы осуществить на их основе клонирование мейотических генов. Этот подход получил поддержку в результате осуществленного на ржи картирования гена MSH, контролирующего этапы репарации неправильных пар нукяеотидов и являющегося ортологом гена
А ш в * %
Б ^ Ы- € А — • яЦ^НР г ЯШШШ: m
пшеницы (Korzun et al., 1999), a также в результате идентификации транскриптов, выделенных из пыльников ржи, которые имели значительную степень идентичности с ДНК-связывающим HORMA доменом белка, кодируемого геном ASY1 A. thaliana (Chris Franklin, неопубл.). Анализ последовательностей по Саузерну, а также использование ПЦР подтвердили, что у ржи есть ортолог белка Asyl, который у А. thaliana ассоциирован с петлями хроматина, заякоренными на ОЭ/ЛЭ, в непосредственной близости от CK (Caryl et al., 2000).
Мы провели детальный анализ последовательностей двух ортологов ржи, RAD51 и DMC1, которые у дрожжей кодируют белки, ответственные за инвазию и переброску цепей ДНК, а также за образование D-петли во время мейотической рекомбинации. Эти белки являются близкородственными, а длина их насчитывает приблизительно 340 аминокислот. Они имеют 70% сходства и на 55% идентичны друг другу в своей смысловой части, однако значительно дивергировали по своей экзон - интронной структуре. Следовательно, стало возможным проведение общего и геноспецифичного поиска на основе ПЦР амплификации. В первую очередь мы изучили аминокислотные последовательности обоих белков и нуклеотидные последовательности, кодирующих их генов. Идентификационных записей для последовательностей генов Rad51/Dmcl ржи в Генбанке обнаружено не было (http//www.ncbi.nlm.nih.gov/). Следовательно, для подбора праймеров мы использовали последовательности, соответствующие генам RAD51 и DMC1 таких растений, как кукуруза, ячмень, томат, арабидопсис, картофель, лилия и соя. Поскольку известно, что белки Rad51 и Dmcl обладают высокой степенью консервативности (Roeder, 1997; Yu et al., 2002), мы сконструировали две пары гнездовых вырожденных праймеров, фланкирующих консервативный район последовательностей RAD51 у растений. Эти праймеры мы использовали для обратной транскрипции по матрице информационных РНК, выделенных из пыльников и листьев растений дикого типа и мутантов syl. Продукты ПЦР были клонированы и секвенированы. Длина фрагментов соответствовала ожидаемой 600 п.н., а последовательности представляли собой центральную часть открытой рамки считывания либо DMC1-подобного гена, который на 98% оказался идентичен гену DMC1 ячменя, либо RAD51 -подобного гена на 95% идентичного RAD51B кукурузы.У дикого типа в листьях были обнаружены транскрипты как RAD51, так и DMC1 (последний ген мейозоспецифичен у дрожжей-сахаромицетов) (2 и 1 из трех секвенированных клонов), а в пыльниках обнаружили только DMC1 (7 из 7 клонов). Напротив, у мутанта syl в пыльниках были обнаружены транскрипты как RAD51, так и DMC1 (5 и 6 из 11 клонов соответственно). Можно предположить различия в экспрессии этих генов у растений дикого типа и мутантов, хотя эти различия и не являются абсолютными. Кроме того, 4 из 5 клонов RAD51 и один клон DMC1, происходившие из пыльников мутантов имели маленькие инсерции или делеции на интрон-экзонных границах (Рис. 5 а,б), которые скорее всего были результатом нарушения сплайсинга. Самым резким нарушением было сохранение целого интрона длиной 104 п.н. в транскрипте RAD51 из пыльников мутантов (Рис. 5 в). Присутствие нонсенс-кодонов в интронной последовательности, а также изменения на границах «интрон-экзон», должны были привести к образованию дефектного
белка. Возможно эти нарушения связаны с отклонениями на уровне посттранскрипционной регуляции, и syl может влиять на это эпистатически. Впервые клонированы и секвенированы фрагменты генов RAD51 и DMC1 у асинаптиеского мутанта syl. Хотя эукариотические ортологи этих генов обнаружены у ряда организмов (Yu et al., 2002), для мейотических мутантов растений известны лишь единичные случаи клонирования данных генов. Точное хромосомное картирование гена SY1 с помощью молекулярных маркеров, позволит далее развивать исследования по клонированию этого гена и установлению возможной его связи с синапсисом хромосом в мейозе.
Отсутствие сигнала, соответствующего белкам Rad51/Dmcl у мутантов syl (Рис. 4), может быть частично связано с образованием дефектного белка из-за нарушения сплайсинга (Рис. 5), либо с отсутствием этих белков в МКП. Однако, мы обнаруживаем кДНК, соответствующую обоим генам в пыльниках мутанта syl, что удивительно, но в то же самое время говорит в пользу модели, в соответствии с которой мутация syl приводит к нарушению посттранскрипционной регуляции экспрессии этих генов. Все вышесказанное подчеркивает необходимость установления функциональных отношений или взаимозависимости экспрессии генов и функций белка.
Иным способом изучения рекомбинации является выявление мейотических узелков (EN/LN/ RN) на CK и использование количественных показателей их распределения для оценки эффективности рекомбинационного процесса в норме и у синаптических мутантов (Богданов, 2007; Sherman et al., 1995; Anderson et al., 2003, 2004, 2005). Иммуноцитохимический подход продуктивен для идентификации белков, входящих в состав мейотических узелков (Anderson et al., 1997). Рожь является объектом, у которого сравнительно легко можно выявить CK посредством электронной микроскопии (напр. Gillies, 1985; Fedotova et al., 1989, 1994; Соснихина и др. 2005; Sosnikhina et al., 2005), и препараты CK могут быть приготовлены с сохранением рекомбинационных узелков, ассоциированных с ним (Богданов, 2003; 2007). Однако, работа по картированию сайтов кроссинговера до сих пор невозможна в связи с отсутствием маркеров CK как на уровне бивалентов, так и в пределах плеч отдельных хромосом, за исключением пары ядрышкообразующих хромосом 1R. Нами достигнуты определенные успехи в другой области, а именно в выделении мейотических узелков (Михайлова и др., 2009; Mikhailova et al., 1998b; Jenkins et al., 2005) для дальнейшего проведения иммуноцитохимических экспериментов. Использование методов центрифугирования в градиенте сахарозы и агарфильтрации (Anderson et al., 1997) позволило нам выделить CK как у озимой, так и у яровой ржи и выявить на них мейотические узелки.
Взаимодействия хромосом, рекомбинация и интерференция в мейозе у ржи при снятии контроля над гомологичностью синапсиса.
«Петергофская» коллекция мейотических мутантов имеет в своем составе пять неаллельных мутантов с индискриминантным синапсисом, а именно с переключениями синапсиса с гомологичного партнера на негомологичный, которые похожи в этом отношении, на десинаптические мутанты кукурузы
(Тимофеева, Голубовская, 1991; Golubovskaya et al., 1997) и лука (Jenkins, Okumus, 1992). Десинаптический мутант ржи syl0 (Fedotova et al., 1994) характеризуется негомологичным синапсисом в профазе мейоза (Рис. 6Б) и большим числом унивалентов (Рис. 2) в метафазе I.
G7ftARTTGRAGGGAACACAGT>ATGCÄTTTC"ITC7TCCATCA<3AACAATCTTTTA7ArGTCAA<jTAC7AÄGTG
CMClbarley syl_A_l_2F
sylVl> Syl_A_6_lf syI~A~6~XR »у1_А28_ЗГ syX~A28~7F syX_A28_7R _КТ2А_5~ХГ
Iht_I.~928f
syl_A_l_IF »yl~A_X~lR syl~A2B~ir syX~A26~XR
зуГ^эг^эг
syl_L32_ЗЯ PAC5ltoaizc RACSXrice
740 • 760 » 180 » 800
rTTTQTTTT^iMAArCTCCTTCACTCCTCTCATlACTTCACCTOTGCACTGCCCÜGTTGTTTOATTT ACTTTTCT"
XlClbar ley »yX_A_X_2F jyl~A_l_2R »yl_A_6_lF •yiVe'.iR iyl_A28~3F »y1~A23~7F syl~A28~7R
»уХ~А^Х~ХГ syX_A_l_XR jyX~A28_XF jyl_A28_lR syX~L32~3F »yX_L32_3R 3ADSXai«iz« >AD5Xrice
X900 * X92Q
CTCGAAACTGTrrCCTTCATGGAGriATCAC
GrGATATOßCACTTTTTTCTTCCCATACCAeTTlAAATIA ОТСА-АТСССАОТГГГГГСТТСССАТАССАОТГХЛААГГА
•GTAGTCATGGAIATr ATGTTACATATCT-•
MClbarley »yl_A_X_2F
ByX_A_6_XF ¡yl~A~6~lR jyX_A2S_3F jyX~A28~7F »yl~A2e~7R
•уОЮ*
»yX_A_l_XR $yX_A28_XF iyX_A29_XR iyX~L32~3F »yX_I,32_3R SADSlsaii« UkDSXnc«
Рисунок 5. Выравненные последовательности геномной ДНК генов DMC1 ячменя, RAD51 риса, кДНК гена RAD51В кукурузы, кДНК DMC1 и RAD51-подобных генов ржи дикого типа и мутанта syl. А - кДНК, синтезированная по матрице иРНК из пыльников, L - кДНК, синтезированная по матрице иРНК из листьев, а) 334-337 - инсерция 4 пн; б) 823-828 -делеция 6 пн; в) 1955-2058 - интрон (Михайлова и др., 2009).
Поистине интригующим является вопрос о том, что такое синасис с переключениями, осуществляется ли он случайно в тех случаях, когда генетический контроль процесса нарушен, или же он отражает существование
Рисунок 6. Моногенные аномалии СК у ржи Secale cereale L. СК на стадии зиготены-пахитены (Zg-Pa). А - дикий тип SylO-, Б - sylOsylO (Михайлова и др., 2006).
скрытых гомологичных последовательностей и (или) сходство структуры отдельных районов негомологичных хромосом. Все это в случае ржи очень возможно, поскольку в геноме ржи присутствует существенное количество повторяющихся последовательностей, которые распределены между всеми хромосомами набора (Vershinin et al., 1995). В таком случае, будет ли индискриминантный синапсис эффективен и приведет ли он к эктопической рекомбинации и формированию хиазм между негомологичными хромосомами? Для выяснения этих вопросов было бы оптимальным непосредственно проследить за хромосомами на стадии мейотической профазы, но технически на ржи это пока сделать невозможно. В качестве альтернативного варианта мы изучили хромосомы на стадии MI и на основании полученных результатов смогли сделать предположения относительно поведения хромосом на более ранних стадиях.
У мутантов с беспорядочным синапсисом в MI часто выявляются униваленты наряду с редкими бивалентами и даже мультивалентами. Последние типы хромосомных ассоциаций мы считали результатом того, что при негомологичном синапсисе в некоторых случаях осуществляется кроссинговер по гомологичным последовательностям в неаллельных положениях. Мы детально проанализировали 78 пластинок хромосом на стадии метафазы I мейоза у мутанта sylO методом FISH с помощью 5 зондов ДНК (субтеломерные pSc200 и pSc250, перицентромерный CCS1, а также 25S рДНК и 5S рДНК). При пятицветной FISH нам удалось в норме и у мутанта охарактеризовать мейотический кариотип по расположению флуоресцентных областей на хромосомах от 1R до 7R, что в случае мутанта sylO было сделано впервые. Был выявлен хромосомспецифичный характер гибридизации использованных зондов, что позволило определить все семь хромосом набора в большинстве случаев (Рис. 7). Точность идентификации составила 99% для хромосомы 1R, 97% для 2R, 98% в случае хромосомы 3R, 100% для хромосомы 5R. Хромосомы 4R, 6R и 7R были идентифицированы с меньшей точностью (80%, 82%, 74%, соответственно). В контексте данного анализа, однозначная идентификация всех 14 хромосом (2п) с использованием
конфокальной микроскопии, приобрела важное значение в плане изучения ассоциаций хромосом на стадии метафазы I.
В анализируемых клетках мутанта большинство хромосом в М1 находились в унивалентном состоянии, выявлено 35 бивалентов (хиазменных ассоциаций),
2Ra 2Rb 2Rr
6R 7Ra 7Rb 7Rra 7Rrb
й ° о go- О
О X
Г 4
5
6 7
Число хромосом 121/122 44/47 46/47 28/28 идентификации 99 94 98 100
JL 7 30 18 23 , 2
119/122 97/122 121/121 98/120 98 80 100 82
=pSc200
I = pSc250
= 5S or 25S rDNA
Рисунок 7. Идиограмма хромосом на стадии метафазы I у мутанта sylO. Показано расположение и размер блоков повторяющихся последовательностей. Над блоками, обнаруженными не на всех хромосомах, помещены численные значения, соответствующие процентам хромосом, на которых они были выявлены. Числа хромосом, идентифицированых однозначно, отнесены к общему объему выборки и представлены как точность идентификации каждой конкретной хромосомы. (Jenkins et al., 2005).
один из которых кольцевой. Гомологичными хромосомами были образованы 22 из 35 бивалентов (63%), причем значительная доля из них (12 из 22 или 55%) имела хиазму в коротком плече хромосомы 4. Этот результат является демонстрацией не только существенной ассиметрии хиазмообразования в этой хромосоме {'I = 9.3, v = 1, 0.01 > Р > 0.001), но также, в значительной степени, хромосомной специфичности образования хиазм в гомологичных хромосомах (у2 = 30,96, v = 1, Р < 0.001). Последнее заключение подкрепляется еще и тем, что внутри другой пары хромосом, 5R, не было обнаружено ни одной хиазмы. Остальные биваленты (37%) имели хиазмы, связывающие негомологичные хромосомы, 30% которых включали короткое плечо хромосомы 4R. Совершенно ясно, что хромосома 4 в наибольшей степени вовлекается как в гомологичные, так и негомологические хиазматические ассоциации по сравнению с остальными хромосомами набора, что несомненно свидетельствует в пользу существования специфичности рекомбинирования хромосом у этого мутанта. Хиазмы, образованные между негомологичными хромосомами, на уровне световой и
конфокальной микроскопии не отличимы от таковых между гомологами. Таким образом, можно предположить, что неразборчивый синапсис может быть в достаточной степени эффективным в плане рекомбинации между негомологичными хромосомами (Mikhailova et al., 2009).
Проведенное исследование является указанием на то, что мутантные гены, допускаующие негомологичный синапсис, могут быть введены в генотип отдаленного ржано-пшеничного гибрида, а затем октоплоидных тритикале, для индукции переноса важных селекционно-ценных признаков, например, устойчивости к различным патогенным грибам, из генома ржи в геном пшеницы.
Выявление предсинаптической обусловленности индискриминантного синапсиса.
В нормальном мейозе, по-видимому, существует генетический контроль, который запрещает синапсис между гомологичными последовательностями ДНК в эктопических положениях и это нормализует сегрегацию гомологов в мейозе и предохраняет геном от перестроек. Механизм действия генов, ответственных за осуществление такого контроля, неясен (Leu et al., 1998; Gerecke, Zolan, 2000). Можно предполагать, что он осуществляется поэтапно. На ранних стадиях спаривания хромосом, вероятно, узнаются все гомологичные последовательности даже в неаллельных положениях, а затем происходит коррекция под воздействием генов, контролирующих строгость гомологичного синапсиса. Возможно, так работает ген SY10, мутация в котором у ржи приводит к индискриминантному синапсису и негомологичной рекомбинации. Именно так, по предположению некоторых авторов, мог бы действовать и локус Phi у полиплоидной пшеницы, имеющей гомеологичные геномы (Riley, 1960; Holm 1986; Holm and Wang 1988; , Jenkins, 1992; Feldman, 1993; Luo et al., 1996).
Генетические системы спаривания хромосом были обнаружены у многих аплополиплоидов, а именно у организмов, которые содержат наборы хромосом, происходящие от разных видов. Гены -диплоидизаторы жизненно важны для таких комплексных геномов, поскольку благодаря этим генам происходит правильное и эффективное расхождение хромосом в анафазе I мейоза (см. обзор Sybenga, 1992). В наибольшей степени изученным примером является мягкая, хлебная, пшеница Tritium aestivum L., имеющая геномную конституцию AABBDD (2п=6х=42). Было идентифицировано несколько генов и локусов, которые оказывают влияние на спаривание хромосом у гексаплоидной пшеницы (см. обзор Sears, 1976). Главное влияние на спаривание хромосом по диплоидному типу оказывает локус Phi (pairing homoeologous), локализованный на длинном плече хромосомы 5В (Riley, Chapman, 1958, 1964; Sears, Okamoto, 1958). Доминантная аллель Phi подавляет спаривание гомеологичных хромосом, действуя в пользу образования бивалентов между гомологами. Известны две индуцированные делеции в районе локуса Phi, а именно phlb у Т. aestivum (Sears, 1977), длина которой составляет около 70 Мб (Gill et al., 1993), и phlc у Triticum turgidum (Giorgi, Barbera, 1981). Обе делеции интерстициальны. Локус Phi был картирован в середине плеча 5BL и отнесен к району перекрывания двух делеций (Gill et al., 1993). Для объяснения характера действия Phi на поведение хромосом в мейозе
было предложено несколько гипотез, большинство из которых основывалось на предположениях, касающихся организации хромосом на предмейотических и ранних стадиях мейоза.
В данном исследовании мы использовали линии пшеницы Triticum aestivum L., у которых гексаплоидный набор хромосом дополнен двумя хромосомами ржи, телосомами 5RL. Вовлечение в анализ линий, имеющих и не имеющих локус Phl, позволило выяснить в чем заключается влияние этого локуса на спаривание телосом 5RL. Использованный нами метод GISH (Scherthan et al., 1992; Schwarzacher, Heslop-Harrison, 1995; Benavente et al., 1996; Aragón-Alcaide et al., 1997a, b; Bass et al., 1997) дал возможность проанализировать расположение пары хромосом ржи у дополненных линий пшеницы на стадии интерфазы в ядрах питающих мейоциты клетках тапетума и в будущих мейоцитах, а также в Ш и MI.
Нами выявлено четыре основные эффекта генотипа phlbphlb. Во-первых -это нарушение конденсации хроматина. Это касалось не только телосом ржи, но распространялось и на хроматин пшеницы, насколько можно было судить на основании анализа ядер мейоцитов, окрашенных красителями PI/DAPI. Во-вторых, нами показано, что хроматин подвержен изменениям не только в П1, но также и в немейотических ядрах, о чем можно было судить по морфологическим особенностям телосом 5RL ржи в ядрах клеток тапетума дополненной линий. В третьих, спаривание хромосом было нарушено, что можно было заключить на основании изучения выявленных с помощью GISH добавочных телосом 5RL на протяжении П1, а также по конфигурациям С-окрашенных хромосом на стадии MI. Четвертым эффектом phlb было нарушение узнавания хромосомами друг друга в предмейотической интерфазе.
Мы предположили, следуя более ранней гипотезе индийских исследователей (Upadhya, Swaminathan, 1967), что нарушение конденсации хромосом является основой всех остальных дефектов, выявленных у растений phlbphlb. Возможно, недоконденсация хромосом, как в предмейотической интерфазе (Рис. 8Д), так и в ранней П1 (Рис. 8Е) мешает упорядоченному движению хромосом, и таким образом, увеличивает шанс для установления гомеологичных связей.
Тот факт, что нами выявлена аномальная структура хроматина у телосом 5RL в ядрах клеток тапетума (Рис. 9Б-Д), позволяет предположить, что у растений phlbphlb, возможно, изменены взаимодействия между хроматином и ядерным матриксом, а неправильная форма телосом 5RL в ядрах мейоцитов на стадии П1 указывает на то, что связи между хроматином и скафолдом мейотических хромосом также могут быть нарушены.
Сравнение полученных в наших экспериментах результатов с данными литературы показало, что выявленная нами предмейотическая ассоциация хромосом (Рис. 8А) не является универсальной чертой мейотических циклов у разных организмов. У некоторых видов, например у почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae (Klein, 1994; Loidl et al., 1994; Weiner, Kleckner, 1994), она была достоверно продемонстрирована, в то время как неоспоримых доказательств такой ассоциации у млекопитающих, получено не было (Scherthan et al., 1996).
Предмейотическая ассоциация хромосом у мутантных растений рЬ1Ьрк1Ь была нарушена (Рис. 8Д), при этом связывание дистальных районов телосом 511Ь либо не происходило вовсе, либо быстро утрачивалось, по крайней мере, в части
Рисунок 8. Телосомы 51?!, выявленные с помощью ОКН в МКП дителосомных ржано-пшеничных дополненных линий с генотипами Р1г1РН1 (слева, А-Г) и рЫрМ (справа, Д-3). А, Д - пред-мейотическая интерфаза; А - телосомы образуют единый домен, у которого центромерный и теломерный концы расположены рядом друг с другом в области, прилегающей к ядерной оболочке (отмечено звездочкой); стрелкой отмечен единственный, ярко флуоресцирующий маркер; Д - телосомы не образуют единого домена, о чем свидетельствуют два разобщенных маркерных сигнала (отмечены стрелками); Б, Е -лептотена; Б - телосомы 5ЯЬ располагаются параллельно и выравнены друг относительно друга, в то время как на Е они не выравнены, выглядят неравномерно-конденсированными и имеющими размытые очертания; В, Ж - зиготена; В - теломерные концы хромосом спарены - один ярко-флуоресцирующий маркер (отмечен стрелкой); короткая стрелка указывает на вилку спаривания двух телосом; Ж - телосомы 5ЛЬ не спарены; стрелками отмечены два маркерных сигнала; Г, 3 - пахитена; Г- хромосомы полностью спарены; стрелка указывает на один маркерный сигнал; 3 - хромосомы имеют размытые очертания, неравномерно компактизованы и только частично спарены с дистального конца; ярко флуоресцирующие маркеры объединены в один (отмечен стрелкой), пунктирной линией во вставке отмечены оси хромосом 5ЛЬ (Мйс1ш1оуа еХ а1., 1998).
I клеток. В ядрах клеток тапетума у растений, имеющих фенотип Phi, телосомы 5RL не были тесно связаны, но имели поразительное параллельное расположение , в ядре (см. также Heslop-Harrison et al., 1990; Schwarzacher, 1997). В некоторых случаях были объединены проксимальные концы телосом (Рис. 9А). Такого упорядоченного расположения нами не было выявлено у мутантов, что позволило ' предположить, что делеция phlb приводит к значительным нарушениям позиции доменов хромосом в немейотических ядрах (Рис. 9Б-Д).
Последующие исследования, проведенные с использованием той же модели, | показали, что организация хроматина также нарушена и в других типах немейотических клеток у растений phlbphlb, а именно в кончиках корешков. Обнаружение подобных нарушений должно означать, что они не губительны для немейотических тканей и что они не влияют на фенотип растения в целом (Mikhailova et al., 1998; Maestra et al., 2002).
Рисунок 9. Телосомы 5RL, выявленные с помощью GISH в ядрах клеток тапетума у дисомных ржано-пшеничных дополненных линий с генотипами PhlPhl (слева, А) и phlbphlb (справа, Б' Д). А - ядра клеток тапетума (PhlPhl) с параллельно ориентированными доменами телосом 5RL; большой стрелкой отмечена ассоциация проксимальных районов. Б - Д - ядра клеток тапетума (phlbphlb), в которых нарушена организация доменов телосом 5RL; Б, В -флуоресцентные маркеры раздвоены (двойные стрелки) (Mikhailova et al., 1998).
Использование коллекции мутантов с делециями локуса Phi (Gill et al., 1993; Roberts et al., 1999), а также сравнение и выравнивание последовательностей i геномной ДНК риса и Brachypodium sylvaticum, позволило Гриффитсу с соавторами изучить молекулярную природу локуса Phi и расшифровать нуклеотидную последовательность, слагающую этот участок (Griffiths et al., í 2006). К настоящему времени выяснено, что данный локус представляет собой i интерстициальный участок хромосомы 5В длиной 2,5 Мб, содержащий 1 уникальный сегмент субтеломерного гетерохроматина, вставленный в кластер генов, родственных генам cdc2. Дальнейший делеционный анализ и использование векторов для экспрессии генов этого участка, а также их гомеологов, позволило охарактеризовать район Phi как кластер cdk-подобных генов (Al-Kaff et al, 2008). Эти гены оказались близко родственными генам, кодирующим мейозоспецифичные протеинкиназы Ime2 и Cdk2, которые являются основными активаторами и регуляторами мейоза у дрожжей S. cerevisiae и i человека, соответственно. Тонкое картирование района, несущего локус Phi, ! позволило локализовать семь из девяти маркеров этого локуса внутри района длиной в 450 Кб хромосомы R9 (хромосомы 9 риса), причем маркеры
расположились в том же порядке, что и на плече 5BL у мягкой пшеницы. Детальный анализ доменов/мотивов в последовательностях 90 предполагаемых генов, расположенных внутри района в 450 Кб, позволил идентифицировать 26 кандидатов для Phi, включая гены, продукты которых участвуют в реорганизации хроматина, в ДНК-связывании, прикреплении микротрубочек, а также белки, J специфичные для мейоза. Пять из этих генов имели домены/мотивы, свойственные мейозо-специфичным генам Zipl, Scpl, Corl, RAD50, RAD51 и RAD57. Для всех перечисленных генов риса были найдены гомологи у пшеницы и арабидопсиса (Sidhu et al, 2008). Мутации в этих генах могли быть причиной выявленных нами и другими исследователями нарушений организации хроматина и доменов хромосом у мутантов phlb.
От протеомных «портретов» мейотических мутантов к взаимодействию генов синапсиса и рекомбинации
Мы использовали иммуноцитохимический подход для локализации в мейотической профазе I ржи и ее синаптических мутантов двух структурных J белков Asyl и Zypl. Нами выявлены многочисленные фокусы белка Asyl в i ранней лептотене. Позже на этой стадии начинают образовываться плотно г упакованные оси, образованные белком Asyl. В начале зиготены, пространство между осями разрежается. Некоторые оси выглядят выровненными (Рис.ЮА), находящимися на определенном расстоянии друг от друга, но чаще они оказываются тесно ассоциированными. Начинают появляться многочисленные , вилки спаривания , что отражает процесс спаривания гомологичных хромосом. Белок Zypl появляется в ядрах мейоцитов ржи в то же время, что и Asyl.
А Б ' f >> в
шЁШш "'
J '■■ '■J з ШштШяя Шш
•
ЯНиш v-K ft т
Рисунок 10. Иммуноцитохимическая локализация белка Asyl на осях мейотических хромосом в зиготене профазы I мейоза у ржи дикого типа (А) и двух асинаптических мутантов syl (Б) и sy9 (В) (Михайлова и др., 2009) Оси мейотических хромосом - зеленые, выявлены с помощью антител к белку Asyl арабидопсиса, конъюгированных с флуорохромом Alexa 488, хроматин окрашен красителем DAPI, синее окрашивание. Изображения А и Б получены с помощью конфокального микроскопа Leica TCS SP5 центра коллективного пользования «Хромас» СПбГУ, В - цифровой камеры Hamamatsu (Bridgewater, NJ) Orea, присоединенной к микроскопу Zeiss Axioplan.
Однако, с помощью конфокальной микроскопии удалось показать, что оси, образованные двумя белками Asyl и Zypl, разобщены в пространстве ядра у ржи. В пахитене они выровнены друг относительно друга и образуют трехполосую структуру (Рис. 11), свойственную CK, при его изучении с помощью электронной микроскопии. Использование методов заливки мейоцитов в полиакриламид,
' иммуноцитохимии и лазерной конфокальной микроскопии дает возможность получать трехмерные изображения ядер и расположенных в них СК. Такой анализ , позволил подтвердить непрерывность осей на стадиях до пахитены и убедиться в ' том, что оси СК одновременно являются осями конденсирующихся хромосом. В диплотене линейные тракты Asyl и Zypl начинают приобретать спиральную конформацию, что также было выявлено при исследовании СК ржи методом I трансмиссионной электронной микроскопии (Fedotova et al., 1989).
Рисунок 11. Конфокальное изображение хромосом на стадии Iпахитены, демонстрирующее
1иммуноцитохимически выявленную
¡'трехполосую структуру бивалентов
'ржи дикого типа, при которой
!антитела к белку Zypl центрального
пространства СК выявляют лентовидный сигнал, расположенный между двумя осями, выявленными с Iпомощью антител к белку Asyl.
Вставка содержит увеличенный фрагмент трехполосой структуры , бивалента (Mikhailova et al., 2006).
Детальное изучение появления и распределения белков Asyl и Zypl в объеме ядра на разных стадиях П1 в микроспороцитах ржи выявило сходства по этим параметрам между рожью и другими видами растений, но одновременно сделало возможным обнаружить особенности, свойственные пока только ржи. Белок Asyl арабидопсиса A. thaliana (Armstrong et al., 2002) и его ортолог Pair2 у риса (Nonomura et al., 2006) появляются на стадии G2 предмейотической интерфазы. ' Хотя и невозможно с такой точностью определить время появления этих белков в ядрах мейоцитов у ржи, множество фокусов этого белка в лептотене говорит о том, что по этому параметру рожь от риса и арабидопсиса скорей всего не отличается. Различия с очевидностью выявились при иммуноцитохимической ! локализации одновременно двух белков на осях мейотических хромосом ржи. В противоположность тому, как идет сборка осей у других организмов, у ржи : длинные линейные тракты обоих белков образуются до синапсиса. Более того, когда начинается разборка СК в диплотене у ржи дикого типа и у ! асинаптического, в большой степени, мутанта sylO (Mikhailova et al., 2006), оси Asyl и Zypl все еще остаются выровненными и в непосредственной близости друг от друга. Можно заключить, что СК ржи образуются не просто путем укладки белка Zypl между синаптированными гомологичными хромосомами, а из уже образовавшихся до синапсиса линейных осей Zypl, которые образуют j комплекс с ОЭ, взаимодействуют, формируя ЦЭ СК. Белок Zypl ржи, I несомненно, может быть охарактеризован не только как белок центрального пространства, но и как белок осевых/латеральных элементов, который, в свою очередь, образует ЦЭ.
Это позволило нам предложить схему сборки СК у ржи, в соответствии с которой оси Asyl и Zypl формируются обособленно (Рис. 12) и, по-видимому, нужен какой-то еще белок для объединения их в трехполосую структуру (на схеме изображен в виде черных овальных фигур). Недавно такой белок был найден у млекопитающих (Bolcun-Filas et al., 2007). Показано, что он необходим для репарации двуцепочечных разрывов ДНК (DSBs) и осуществления гомологичной рекомбинации. Мутантный фенотип sylO как раз и может быть обусловлен мутацией в гене, контролирующем осуществление рекомбинации, с чем синасис у ржи очевидно связан.
Предварительные эксперименты по иммуноцитохимической локализации рекомбиногенных белков Rad51/Dmcl (Mikhailova et al, 2001b,с; Jenkins et al., 2005) показали, что ранние этапы рекомбинации у этого мутанта, по-видимому, осуществляются, поскольку фокусы этих белков присутствовали на хроматине в ядрах на стадии ранней и средней профазы. Количественно учесть интенсивность иммуноцитохимической реакции пока нам не удалось. Осуществление такого
Петли ДНК
Петли ДНК
Рисунок 12. Схема загрузки белков Asyl и Zypl на оси мейотических хромосом микроспороцитов (МКП) ржи (пояснения в тексте) (Михайлова и др., 2009).
анализа, несомненно, вызывает интерес, принимая во-внимание редкость образования хиазм и негомологичность обменов у этого мутанта (Jenkins et al., 2005; Mikhailova et al, 2006).
Двойные мутанты по синаптическим генам SY1 и SY9 у ржи и их изучение методами молекулярной цитогенетики
Проведение генетического и молекулярно-биологического анализа асинаптических мутаций syl и sy9 осложняется тем, что в гомозиготном состоянии они приводят к полной стерильности (Соснихина и др. 2005а,б). Картирование этих мутаций (Малышев и др. 2009) позволило повысить эффективность генанализа, так как полное сцепление и той, и другой мутации с молекулярными маркерами SSR или микросателлитами позволяет определять гетерозиготы по синаптической мутации в расщепляющемся потомстве как в Fi, так и в F2 до начала мейоза. Таким образом, без проведения трудоемкого анализа
по определению цитологического фенотипа можно подобрать гетерозиготы по обеим мутациям, провести скрещивания, получить гибридное потомство, в котором можно выбрать растения, гомозиготные по каждой из мутаций, а также двойные мутанты, и провести на свежезафиксированиом материале эксперименты по молекулярной цитогенетике.
Помимо нарушения кластеризации теломеров, асинапсис может быть следствием нарушения узнавания гомологов, нарушения прссинаптического спаривания, рекомбинации и дефекта белков, входящих в CK или ассоциированных с ними (Page, Hawley, 2004; Gerton, Hawley, 2005; Sanchez-Moran et al., 2007). Мы провели у одиночных и двойных мутантов по генам SYI и SY9 иммуноцитохимическую локализацию белка Asyl (Caryl et al., 2000; Armstrong et al., 2002).
Фенотип двойного мутанта sylsy9 по виду осей, образованных Asyl, идентичен таковому у одиночного мутанта sy9 (Ловцюс и др., 2009), что позволяет подтвердить ранее предсказанный эпистаз гена SY9 над SY1 (Соснихина и др., 1998), т. е. более раннее включение в события мейоза гена SY9 по сравнению с геном SY1. Рекомбиногенные белки Rad51/Dmcl образуют у растений дикого типа и у мутанта sy9 поляризованные фокусы в профазе I, колокализуясь с кластеризованными теломерами, однако отсутствуют у syl (Mikhailova et al., 2005b,с; Jenkins et al., 2005). Сопоставление фенотипических портретов мутантов syl и sy9 позволяет заключить, что события синапсиса у ржи являются определяющими для завершения событий рекомбинации.
Заключение
Настоящее исследование относится к области сравнительной генетики и демонстрирует подход к изучению механизмов и регуляции мейоза, объединяющий цитогенетические и молекулярные исследования для видов, которые характеризуются низкой плотностью генетических карт и низким процентом кодирующих последовательностей относительно размера генома. Для исследования регуляции мейоза использована оригинальная генетическая модель - коллекция мейотических мутантов. Проведенный анализ призван продемонстрировать полезность использования ресурсов, накопленных при проведении исследований на томатах и арабидопсисе, для выяснения механизмов мейоза у злака, состоящего с ними лишь в отдаленном родстве. Наши исследования позволили выявить общие элементы как структур, так и контроля мейоза, одновременно нам удалось обнаружить удивительные особенности процесса, который считался в достаточной степени консервативным. Полученные нами результаты подчеркивают необходимость детального изучения мейоза у разных организмов и призывают проявлять осторожность при попытках делать обобщения. Использование всех доступных методических подходов, наряду с полной инвентаризацией известных мейотических генов и белков, приблизит нас к расшифровке сложных механизмов взаимодействия элементов в каждой конкретной системе генетического контроля мейоза у определенных видов.
Выводы
1. Кластеризация теломерных доменов хромосом у ржи, как и у пшеницы, приурочена к переходу от предмейотической интерфазы к мейозу и происходит на более раннем этапе, по сравнению с другими видами (например кукурузой), у которых ее принято связывать с началом синапсиса. Формирование «раннего кластера» указанных доменов у ржи не является обязательной предпосылкой регулярного синапсиса, поскольку оно не нарушено ни у асинаптического мутанта sy9, ни у десинаптического мутанта sylO.
2. События рекомбинации, обусловленные участием ортологичных белков Rad51/Dmcl, которые у почкующихся дрожжей ответственны за инвазию и переброску цепей ДНК на начальных этапах мейотической рекомбинации, у ржи совпадают по времени с формированием «раннего кластера» теломеров и приурочены к субтеломерным районам хромосом.
3. Дефекты кластеризации теломерных и центромерных доменов хромосом в ядрах микроспороцитов ржи на стадиях предмейотической интерфазы-профазы I сопряжены с нарушениями генетического контроля событий рекомбинации: у мутанта syl нарушено формирование «ранних кластеров» и отсутствует иммуноцитохимический сигнал, соответствующий белкам Rad51/Dmcl, однако они не сопровождаются нарушением сборки протяженных осей, образованных белком Asyl, участвующим в синапсисе гомологичных хромосом.
4. Продукт гена SY1 ржи участвует в регуляции ранних событий рекомбинации на пост-транскрипционном уровне: ошибки сплайсинга, выявленные при анализе последовательностей кДНК ортологичных генов RAD51 и DMC1 у мутанта syl рассматриваются в качестве возможной причины отсутствия у него иммуноцитохимического сигнала, соответствующего этим белкам в профазе I.
5. Продукт гена SY9 участвует в сборке линейных трактов белка Asyl. Мутация sy9 нарушает этот процесс, но не сопровождается нарушениями ни в формировании «раннего кластера», ни в образовании промежуточных продуктов рекомбинации, связанных с участием рекомбиногенных белков Rad51/Dmcl.
6. Асинапсис у мутанта sy9 связан с нарушением вовлечения белка Asyl в формирование осевых комплексов мейотических хромосом. Те же дефекты характерны и для двойных мутантов sylsy9, то есть ген SY9 у ржи действует в мейозе раньше, чем ген SYI, участвующий в регуляции событий рекомбинации на пост-транскрипционном уровне.
7. Снятие контроля над гомологичностью синапсиса сопряжено с хромосомоспецифичностью рекомбинации, как гомологичной, так и эктопической: у мутанта sylO хромосома 4R чаще других хромосом набора вовлечена в образование хиазм, среди которых 39% образованы негомологичными хромосомами.
8. Аномалии синапсиса и рекомбинации могут быть следствием частичной деконденсации хроматина на стадиях пред-мейотической интерфазы - профазы I, которая отмечена в случае центромерных доменов хромосом у асинаптического мутанта ржи syl, добавочных хромосом ржи у синаптического мутантов phlb дополненной линии пшеницы; участков плечей хромосом, связанных хиазмами у десинаптического мутанта sy 10.
9. Белки Asyl и Zypl необходимы, но недостаточны для сборки CK у ржи: оба белка в изобилии присутствуют на мейотических хромосомах у мутанта sylO, образуя двухполосые линейные треки, при этом сборка CK нарушена. Мутантный фенотип syl0, по-видимому, обусловлен мутацией в гене, контролирующем белок, необходимый для соединения двухполосых треков AsylZypl в трехполосую структуру CK. Роль этого белка может заключаться в осуществлении рекомбинации, с чем синасис у ржи очевидно связан.
10. Предложена модель сборки CK у ржи, в соответствии с которой длинные линейные треки белков Asyl и Zypl образуются до синапсиса, объединяясь в трехполосую ленту, у которой два слоя Asyl фланкируют слой Zypl, только на стадии пахитены. Обособленность процессов сборки белков Asyl и Zypl на осях мейотических хромосом является особенностью ржи по сравнению с арабидопсисом, рисом и кукурузой.
Список публикаций по материалам диссертации.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
1. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Чакова Н.Н., Михайлова Е.И., Смирнов В.Г. Рецессивная мутация meilO у ржи, нарушающая мейотический цикл// Генетика. 1996. Т.32. N.9. С.1248-1255.
2. Богданов Ю.Ф., Федотова Ю.С., Соснихина С.П., Смирнов В.Г., Дадашев С.Я., Михайлова Е.И., де Йонг Я.Х. Новый тип аномалий мейоза перегородки в синаптонемных комплексах у растений инбредной линии Ms6 у ржи Secale cereale L.// Генетика. 1997. Т.ЗЗ. N.9. С.1236-1243.
3. Bogdanov Y.F., Fedotova Y.S., Sosnikhina S.P., Smirnov V.G., Dadashev S.Y., Mikhailova E.I., de Jong J.H. Bar and thorn-like abnormalities in synaptonemal complex of a mutant iye Secale cereale!I Genome. 1998. V.44. P.284-288.
4. Mikhailova E.I., Naranjo Т., Shepherd K., Wennekes -van Eden J., Heyting C., de Jong J.H. The effect of the wheat Phi locus on chromatin organisation and meiotic chromosome pairing analysed by genome painting// Chromosoma. 1998. V.107. P.339-350.
5. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Михайлова Е.И., Смирнов В.Г., Федотова Ю.С., Богданов Ю.Ф. Генетический контроль синапсиса у ржи Secale cerealeL.: асинаптический генsy9HГенетика. 1998. Т.34. N.11. С.1504-1512.
6. Naranjo Т., Martinez M., Mikhailova E.I., Maestra В., Corredor E., Diez M., Cuadrado A., Shepherd K., Wennekes -van Eden J., Heyting C., de Jong J.H., Romero C. The effect of the pairing homoeologous (Phi) gene of wheat on chromatin organisation and synapsis development// Cytogenet. Cell Genet. 1999. V.85. N.l-2. P.27.
7. Михайлова Е.И., Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Тихолиз О.А., Смирнов В.Г., Джонс Р.Н., Дженкинс Г. Изучение внутриядерной локализации субтеломерных и перицентромерных доменов в мейозе у асинаптических мутантов ржи//Цитология. 2001. Т.43. N.4. С.367-368.
8. Тихолиз О.А., Михайлова Е.И., Соснихина С.П., Оффенберг Х.Х., Веннекес -ван Эден Я., де Йонг Я.Х,., Хейтинг К. Иммуноцитохимическая локализация рекомбинационного белка Rad51 в мейоцитах асинаптических мутантов ржи// Цитология. 2001. Т.43. N.4. С.402-403.
9. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Тихолиз О.А., Михайлова Е.И., Смирнов В.Г., Федотова Ю.С., Коломиец О.Л., Богданов Ю.Ф. Генетический контроль синапсиса у ржи Secale cereale L.: ген syl9, контролирующий гетерологичный синапсис// Генетика. 2001. Т.37. N.1. С.81-90.
10. Mikhailova E.I., Sosnikhina S.P., Kirillova G.A., Tikholiz O.A., Smirnov V.G., Jones R.N., Jenkins G. Nuclear dispositions of subtelomeric and pericentromeric chromosomal domains during meiosis in asynaptic mutants of rye (Secale cereale L.)// J.Cell Sci. 2001. V.l 14. N.10. P.1875-1882.
11. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Тихолиз О.А., Михайлова Е.И., Смирнов В.Г., Федотова Ю.С., Мазурова Т.Ф., Богданов Ю.Ф. Проявление мутации sy2, вызывающей негомологичный синапсис в мейозе у диплоидной ржи Secale cereale L.// Генетика. 2002. Т.38. N.2. С.216-226.
12. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Тихолиз О.А., Михайлова Е.И., Прияткина С.Н., Смирнов В.Г. Генетический анализ мутации sy2, вызывающей негомологичный синапсис в мейозе у диплоидной ржи Secale cereale L.// Генетика. 2002. Т.38. N. 3. С.347-356.
13. Соснихина С.П., Кириллова Г.А.. Прияткина С.Н., Тихолиз О.А., Михайлова Е.И., Смирнов В.Г. Генетический анализ наследования мейотических мутаций meiS, syl and sylO у ржи Secale cereale L.// Генетика. 2003. T.39. N. 6. C.775-782.
14. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Михайлова Е.И., Тихолиз О.А., Смирнов В.Г., Немцова Н.С. Аномальная конденсация мейотических хромосом, вызванная мутацией meiS у ржи Secale cereale L.// Генетика. 2003. T.39. N.3. С.362-369.
15. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Прияткина С.Н., Михайлова Е.И., Тихолиз О.А., Смирнов В.Г. Изучение совместного наследования мутаций, нарушающих структуру мейотических хромосом у ржи Secale cereale LI/ Генетика. 2003. T.39. N.6. С. 783-790.
16. Михайлова Е.И., Соснихина СП, Тихолиз О.А., Смирнов В.Г., Оффенберг Х.Х., Хейтинг К., Джонс Р.Н., Дженкинс Г. Цитогенетическое изучение ключевых этапов мейоза у ржи// Цитология. 2003.Т.45. С.959.
17. Соснихина С.П., Михайлова Е.И., Тихолиз О.А. Генетический контроль гомологичного синапсиса в мейозе у ржи Secale cereale L.// Цитология. 2003. Т.45. С.963
18. Sosnikhina S.P., Mikhailova E.I., Tikholiz O.A., Priyatkina S.N., Smirnov V.G., Dadashev S.Y., Kolomiets O.L., Bogdanov Y.F. Meiotic mutations in rye Secale cereale L.// In: "Plant Cytogenetics" - A special volume of Cytogenetic and Genome Research (Guest Editors MJ Puertas, T Naranjo). 2005. V.109. P.215-220.
19. Jenkins G.M., Mikhailova E.I., Langdon Т., Tikholiz O.A., Sosnikhina S.P., Jones R.N. Strategies for the study of meiosis in rye// In: "Plant Cytogenetics" - A special volume of Cytogenetic and Genome Research (Guest Editors M.J. Puertas, T. Naranjo). 2005. V.109. P.221-227.
20. Соснихина С.П., Михайлова Е.И., Тихолиз O.A., Прияткина С.Н., Смирнов В.Г., Войлоков А.В., Федотова Ю.С., Коломиец О.Л., Богданов Ю.Ф. Коллекция мейотических мутантов ржи Secale cereale bJI Генетика. 2005. Т.41. N.10. С. 1310-1321.
21. Mikhailova E.I., Phillips D, Sosnikhina SP, Lovtsyus AV, Jones RN, Jenkins G. Molecular assembly of meiotic proteins Asyl and Zypl and pairing promiscuity in rye (Secale cereale L.) and its synaptic mutant sylOH Genetics. 2006. V.174. N.3. P. 1247-1258.
22. Phillips D., Mikhailova E.I., Timofejeva L., Mitchell J. L., Osina 0., Sosnikhina S.P., Jones R. N., Jenkins G. Dissecting meiosis of rye using translational proteomics // Annals of Botany. 2008. V. 101. P. 873-880.
23. Jenkins G., Phillips D., Mikhailova E., Timofejeva L., Jones R.N. Meiotic Genes and Proteins in Cereals// Cytogenetic and Genome Research. 2008. V. 120. P. 291-301.
24. Соснихина С.П., Михайлова Е.И., Цветкова H.B., Войлоков А.В., Ловцюс А.В., Иорданская И.В., Коломиец О.Л., Богданов Ю.Ф. Нарушение гомологичиости синапсиса хромосом в мейозе у ржи Secale cereale L., вызываемое рецессивной мутацией гена sy 18// Генетика. 2009. Т. 45. № 11. С. 1565-1574.
25. Ловцюс А.В., Долматович Т.В., Михайлова Е.И., Малышев С.В., Войлоков А.В., Соснихина С.П. Получение двойных мутантов по синаптическим генам SY1 и SY9 у ржи и их изучение методами молекулярной цитогенетики// Вестник Санкт-Петербургского ун-та. 2009. Сер. 3 (Биол.). Вып. 4. С. 47-56.
26. Михайлова Е.И., Ловцюс А.В., Соснихина С.П. Некоторые особенности реализации ключевых событий мейоза у ржи и ее синаптических мутантов// Генетика. 2010. Т. 46. № 10. С. 1371-1375.
27. Голубцов С. В., Соснихина С. П., Иорданская И. В., Войлоков А. В., Михайлова Е.И., Коломиец О. Л., Богданов Ю. Ф. Полустерильный
мейотический мутант syll ржи Secale cereale L. с гетерологичным синапсисом хромосом// Генетика. 2010, Т. 46. № 6. С. 774-781.
Публикации в других изданиях.
28. Sosnikhina S., Bogdanov Yu., Fedotova Yu., Smimov V., Kirillova G., Mikhailova E., Dadashev S., Gadzhiyeva S. Meiotic arrest, chromosome supercondensation, and synaptonemal complex formation in the meilO mutants of rye (Secale.cereale L.)// Chromosome Research. 1995. V.3. Suppl.l. P.123-124.
29. Mikhailova E.I., Anderson L.K., Offenberg H.H., Wennekes van Eden J., de Jong J.H., Heyting C. Immunocytological detection of Rad51 and synaptonemal complex proteins in rye Secale cereale L.// J. of Experimental Botany. 1998. V.49, Supplement. P.86.
30. Mikhailova E.I., Tikholiz O.A., Sosnikhina S.P., Offenberg H.H., Heyting C., Jones R.N., Jenkins G. Tracking the bouquet and detecting Rad51/Dmcl in meiosis of rye {Secale cereale L.)// J. of Experimental Botany. 2001. V.52, Supplement. P.109.
31. Mikhailova E.I., Tikholiz O.A., Sosnikhina S.P., Offenberg H.H., Heyting C., Jones R.N., Jenkins G. Tracking the bouquet and detecting Rad51/Dmcl in meiosis of rye (Secale cereale L.)// Chromosome Research. 2001. V.9, Supplement 1. P.44-45.
32. Jenkins G., Mikhailova E., Phillips D., Hasterok R., Draper J., Jones N. Models and meiosis in the 'omics era// In: Z. Zwierzykowski and A. Kosmala (eds.), Recent Advances in Genetics and Breeding of the Grasses. Institute of Plant Genetics PAS, Poznan, Poland, 2005. P.97-104.
33. Соснихина С.П., Кириллова Г.А., Михайлова Е.И., Тихолиз О.А., Прияткина С.Н., Егорова И.А., Смирнов В.Г. Коллекция мейотических мутантов ржиII В сб.: Идентифицированный генофонд растений и селекция (Отв. Ред.: Ригин Б.В., Гаевская Е.И.). Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский НИИ растениеводства имени Н.И.Вавилова (ГНЦ РФ ВИР). 2005. (896 е.). С.273-290.
34. Михайлова Е.И., Филлипс Д., Тимофеева Л.П., Ловцюс А.В., Осина О.А., Джонс Р. Н., Дженкинс Г. Стратегии в молекулярно-цитогенетическом изучении ключевых событий в мейозе у ржи// В сб. II Вавиловская международная конференция. Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке. Состояние, проблемы, перспективы. Доклады. Санкт-Петербург: Сектор редакц.-изд. деят. ГНЦ РФ ВНИИР им. Н.И. Вавилова (ВИР). 2009. С. 142-160.
Подписано в печать «30» апреля 2011 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,1. Тираж 100 экз. Заказ № 32
Типография «Восстания -1» 191036, Санкт-Петербург, Восстания, 1.
Содержание диссертации, доктора биологических наук, Михайлова, Елена Игоревна
СОКРАЩЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕЙОЗЕ
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).14'
1.1. Основные события мейоза.
1.2. Ключевые события профазы I мейоза!.
1.2.1. Передислокации доменов хромосом, кластеризация центромеров и теломеров:.
1.2.2. Гомологичное спаривание хромосом и сборка синаптонемного комплекса.
1.2.2.1. Белки поперечных филаментов СК.
1.2.2.2. Белки осевых элементов гомологичных хромосом и латеральных элементов СК, не относящиеся к когезину.
1.2.3. Рекомбинация гомологичных хромосом.
1.2.3.1. Два пути осуществления рекомбинационных событий.
1.2.3.2. Альтернативный путь кроссоверной рекомбинации.
112.3.3. ЯесА белгаги их роль в рекомбинации.'.
1.2.3.4. Выявление рекомбинации на цитологическом уровне.
1.3. Взаимосвязь ключевых событий профазы 1.
1.3.1. Передислокация доменов хромосом и связь этого процесса с синапсисом и рекомбинацией.
1.3.2. Связь процессов выравнивания, спаривания и синапсиса гомологичных хромосом с рекомбинацией.
1.3.3. Синапсис, рекомбинация и интерференция.
Глава 2. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КОЛЛЕКЦИЯ РЖИ Seeale cereale L. -МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МЕЙОЗА У ОРГАНИЗМОВ С БОЛЬШИМ ГЕНОМОМ.
2.1. Выделение мейотических мутантов из популяций ржи н их , поддержание в генетической коллекции.
2:2. Анализ наследования аномалий мейоза.
23. Сравнительная цитологическая характеристика^ мейотических, мутантов у ржи.
2.3.11 Методы цитологического анализа.
2.3.2. Синаптические мутанты.
2.3.3. Мутации, нарушающие конденсацию мейотических хромосом.
2.3.4. Мутации, деформирующие латеральные элементы CK.
2.4. Картирование мейотических мутаций у ржи.
214.1. Анализ биохимических и молекулярных маркеров.
2.4.2. Локализация синаптических мутаций, тест на аллелизм и выявление генотипов с разным сочетанием аллелей мей-генов.:. .95*
2.5. Перевод.коллекции мейотических мутантов ржип на яровую основу.:.
Глава 3. АНАЛИЗ РАННИХ СОБЫТИЙ МЕЙОЗА У РЖИ.
3.1. Специфические особенности используемой модели:
Материал и методы).
3.1.1. Характеристика растений, использованных для FISH.
3.1.2. Определение и описание стадий мейоза.
З.Г.З. Приготовление цитологических преператов из пыльников.
3.1.4. Зонды ДНК.
3.1.5. Флуоресцентная ДНК-ДНК гибридизация in situ (FISH).
3.1.6. Идентификация ядер клеток в интервале стадий «предмейотическая интерфаза-лептотена».
3.2. Типы агрегации субтеломерных иперицентромерных доменов хромосом у ржи дикого типа иудвухасинаптпческих мутантов! syl' и sy9.
3.2.1. Предмейотическая интерфаза - лептотена.
3.2:2: Лептотена - зиготена.
3.2.3; Зиготена-пахитена^.
3.2.4: Диплотена - диакинез- метафаза!.
3:3. Фенотип, обусловленный мутациями в генах синапсиса, может проявиться до образования синаптонемного комплекса
Обсуждение).
Глава 4. СВЯЗЬ МЕЖДУ СИНАПСИСОМ И РЕКОМБИНАЦИЕЙ В
МЕЙОЗЕУРЖИ:.
4;Г. Материал и методы.131*
4:1.1. Иммуноцитохимическая локализация белков Rad51 и Dmcl в микроспороцитах ржи.
4.1*;2. Выявление мейотических узелков для хшмуноцитохимической локализации белков рекомбинации.
411.3. Клонирование и секвенирование генов рекомбинации^
RAD51 и DMC1.
4.2. Локализация» рекомбиногенных белков Rad51 H^Dmcl в ядре и на хромосомах у синаптнческих мутантов.
4.3. Мейотические узелки.
4.3.1. Ранние мейотические узелки.
4.3.2: Связь между ранними, и поздними узелками.
4.3.3. Поздние мейотические (рекомбинационые) узелки.
4:3.4. Мейотические узелки у ржи.
4.4. Анализ нуклеотидных последовательностей мей-генов ржи.
4.5. Сравнителтный анализ синапсиса и рекомбинации у растений и у почкующихся дрожжей S. cerevisiae (Обсуждение).
Глава 5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ХРОМОСОМ, РЕКОМБИНАЦИЯ И ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ В МЕЙОЗЕ У РЖИ ПРИ СНЯТИИ КОНТРОЛЯ НАД ГОМОЛОГИЧНОСТЬЮ СИНАПСИСА.
5.1. Материал и методы.
5.2. Взаимодействие хромосом при^индискриминантном синапсисе.
5.3. Подходы к анализу рекомбинациши интерференции.
Глава 6. ВЫЯВЛЕНИЕ ПРЕДСИНАПТИЧЕСКОЙ
ОБУСЛОВЛЕННОСТИ ИНДИСКРИМИНАНТНОГО СИНАПСИСА.
6.1. Материал и методы.
6.1.1. Получение дисомных дополненных ржано-пшеничных линий, линий пшеницы, дополненных двумя телосомами 5RL ржи.
6.1.2. Сбор пыльников и определение стадий мейоза в них.
6.1.3. С-окраска.
6.Г.4. Геномная>гибридизация«ДНК-ДНК in situ (GISH).
6.2. Эффект локуса Phi пшеницы на организацию хроматина и спаривание хромосом.
6.2.1. Конфигурации, образуемые хромосомами на стадии метафазы 1.
6.2.2. Влияние Phi на общую организацию хроматина.
6.2.3. Морфологические особенности и поведение телосом 5RL.
6.2.3.1. Фенотип, соответствующий PhlPhl.
6.2.3.2. Фенотип, соответствующийphlbphlb.
6.3. Эффекты Phlb и взаимодействие хромосом (Обсуждение).
6.3.1. Влияние Phi на конденсацию хромосом.
6.3.2. Влияние Phi на (пред)мейотическое спаривание хромосом.
6.3.3. Влияние Phi на немейотическое спаривание хромосом.
Глава 7. ОТ ПРОТЕОМНЫХ «ПОРТРЕТОВ» МЕЙОТИЧЕСКИХ
МУТАНТОВ К ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ ГЕНОВ СИНАИСИСА И РЕКОМБИНАЦИИ.
7.1. Материал и методы.
7.Г;1. Иммуноцитохимические эксперименты.
7.1.2. Электронная микроскопия.
7.2. Протеомный «портрет» мутанта sylO.
7.2.1. Изучение фенотипа sylO на ультраструктурном уровне.
7.2.2. Белок синаптонемного комплекса^урГ и ассоциированный с CK белок Asyl образуют оси мейотических хромосом у sylO.
7.3. Двойные мутанты по синаптическнм генам SY1 и SY9 у ржи и их изучение методами молекулярной цитогенетики.
7.3.1. Получение двойных мутантов sylsylsy9sy9.
7.3.2. Иммуноцитохимическая локализация белка Asyl в ядрах микроспороцитов асинаптических мутантов syl, sy9 и sylsy9.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Молекулярно-цитогенетический анализ ключевых событий мейоза у ржи Secale cereale L."
N •
Мейоз является центральным? событием жизненного цикла эукариотических организмов, размножающихся;: половым? путем, которое инициирует переход; от диплоидной к гаплоидной] фазе' развития; то есть создает необходимые предпосылки для образования, гамет; Правильность мейоза обеспечивает фертильность и возможность: успешного полового воспроизведения. Для. редукционного деления в мейозе необходима тесная? ассоциация гомологичных хромосом, которая1, осуществляется при взаимодействии гомологов^ в профазе I мейоза; Взаимодействия:; гомологов, такие как попарное их выравнивание, спаривание, синапсис, то есть образование трехполосой белковой структуры синаптонемного комплекса (CK) между гомологичными хромосомами, и рекомбинация являются необходимыми: для сегрегации гомологов и сопровождаются» серией координированных параллельных событий реорганизации хромосом. Понимание регуляции генетического контроля мейотического деления; продвинулось, вперед за последнее десятилетие;, благодаря использованию молекулярной генетики применительно к генетическим моделям (на основе мейотических мутантов); в сочетании*, с их цитологическим изучением. Наибольшие усилия были сосредоточены» на нескольких, модельных объектах: Saccharomyces cerevisiae, Sordaria macrospora, Coprinus cinereus, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Arabidopsis thaliana, Zea mays. Одним из стимулов этих параллельных исследований^ было установление: сходства и различий в регуляции мейоза у различных эукариотических организмов (Loidl, 1990). Недавние молекулярно-генетические исследования выявили у разных видов много типов вариаций в мейотическом процессе, который считался высоко консервативным (Zickler, Kleckner, 1999; Shaw, Moore, 1998; Walker, Hawley, 2000; Burgess, 2002; Page,
На\у1еу,' 2004; Ь^тэ & а1, 2004; веПоп, На\у1еу, 2005). Детали и особенности взаимодействия хромосом удалось установить при анализе ряда мутаций по генам, контролирующим процессы рекомбинации и синапсиса (Мопопшга а1., 2006; ЗапсИег-Могап е1 а\. 2007; Уи е1 а1., 2010). У разных организмов удалось выявить мутации, вызывающие негомологичный синапсис наряду с гомологичным (ЪГан^, К1ет, 1997; вегеске, ZoЫn, 2000; ТБиЪоисЫ, Ыоес1ег, 2002), часть из которых затрагивали гены, кодирующие белки СК (Ь^тв & а1., 2005).
Анализ генетического контроля хода мейоза у организмов, находящихся на разных уровнях эволюционного развития, позволил вычленить ключевые этапы мейоза. Однако до настоящего времени нет ни одного объекта, у которого удалось бы детально изучить реализацию всех этапов. Результатом исследований сходных по проявлению наследственных нарушений мейоза -мейотических мутаций - у разных видов растений, животных и грибов явилось создание концепции универсальности генетического контроля мейоза. С другой стороны, результаты исследований последних пятнадцати лет показали, что этапы мейоза находятся под независимым генетическим контролем, и полный их спектр не является абсолютно необходимым для успешного осуществления этого процесса у каждого конкретного вида Кроме того, может быть различна» последовательность событий мейоза.
Изучение генетического контроля и молекулярных механизмов регуляции мейоза у ржи проводится с использованием оригинальной «Петергофской» коллекции спонтанных мейотических мутантов лаборатории генетики растений СПбГУ. На основе этой коллекции создана модель для изучения предмейотической доменной организации ядра, гомологичного спаривания и компактизации мейотических хромосом, а также проявления генов, контролирующих молекулярные процессы, связанные с осуществлением рекомбинации и синапсиса. Проведение генетического анализа позволяет выяснить закономерности наследования, межгенных и и межаллельных взаимодействий мейотических генов и их хромосомную локализацию. Другая часть исследований направлена на изучение проявления мутантных генов на различных стадиях мейотического цикла для выявления самого раннего дефекта, вызываемого мутантными аллелями, с использованием методов молекулярной цитогенетики. Эффективность использования^ модели может быть повышена путем перевода коллекции мейотических мутантов на яровую основу. Получение яровой коллекции' мейотических мутантов диктуется необходимостью в течение всего года иметь свежий материал для молекулярных исследований.
Мутанты «Петергофской» коллекции4представляют собой уникальнуюt систему для изучения проявления генов, контролирующих синапсис, для определения» порядка их включения в процесс мейоза на основании установления фенотипа двойных мутантов, а также реализации ключевых этапов мейоза у ржи с перспективой последующего выделения и клонирования генов, контролирующих мейоз.
Цель работы - сформировать представления о генетическом« контроле ключевых событий мейоза, последовательности их осуществления, а также об иерархии связей между ними у ржи Secale cereale L. на основании изучения генетической коллекции мейотических мутантов; выявить признаки универсальности и специфичности этих событий, а также связь событий мейоза с особенностями организации генома у эволюционно различных видов растений. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1) Изучить зависимость между предсинаптическими событиями, а именно передислокациями центромерных (прицентр омерных) и теломерных (субтеломерных) доменов хромосом в предмейотической интерфазе и в профазе I мейоза, и синапсисом у ржи.
2) Получить данные об осуществлении рекомбинационных событий у ржи и у ее синаптических мутантов путем иммуноцитохического выявления^ бежов рекомбинации ЕА051 и БМС1, секвенирования контролирующих их генов и изучения расположения мейотических (рекомбинационных) узелков» на;СК.
3) Избить зависимость между взаимодействием хромосом, хиазмообразованием и интерференцией в мейозе при нарушении контроля над гомологичностью синапсиса у ржи, вызванного десиналтической мутацией БуЮ.
4) Выяснить связан ли индискриминантный синапсис хромосом ржи с их предсинаптическим расположением в предмейотической интерфазе и ранней профазе I, использовав в качестве модели мутанты рЫЬ ржано-пшеничных дополненных линий.
5) Для выяснения особенностей взаимодействия генов синапсиса изучить иммуноцитохимическую локализацию белков СК в мейоцитах ржи дикого типа, у одиночных и двойных мутантов.
Краткий? обзор современных представлений о ключевых событиях мейоза приведен в первой главе. Результаты собственных исследований и их обсуждение- изложены, в шести отдельных главах, которые, в целях целостности восприятия снабжены« также подразделами с изложением материалов и методов.
Вторая глава посвящена изучению коллекции мейотических мутантов, ржи посредством генетического анализа для исследования межаллельных и межгенных взаимодействий синаптических мутаций, а также повышению эффективности использования модели путем перевода коллекции на яровую основу. В третью, четвертую и пятую главы вошли результаты использования этой модели для изучения регуляции синапсиса и проявления мутантных генов в ходе мейотического деления и выявления наиболее ранних дефектов методами гибридизации ДНК-ДНК in situ, иммуноцитохимической локализации некоторых белков рекомбинации и клонирования кодирующих их генов. В шестой главе приведены результаты изучения поведения' хромосом ржи в условиях нарушения контроля над гомологичностью синапсиса с использованием другой модели, а именно ржано-пшеничных дополненных линий с мутацией в локусе Phi. Седьмой раздел, посвящен иммуноцитохимическому анализу синапсиса, направленному на выявление взаимодействий на уровне генных продуктов и интерпретации выявленных в классическом цитогенетическом анализе эпистатических взаимодействий синаптических генов. Исследования этого раздела сконцентрированы на продолжении составления протеомных портретов синаптических мутантов, а именно на изучении белков СК, структуры в , рамках которой, в соответствии с современными представлениями, осуществляется удерживание гомологов в непосредственной близости друг от друга и происходят молекулярные события рекомбинации.
Совокупность данных, полученных в наших работах и в работах других авторов, позволяет утверждать, что результаты, полученные на разных мутационных системах при изучении мейоза оказались в некотором противоречии' с принципом универсальности, характеризующим процесс данного деления ядер и клеток. Таким образом, исключительно возросла актуальность всестороннего изучения всех ключевых этапов мейоза на каждом изучаемом объекте. Приведенные ниже результаты призваны продемонстрировать успехи развития и перспективы дальнейшего использования в качестве мутационной модели коллекции мейотических мутантов ржи, для выяснения механизмов мейоза у этого ценного, в хозяйственном отношении злака.
Заключение Диссертация по теме "Генетика", Михайлова, Елена Игоревна
ВЫВОДЫ
1. Кластеризация теломерных доменов хромосом у ржи, как и у пшеницы, приурочена к переходу от предмейотической! интерфазы к мейозу и происходит на более раннем' этапе, по* сравнению с другими видами (например кукурузой), у которых ее принято связывать с началом синапсиса.* Формирование «раннего кластера» указанных доменов у ржи не является обязательной предпосылкой регулярного синапсиса, поскольку оно не нарушено ни у асинаптического мутанта sy9, ни у десинаптического мутанта sylO.
2; События рекомбинации, обусловленные участием ортологичных белков Räd51/Dmcl, которые у почкующихся дрожжей ответственны за инвазию и переброску цепей ДНК на начальных этапах мейотической рекомбинации, у ржи совпадают по времени с формированием «раннего1 кластера» теломеров и приурочены к субтеломерным районам хромосом.
3. Дефекты кластеризации теломерных и центромерных доменов хромосом в ядрах микроспороцитов ржи на стадиях предмейотической*интерфазы-профазы I сопряжены с нарушениями генетического контроля событий рекомбинации: у мутанта syl нарушено формирование «ранних кластеров» и отсутствует иммуноцитохимический сигнал, соответствующий белкам Rad51/Dmcl, однако они не сопровождаются нарушением сборки протяженных осей, образованных белком Asyl, участвующим в синапсисе гомологичных хромосом.
Продукт гена SY1 ржи участвует в регуляции ранних событий рекомбинации на пост-транскрипционном уровне: ошибки сплайсинга, выявленные при анализе последовательностей кДНК ортологичных генов RAD51 и DMC1 у мутанта syl рассматриваются в качестве возможной причины отсутствия у него иммуноцитохимического сигнала; соответствующего этим* белкам в профазе I.
Продукт гена SY9 участвует в, сборке линейных трактов белка Asyl'. Мутация sy9' нарушает этот процесс, но не сопровождается нарушениями ни в» формировании «раннего кластера», ни в образовании промежуточных продуктов» рекомбинации, связанных с участием? рекомбиногенных белков Rad51/Dmcl.
Асинапсис у мутанта sy9 связан с нарушением'вовлечения белка Asyl в формирование осевых комплексов мейотических хромосом. Те же дефекты характерны и для двойных мутантов sylsy9, то есть ген SY9 у ржи действует в мейозе раньше, чем ген SYL участвующий в регуляции событий рекомбинации на пост-транскрипционном уровне.
Снятие контроля над гомологичностью синапсиса сопряжено с хромосомоспецифичностью рекомбинации, как гомологичной; так и эктопической: у мутанта syl0 хромосома 4R чаще других хромосом набора-вовлечена в образование хиазм, среди которых 39% образованы негомологичными хромосомами.
Аномалии синапсиса и рекомбинации могут быть следствием частичной деконденсации хроматина на стадиях пред-мейотической интерфазы -профазы I, которая отмечена в случае центромерных доменов хромосом у асинаптического мутанта ржи syl, добавочных хромосом ржи у синаптического мутантов phlb дополненной линии пшеницы; участков плечей хромосом, связанных хиазмами у десинаптического мутанта sylO.
9. Белки Asyl и Zypl необходимы, но недостаточны для сборки CK у ржи: оба белка в изобилии присутствуют на мейотических хромосомах у мутанта sylO, образуя двухполосые линейные треки, при этом сборка CK нарушена. Мутантный фенотип sylO, по-видимому, обусловлен мутацией в гене, контролирующем белок, необходимый для соединения двухполосых треков AsylZypl в трехполосую структуру CK. Роль этого бежа может заключаться в осуществлении рекомбинации, с чем синасис у ржи очевидно связан.
10. Предложена модель сборки CK у ржи, в соответствии с которой длинные линейные треки белков Asyl и Zypl образуются до синапсиса, объединяясь в трехполосую ленту, у которой два слоя Asyl фланкируют слой Zypl, только на стадии пахитены. Обособленность процессов сборки белков Asyl и Zypl на осях мейотических хромосом является особенностью ржи по сравнению с арабидопсисом, рисом и кукурузой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Настоящее исследование относится к области, сравнительной, генетики и демонстрирует подход к изучению генетического контроля,' механизмов и регуляции! мейоза, объединяющий цитогенетические и молекулярно-биологические исследования- для видов, которые характеризуются низкой плотно стью * генетических карт и низким процентом' кодирующих последовательностей относительно размера генома. К числу таких видов относится рожь S. cereale L. Для исследования мейоза, у этого вида нами' использована оригинальная генетическая- модель - • «Петергофская» коллекция мейотических мутантов. Использование оригинальной коллекции мейотических мутантов позволило выявить элементы консервативности и специфичности в реализации генетического контроля следующих ключевых этапов мейоза у ржи: кластеризации теломерных и центромерных доменов хромосому рекомбинации, сборки СК.
Данная работа1 является первым комплексным молекулярно-цитогенетическим'исследованием ключевых событий мейоза у Secale cereale L. Нами впервые проведено детальное изучение расположения прицентромерных и- субтеломерных доменов хромосом у синалтических мутантов ржи методом флуоресцентной гибридизации ДНК-ДНК in situ и установлено, на примере асинаптического мутанта sy9, что кластеризация этих доменов не является предпосылкой правильного синапсиса у ржи. Впервые показано, что отсутствие синапсиса у одного и того же асинаптического мутанта syl может быть связано как с нарушением кластеризации прицентромерных и субтеломерных доменов хромосом, так и с отсутствием рекомбиногенных белков5 Rad51/Dmcl в профазе I мейоза,
•Л которое на данном этапе установлено иммуноцитохимически. Показана ассоциация доменов гомологичных хромосом ржи в предмейотической интерфазе у дополненной ржано-пшеничной линии, а также нарушение такой ассоциации под влиянием мутации локуса Phi. Впервые для нормальных и мутантных растений ржи клонированы и секвенированы последовательности, гомологичные генам RAD51 и DMC1, проведена иммуноцитохимическая локализация мейотических белков Rad51 и Dmcl, Asyl и Zypl, ортологичных соответствующим белкам S. cerevisiae, A. thaliana, Lycopersicon esculentum, сопоставлены нарушения в поведении хромосом у мутантов и наличие у них дефектных белков.
Консервативность рекомбиногенных белков Rad51 и, Dmcl, гомологичных двум доменам одного белка RecA кишечной палочки Esherichia coli, позволила нам амплифицировать и клонировать фрагменты ортологичных генов ржи, а консервативность устройства эпитопов этих бежов - использовать методы иммуноцитохимии и локализовать их, с использованием антител к ортологичным белкам томатов, на хроматине в мейозе у ржи дикого типа и у двух ее синаптических мутантов, асинаптика sy9 и десинаптика sylO.
Успешность проведенной нами иммуноцитохимической локализации бежов синапсиса Asyl и Zypl у ржи с использованием антител к ортологичным белкам арабидопсиса свидетельствует в пользу консервативности третичной структуры этих бежов в районах эпитопов у отдельных представителей покрытосеменных растений, относящихся к разным классам, а именно к классам однодольных и двудольных.
Нами предложена гипотеза об иерархии связей между отдельными ключевыми событиями мейоза у ржи, которая заключается в следующем: кластеризация теломерных и центромерных доменов хромосом, а также правильная конденсация хромосом в ядрах микроспороцитов ржи на стадиях предмейотической интерфазы-профазы I, обеспечивают успешное осуществление ранних событий рекомбинации. События, связанные с инициацией и успешностью сборки линейных треков бежа Asyl, являются определяющими для« завершения рекомбинации, но не для ее инициации. Сборка трехполосой структуры CK также необходима для» завершения рекомбинации и обеспечивается белком отличным от Zypl. Экспериментальным обоснованием предложенной концепции являются следующие, полученные нами, результаты:
У ржи, как и у пшеницы, кластеризация теломерных доменов хромосом приурочена к переходу от предмейотической интерфазы к мейозу и происходит раньше, по сравнению с другими видами, (например кукурузой), у которых она ассоциируется с началом синапсиса. Формирование «раннего кластера» указанных доменов у ржи не является обязательной предпосылкой регулярного синапсиса, поскольку оно не нарушено ни у асинаптического мутанта sy9, ни у десинаптического мутанта sylO.
Продукт гена SY9 участвует в сборке линейных трактов белка Asyl. Мутация sy9 нарушает этот процесс, но не сопровождается нарушениями ни в формировании «раннего кластера», ни в образовании промежуточных продуктов рекомбинации, связанных с участием рекомбиногенных белков Rad51/Dmcl. С другой стороны, дефект «раннего кластера» и сопряженный с этим блок рекомбинации на этапе взаимодействия ДНК с белками Rad51 и Dmcl не сопряжены с нарушением сборки линейных трактов белка Asyl. Об этом свидетельствует сборка протяженных осей, образованных белком Asyl, а также отсутствие иммуноцитохимического сигнала, соответствующего белкам Rad51 и Dmcl, у асинаптического мутанта syl. Выявленный нами эпистаз гена SY9, над геном SY1, свидетельствует в пользу того, что ген SY9 действует в мейозе раньше, чем SY1, что, в свою очередь, явно указывает на независимость ранних событий рекомбинации на уровне ДНК от начальных этапов синапсиса у ржи.
Сборка белков Asyl и Zypl на осях мейотических хромосом начинается у ржи до формирования «ранних кластеров», то есть в предмейотической интерфазе, с образования обособленных: друг от друга точечных дисперсных центров, которые преобразуются в ранней профазе I в обособленные друг от друга линейные тракты: Характер сборки, белков^ Asyl и Zypl на осях мейотических хромосом является, отличием ржи от арабидопсиса, риса и кукурузы.
Белки Asyl- и Zypl в изобилии присутствуют на» мейотических хромосомах у мутанта sy 10, образуя двухполосые линейные треки. При этом сборка CK осуществляется индискриминантным образом- то есть имеются переключения с гомологичного партнера спаривания хромосом на негомологичный, а в> рекомбинацию вовлечены как гомологичные хромосомы, так, и негомологичные. Ген SY10, по-видимому, кодирует белок, необходимый для соединения двухполосых треков Asyl Zypl в трехполосую структуру CK. Роль, этого белка, может заключаться* в завершении рекомбинации по гомологичному и/или негомологичному сценарию.
Полученные данные позволяют сделать важные биологи ческие обобщения! относительно универсальности механизмов мейоза и вычленить специфические элементы реализации генетического контроля этого процесса у ржи Seeale cereale L. Проведенный в данной работе анализ призван продемонстрировать полезность использования ресурсов, накопленных при проведении исследований на томатах и арабидопсисе, для выяснения механизмов мейоза у злака; состоящего с ними лишь в отдаленном родстве. Наши исследования позволили выявить общие элементы как структур, так и генетического контроля мейоза, одновременно нам удалось обнаружить особенности процесса, который считался в достаточной степени консервативным. Полученные нами результаты подчеркивают необходимость детального изучения мейоза у разных организмов и призывают проявлять осторожность при попытках делать обобщения. Использование всех доступных методических подходов, наряду с полной инвентаризацией известных мейотических генов и белков приблизит нас к расшифровке сложных механизмов взаимодействия элементов в каждой конкретной системе генетического контроля мейоза у определенных видов.
Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Михайлова, Елена Игоревна, Санкт-Петербург
1. Богданов Ю.Ф. Ультраструктура хромосом в мейозе и синаптонемный комплекс. В кн. Цитология и генетика мейоза. В.В. Хвостова, Ю.Ф. Богданов (ред.). М.: Наука, 1975. С. 58-95.
2. Богданов Ю.Ф., Коломиец О.Л. Синаптонемный комплекс — индикатор динамики мейоза и изменчивости хромосом. М.: Товарищество найчных изданий КМК, 2007. 360 с.
3. Богданов Ю.Ф. Изменчивость и эволюция? мейоза // Генетика. 2003. Т. 39. № 4. С. 453-473. (Bogdanov Yu.F. Variation and*evolution of meiosis // Rus. J. Genetics. 2003. V. 39. N. 4. P. 363-381.)
4. Богданов Ю.Ф. Сходство доменной организации белков у филогенетически далеких организмов как основа консерватизма мейоза // Онтогенез. 2004. Т. 35. № 6. С. 415-423.
5. Вавилов Н.И. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Л.: Наука, 1987. 260 с.
6. Войлоков А.В, Цветкова Н.В, Ловцюс А.В, Долматович Т.В., Малышев С.В, Соснихина С.П. Использование генетических маркеров в изучении мейоза у ржи // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2005. Сер.З: Биология. Вып.4. С. 26-33.
7. Голубовская И.Н., Христолюбова Н.Б., Урбах В.Г., Сафонова В.Г. Двойные мейотические мутанты кукурузы и проблема регуляции мейоза // Докл. АН СССР. 1984. Т. 274. № 2. С. 423-428.
8. Дадашев С.Я., Гришаева Т.М., Богданов Ю.Ф. Идентификация и характеристика in silico последовательностей мейотической ДНК. Ahúb, возможно, участвует в прикреплении петель хроматина к синаптонемному комплексу // Генетика. 2005. Т. 41. № 12. С. 1707-1713.
9. Егорова И.А., Пенева Т.И., Баранова O.A., Войлоков A.B. Анализ сцепления биохимических и> морфологических маркеров IR-, 2R-, и 5R-хромосом ржи с мутациями автофертильности в основных локусах несовместимости // Генетика. 2000. Т. 36. № 9. С. 1-8.
10. Коломиец O.JL, Федотова Ю.С., Богданов Ю.Ф. Естественная деградация синаптонемных комплексов на стадии диплотены мейоза позволяет анализировать организацию его ультраструктурных компонентов // Биологические мембраны. 2001. Т. 18. С. 230-249.
11. Майр Э. Популяции, виды и эволюция. М.: Мир, 1974. С. 264-274.i
12. Малышев C.B., Войлоков A.B., Корзун В.Н., Бёрнер А., Картель H.A. Картирование генома ржи (Seeale cereale L.) с помощью молекулярных маркеров И Вестник ВОГиС. 2005. Т. 9. № 4. С. 473-480.
13. Михайлова Е.И., Соснихина С.П., Мичурина Т.Г. Идентификация хромосом ржи на основании* конъюгационного теста в мейозе // Генетика. 1993: Т. 29. N. 6. С. 978-989.
14. Михайлова Е.И., Тихолиз O.A., Андерсон Л.К., Оффенберг Х.Х., Веннекес-ван Еден Я4., де Ионг Я.Х, Хейтинг К. Иммунологическая локализация Rad51 и белков синаптонемного комплекса у ржи И Материалы II съезда ВОГиС. Санкт-Петербург. 2000. Т.1. С.24Г.
15. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Колос, 1974.288 с.
16. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск: Высш. школа, 1964. 322 с.
17. Серебровский A.C. Генетический анализ. М.: «Наука», 1970. 342 с. (первое изд. 1940).
18. Смирнов В.Г. Цитогенетика. М.: «Высшая школа», 1991. С. 87.
19. Смирнов В.Г., Соснихина С.П. Генетика ржи. Л.: Изд-во Ленинградского университета. 1984. 264 с.
20. Соснихина С.П. Генетический контроль поведения хромосом в мейозе у инбредных линий диплоидной ржи {Seeale cereale L.) II. Число хиазм // В кн.: Исследования по генетике. Л., 1974. Вып. 5. С. 112-119.
21. Соснихина С.П., Смирнов В.Г., Михайлова Е.И. Цитогенетическое исследование асинаптической мутантной формы ржи // Генетика. 1989. Т. 25. №12. С. 2157-2167.
22. Соснихина С.П., Смирнов В.Г., Михайлова Е.И., Егорова Л.Ф. Мутация частичного асинапсиса у ржи // Генетика. 1992. Т. 28. № 3. С. 128-136.
23. Суриков И.М., Романова Н.П. Материалы по факториальной генетике ржи {Secale cereale L.). I. Наследование различий по признакам опушенности листового влагалища и озимости-яровости // Генетика. 1978. Т. 14. №3. С. 396-405.
24. Суриков И.М., Романова Н.П. Некоторые данные о наследовании признака яровость-озимость у ржи // Труды по прикл. бот., генет. и селекции. 1980. Т. 67. Вып. 3. С. 46-49.
25. Тимофеева Л.П., Голубовская И.Н. Новый тип десинаптического гена у кукурузы, выявленного методом микроспредирования синаптонемных комплексов //Цитология. 1991. Т. 33. С. 3-8.
26. Тихонович И.А., Фадеева Т.С. Изучение гетерохроматина в кариотипах форм генетической коллекции ржи // Генетика. 1976. Т. 12. С. 5-14.
27. Тихонович И.А., Дубовская А.Г., Соснихина С.П. Использование гетерохроматиновых маркеров в цитогенетических исследованиях у ржи {Seeale cereale L.) Сообщение I. Поведение в мейозе хромосом 1 (7R) и 5 (4R) // Генетика. 1987. Т. 23. С. 838—844.
28. Фадеева Т.С. Типы популяций растений и методы их изучения. В Межвуз. Сб. Популяции растений (генетическая и цитогенетическая структура); под ред. Т.С.Фадеевой. Л.: Изд. Ленингр. ун-та, 1979. С.3-27.
29. Федоров B.C., Смирнов В.Г., Соснихина С.П. Некоторые итоги исследований^ по частной генетике ржи // В кн.: Исследования по генетике. Вып. 4. Л., 1971. С. 117-133.
30. Федотова Ю С., Коломиец О.Л., Богданов Ю.Ф. Электронно-микроскопический анализ профазы мейоза у мутантов ржи с нарушенным синапсисом хромосом // Генетика. 1989. Т. 25. № 3. С. 462468.
31. Федотова Ю.С., Коломиец О.Л., Гаджиева С.А. Электронно-микроскопический анализ тотальных препаратов синаптонемных комплексов растения ржи, гетерозиготного по парацентрической инверсии // Цитология. 1991. Т. 33. № 9. С. 3-12.
32. Федотова Ю.С., Коломиец О.Л., Богданов Ю.Ф. Ультраструктурный анализ профазь1 I мейоза у десинаптического мутанта sy3 // Генетика. 1992. Т. 28. №3. С. 120-127.
33. Шамина Н.В., Рузанкина Я.С., Соснихина С.П. Нарушение структуры веретена деления у мутации meilO в мужском мейозе у ржи // Цитология. 1994. Т. 36. №2. С. 189-193.
34. Abbo M.W., Dunford R.P., Foote Т., Reader S.M., FlavellR.B., Moore G.M. Organization , of retro element and stem-loop repeat families in the genomes and nuclei of cereals // Chrom. Res. 1995. V. 3.P.5-15.
35. Abranches R., Beven A.F., Aragon-Alcaide-L., Shaw P.J. Transcription sites are not correlated with chromosome domains in wheat nuclei // J. Cell. Biol. 1998. V. 143. P. 5-12.
36. Albini S.M., Jones G.H. Synaptonemal complex spreading in Allium сера and . A. fistulosum. I. The initiation and sequence of pairing // Chromosoma. 1987'.1. V. 95. P. 324-338.
37. Alkhimova A.G., Heslop-Harrison J.S., Shchapova A.I., Vershinin A.V. Rye . chromosome variability in wheat-rye addition and substitution lines //
38. Chromosome Res. 1999. V. 7. P. 205-212.
39. Alkhimova O.G., Mazurok N.A, Potapova T.A., Zakian S.M., Heslop-Harrison J.S., Vershinin A.V. Diverse patterns of the tandem repeats organization in rye chromosomes // Chromosoma«. 2004. V. 113. P. 42-52.
40. Allers Т., Lichten M. Differential timing and control of noncrossover and crossover recombination during meiosis // Cell. 2001. V. 106. P. 47—57.
41. Anderson L.K., Stack S.M., Sherman I.M. Spreading synaptonemal complexes from Zea mays. I. No synaptic adjustment of inversion loops during pachytene // Chromosoma. 1988. V. 96. P. 295-305.
42. Anderson L.K., Stack S.M., Todd R.J., Ellis R.P. A monoclonal antibody to lateral element proteins in synaptonemal complexes of Lilium longiflorum // Chromosoma. 1994. V. 103. P. 357-367.
43. Anderson L.K., Offenberg H.H., Verkuijlen W.M.H.C, Heyting C. RecA-like proteins are components of early meiotic nodules in lily // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. P. 6868-6873.
44. Anderson L.K., Hooker K.D., Stack S.M. The distribution of early recombination nodules on zygotene bivalents from plants // Genetics. 2001. V. 159. P. 1259-1269.V
45. Anderson* L.K., Stack S.M. Meiotic Recombination in Plants // Current Genomics. 2002. V. 3. P. 507-525.
46. Anderson L.K. Doyle G.G., Brigham B., Carter J., Hooker K.D., Lai A., Rice M., Stack S.M. High resolution crossover maps for each bivalent of Zeamays using recombination nodules I I Genetics. 2003. V. 165. P. 849-865.
47. Anderson- L.K., Reeves A., Webb L.M., Ashley T. Distribution of crossing over on mouse synaptonemal complexes using immunofluorescent localization of MLH1 protein // Genetics. 1999. V. 151. P. 1569-1579.
48. Anderson L.K., SalamehN., Bass H.W., Harper L.C., Cande W.Z., Weber G., Stack S.M. Integrating genetic linkage maps with pachytene chromosome structure in maize// Genetics. 2004. V. 166. P. 1923-1933.
49. Anderson L. K., Stack, S. M. Recombination nodules in plants // Cytogenetics and Genome Research. 2005. V. 109. P. 198-204. ^
50. Anuradha, S., Muniyappa K. Molecular aspects of meiotic chromosome synapsis and recombination // Progress Nucleic Acid Res. Mol.* Biol. 2005. V. 79. P. 49-132.
51. Arabidopsis Genome Initiative. Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana // Nature. 2000. V. 408. P. 796-815.
52. Aragon-Alcaide L., Miller T., Schwarzacher T., Reader S., Moore G. A cereal centromeric sequence // Chromosoma. 1996. V. 105. P. 261-268.
53. Aragon-Alcaide L., Reader S., Miller T., Moore, G. Centromeric behaviour in wheat with high and low homoeologous chromosomal pairing // Chromosoma. 1997a. V. 106. P. 327-333.
54. Aragón-Alcaide, L., Reader, S., Beven, A., Shaw, P., Miller, T. and Moore, G. Association of homologous chromosomes during floral development // Curr. Biol. 1997b. V. 7. P. 905-908.
55. Armstrong S.J., Caryl A.P., Jones G.H., Franklin F.C.H. Asyl, a protein required for meiotic chromosome synapsis, localizes to axis-associated chromatin in Arabidopsis and Brassica // J. Cell Sci. 2002. V. 115. P. 36453655.
56. Arnaudeau C., Helleday T., Jenssen D. The RAD51 protein supports homologous recombination by an exchange mechanism in mammalian cells // J. Mol. Biol. 1999. V. 289. P. 1231-1238.
57. Ashley T., Plug A.W., Xu J., Solari A.J., Reddy G., Golub E.I., Ward D.C. Dynamic changes in RAD51 distribution on chromatin during meiosis in male and female vertebrates // Chromosoma. 1995. V. 104. P. 19-28.
58. Badaeva E.D., Zoshchuk S.A., Paux E., Gay G., Zoshchuk N.V., Roger D., Zelenin A.V., Bernard M., Feuillet C. Fat element — a new marker for chromosome and genome analysis in the Triticeae // Chromosome Res. 2010. V. 18. N. 6. P. 697-709.
59. Backer B.S., Carpenter A.T.C., Esposito M.S., Esposito R.E., Sandler L. The genetic control of meiosis // Ann. Rev. Genet. 1976. V. 10. P. 53-134.
60. Bai X., Peirson B.N., Dong F., Xue C., Makaroff Ch. A. Isolation and characterization« of synl, a RAD21-like gene essential for meiosis in Arabidopsis // Plant Cell. 1999. V. 11. P. 417-430.
61. Bailis J.M., Roeder G.S. Synaptonemal complex morphogenesis and sisterchromatid. cohesion require Mekl-dependent phosphorylation of a meiotic chromosomal protein // Genes Dev. 1998. V. 12. P. 3551—3563.
62. Baker S.M., Bronner C.E., Zhang L., Plug A.W., Robatzek M. Male mice defective in the DNA mismatch repair gene PMS2 exhibit abnormal chromosome synapsis in meiosis // Cell. 1995. V. 82. P. 309-319.
63. Bardhan A. Chuong H., Dawson D.S. Meiotic cohesin promotes pairing of non-homologous centromeres in early meiotic prophase // Mol. Biol. Cell. 2010. V. 21. P. 1799-1809.
64. Barlow, A.L., Hulten M.A. Combined immunocytogenetic and molecular cytogenetic analysis of meiosis I human spermatocytes // Chromosome Res. 1996. V. 4. P. 562-573.
65. Benavente E., Fernandez-Calvin B., Orellana J. Relationship between the levels of wheat-rye metaphase I chromosomal pairing and recombination revealed by GISH // Chromosoma. 1996. V. 105. P. 92-96.
66. Bennett M.D., Rao M.K., Smith J.B., Bayliss M.W. Cell development in the anther, the ovule and the young seed of Triticum aestivum L. var Chinese Spring II Phil. Trans R. Soc. Lond. B Biol Sci. 1973. V. 266. P. 39-81'.
67. Bennett M.D., Smith J.B., Simpson S., Wells B. Intranuclear fibrillar material in cereal pollen mother cells // Chromosoma. 1979. V. 71. P. 289-332.
68. Bishop D.K., Park D., Xu L., Kleckner N. DMC1: a meiosis-specific yeast homolog oiE. coli recA required for recombination; synaptonemal complex formation, and cell cycle progression // Cell. 1992. V. 69. P. 439-456.
69. Bishop D:K. RecA homologs Dmcl and Rad51 interact to form multiple nuclear complexes prior to meiotic chromosome synapsis // Cell. 1994. V. 79. P. 1081-1092.
70. Bishop D.K., Zickler D. Early decision: meiotic crossover interference prior , to stable strand exchange and synapsis II Cell. 2004. V. 117. P. 9-15.
71. Bogdanov Y.F., Fedotova Y.S., Sosnikhina S.P., Smirnov V.G., Dadashev S.Y., Mikhailova E.I., de Jong J.H. Bar and thorn-like abnormalities in synaptonemal complex of a mutant rye Secale cereale // Genome. 1998. V. 44. P. 284-288.
72. Bogdanov Y.F., Grishaeva T.M., Dadashev S.Ya. Similarity of the domain . structure of proteins as a basis for the conservation of meiosis // Intern. Review of Cytology // 2007. V. 257. P. 83-142.
73. Borner G.V., Kleckner N., Hunter N. Crossover/Noncrossover differentiation, synaptonemal complex formation; and regulatory surveillance at the leptotene/zygotene transition of meiosis // Cell! 2004. V. 117. P. 29-45.
74. Bolcun-Filas E., Costa Y, Speed R., Taggart M., Benavente R., De Rooij D.G., Cooke H.J. SYCE2 is required for synaptonemal complex assembly, double strand break repair, and homologous recombination // J. Cell Biol. 2007. V. 176. N. 6. P. 741-747.
75. Brar G.A., Hochwagen A., Ee L.S., Amon A. The multiple roles of cohesin in meiotic chromosome morphogenesis and pairing // Mol. Biol. Cell. 2009. V. 20. N. 3. P. 1030-1047.
76. Brar G.A., Kiburz B.M., Zhang Y., Kim J.E., White F., Amon A. Rec8 phosphorilation and recombination promote the step-wise loss of cohesion in meiosis//Nature. 2006. V. 441. P. 532-536.
77. Cai X., Dong F., Edelmann R.E., Makaroff C.A. The Arabidopsis SYN1 cohesin protein is required for sister chromatid arm cohesion and homologous chromosome pairing 11 J. Cell Sci. 2003. V. 116. P. 2999-3007.
78. Cao L., Alani E., Kleckner N. A pathway for* generation and processing of double-strand breaks during meiotic recombination in- S. cerevisiae // Cell. 1990. V.61.P. 1089-1101.
79. Carpenter A.T.C. Normal synaptonemal complex and abnormal recombination nodules in two alleles of the Drosophila meiotic mutant mei-W68 // Genetics. 2003. V. 163. P. 1337-1356.
80. Carson H.L. The genetic system, the deme, and the origin of species // Ann.Rev.Genet. 1987. V. 21. P. 405-423.
81. Caryl A. P., Armstrong S. J., Jones G. H., Franklin F. C. H. A homologue of the yeast HOP1 gene is inactivated in Arabidopsis meiotic mutant asyl // Chromosoma. 2000. V. 109. P. 62-71.
82. Cermeno M.C., Orellana J., Lacadena J.R. Evidence of nonchiasmate bonds at metaphase I in inbred rye // Can. J. Genet. Cytol. 1984. V. 26. P. 409-^114.
83. ChaO'S., Sharp P.J., Worland A.J., Warham E.J., Koebner R.M.D., Gale M.D: RFLP-based genetic maps of wheat homoeologous group 7 chromosomes // Theor. Appli Genet. 1989. V. 78. P. 495-504.
84. Chatteijee R., Jenkins G. Meiotic chromosome interactions in inbred autotetraploid rye (Secale cereale L.) // Genome. 1993. V. 36. P. 131-138.
85. Chelysheva L., Gendrot G., Vezon D., Doutriaux M. P., Mercier R., Grelon M. Zip4/Spo22 is required for class I CO' formation but not for synapsis completion in Arabidopsis thaliana // PLoS Genet. 2007. V.3. P. e83.
86. Chen C., Zhang W., Timofejeva LGerardin Y., Ma H. The Arabidopsis ROCK-N-ROLLERS gene encodes a homolog of the yeast ATP-dependent DNA helicase MER3 and is required for normal meiotic crossover formation // Plant J. 2005. V. 43. P. 321-334.
87. Chikashige Y., Ding D.Q., Imai Y., Yamamoto M., Haraguchi T., Hiraoka Y. Meiotic nuclear reorganization: switching the position of centromeres and telomeres in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe // EMBO J. 1997. V. 16. P. 193-202.
88. Cobb1 J., Reddy R.K., Park C., Handel M.A. Analysis of expression and function of topoisomerase I and II during meiosis in male mice // Mol. Reprod. Dev. 1997. V. 46. P. 489-498
89. CobbeN., Heck M.M.S. Review: SMCs in the world of chromosome biology from prokaryotes to higher eukaryotes // J. of Structural Biol. 2000. V. 129. P. 123-143.
90. Cobbe N., Heck M.M.S. The evolution of SMC proteins: phylogenetic analysis and structural implications // Mol. Biol. Evol. 2004. V. 21. P. 332347.
91. Colaiacovo M.P. The many facets of SC function during C. elegam meiosis // Chromosoma. 2006. V. 115. P. 195-211.
92. Couteau F., Belzile F., Horlow C., Grandjean 0.„ Vezon D., Doutriaux M.P. Random chromosome segregation) without meiotic arrest in both male and female meiocytes of a dmcl mutant of Arabidopsis // Plant Cell. 1999. V. 11. P. 1623-1634.
93. Cross F., Roberts J., Weintraub H. Simple and complex cell* cycles // Ann. Rev. Cell. Biol. 1989. V. 5. P. 341-396.
94. Cuadrado A., Ceoloni C., Jouve N. Variation in, highly repetitive. DNA composition of heterochromatin in rye studied by fluorescence in situ hybridization // Genome. 1995. V. 38. P. 1061-1069.
95. Cuadrado A., Jouve N. Evolutionary trends of different repetitive DNA sequences during speciation in the genus Secale I I J. Hered. 2002. V. 93. P. 339-345.
96. Cunado N., Barrios J., Santos J.L. Organization of highly repeated sequences in surface-spread pachytene, chromosomes of rye // Genome. 2000. V. 43. P. 945-948.
97. Darlington C.D. The origin and behavior of chiasmata. VII. Zea mays. Z. Indukt. Abstammungs Vererbungsl. 1934. V. 67. P. 96-114.
98. Darlington C.D. Evolution, of genetic systems. Cambridge: Cambridge University Press, 2nd Ed., 1958.265 c.
99. Dernburg A.F., Sedat J.W., Cande W.Z., Bass H.W. Cytology of telomeres. In Telomeres (ed. E. H. Blackburn and C. W. Greider), Plainview: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1995. P. 295-338.
100. Dernburg A.F., Sedat J.W., Hawley R.S. Direct evidence of a role of heterochromatin in meiotic chromosome segregation // Cell. 1996. V. 86. P. 135-146.
101. Dernburg A.F., McDonald K., Moulder G., Barstead R., Dresser M., Villeneuve A.M. Meiotic recombination in C. elegans initiates by a conserved mechanism and is dispensable for homologous chromosome synapsis // Cell. 1998. V. 94. P. 387-398.
102. Diaz-Martinez L.A., Gimenez-Abian J.F., Clarke D.J. Chromosome cohesion rings, knots, ores and fellowship // J. Cell Sci. 2008. V. 121. P. 2107-2114.
103. Dobson M., Pearlman R.E., Karaiskakis A., Spyropoulos B., Moens P.B. Synaptonemal complex proteins: occurrence, epitope mapping, and chromosome disjunction // J Cell Sci. 1994. V. 107. P. 2749-2760.
104. Dong H., Roeder G.S. Organization of the yeast Zipl protein within the central region of the synaptonemal complex // J. Cell Biol. 2000. V. 148 P. 417-426.
105. Doutriaux M.P, Couteau F., Bergounioux C., White C. Isolation and characterisation of the RAD51 and DMC1 homologs from Arabidopsis thaliana II Molecular and General Genetics. 1998. V. 257. P. 283-291.
106. Dover G.A., Riley R. The effect of spindle inhibitors applied before meiosis on meiotic chromosome pairing // J. Cell Sci. 1973. V. 12. P. 143-161.
107. Driscoll C.J., Darvey N.L., Barber FI.N. Effect of colchicine in meiosis of hexaploid wheat//Nature. 1967. V. 216. P. 687-688.
108. Driscoll C.J., Darvey N.L. Chromosome pairing: effect of colchicine on anisochromosome // Science. 1970. V. 169. P. 290-291.i
109. Egel R. The synaptonemal complex and, the distribution of meiotic recombination events // Trends Genet. 1995. V. 11. V. 206-208.
110. Eijpe M., Offenberg H., Jessberger R., Revenkova E., Heyting C. Meiotic cohesin REC8 marks the axial elements of rat synaptonemal complexes before cohesins SMCljff and SMC3 // J. Cell Biol. 2003. V. 160. P. 657-670.
111. Fawcett D.W. The fine structure of chromosomes in the meiotic prophase of vertebrate spermatocytes // J. Biophys. Biochem. Cytol. 1956. V. 2. P. 403406.
112. Fedotova Y.S., Kolomiets O.L., Bogdanov Y.F. Synaptonemal complex transformations in rye microsporocytes at the diplotene stage of meiosis // Genome. 1989. V. 32. P. 816-823.
113. Fedotova Y.S., Bogdanov Y.F., Gadzhiyeva S.A., Sosnikhina S.P., Smirnov V.G., Mikhailova E.I. Meiotic mutants of rye Secale cereale L. II. Thenonhomologous synapsis in desynaptic mutants sy7 and sylO // Theor. Appl. Genet. 1994. V. 88. P. 1029-1036.
114. Feldman M. The effect of chromosomes 5B, 5D and 5A on' chromosome pairing in Triticum aestivum // Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 1966. V.55. P. 14471453.
115. Feldman M. Cytogenetic activity and !mode of action of the pairing homoeologous (Phi) gene of wheat // Crop Sci. 1993. V. 33. P. 894-897.
116. Feldman, M., Avivi L. Genetic control of bivalent pairing in common wheatthe mode of PhL action. In: Brandham P.E. (ed) Kew Chromosome Conference III. HMSO; 1988. P. 269-279.
117. Feng Q , Zhang Y., Hao P., Wang S., Fu. G. et al: Sequence analysis of rice chromosome4 //Nature. 2002. V. 420. P. 316-320.
118. Franklin A.E., McElver J., Sunjevaric I., Rothstein R., BowenB., Cande W.Z. Three-dimensional microscopy of the Rad51 recombination protein during meiotic prophase // Plant Cell. 1999. V. 11. P. 809-824.
119. Franklin, A.E., Golubovskaya I.N., Bass H.W., Cande W.Z. Improper chromosome synapsis is associated with elongated RAD51 structures in the maize desynaptic2 mutant// Chromosoma. 2003. V. 112. P. 17-25.
120. Fransz P.F., Alonso-Blanco C., Liharska T.B., Peeters A.J.M., Zabel P., de Jong, H.J. High-resolution physical mapping in Arabidopsis thaliana and tomato by fluorescence in situ hybridization to extended DNA fibres // Plant J. 1996. V. 9. P. 421-430.r
121. Friebe B., Gill BiS. Chromosome banding and genome analysis in diploid and cultivated polyploid wheats. In: Jauhar P.P: (ed) Methods of genome analysis in plants. CRC Press, 1996. P. 39-60.
122. Fung J.C., Rockmill B., Odell M., Roeder G.S. Imposition of crossover interference through the nonrandom distribution of synapsis initiation complexes // Cell. 2004. V. 116. P. 795-802.
123. Garcia-Muse T., Boulton S.J. Meiotic recombination in Caenorhabditis elegansll Chromosome Research. 2007. V. 15. P. 607-621.
124. Gasior S.L., Wong A.K. Kora Y., Shinohara A., Bishop D.K. Rad52 associates with RPA and functions with Rad55 and Rad57 to assemble meiotic recombination complexes // Genes and Development. 1998. V. 12. P. 2208-2221.
125. Gerecke E.E., Zolan M.E. An mrell mutant of Coprmus cinereus has defects infmeiotic chromosome pairing, condensation and synapsis // Genetics. 2000. V. 154. P.1125-1139.
126. Gerlach W.L., Dyer T.A. Sequence organization of the repeating units in the nucleus of wheat' which contain 5S rRNA genes // Nucleic Acids Res. 1980. V. 11. P. 4851-4865.
127. Gerton J.L., Hawley R:S. Homologous chromosome interaction in meiosis: diversity amidst conservation //Nature. 2005*. V. 6. P. 477-487.
128. Gill B.S., Kimber G. Giemsa C-banding and« the evolution-of wheat // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1974a. V. 7L P. 4086-4090^
129. Gill B.S., Kimber G.A Giemsa C-banded karyotype of rye // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1974b. V. 71. P. 1247-1249.
130. Gill K.S., Gill B.S., Elido T.R., Mukai Y. The physical mapping of Phi, a chromosome pairing regulator gene in polyploid wheat// Genetics. 1993. V. 134. P. 1231-1236.
131. Gillies C.B. An electron microscopic study of synaptonemal complex formation at zygotene in rye // Chromosoma. 1985. V. 92. P. 165-175.
132. Giorgi B., Barbera F. Increase of homoeologous pairing in hybrids between ph mutant of T. turgidum L. var. durum and two tetraploid* species of Aegilops: Aegilops kotschyi and Ae. cylindrical! Cereal. Res. Commun. 1981. V. 9. P. 205-211.
133. Giráldez R., Cermeño M., Orellana J. Comparison, of C-banding pattern in the chromosomes of inbred lines and open pollinated varieties of rye, Secale cereale L. // Z Pflanzenzücht. 1979. V. 83. P. 40-48.
134. Glover J., Grelon M., Craig S., Chaudhury A., Dennis E. Cloning and characterization oí MS5 from Arabidopsis: a gene critical in male , meiosis // Plant J. 1998. V. 15. P. 345-356.
135. Goff S.A., Ricke D., Lan T.H., Presting G., Wang R. et al: A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa L. ssp. japónica) // Science. 2002. V. 296. P. 92-100.
136. Golubovskaya I.N. Genetical control of meiosis // Int. Rev. Cytol. 1979. V. 58. P. 247-290.
137. Golubovskaya I.N., Grebennikova Z.K., Anger D.L., Sheridan W.F. The maize desynaptic 1 mutation disrupts meiotic chromosome synapsis // Dev. Genetics. 1997. V. 21. P. 146-159.
138. Golubovskaya I.N., Hamant O., Timofejeva L., Wang Chung-Ju R., Braun D., Meeley R., Gande W. Z. Alleles of afdl dissect REG8 functions during meiotic prophase I // J. Cell Sci. 2006. V. 119. P. 3306-3315.
139. Golubovskaya I.N., Harper L.C., Pawlowski W.P., Schichnes D., Cande W.Z. The paml gene is required for mitotic bouquet formation and efficient homologous synapsis in maize (Zea mays L.) // Genetics. 2002. V. 162. P. 1979-1993.
140. Griffiths.S., Sharp R., Foote T.N., Bertin I., Wanous M., Reader S., Colas I., Moore G. Molecular characterization of Phi as a major chromosome pairing locus in polyploid wheat //Nature: 2006. V. 439. P. 749-752.
141. Guidet F., Rogowsky P.M., Taylor C., Song W., Langridge P. Cloning and characterization of a new type specific repeated sequence // Genome. 1991. V. 34. P. 81-87.
142. Hackauf B., Wehling P. Identifcation of microsatellite polymorphisms in an expressed portion of the rye genome // Plant Breed. 2002. V. 121. P. 17-25.
143. Haering C.H., Nasmyth K. Building and breaking bridges between sister chromatids // BioEssays. 2003. V. 25. P. 1178-1191.
144. Hajdera I., Siwinska D., Hasterok R., Maluszynska I. Molecular cytogenetic analysis of genome structure in Lupinus angustifolius and Lupinus cosentimi // Theor. AppL Genet. 2003. V. 107. P. 988-996.
145. Hamant O., Ma H., Cande W.Z. Genetics of meiotic prophase I in plants // Annu. Rev. Plant Biol. 2006. V. 57. P. 267-302.
146. Harper L., Golubovskaya I., Cande W.Z. A bouquet of chromosomes // J. Cell Sci. 2004. V. 117. P. 4025-4032.
147. Hart G.E., Langston P.J. Chromosomal location and evolution of isozyme structural genes in hexaploid wheat // Heredity. 1977. V. 39. P. 263-277.
148. Hartung F., Puchta H. Molecular characterisation of two paralogous SPOll homologues in Arabidopsis thaliana // Nucleic Acids Res. 2000. V. 28. P. 1548-1554.i
149. Chee, Moens P.B. Chromatin loop size attached to LE of SCs-transgenic mice // Proc. Natl. Acad. Sci. USA: Genetics. 1996. V. 93. P. 2795-2800.
150. Heslop-Harrison J.S., Leitch A.R., Schwarzacher T., Anamthawat-Jonsson K. Detection and characterization of 1B/1R translocation in hexaploid wheat // Heredity. 1990. V. 65. P. 385-392.
151. Heslop-Harrison J.S. Comparative genome organization in plants: from j sequence and markers to chromatin and chromosomes // The Plant Cell. 2000.1. V. 12. P. 617-635.
152. Heyting C. Synaptonemal complexes: structure and function il Curr. Opin. Cell Biol. 1996. V. 8. P. 389-396.
153. Heyting C., Dietrich A.J., Redeker E.J., Vink A.C. Structure and composition of synaptonemal complexes, isolated from rat spermatocytes // Eur. J. Cell Biol. 1985. V. 36. P. 307-314.
154. Heyting C., Moens P.B., van Raamsdonk W., Dietrich A.J.,Vink A.C., Redeker E.J. Identification of two major components of the lateral elements of synaptonemal complexes of the rat // Eur. J. Cell Biol. 1987. V. 43. P. 148154.
155. Heyting C., Dettmers R.J., Dietrich A.J., Redeker E.J., Vink A.C. Two major components of synaptonemal complexes are specific for meiotic prophase nuclei // Chromosoma. 1988. V. 96. P. 325-332.
156. Heyting C., Dietrich A.J., Moens P.B., Dettmers R.J., Offenberg H.H., Redeker E.J., Vink A.C. Synaptonemal complex proteins // Genome. V. 1989. V.31.N.1.P. 81-87.
157. Higgins J.D., Armstrong S.J., Franklin F.C.H., Jones G.H. The Arabidopsis MutS homolog AtMSH4 functions at an early step in recombination: evidence for two classes of recombination in Arabidopsis // Genes and Development. 2004. V. 18. P. 2557-2570.
158. Higgins J.D:, Sanchez-Moran E., Armstrong S.J., Jones G.H., Franklin F.C.H. The Arabidopsis synaptonemal complex protein ZYP1 is required for chromosome synapsis and normal fidelity of crossing over // Genes and Development. 2005. V. 19: P. 2488-2500.
159. Higgins J.D., Buckling E.F., Franklin F.C., Jones G.H. Expression and functional analysis of AtMUS81 in Arabidopsis meiosis reveals a role in the second-pathway of crossing-over //Plant J. 2008a. V. 54. P. 152-162.
160. Higgins J.D., Vignard J1., Mercier R., Pugh A.G., Franklin F.C., Jones G.H. AtMSH5 partners AtMSH4 in the class I meiotic crossover pathway in Arabidopsis thaliana, but is not required for synapsis // Plant J. 2008b. V.55. P. 28-39.
161. Hillers K.J., Villeneuve A.M. Chromosome-wide control of meiotic crossing over in C. elegatis UCmr. Biol. 2003. V. 13. P. 1641-1647.
162. Hirano T. Smc-mediated chromosome mechanisms, a conserved scheme from bacteria to vertebrates? // Genes and Development. 1999. V. 13. P. 11-19.
163. Hirano • T. SMC proteins and chromosome mechanics: from bacteria to humans // Philos. Trans. R. Soc. Londi B. Biol. Sci. 2005. V. 360. N. 1455. P. 507-514.
164. Hobolth P Chromosome pairing in allohexaploid wheat var. Chinese Spring. Transformation of multivalents into bivalents, a mechanism for exclusive bivalent formation // Carlsberg Res. Commun. 1981. V. 46. P. 129-173.
165. Iiollingsworth N.M., Byers B. HOP1: a yeast meiotic pairing gene // Genetics. 1989. V. 121. P. 445-462.
166. Hollingsworth N.M., Goetsch L., Byers B. The HOP1 gene encodes a meiosis-specific component of yeast chromosomes // Cell. 1990. V 61. N. 1. P. 73-84.
167. Hollingsworth N.M., Ponte L. Genetic interactions between HOP1, RED1 and MEK1 suggest that MEK1 regulates assembly of axial element componentsduring meiosis in the yeast Saecharomyces cerevisiae // Genetics. 1997. V. 147. P. 33-42.
168. Holm P.B. Chromosome pairing and chiasma formation in.hexaploid wheat Triticwn aestivum analyzed by spreading of meiotic nuclei // Carlsberg Res. Commun. 1986. V. 51. P. 239-294.
169. Holm P.B., Waiig X. The effect of chromosome 5B on synapsis and chiasma formation in wheat, Triticum aestivum cv. Chinese Spring // Carlsberg Res. Commun. 1988. V. 53.P. 191-208.
170. Hunter N. Synaptonemal complexities and'commonalities // Mol. Cell. 2003. V. 12. P. 533-535.
171. Hunter N., KlecknerN. The single-end invasion: an asymmetric intermediate at the double-strand break to double-Holliday junction transition of meiotic recombination // Cell. 2001. V. 106: P. 59-70.
172. Ishiguro K.-I., Watanabe Y. Chromosome cohesion in mitosis and meiosis // J. Cell Sci. 2007. V. 120. P. 367-369.
173. Jacobs T.W. Cell cycle control // Annu. Rev. Plant.Physiol. Plant Mol. Biol. 1995. V. 46. P. 317-339.
174. Jenkins G. Chromosome pairing in Triticum aestivum c.v. Chinese spring // Calsberg. Rec. Commun. 1992. V. 53. P. 191-208.
175. Jenkins G., Okumus A. Indiscriminate synapsis in achiasmatic Allium fistulosum (Liliaceae) // Cell Sci. 1992. V. 103. P. 415-422.
176. Jenkins G., Head J., Forster J.W. Probing meiosis in hybrids of Lolium (Poaceae) with a discriminatory repetitive genomic sequence // Chromosoma. 2000. V. 109. P. 280-286.
177. Jenkins G., Phillips D., Mikhailova E.I., Timofejeva L., Jones R.N. Meiotic genes and proteins in cereals // Cytogenet. Genome Res. 2008. V. 120. P.291-301.
178. Jin Q.W., Trelles-Sticken E., Scherthan H., Loidl J. Yeast nuclei- display prominent centromere clustering that is reduced in non-dividing cells and in meiotic prophase // J. Cell Biol: 1998. V. 141. P. 21-29.
179. JohivB. Meiosis. New York: Cambridge Univ. Press, 1990. 396 p.
180. Jones G.H. Giemsa C-banding of rye meiotic chromosomes and the nature of "terminal" chiasmata// Chromosoma. 1978. V. 66. P. 45-57.
181. Jones G.H. Chiasmata. In Meiosis, P.B. Moens, ed. New York: Academic Press, Inc.), 1987. P.213-244.
182. Jones G.H., Armstrong,S.J., Caryl A.P., Franklin F.C.H. Meiotic chromosome synapsis and recombination in Arabidopsis thaliancr, an integration of cytological and molecular approaches // Chromosome Res. 2003. V. 11. P. 205-215.
183. Karpen G.H., Le M.H., Le H. Centric heterochromatin and the efficiency of achiasmate disjunction in Drosophila female meiosis // Science. 1996. V. 273. P. 118-122.
184. Kartel N., Malyshev S., Dolmatovich T. Voylokov A., Sosnikhina S. Mapping of synaptic mutant genes in rye // Proc. Latvian Academy of Sciences: Abstracts IV Baltic Genetic Congress. 2007. V. 61. N. 5. P. 169.
185. Kaul M.L.H., Murthy T.G.K. Mutant genes affecting higher plant meiosis // Theor. Appl. Genet. 1985. V. 70. N 5. P. 449-466:
186. Keeney S. Mechanism and control of meiotic recombination initiation // Curr. Top. Dev. Biol. 2001. V. 52: P. 1-53.
187. Kerby K.} Kuspira J. The phylogeny of the polyploid wheats Triticum aestivum (bread wheat) and Triticum turgidum (macaroni wheat) // Genome. 1987. V. 29. P. 722-737.
188. Khlestkina E.K., Than M.H.M., Pestsova E.G., Roder M.S., Malyshev S.V., Korzun V., Borner A. Mapping of 99 new microsatellite-derived loci in rye (Secale cereale L.) including 39 expressed sequence tags // Theor. Appl. Genet. 2005. V. 110. P. 990-991.
189. Kirschner M. The cell cycle then and now // Trends in Biochem. Sci. 1992. V. 17. P. 281-285.
190. Kitajima T.S., Kawashima S.A., Watanabe Y. The conserved kinetochore protein shugoshin protects centromeric cohesion during meiosis // Nature. 2004. V. 427. P. 510-517.
191. Kitajima T.S., Sakuno T., Ishiguro K., Iemura S., Natsume T., Kawashima S. A., Watanabe Y. Shugoshin collaborates with protein phosphatase 2A to protect cohesin // Nature. 2006. V. 441. P. 46-52.
192. Kleckner N. Meiosis: how could it work? // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1996. V. 93. P. 8167-8174.
193. Kleckner N., Storlazzi A., Zickler D. Coordinate variation in meiotic pachytene SC length and total crossover/chiasma frequency under conditions of constant DNA level // Trends Genet. 2003. V. 19. P. 623-628.
194. Kleckner N. Chiasma formation: chromatin/axis interplay and the role(s) of the synaptonemal complex// Chromosoma. 2006. V. 115. P. 175-194.
195. Klein S. Choose your partner: chromosome pairing in yeast meiosis // BioEssays. 1994. V. 16. P. 869-871.
196. Klein F., Mahr P., Galova M., Buonomo S.B.C., Michaelis Ch., Nairz K., Nasmyth K. A central role for cohesins in sister chromatid cohesion, formation of axial elements and recombination during yeast meiosis // Cell. 1999. V 98. P. 91-103.
197. Klimyuk V.I., Jones J.D.G. AtDMCl, the Arabidopsis homologue of the yeast DMC1 gene: characterization, transposon-induced allelic variation and meiosis-associated expression // The Plant J. 1997. V. 11. N. 1. P. 1-14.
198. Koduru P.R.K., Rao M.K. Cytogenetics of synaptic mutants in higher plants // Theor. Appl. Genet. 1981. V. 59. N. 4. P. 197-214.
199. Koduru P.R.K., Rao M.K. Cytogenetics of synaptic mutants in higher plant meiosis // Theor. Appl. Genet. 1985. V. 70. N. 5. P. 449-466.
200. Korzun V., Boerner A., Siebert R., Malyshev S., Hilpert M, Kunze R., Puchta H. Chromosomal location and genetic mapping of the mismatch repair gene homologs MSH2, MSH3, and MSH6 in rye and wheat II Genome. 1999.V. 42. P. 1255-1257.
201. Korzun V., Malyshev S., Voylokov A.V., Börner A. A genetic map of rye (Secale cereale L.) combining RFLP, isozyme, protein, microsatellite and gene loci // Theor. Appl. Genet. 2001. V. 102. P. 709 717.
202. Langdon T., Seago C., Mende M., Leggett M., Thomas Huw, Forster J.W., Thomas Howard!, Jones R. N., Jenkins G. Retrotransposonr evolution in diverse plant genomes // Genetics. 2000. V. 156. P. 313-325.
203. Lee J., Iwai T., Yokota T., Yamashita M. Temporally and spatially selective loss of Rec8 protein from meiotic chromosomes during mammalian meiosis // J. Cell Sei. 2003. V. 116. P. 2781-2790.
204. Leitch A.R., Schwarzacher T., Jackson D., Leitch I. J. In Situ hybridization. Microscopy Handbooks 27. Oxford: Bios Scientific Publishers, 1994. 118 p.
205. Leu J.J., Chua P.R, Roeder G.S. The meiosis-specific Hop2 protein of S. cerevisiae ensures synapsis between homologous chromosomes // Cell. 1998. V. 94. P. 375-386.
206. Lhuissier F.G.P., Offenberg H.H., Wittich P.E., Vischer N.O.E., Heyting C. The mismatch repair, protein MLH1 marks a subset of strongly interfering crossovers in tomato // The Plant Cell. 2007. V. 19. P. 862-876.
207. Liebe B., Alsheimer M., Hoog C., Benavente R., Scherthan H. Telomere attachment, meiotic chromosome condensation, pairing, and bouquet stage duration are modified in spermatocytes lacking axial elements // Mol. Biol. Cell. 2004. V. 15. P. 827-837.
208. Lohmiller L.D., De Muyt A., Howard B., Offenberg H.H., Heyting C., Grelon M., Anderson L.K. Cytological analysis of MRE11 protein during early meiotic prophase I in Arabidopsis and tomato // Chromosoma. 2008. V. 117. P. 277-288.
209. Loidl J. The initiation of meiotic chromosome pairing: the cytological view // Genome. 1990. V. 33. P. 759-777.
210. Loidl J. Cytological aspects of meiotic recombination // Experientia. 1994. V. 50. P. 285-294.4
211. Loidl J., Klein F., Scherthan H. Homologous pairing is reduced but not abolished in asynaptic mutants of yeast // J. Cell Biol. 1994. V. 125. P. 11911200.
212. Lu X., Liu X., An L., Zhang W., Sun J., Pei H., Meng H., Fan Y., Zhang C. ' The Arabidopsis MutS homolog AtMSH5 is required for normal meiosis // Cell Res. 2008. V. 18. P. 589-599.
213. Lukaszewski A.J. The development and' meiotic behaviour of asymmetrical isochromosomes in»wheat//Genetics. 1997. V. 145. P. 1155-1160.
214. Luo M.C., Dubkovsky J., Dvorak J. Recognition of homeology by the wheat Phi locus//Genetics. 1996. V. 144. P. 1195-1203.
215. Lima-de-Faria A. The chromomere analysis of the chromosome complement of rye // Chromosoma. 1952. V. 5i P. 1-68.
216. Lynn A., Soucek R., Borner G.V. ZMM proteins during meiosis: Crossover artists at work// Chromosome Research. 2007. V. 15. P. 591-605.
217. Maize Genetics Cooperation Newsletter. Vol. 74. 2000.
218. Maguire M.P., Riess R.W. The relationship of homologous synapsis and crossing over in a maize inversion // Genetics. 1994. V. 137. P. 281-288.
219. Malyshev S.V., Dolmatovich T.A., Voylokov A.V. Sosnikhina S.P., Kartel N.A. Molecular markers linked to the synapsis genes in rye (Secale cereale L.) I I Vortrage Pflanzenzucht. 2006. V. 71. P. 257-259.
220. MacQueen A.J., Colaiacovo M.P., McDonald K., Villeneuve A.M. Synapsis-dependent and -independent mechanisms stabilize homolog pairing during meiotic prophase in C. elegansH Genes Dev. 2002. V. 16. P. 2428-2442.
221. Manheim E.A., McKim K.S. The synaptonemal complex component C(2)M regulates meiotic crossing over in Drosophila // Curr. Biol. 2003. V. 13. P. 276-285.
222. Maniatis T., FritschE.F., Sambrook J. Molecular cloning f laboratory manual: Gold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1982 P. 1160-1274. ■■'.''.■ : •
223. Martinez-Perez E. Meiosis in Cereal Crops: the Grasses, are Back. In Benavente R, Volff J-N (cds): Meiosis. Genome Dyn. Basel: Karger, 2009, V.5.P.26-42. ■ ■"■■".•.■•.'■'
224. Martinez-Perez E., Shaw P., Reader. S., Aragon-Alcaide L., Miller. T., Moore G: Homologous'chromosome pairing in? wheat // J. Cell Sci: 1999: V. 112. P. 1761-1769. ' .
225. Martinez-Perez E., Shaw P. J., Moore G. Polyploidy induces centromere association^// J: CelliBiol? 2000'.' V. 148'. P. 233-238.
226. McKim K.S., Green Marroquin B.L., Sekelsky J:J., Cliim G, Steinberg C., Khodosh R., Haw ley R.S. Meiotic synapsis in the absence of recombination // Science. 1998. V. 279: P. 876-878.
227. Meneely P.M., Farago A.F., Kauffman T.M. Crossover distribution and high interference for both the X chromosome and an autosome during oogenesis and spermatogenesis in Caenorhabditis elegans // Genetics. 2002. V. 162. P. 1169-1177.
228. Meuwissen R.L., Meerts L, Hoovers J-.M!, Leschot N. J., Heyting C. Human synaptonemal;complex protein 1 (SCP1): isolation and characterization of the cDNA and chromosomal localization of the gene // Genomics. 1997. V. 39.- N. 3. P. 377-84.
229. Meuwissen R.L., Offenberg H.H., Dietrich A.J., Riesewijk A., van Iersel M., Hewing C. A coiled-coil related protein specific for synapsed regions of meiotic prophase chromosomes // EMBO J. 1992. V. 11. P. 5091-5100.
230. Mikhailova E.I., Naranjo T., Shepherd K., Wennekes-van Eden J., Heyting C., de Jong J.H. The effect of wheat Phi locus on chromatin organisation and meiotic, chromosome pairing analysed by genome painting // Chromosoma. 1998a. V. 107. P. 339-350.
231. Mikhailova E.I., Anderson L.K., Gffenberg H.H., Wennekes van Eden J., de Jong J.H., Heyting C. Immunocytological detection of Rad51 and synaptonemal complex proteins in rye Secale cereale L.// Annual SEB
232. Meeting, University of York, Great Britain, Section: Meiosis and recombination, J. of Experimental Botany. 1998b. V.49, Supplement. Plant and Cell bilology abstracts. P.86.
233. Moens P.B. Mechanisms of chromosome synapsis at meiotic prophase // Int. Rev. Cytol. 1972. V. 35. P. 117-134.
234. Moens P.B., Chen D.J., Shen Z., Kolas N., Tarsounas M., Heng H.H.Q., Spyropoulos B. RAD51 immunocytology in rat and mouse spermatocytes and oocytes // Chromosoma. 1997. V. 106. P. 207-215.
235. Molnar M., Doll E., Yamamoto A., Hiraoka Y., Kohli J. Linear element formation and their role in meiotic sister chromatid cohesion and chromosome pairing// J. Cell Sci. 2003. V. 116. P. 1719-1731.
236. Moore G. To pair or not to pair: chromosome pairing and evolution // Curr. Opin. Plant Biol. 1998. V. l.P. 116-122.
237. Moreau P.J.F., Zickler D., Leblon G. One class of mutants with disturbed, centromere cleavage and chromosome pairing in Sordaria macrospora // Mol. Gen. Genet. 1985. V. 198. P. 189-197.
238. Moses M.J. Chromosome structures in crayfish spermatocytes // J. Biophys. Biochem. Cytol. 1956. V. 2. P. 215-218.
239. Moses M.I., Poorman P.A., Roderick T.H., Davisson M.T. Synaptonemal complex analysis of mouse chromosomal rearrangements. IV. Synapsis and synaptic adjustment in two paracentric inversions // Ghromosoma. 1982. V. 84. p. 457-477.
240. Moses M.J. A new chromosome structure is revealed // Chromosoma. 2006. V. 115. P. 152-154.
241. Nag D.K., Scherthan H., Rockmill B., Bhargava J., Roeder G.S. Heteroduplex DNA formation and homolog pairing in yeast meiotic mutants // Genetics. 1995. V. 141. P. 75-86.
242. Nagaoka T., Ogihara Y. Applicability of inter-simple sequence repeat polymorphisms in wheat for use as DNA markers in comparison to RFLP and RAPD markers // Theor Appl Genet. 1997. V. 94. P. 597-602.
243. Nairz K., Klein F. mrellS a yeast mutation that blocks double-strand-break processing and permits nonhomologous synapsis in meiosis // Genes and Development. 1997. V. 11. P. 2272-2290.
244. Naranjo T., Roca A., Giraldez R., Goicoechea P.G. Chromosome pairing in hybrids of phi b mutant wheat with rye // Genome. 1988. V. 30. P. 639-646.
245. Nonomura K.-I., Nakano M., Eiguchi M., Suzuki T., Kurata N. PAIR2 is essential for homologous chromosome synapsis in rice meiosis I // J. Cell Sci. 2006. V. 119. P. 217-225.
246. Nurse P. Universal control mechanism regulation onset of M-phase // Nature. 1990. V. 344. P. 503-507.
247. Offenberg H.H. Identification and characterization of synaptonemal complex proteins of the rat. Proefschrift ter verkrijging van de graad van doctor. Wageningen: Landbouwuniversiteit te Wageningen, 1993. 149 p.
248. Offenberg H.H., Dietrich A.J., Heyting C. Tissue distribution of two major components of synaptonemal complexes of the rat // Chromosoma. 1991. V. 101. P. 83-91.
249. Offenberg H.H., Schalk J.A., Meuwissen R.L., van Aalderen M., Kester H.A., Dietrich A.J., Heyting C. SCP2: a major protein component of the axial elements of synaptonemal complexes of the rat//Nucleic Acids Res. 1998. V. 26. P. 2572-2579.
250. Onn I., Heidinger-Pauli J.M., Guacci V., Unal E., Koshland D.E. Sister chromatid cohesion: A simple concept with a complex reality // Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2008. V. 24. P. 105-129.
251. Orellana J., Giraldez R. Metaphase I bound arms and crossing over frequency in rye III. Non-chiasmate bonds in desynaptic plants // Heredity. 1983. V. 51. P. 383-394.
252. Osman F., Dixon J., Doe C.L., Whitby M.C. Generating crossovers by resolution of nicked Holliday junctions: a role for Mus81-Emel in meiosis // Mol. Cell. 2003. V. 12. P. 761-774.
253. Osman K., Sanchez-Moran E., Higgins J.D., Jones G.H., Franklin F.C.H. Chromosome synapsis in Arabidopsis: analysis of the transverse filament protein ZYP1 reveals novel functions for the synaptonemal complex // Chromosoma. 2006. V. 115. P. 212-219.
254. Page S.L., Hawley, R.S. c(3)G encodes a Drosophila synaptonemal complex protein // Genes and Development. 2001. V. 15. P. 3130-3143.
255. Page S.L., Hawley R.S. The genetics and molecular biology of the synaptonemal complex // Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2004. V. 20. P. 525558.
256. Pasierbek P., Jantsch M., Melcher M., Schleiffer A., Schweizer D., Loidl J. A Caenorhabditis elegans cohesion protein with functions in meiotic chromosome pairing and disjunction // Genes Dev. 2001. V. 15. P. 13491360.
257. Pawlowski W.P., Golubovskaya I.N., Cande W.Z. Altered nuclear distribution of recombination protein RAD51 in maize mutants suggests the involvement of RAD51 in meiotic homology recognition // The Plant Cell. 2003. V. 15. P. 1807-1816.
258. Pawlowski W.P., Golubovskaya I.N., Timofejeva L., Meeley R.B., Sheridan W.F., Cande W.Z. Coordination of meiotic recombination, pairing and, synapsis by PHS1 // Science. 2004. V. 303. P. 89-92'.
259. Phillips D., Mikhailova E.I., Timofejeva- L., Mitchell J.L., Osina O., Sosnikhina S.P., Jones R.N., Jenkins^ G. Dissecting meiosis of rye using translational. proteomics // Annals of Botany. 2008. V. 101. P. 873-880.
260. Plaschke J., Börner A., Xie D.X., Koebner R.M.D:, Schlegel R., Gale M.D. RFLP mapping of genes affecting plant height and growth habit in rye // Theor. Appl. Genet. 1993. V. 85. P. 1049 1054.
261. Plug A.W. Visualization of molecular mechanisms during mammalian meiosis: temporal and spatial resolution of antibody localization. PhD Thesis Wageningen, The Netherlands. 1997. P. 67.
262. Plug A.W., Peters A.H.F.M., Keegan KiS., Hoekstra M.Fi, de Boer P., Ashley T. Changes^ in protein composition of meiotic nodules during mammalian meiosis// J. Cell Sci. 1998. V. 111. P. 413-423.
263. Rabitsch K.P., Gregan J., Schleiffer A., Javerzat J.P., Eisenhaber F., Nasmyth K. Two fission yeast homologs of Drosophila Mei-S332 are required for chromosome segregation during meiosis I and II // Curr. Biol. 2004. V. 14. P. 287-301.
264. Rabl C. Über Zellteilung // Morphol. Jahrb. 1885. V. 10. P. 214-330.
265. Rasmussen S.W. The transformation of the synaptonemal complex into the "elimination chromatin" in Bombyx mori oocytes // Chromosoma. 1977. V. 60. P. 205-221.
266. Rees H. Genotypic control of chromosome behaviour in rye. I. Inbred lines // Heredity. 1955. V. 9. P. 93-116.
267. Rees H., Thompson J.B. Genotypic control of chromosome behaviour in rye III. Chiasmata frequency in homozygotes and heterozygotes // Heredity. 1956. V. 10. P. 409-424.
268. Revenkova E., Eijpe M., Heyting C., Gross B., Jessberger R. Novel meiosis-specific isoform« of mammalian SMC1 // Mol. Cell. Biol. 2001. V. 21. P. 6984-6998.
269. Revenkova E„ Jessberger R. Shaping meiotic prophase chromosomes: cohesins and1 synaptonemal complex proteins // Chromosoma. 2006. V. 115. P. 235-240.
270. Riley R. The diploidization of polyploid wheat // Heredity. 1960. V. 15. P. 407-429.
271. Riley R. The basic and applied genetics of chromosome pairing // In: Finlay K.W., Shepherd K.W. (eds.) Proc. 3rd Int. Wheat Genet. Symp. Aust. Acad Sci., Canberra, 1968. P. 185-195.
272. Riley R., Chapman V. Genetic control of the cytologically diploid behaviour of hexaploid wheat//Nature. 1958. V. 182. P. 713-715.
273. Riley R., Chapman V. The effect of the deficiency of the long arm of chromosome 5B on meiotic pairing in Triticum aestivum // Wheat Inf. Serv. 1964. V. 17. P. 12-15.
274. Riley R., Kempana C. The homoeologous nature of the nonhomologous meiotic pairing in Triticum aestivum deficient for chromosome V (5B) // Heredity. 1963. V. 18. P. 287-306.
275. Roberts M.A., Reader S.M., Dalgliesh C„ Miller T.E., Foote T.N., Fish L.J, Snape J.W., Moore G. Induction and characterization of Phi wheat mutants // .Genetics. 1999. V. 153. N. 4. P. 1909-1918.
276. Rockmill B., Fung J.C., Branda S.S., Roeder G.S. The Sgsl helicase regulates chromosome synapsis and meiotic crossing over// Curr. Biol. 2003. V. 13. P. 1954-1962.
277. Rockmill B., Roeder G.S. Meiosis in asynaptic yeast // Genetics. 1990. V. 126. N.3.P. 563-574.
278. Rockmill B., Roeder G.S. A meiosisspecific protein kinase homolog required for chromosome synapsis and recombination // Genes Dev. 1991. V. 5. P.' 2392-2404.
279. Rockmill B., Sym M., Scherthan H., Roeder G.S. Roles for two RecA homologs in promoting chromosome synapsis // Genes Dev. 1995. V. 9. P. 2684-2695.
280. Roeder G.S. Meiotic chromosomes: it takes two to tango // Genes and Development. 1997. V. 11. P. 2600-2621.
281. Roder M.S., Korzun V., Wendehake K., Plaschke J:, Tixier M-H., Leroy P., Ganal' M.W. A microsatellite map of wheat // Genetics. 1998. V. 149. P. 2007-2023.
282. Saal B., Wricke G. Development of simple sequence repeat markers in rye (Secale cereale L.) // Genome. 1999. V. 42. P. 964-972.
283. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular cloning: A laboratory manual, 2nd edition. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989. 1659 p.
284. Sanchez-Moran E., Santos L., Jones G.H., Franklin F.C.H. Asyl mediates AtDMCl-dependent interhomolog recombination during meiosis in Arabidopsis // Genes and Dev. 2007. V. 21. P. 2220-2233.
285. Sanders P.M., Bui A.Q., Weterings K„ Mclntire K.N., Hsu Y.-C., Lee P.Y., Truong M.T., Beals T.P., Goldberg R.B. Anther developmental defects in Arabidopsis thaliana male-sterile mutants // Sex. Plant Reprod. 1999. V. 11. P. 297-322.
286. Santucci-Darmanin S., Walpita D., Lespinasse F., Desnuelle C., Ashley T., Paquis-Flucklinger V. MSH4 acts in conjunction with MLH1 during mammalian meiosis // The Fed. American Societies for Exp. Biol. J. 2000. V. 14. P. 1539-1547.
287. Santos J.L., Cuadrado M.C., Diez M., Romero C., Cunado T., Naranjo T., Martinez M. Further insights on chromosomal pairing of autopolyploids: a triploid and tetraploids of rye // Chromosoma. 1995. V. 104. P. 298-307.
288. Sasaki T., Matsumoto T., Yamamoto K., Sakata K., Baba T. et al: The genome sequence and structure of rice chromosome 1 //Nature. 2002. V. 420. P. 312-316.
289. Schalk J.A., Dietrich A.J., Vink A.C., Offenberg H.H., van Aalderen M., Heyting C. Localization of SCP2 and. SCP3 protein molecules within synaptonemal complexes of the rat // Chromosoma. 1998. V. 107. P. 540548.
290. Schalk J.A., Offenberg H.H., Peters E , Groot N.P., Hoovers J.M., Heyting C. Isolation and characterization of the human SCP2 cDNA and chromosomal localization'of the gene // Mamm. Genome. 1999. V. 10. P. 642-644.
291. Scherthan H., Loidl J., Schuster T., Schweizer D. Meiotic chromosome condensation and pairing in Saccharoniyces cerevisiae studied by chromosome painting// Chromosoma. 1992. V. 101. P. 590-595.
292. Scherthan H., Weich S., Schwegler H., Heyting C., Harle M., Cremer T. Centromere and telomere movements during early meiotic prophase of mouse and man are associated with the onset of chromosome pairing // J. Cell Biol. 1996. V. 134. P. 1109-1125.
293. Scherthan H. Chromosome behaviour in earliest meiotic prophase // Chrom. Today. 1997. V. 12. P. 217-248.
294. Schmekel K., Meuwissen R.L., Dietrich A. J., Vink A.C., van- Marie J., Van Veen H., Heyting C. Organization of SCP1 protein molecules within synaptonemal complexes of the rat// Exp. Cell Res. 1996. V. 226. P. 20-30.
295. Schwarzacher T. Three stages of meiotic homologous chromosome pairing in wheat: cognition, alignment and synapsis // Sex. Plant Reprod. 1997. V. 10. P. 324-331.
296. Schwarzacher T., Heslop-Harrison J.S. Molecular cytogenetic investigations of meiosis In: Brandham P.E., Bennett M.D. (eds.) Kew Chromosome Conference IV. Royal Botanic Gardens, Kew, 1995. P. 407-416.
297. Schwarzacher T., Heslop-Harrison P. Practical in situ hybridization. Oxford: Bios Scientific Publishers, 2000. 203 p.
298. Sears E.R. Nullisomic-tetrasomic combinations in hexaploid wheat// In:Riley R, Lewis KR (eds) Chromosome manipulations and plant genetics. Heredity SuppL 1966. V. 20: P. 29-45.
299. Sears E.R. Genetic control of chromosome pairing in wheat // Annu. Rev. Genet. 1976: V. 10. P. 31-51.
300. Sears E.R. An induced mutant with homoeologous pairing in-wheat // Can. J. Genet. Cytol. 1977. V. 19. P. 585-593.
301. Sears E.R., Okamoto M. Intergenomic chromosome relationships in hexaploid wheat // Proc Tenth Int Congr Genet. 1958. V. 2. P. 258-259:
302. Shaw P., Moore G. Meiosis: Vive la difference! // Curr. Opin. Plant Biol. 1998. V. l.P. 458-462.
303. Sherman J.D., Stack S.M. Two-dimensional spreads of synaptonemal complexes from solanaceous plants. VI. High-resolution recombination nodule map for tomato (Lycopersicon esculentum) // Genetics. 1995. V. 141. P. 683-708.
304. Shinohara A., Ogawa H., Ogawa T. Rad51 protein involved in repair and recombination in S. cerevisiae is a RecA-like protein // Cell. 19921 V. 69. P. 457-470.
305. Shinohara M., Sakai K., Shinohara A., Bishop D.K. Crossover interference in Saccharomyces cerevisiae requires a TID1/RDH54- and DMC1-dependent pathway // Genetics. 2003. V. 163. P. 1273-1286.
306. Sidhu G.K., Rustgi S., Shafqat M.N., von Wettstein D., Gill K.S. Fine structure mapping of a gene-rich region of wheat carrying Phi, a suppressor of crossing over between homoeologous chromosomes // PNAS. 2008. V. 105 N. 15. P. 5815-5820.
307. Smith A.V, Roeder G.S. The yeast Redl protein localizes to the cores of meiotic chromosomes // J Cell Biol. 1997. V. 136. N. 5. P. 957-967.
308. Snedecor G.W., Cochran W.G. Statistical methods. Eighth edition. Ames: Iowa State University Press, 1989. P. 107-130.
309. Sosnikhina S.P., Fedotova Y.S., Smirnov V.G., Mikhailova E.I., Kolomiets O.L., Bogdanov Y.F. Meiotic mutant of lye syl // Theor. Appl. Genet. 1992. V. 84. P. 979-985.
310. Stack S.M, Brown W.V. Somatic pairing, reduction and, recombination: an evolutionary hypothesis.of meiosis //Nature. 1969. V. 222. P. 1275-1276.
311. Stack S.M., Anderson L.K. Two-dimensional spreads of synaptonemal complexes from solanaceous plants. II. Synapsis in Lycopersiconesculentum (tomato) // American J. Botany. 1986. V. 73'. N. 2\ P. 264-281.
312. Stack S.M., Anderson L.K. A model for chromosome structure during the mitotic and meiotic cell cycles // Chromos. Research. 2001. V. 9. P. 175-198.
313. Stack S.M., Anderson* L.K. Crossing over as assessed by late recombination nodules is related to synapsis and early recombination nodule distribution // Chromosome Research. 2002. V. 10. P. 329-345.
314. Storlazzi A, Tesse S, Gargano S., James F, KlecknerN, Denise Z. Meiotic double-strand breaks-at the interface of chromosome movement, chromosome remodeling, and reductional division // Genes and Development. 2003. V. 17. P. 2675-2687.
315. Strunnikov A.V, Jessberger R. Structural maintenance of chromosomes (SMC) proteins. Conserved molecular properties! for multiple biological functions // Eur. J. Biochem. 1999. V263. P. 6-13.
316. Sumner A.T. Chromosomes. Organization and function. Maiden. MA. USA: Blackwell Publishing, 2003. 287 p.
317. Swanson C.P, Merz T, Young W.J. Cytogenetics. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1967. 194 c.
318. Sybenga J. Rye chromosome nomenclature and homoeology relationships. Workshop Report//Z. Pflanzenzuchtg. 1983. V. 90. P. 297-304.
319. Sybenga J. Cytogenetics in plant breeding. Heidelberg, Berlin, New York: Springer, 1992. P. 45.
320. Sym M., Engebrecht J.A., Roeder G.S. ZIP1 is a synaptonemal complex protein required for meiotic chromosome synapsis // Cell. 1993. V. 72. P. 365-378.
321. Sym M., Roeder G.S. Crossover interference is abolished in the absence.of a synaptonemal complex protein // Cell. 1994. V. 79. P. 283-292.
322. Szostak J.W., Orr-Weaver T.L., Rothstein R.J., Stahl F.W. The double-strand-break repair model for recombination // Cell. 1983. V. 33. N. 1. V. 25-35.
323. TarsounasM., Morita T., Pearlman R.E., Moens P.B. RAD51 and DMC1 form mixed complexes associated with mouse meiotic chromosome cores and synaptonemal complexes // J. Cell Biol. 1999. V. 147. P. :207-220.
324. Tarsounas M., Pearlman R.E., Gasser P. J., Park M.S., Moens P.B. Proteinprotein interactions in the synaptonemal complex//Mol. Biol. Cell.' 1997. V. 8. P. 1405-1414.
325. Terasawa M., Shinohara A., Hotta Y., Ogawa H., Ogawa T. Localization of RecA-like recombination proteins on chromosomes of the lily at various meiotic stages // Genes Dev. 1995. V. 9. P. 925-934.
326. Trelles-Sticken E., Loidl J., Scherthan H. Bouquet formation in budding yeast: Initiation' of recombination is not required for meiotic telomere clustering // J. Cell Sci. 1999. V. 112. P. 651-658.i
327. Trelles-Sticken E., Dresser M.E., Scherthan H. Meiotic telomere protein Ndjlp is required for meiosis-specific telomere distribution, bouquet formation and efficient homologue pairing // J. Cell Biol. 2000. V. 151. P. 95106.
328. Tsubouchi H., Roeder G.S. The Mndl protein forms a complex with Hop2 to promote homologous chromosome pairing and meiotic doublestrand break repair // Mol. Cell. Biol. 2002. V. 22. N. 9. P. 3078-3088.
329. Unfried I., Gruendler P. Nucleotide sequence of the 5.8S and 25S rRNA genes and the internal transcribed spacers from Arabidopsis thcilicma H Nucleic Acids Res. 1990. V. 18. P. 4011.
330. Upadhya M.D., Swaminathan M.S. Mechanism regulating chromosome . pairing in Thticum tt Biol Zentralbl Suppl. 1967. V. 86. P. 239-255.
331. Usui T., Ohta T., Oshiumi PI., Tomizawa J., Ogawa H.,.Ogawa T. Complex formation and functional versatility of Mrell of budding yeast in recombination // Cell. 1998. V. 95. P. 705-716. '
332. Varshney R.K., Korzun V., Borner A. Molecular maps in cereals: methology and progress. In Cereal genomics. Netherlands, 2004. P. 35-82.
333. Vershinin A.V., Schwarzacher T., Heslop-Harrison J.S. The large-scale genomic organisation of repetitive DNA families at telomeres of rye chromosomes//Plant Cell. 1995. V. 7. P. 1823-1833.
334. Voylokov A. V., Korzun V., Borner A. Mapping of three self-fertility mutations in rye (Secale cereale L.) using RFLP, isozyme and morphological markers // Theor. Appl. Genet. 1997. V. 97. P. 147-153.
335. Walpita D., Plug A.W., Neff N., German. J., Ashley T. Bloom's syndrome protein, BLM, co-localizes with replication- protein A in meiotic prophase nuclei of mammalian spermatocytes // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. V. 96. P. 5622-5627.
336. Walker M.Y., Hawley R.S. Hanging on to your homolog: 'the roles of pairing, synapsis and recombination in the maintenance of homo log adhesion // Chromosoma. 2000. V. 109. P. 3-9.
337. Weber W.E., Wricke G. Genetic markers in plant breeding // Advances in plant breeding. Supplement 16 to "Plant Breeding". Berlin; Hamburg, 1994. 106 p.
338. Weiner B.M., Kleckner N. Chromosome pairing via multiple interstitial interactions before and during meiosis in yeast // Cell. 1994. V. 77. P. 977991.
339. Yu J, Hu S, Wang J, Wong G.K., Li S. et al. A draft sequence of the rice genome (Oryzasativa L. ssp. indica) // Science. 2002. V. 296. P. 79-92.
340. Yuan L., Liu J.G., Hoja M.R.,Wilbertz J., Nordqvist K., Hoog C. Female germ cell aneuploidy and embryo death in mice lacking the meiosis-specific protein SCP3 // Science. 2002. V. 296. P. 1115-1118.
341. Yuan L., Liu J.G., Zhao J., Brundell E., Daneholt B., Hoog C. The murine SCP3 gene is required for synaptonemal complex assembly, chromosome synapsis, and male fertility // Mol. Cell. 2000. V. 5. P. 73-83.
342. Zetka M.C., Kawasaki I., Strome S., Muller F. Synapsis and chiasma formation in Caenorhabditis elegans require HIM-3, a meiotic chromosome core component that" functions in chromosome segregation // Genes Dev. 1999. V. 13. P. 2258-2270.
343. Zhong X.-B., Fransz P.F., Wennekes-van Eden J., Zabel P., van Kämmen A., de Jong H.J. High-resolution mapping on pachytene chromosomes and extended'DNA fibres by fluorescence in situ hybridisation // Plant'Mol. Biol. Reprod. 1996.-V. 14. P. 232-242.
344. Zickler D. Development of the synaptonemal complex and the-"recombination nodules" during meiotic prophase in the seven bivalents of the fungus Sordaria macrospora Auersw // Chromosoma. 1977. V. 61. P. 289-316.
345. Zickler D. From early homologue recognition to synaptonemal complex formation // Chromosoma. 2006. V. 115. P. 158-174.
346. Zickler D., Kleckner N. The leptotene-zygotene transition of meiosis // Annu.Rev. Genet. 1998. V. 32. P. 619-697.
347. Zickler D., Kleckner N. Meiotic chromosomes: Integrating structure and function // Annu. Rev. Genet. 1999. V. 33. P. 603-754.f)1. БЛАГОДАРНОСТИ
-
Михайлова, Елена Игоревна
-
доктора биологических наук
-
Санкт-Петербург, 2011
-
ВАК 03.02.07
- Изучение генетического контроля синапсиса хромосом у ржи Secale cereale L.
- Роль хромосом пятой гомеологичной группы пшеницы и ржи в регуляции типа деления унивалентных хромосом и частоты передачи их через гаметы анеуплоидных форм
- Генетическая обусловленность формирования жизнеспособных гамет у межродовых гибридов злаков
- Популяционно-генетическое изучение самонесовместимости у яровой ржи
- Генетическое картирование у ржи Secale cereale L.
