Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пути эволюции кариотипов хиромид трибы CHIRON0MINI (DIPTERA, CHIRONOMIDAE)

ВАК РФ 03.00.25, Гистология, цитология, клеточная биология

Автореферат диссертации по теме "Пути эволюции кариотипов хиромид трибы CHIRON0MINI (DIPTERA, CHIRONOMIDAE)"

»*Гб ол

I 8 оцт 1рм

На правах рукописи УДК: 576. 312. 37:95.771

СИИРИН Марина Таваевна

ПУТИ ЭВОЛЮЦИИ КАРИОТИПОВ ХИРОНОМИД ТРИБЫ СННЮН0МШ1 (01РТЕ!?А, СН1 РОМОМ!БАЕ)

03.00.25 - клеточная биология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 1996

Работа выполнена в Институте цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор И.И.Кикнадве Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор А.С.Графодатский Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

кандидат биологических наук А.Г.Бугров

Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск

Институт цитологии РАН, г. Санкт-Петербург

р;СУП<и(и<с на ^¡июш'-^ заседании диссертационного совета по защите' диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д-002.11.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу:

630090 г,Новосибирск-90, проспект академика Лаврентьева, 10.

Ведущее учерезадение:

Защита состоится

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СЮ РАН.

Автореферат разослан "М " 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук

А.Д.Груздев

Актуальность проблемы. Эволюция кариотипов представляет одну из граней эволюционного процесса у эукариот. Элементами эволюционной изменчивости кариотипов являются: число хромосом, позиция центромер, распределение гетеро- и эухроматина, взаиморасположение генетического материала в пределах групп сцепления и между ними и т.д. Вариации характеризующих кариотип элементов обусловлены хромосомными перестройками и могут явиться непосредственной причиной репродуктивной изоляции видов.

Исследование кариотипов обычно проводят с помощью дифференциальной окраски метафазных хромосом. Наиболее полно исследованы кариотипы (около половины общего числа известных видов) и установлены закономерности кариотипической эволюции у млекопитающих (Орлов, Булатова, 1983; Графодатский, Раджабли, 1988; Графодатский, 1991). Политенные хромосомы слюнных желез двукрылых насекомых с отчетливой дисковой структурой, отражающей хро-момерную организацию интерфазных хромосом, позволяют повысить уровень разрешения кариологических исследований. Благодаря этому удается фиксировать- мельчайше хромосомные перестройки и, таким образом, более детально изучать микрозволюционные процессы кариотипической изменчивости.

Основная масса данных о кариотипах у Díptera относится к представителям семейств Drosophilidae, Simuliidae, Chlronomidae и Culicídae (Dobzhansky, 1970-, Rothfelds, 1979; Keyl, 1962; Стегний, 1991). В силу того, что дрозофилиды являются классическим объектом генетических исследований, их политенные хромосомы, а также закономерности кариотипической эволюции и значение хромосомных перестроек, таких как инверсии; транслокации, хромосомные слияния, для формирования генетических изолирующих механизмов на начальных этапах процесса видообразования изучены наиболее детально (Dobzhansky, 1970; White, 1977).

Криологические исследования хирономид широко развернулись сравнительно недавно, в связи с усилением остроты экологических проблем, так как хирономиды являются "наиболее чувствительным биоиндикатором состояния водоемов и качества воды (Соколова, 1983). Видовое разнообразие хирономид черезвычайно велико и связано с адаптацией личиночной стадии развития к условиям обитания в самых различных типах водоемов. Было установлено, что в эволюции кариотипа хирономид, в частности в роде Chironomus,

главную роль играли реципрокные транслокации хромосомных плеч ¡1 парацентрические инверсии (Кеу1, 1962). Другие типы хромосомных перестроек, такие как локальное увеличение центромерного гете-рохроматина, образование хромоцентра, слияние отдельных плеч хромосом, исследованы мало. Не было ясно также насколько распространены- среди хирономид еяды-близнецы, сироко представленные в других семействах двукрылых. Таким образом, изучение всего разнообразия эволюцконно фиксированной кариотипической изменчивости у хирономид представляет большой интерес для понимания цитогенетических основ мккроэволюционных процессов.

Цель и задачи кссг.гдавания. Основной целью настоящей работы явилось изучение кариотипического разнообразия видов трибы Chironoir.ini и выявление особенностей их кариотипической эволюции. Были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать кариотипы видов в сообществах хирономид таких малоизученных регионов Сибири, как Тува, Алтай, Якутия.

2. Исследовать закономерности хромосомной эволюции на начальных этапах дивергенции видов в группах видов-близнецов и установить, насколько широко распространены такие группы видов-близнецов в трибе (МгопотШ.

3. Исследовать роль центромерного гетерохроматина в дивергенции кариотипов в трибе СМгопст1п1.

4. Выяснить распространенность в трибе Сп1гопст1п1 таких хромосомных перестроек, как теломерные слияния.

Научная кошзна. Впервые изучены хирономиды Тувы, где морфологически и кариологически диагносцировано 48 видов хирономид из 20 родов, 6 подсемейств - СМгопотШае, 0гиюс1асШпае, Рго-(ИатеэХпае, Шатез1пао, ТапуросИпае, Рос1опот1пае.

Обнаружено 20 видов с кариотипами, ранее не описанными в литературе. Описаны 2 новых для науки вида - ОЛш/аШсиэ эр.п. и С.поуо51Ыг1сиз эр.п.. Впервые описаны кариотипы 7 неизвестных ранее видов (С. 1иуап1сиз, С.поуа51Мг1сиз, С.эр.АН, С.Бр.тт, С-эрЛиЗ, С.зр.Ап1,С.аеШз 2) и созданы для них детальные цитофотокарты политенных хромосом. Впервые созданы детальные цитофотокарты политенных хромосом видов СМ^егосЗегЛа-tus и В.1аиг1са.

Открыт новый цитокомплекс в роде СЫгопотиэ, модифицированный цитокомплекс сал^осМгопотиэ (СР, АВ, (ЗЕР).

Описана новая группа близкородственных видов riíhímakien-;3is кз б членов. Прозеден анализ филогенетических отнесений ви-до^ групп riihirrskiensis, decoros, obtusidens. Выявлены ваконо-черксся-к кариотипнческой дивергенции в группа;-; близкородственных зкдеш.

Впервые выявлены закономерности лопуляциокяого полиморфизма по размерам центромерннх дисков у C.plumosus. Получены данные о межвидовых, яволюционно фиксированных различиях размеров це;сгр,ом^рных дисков в группах Олизкородс-гвеяных адов р3 шлонач i; riihißiakiensis.

Установлено, что оедукния числа упометом у nmiraucuv ьйдоб C.ajvanictis sp.n., O.novosipíncus «p.n i* ".táurica с 2n=6 обусловлена тандемным слиянием короткой телоцентрической хромосомы IV с плечом Е субметацектрической хромосомы III, а редукция числа хромосом у L.moderata до 2п=4 - результат более сложного комплекса хромосомных перестроек.

Теоретическая н практическая значимость. Полученные данные имеют значение для понимания характера эволюционных преобразований кариотипов у хирокомид тркбц Chíronomír.i на наиальянх э-íanax дивергенции, а такие роли ^ре*-:с:<ч-шыя перестроек з этой процессе. Цитофотокарты 'ЮЛ^тенны^ лпог-осо-- аоу-:е::ных видов кс-Пс,;ьзу;отся лрп цитодиагностике EUioa ;• ■>¡.-otioMívi. Даьнг»е об инверсионном полиморфизме могут быть чегч^и-к-^иа при бТ'.ОМОКИТО-ринге водоемов.

Алробацкя гпботз. Материалы диссер-ад»; докладывались на оовещаьии "Систематика хирояомкд и и,: значение и жизни водных экосистем" (Паланга, 1988г.); на 5-ом диятеролсгическоч симпозиуме (Новосибирск, 1990г.), на 2-ом симпозиуме по кариосисте-матике беспозвоночных животных (Чебоксары, 1991г.); ка 3-ем международном симпозиуме "Эксперимент убсу-нур" (Кызыл, 1993); на 11-ом международном симпозиуме по хирономидам (Амстердам, 1991).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и ебьем работы. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, выводов, списка цитируемой литературы (196 ссылок) и приложения. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, приложение содержит 35 рисунков.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ.

Материалом для настоящего исследования служили личинки последнего 4-го возраста и имаго хирономид, собранные с 1986 по 1993 в Курганской, Новосибирской областях, Краснодарском крае, на Алтае, в Туве, Якутии, США (штаты - Миннесота, Северная Дакота ) (табл. 1). Часть фиксированного материала любезно предоставлена автору к.б.н. С.С.Богачевым, к.б.н. Истоминой, к.б.н. В.В.Заикой, к.б.н. Т.А.Саловой.

Личинок хирономид собирали по общепринятой гидробиологической методике (Шилова, 1976; Кикнадзе и др. ,1991). Для криологического анализа личинок фиксировали в смеси 96% этанола и ледяной уксусной кислоты в соотношении 3:1. Часть личинок использовали для выведения имаго и куколок по общепринятой методике (Шилова, 1976). Имаго, куколки, а также экзувии личинок и куколок фиксировали в 70% этаноле. Фиксированный материал хранили при 4° С.

Для кариологического анализа готовили давленые препараты слюнных желез и имагинальных дисков по обычной ацет-орсеиновой методике (Key1,Key1,1959; Кикнадзе и др.,1991). Для каждого исследуемого вида составлялась цитофотокарта политенных хромосом слюнных желез. Микрофотографии для фотокарты готовились при увеличении объектива хЮО (масляная иммерсия) при помощи микроскопа "Opton". Картирование хромосомных плеч А, Е, и F проводили по системе Кейла (Keyl,1962), а плечи В, С, и Д по системе Девай с соавторами (Devai et al.,1989) с использованием рисунка дисков Chlronomus piger Str.

При анализе филогенетических отношений, использовали метод инверсионных шагов, разработанный Кейлом (Keyl. 1962).

При изучении изменчивости центромерных районов у видов Chironomus группы plumosus были использованы препараты политенных хромосом слюнных желез, любезно предоставленные к.б.н. И.Е.Керкис. Размеры центромерных дисков оценивали путем измерения их относительной толщины на фотографиях и визуально.

Процедуру ДНК/ДНК гибридизации in situ проводили согласно методу Лерга с соавторами (Learg .et al., 1983). Эта часть работы была выполнена совместно с к.б.н. М.А.Филипповой и к.б.н. С. М. Калачиковым.

Морфологическое исследование личинок проводили на времен-

ных препаратах головных капсул и последних сегментов тела личинки, заключенных в глицерин, а также на постоянных препаратах, заключенных в бальзам или в раствор Фора-Берлизе. Морфологический анализ материалов выведения имаго хирономид проводили на препаратах, заключенных в бальзам (Макарченко,1985).

При морфологическом описании хирономид использовали систему обозначений и терминов Сэзера (Saether, 1980), Вюлкера (Wul-ker, 1973).

Препараты хранятся в лаборатории клеточной биологии института Цитологии и генетики СО РАН. Паратипы новых видов - C.tu-vanicus spec, nov., Ch.novosibirlcus spec. nov. в институте Цитологии и генетики.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В исследованных регионах выявлено 44 вида из 7 родов трибы Chironomini (табл. 1), из них 20 с неизвестными ранее карио-типами.

Таблица 1.

Список встреченных в материалах сборов видов трибы Chironomini.

Род, вид 2п Место сбора Дата сбора Число

исслед. особей

Род Chironomus Meigen

C.aberratus Keyl

C.acutlventrls

Wulker, Ryser, C.agilis Schobanov, Dlomin

C.agilis 2***

C.annularias Meig.

8 Тува:оз.Хиндиктик-Холь; 07.1989 1-L"

старица р.Енисей 06.1990 1-L

8 Тува, р.Енисей 05.1930 7-L Scholl

8 Новосибирская область:

пруд у п. Каинская заимка 09.1990 33-L

Бердский пруд 07.1988 16-L

8 Курганская область, 03.1990 80-L

оз. близ г.Юргамыш

8 Тува, старица р. Енисей 06.1990 4-L

Сев. Дакота: пруд Ларимо 03.1993 3-L

пруд Маквил 03.1993 1-L

пруд Васин 03.1993 1-L

C.anthracinus Zett.

C.balatonicus Deval, Wulker, Scholl

8

Таблица 1 Миннесота, оз. Кристина Сев. Дакота: пруд Маквил пруд Васин оз. Вильям Алтай: оз. Горькое-Пере-

(продолжение).

C.borokensis

Schobanov, Kerkls,

C.commutatus

Keyl

C.entis

Schobanov

шеечное; оз. Горькое Новосибирская область: Бердский пруд; пруд у п. Каинская Заимка Курганская область, озеро близ г.Юргамьш 8 Новосиб.обл.,Вердский пруд РШрроуа

6 Тува, протока р. Енисей

8 Курганская область, озеро близ г.Юргамыш

озеро близ с.Кызылбай Новосибирская область: Бердский пруд пруд у п. Каинская Заимка Сев. Дакота: оз.Серебряное оз. Красная ива Миннесота, оз. Кристина' Тува, р. Енисей

С.heterodentatus*8 KonstantInov

С.jonmartlnl 8 Якутия, соединительный Lindeberg,Wiederholm водоем в окр. Якутска С. mat virus 8 Алтай, озерки на Шавлу

Johansen

C.muratensis 8 Тува, р. Тес-Хем Ryser, Scholl, Wulker

C.novosibiricus 6 Тува: протока р. Енисей sp.n.****

р. Уюк

03.1993 03.1993 03.1993 03.1993

05.1993 09.1993

07.1988 09.1990

03.1989

07.1988

05.1990

03.1989

03.1990 04.1990 11.1989

11.1988

11.1989 03.1993 03.1993 03.1993

05.1990

7-L 1-L 5-L

3-L

50- L 50-L

17-L 76-L

4-L

18-L

1-L

41-L 56- L 53-L 63-L

29-L 29-L 3-L 1-L 1-L 33-L 10-1

05.1993 4-L 07.1990 2-L

07.1990 2-L

07.1990 356-L 9-1

07.1990 510-L

8

Таблица 1 (продолжение), р. Тес-хем 08.1990 22-Ь

С.р1апозиз Ь. 8 Новосибирская область.

БердскдаГпруд 07.1988 24-

пруд у п. Каинская Заимка 09.1990 2-1

Курганская область,

оз. близ Юргамыга 11.1989 22-Ь

Сев. Дакота: оз.Серебряное 03.1993 7-1

пруд Даримо 03.1693 3-1

пруд Красная ива 03.1993 з-ь

Миннесота, оз. Андерсон 03.1993 1-1.

С. ер. АИ*** 8 Алтай: оз. Хкндиктик-Холь 07.1988 20-1

07.1989

07.1990 15-Ь

р. Черная Берель 07.1990 9-Ь

р. [Павлу, озерки 07.1990 11-Ь

Тува, протока р. Енисей 05.1990 10-Ь

С.зр.АШ*** 8 Миннесота: оз. Андерсон 03.1993 31-ь

оз. Тартл 03.1993 6-Ь

С.5рЛа1 8 Якутия, соединительный

водоем в окр. Якутска 05.1993 10-ь

С.Бр.Уаг 8 Якутия, соединительный

водоем в окр. Якутска 05.1993 5-Ь

С.Зр.Ко!** 8 Сев.Дакота, пруд Котарей 03.1993 з-ь

С. зр. Ти1*** 8 Тува, Кызыл, пруд в парке 08.1988 11-Ь

05.1990 80-Ь

07.1990 15-Ь

С.эр.ТиЗ*** 8 Тува, протока р. Енисей 07.1990 43-Ь

С. эр. ТШ4 8 Тува, оз. Хадын 06.1990 2-Ь

С. эр. Т1115 8 Тува, болото у р. Уюк 06.1990 4-1

С. эр. №11** 8 Сев. Дакота: оз. Вильям 03.1993 З-Ь

аееег! 6 Сев. Дакота, пруд Маквил 03.1993 4-Ь

ШпйЬеек Миннесота-, оз. Андерсон 03.1993 9-Ь

оз. Бэд-Акс 03:1993 5-Ь

С. Ьиуагиси5**** 6 Тува, протока р. Енисей 05.1990 120-Ь

эр.п. 9-1

07.1990 15-1

C.tentans 8 Тува, оз. Белое 06.1990 50-1

Таблица 1 (продолжение).

(Fabricius)

Род Baeotendipes B.taurlca* 6 Tschernovskid

Якутия, соединительный водоем в окр. Якутска Миннесота, пруд Васин

Краснодарский край, лиман в Приазовье

05.1993 05.1993

Род Fleuria F.lacustris 8 Kleffer Род Llpinlella Schllova L.moderata 4 Алтай, Kaluglna

Курганская область, оз. близ с. Шатрово

р. Алей, окрестности Веселоярска р.Алей у с. Александрова Новосиб. обл., Обское в/х

Хадын

Q.barblpes (Staeger)

G.glaucus (Melgen)

42-L 8-L

04.1989 57-L 05.1989 87-L 11.1989 144-L

02.1989 125-L

08.1992 14-L

09.1992 16-L

09.1992 10-L

05.1990 20-L

05.1990

06.1990 06.1990

05.1990 06.1990

07.1990 06.1990

1-L

05.1990 4-L

Тува, р. Енисей Род Polypedilum Kleffer P.nubeculosum 8 Тува, р. Енисей Melg.

P. sp.TU21 8 Тува, 08. Хадын

P.sp.TU22 8 Тува, старица у оз

Род Stlctochlronomus Kieffer S.sp.TU12 8 Тува, р. Енисей

S.sp.TU17 6 Тува, р. Уюк

Род Cryptochlronomus Kleffer

C.pslttacinus 6 Тува, протока р. Енисей 05.1990 6-L Melg.

C.sp.TU16 6 Тува, р. Тес-Хем

C.sp.TU23 6 Тува, оз. Белое

Род Glyptotendipes Kleffer

2-L 2-L

2-L 4-L

2-L 2-L

8 Тува, 08. Белое 06.1990 2-1

Новосиб.Обл..Бердский пруд 06.1988 8-L Якутия, соединительный

водоем в окр. Якутска 05.1993 1-Ь Миннесота, оз. Андерсон 05.1993 1-Ь

8 Новосиб.обл.:Бердский пруд 06.1988 8^

Обское водохранилище 07.1989 10^

Таблица 1 (продолжение). Q.paripés • 8 Новосиб. сбд., р. Кашка 07.1989 2-L Edwards Алтай,, лужи, на перевале

Шавлу 07.1990 1-L

Q.sp.TU24 8 Тува, пруд в г. Кызыл 09.1990 2-L

" - L - личинка, I - имаго

* - впервые создана детальная цитофотокарта политенных хромосом

** - впервые описан кариотип

*** - впервые описан кариотип и создана детальная цитофотокарта

**** - впервые описан вид

Роль инверсий з дивергенции кариоткпсз. Группы зизов-блканецов и начальные этапы иаркохипической дивергенции.

Группы близкородственных видов у хирономин особенно интересны для изучения хромосомной эволюции на начальных этапах дивергенции. Именно здесь наиболее отчетливо проявляется значение тех или иных изменений кариотипа. На основании близости рисунка дисков политенных хромосом, а также морфологического сходства личинок нами была описана новая группа близкородственных видов - riihimakiensls из 6 членов, в группу близкородственных видов decorus включены новые члены - C.sp.Anl, C.sp.Wil, C.sp.Kol, в группу obtusidens - O.heterodentatus, в группу plumosus -C.agilis Z.

Особенности хромосомной зеодкцнн в группе блкзкородстввн-иях аидов riihimakiensis рода Chironomus. Впервые описаны кари-отипы и морфология личинок, изучен хромосомный полиморфизм, составлены цитофотокарта политенных хромосом C.sp.All. C.sp.Tul и C.tuvanicus, близких к С.riihimakiensls, описанному Вюлкером в 1973 году. Вид C.tuvanicus описан впервые, для него приведено описание морфологии имаго. Описаны кариотипы и морфология личинок, хромосомный полиморфизм у C.sp.Yal, C.sp.Ya2, которые позднее были детально изучены Т.А.Саловой с привлечением более широкого популяционного материала.

6 видов, объединенных нами в группу riihimakiensls, наиболее близки по последовательностям дисков в плече D. Важным признаком их кариотипов является присутствие ядрышковых организаторов в плече D (у С. sp. All также и в плече С, у С. sp. Yal

в плечах В и Г, у С. эр. Уа2 в плече Е) в дополнение к типичному ядрышковому организатору в плече 6. Характерна также специфическая морфология плеча в, с рыхлым, нечетким рисунком дисков. В плечах А, С, Б, Е и Р были обнаружены последовательности дисков, относимые к так называемым базовым последовательностям (Ш1кег, 1980), которые характерны для более примитивных видов в р. СМгопогшз. Базовая последовательность дисков Уа1А1, характерная для С.рзеисМЬитп1, впервые обнаружена в цитокомплек-се Шлгап!.

Нами установлено, что С.гПМтак1епз1з и С.зр. АН являются наиболее близкородственными видами. Они отличаются величиной блока центромерного гетерохроматина и тремя фиксированными инверсиями в плече Р. Кариотип С.эр.Уа1 также очень близок к ка-риотипу С.гПЬшак1епз1з, отдалившись от него (без учета инверсионных дистанций в плече В) на расстояние семи инверсионных шагов. Такое же расстояние разделяет кариотипы С.зр.Уа1 и С.р1-йег. Очень крупные блоки центромерного гетерохроматина (ЦГХ), более крупные чем у С.г1Ш1так1епз1з, выделяют кариотип С.зр.Уа1 среди кариотипов остальных видов группы г1Штак!еп-

Очень крупные блоки ЦГХ в хромосомах С.зр.Уа1 образуют хромоцентр. Полный набор всех хромосомных перестроек,отличающих С.гПМтак1епз1з от С.Бр.ТШ, включает 10 инверсионных шагов. Наиболее дивергировало у этих видов плечо А. 24 инверсионных шага и присоединивиееся к плечу Е плечо Э отличают кариотип СЛиуатсиз (2п=б) от кариотипа С.гг1Мтак1епз1з. Значительное количество инверсионных шагов (34) отличают кариотип С.зр.Уа2 от кариотипа С. гНМтак1епз1з. Однако в плечах 0 и Е кариотип С.гр.Уа2 имеет общие последовательности дисков с С.эр.Уа!. С.зр.Уа2 и СЛиуатсиг могут считаться наиболее дивергировавши-ми видами в группе. Однако спектр общих последовательностей дисков позволяет считать их членами группы г1Ш1шак1епз1з.

Уровень хромосомного полиморфизма разных видов различается существенно. Он низок у С.зр.АН и С.зр.ТШ. Более значителен у С. ^уатсиэ и С.зр.Уа1. Вид С.эр.Уаг можно отнести к высокополиморфным. В исследованных популяциях видов группы гИЫтак1еп-г1з плечи А и Е были мономорфны. Внутрипопуляционный геномный полиморфизм по В-хромосоме зафиксирован у двух видов - С.эр.АН и С.эр.Ти!.

По морфологии личинок виды C.sp.All, C.sp.Tul, C.sp.Yal

очень близки друг другу, особенно C.sp.All и C.sp.Yal. Это личинки с отростками типа piumosus. Личинки C.sp.Ya2 четко выделяются крупными размерами тела и отсутствием...латеральных отростков (тип halophilus), а также по другим измеряемым признакам. Личинки C.tuvanicus отличаются от остальных отсутствием латеральных и вентральных отростков (тип salinarius). Таким образом, для видов группы riihlmakiensis прослеживается корреляция степени различий по касиологическкм и морфологическим признакам.

Особенности хромосомной эволюции в группах близкородсгвзн-ÜHX видов decorus и cbt-jsidens. Впервые описаны кариотипы C.sp.Anl, C.sp.Wll, C.sp.Kol. Впервые составлены детальные ци-тофотокарты политенных хромосом и описан хромосомный полиморфизм у C.sp.Anl и C.heterodentatus. Описаны новые последовательности дисков и хромосомный полиморфизм у C.acutiventrls, встречеуного впервые на территории России.

Вид C.heterodentatus включен в группу близкородственных палеарктических видов obtusidens , так как нами показано, что кариотип C.heterodentatus отличается только несколькими парацентрическими инверсиями б плечах С и F от C.acutiventris, члена этой группы. Виды C.acutiventris к C.heterodentatus обитают симпатрически и неразличимы по морфологии личинки.

В неарктической группе близкородственных видов decorus, родственной группе obtusidens, обнаружены три новых члена -C.sp.Anl, C.sp.Wil, C.sp.Kol, кариотипы которых очень близки медду собой, а среди видов p.Chironcmus наиболее близки видам группы obtusidens. В связи с зтим делается заключение о филогенетической близости неарктической группы decorus и палеаркти-ческой группы obtusidens. Виды обеих групп имеют сходную морфологию личинок с отростками типа fluviatilis, не встречающуюся у других видов p.Chlronomus.

Виды групп decorus и obtusidens характеризуются сложным, необычным рисунком дисков, сфоршфовавиимся в результате многочисленных инверсионных преобразований, затронувших и прицентро-мерка? участки хромосом, что крайне редко встречается у других видов р. Chircnomus (Кикнадзе и др., 1992). Наиболее отчетливо близость последовательностей дисков видов decorus и obtusidens

проявилась при сравнении плеча F у C.sp.Anl и C.obtusidens. Последовательности obtusF и AnlF2 очень близки друг другу, их разделяют два инверсионных шага, в то время как последовательности AnlFl и AnlF2 разделены 9-ю инверсионными шагами. Такого значительного сходства по последовательностям, дисков плеча F между видами группы obtusidens не обнаружено: 8 инверсионных шагов разделяют последовательности obtusF и hetFl, 7 инверсионных шагов - последовательности hetFl и acutFl. Плечо Е у рассматриваемых видов дивергироваяо менее всего. Исключительная роль в дивергенции кариотипов этой группы видов принадлежит парацентрическим инверсиям.

Для изученных видов хирономид групп obtusidens и decorus характерен высокий уровень хромосомного полиморфизма, проявляющийся как в повышенной частоте встречаемости гетерозиготных по какой-либо последовательности личинок, так и в широком спектре последовательностей дисков большинства хромосомных плеч. У C.acutiventris и C.sp.Anl обнаружены В-хромосомы.

Наиболее близкие по последовательностям дисков виды значительно различаются по степени лабильности хромосомных плеч. Наиболее отчетливо такое разделение проявилось при исследовании нами личинок видов С. heterodentatus и С. acutlventris, обитающих симпатрически. У с. heterodentatus полиморфны плечи А и В, а у С. acutlventris лишь плечо С. Сходные различия по лабильной и консервативным частям кариотипа известны не только между видами, но и между двумя подвидами - С.a.acutlventris и C.a.bavari-cus (Wulker et al., 1983a). Подобное различие обнаружено в популяции C.sp.Anl из оз. Андерсон, разделившейся на 2 группы, по спектру встречающихся в них хромосомных последовательностей, степени лабильности хромосомных плеч и наличию В-хромосом.

Кариотип и центромерний гетерохроматин у видов группы plumosus.

Изменения размеров центроыерншс дисков у видов группы plumosus. Изменчивость размеров блока ЦГХ была исследована у 9 близкородственных видов группы plumosus. Морфология центромер-ных участков политенных хромосом всех изученных видов очень сходна, различаются лишь размеры блока ЦГХ. По этому показателю изученные 'виды разделены нами на четыре группы. В первую группу входят C.balatonicus и С.bonus, для которых характерны тонкие

центромерные диски. Во вторую группу входят виды С. plumosos, C.nudiventris, C.sp.l, C.entis, имеющие средние центромерные диски. Третью группу составляют виды С. muratensls и С. agilis, у которых блоки ЦГХ всех хромосом увеличены и относятся к классу крупного. В четвертую группу входят виды с очень крупными центромерными дисками - C.borokensls, C.agilis2. Выявлен попу-ляционкый полиморфизм по размерам блока ЦГХ в отдельных хромосомах кариотипа у C.balatonicus, C.nudiventris, C.borokensls.

Изучение морфологии блоков ЦГХ у видов группы pîimosus показало, что изменение его размеров происходит в пределах самого центромерного диска, а не sa счет вовлечения в гетерохроматическое состояние соседних дисков.

ЦентромерныЯ гетерощюмахин у С. agilis и С. agilis 2 и вазовая дивергенция кариотипа. с.agilis 2 описывается впервые. Кариотип С.agilis 2 отличается от кариотипа С.agilis лишь двумя фиксированными инверсиями в плече С и очень крупными размерами центромерных дисков. С.agilis 2 характеризуется низким уровнем хромосомного полиморфизма. Полиморфны были плечи А и В, среднее число инверсий на особь было равно 0.04. Спектр флуктуирующих инверсий отличается от такового у С.agilis. Морфология личинки С.agilis по некоторым морфометрическим характеристикам (индекс головы, число радиальных бороздок вентроментальных пластинок) отличается от морфологии личинки С.agilis и близка таковой у C.plumosus.

В гибридизации in situ клона pludi из ЦГХ C.plumosus с по-литенными хромосомами С. agi lis 2 и С.agilis показано, что возрастание массы ЦГХ у С.agi lis 2 связано с возрастанием содержания повторяющейся ДНК (pludl-ДНК).

Цоктроыерннй гетерогрематки у C.plumosus. Изучение морфологии блоков ЦГХ в природных популяциях C.plumosus показало большую вариабильность его размеров во всех четырех политенных хромосомах. Нами выделены четыре класса ЦГХ: тонкий, средний, крупный и очень крупный. Толщина центромерного диска относительно расположенного рядом диска, не содержащего ЦГХ, для каждого класса следующая (в усл. ед.): тонкий - 1.00±0.03 , средний - 1.80±0.09, крупный - 2.9040.14 и очень крупный -4.ЗОЮ.10. Обнаружена гетерозиготность особей по размерам блока ЦГХ. Ни в одном случае не было обнаружено одновременного увели-

чения размеров блока ЦГХ во всех хромосомах. Не наблюдалось также гетерозиготности по размерам блока ЦГХ одновременно во всех'хромосомах. Установлены закономерности популяционного полиморфизма по размерам блока ЦГХ у C.plumosus в 6 популяциях из различных частей ареала обитания. Обнаружено, что для каждой популяция характерно свое распределение частот различных размерных классов блоков ЦГХ. Размеры блоков ЦГХ каждой хромосомы варьируют независимо.

Рон> телокариаа сдбшкй в gaepreiacc» каркоюшаз.

В р. Chironcmus нами были обнаружены два неизвестных ранее вида с 2п=б - C.tuvanicus и C.novosibiricus. В р. Baeotendipes нами обнаружен вид с редуцированным числом хромосом - B.tauri-са, кариотип которого ранее подробно описан не был. Редукция числа хромосом до 2п=4 детально описана в роде Lipiniella для L.moderata.

C.novcsibiricus sp.n описывается впервые. 2п=б, сочетание хромосомных плеч AB, CF, GED впервые встречено в подроде Chironomus (модифицированный цитокомплекс ca~ptochironomus); имеет место теломер-теломерное слияние плеч Е и G; ядрышко одно, локализовано в плече G. Все хромосомные плечи имеют специфические последовательности дисков, не обнаруженные пока у известных видов подродов Chironomus и Camptochironomus. Характерен высокий уровень хромосомного полиморфизма, среднее число инверсий на особь равно 1,9. Комары-самцы имеют типичную для подрода Chironomus морфологию гипопигия. Личинки среднего размера с отростками типа thummi. Фронтальный склерит с характерным коричневым овальным пятном.

Basocendipsrj taurica Tsshemovskij, 1949. Кариотип детально описан впервые. 2п=6, хромосомы длинные, метацентрические. Ядрышко одно, расположено в хромосоме III. Вид характеризуется высоким уровнем хромосомного полиморфизма, среднее число инверсий на особь равно 1,3. Рисунок дисков всех хромосомных плеч обнаруживает сходство с рисунком дисков хромосом видов р.Chironomus, что позволило составить цитофотокарту политенных хромосом, прокартированных с помощью стандартной карты рисунка дисков для рода Chironomus и проследить путь редукции числа хромосом в р. Baeotendipes. У В.taurica редукция числа хромосом свя-

зана с тандемным слиянием хромосомы IV (плечо б) и хромосомы

III (плечо Е).

_.. 1Лр1п1@11а жЗстаЪ" 18ГЗ. Кйгяоткп (£п=--4) иден-

тичен с ранее «■»п-'пвячнк (Кжнзлзо ' 10896)-.- Впервые описан -

^•гус^с.чши' подичорф'/.зм у "того й;:"?. ¡тг атгзйстах I' лсросисчг'с-лой популиста. Пр'1 значив© рисунка дисков пояитеннах крсмоссу. Онла выявлена гомолигкя схдедькы;; у-:лсглзг асдптенных промоет Ь.пк^егаЬа и ь.агегпсо1а £ дополнение ч уж& повес-гным

: Кн.1;'--ддче и др., 198Ь' а, '•■). ь г/т* редукикк чис-

ла хромосом •> Ь.гг.обегзлл но ула^ся. не менее выявленная гомология позволяет сделать заключение о том, что последовательности дьоксгБ ¿слктггпгс: уро'"-""?" 1...лооега1а «юг;;: нуть лишь в результате сложных инверсионных перестрой!; к ;/.с:;г. ромосомных транслокаций.

ИЕОЛН

1. Изучены каркотипы 44 видов из 7 родов трибы СМгопоМ-п1, из них 20 с неизвестными ранее кариотипами.- Описаны 2 новых для науки вида. Впервые детально изучены политенные хромосомы 9

Г'МДОс.

"слшсвгеяэ и?рск-.:е рггпрас^ачекчс- гругш ивдоЕ-блнгне-иой г ее/? СМгогю^из, Рпервыг выявлена невят группа &изг:з ронсч-веийьи оидоь - г11Ытак1Г:аз15 иа б членов. Ревизия б»щой групп йессгоз я зЫивЗйепс показала. «то в группу йвеигиз долж-кн сихь включены •¡■рч новых вида кз Нозрют*ки, а з группу оЫ:и-з:аег;5 лалеарктическхй эда С. пе1его(1опг.гЬц?.

3. Установлено, что дивергенция ¡саркотяпов вйдор грушш г1Штак1епз1з обусловлена парацентрическими инверсиями, лзие-«гтяием раечоров цектуомерксго " теломерного гетерохроматина, здкеаением числа хромосом :.-а счет тзддемкего слияния хромосом и вариацией числа и локализации ядрышек. Дивергенция кариотипоч видов группы decoгus и obtusidens обусловлена парацентрическими инверсиями, изменением спектра флуктуирующих инверсий и лабильности хромосомных плеч. Выявлена тесная филогенетическая связь йе&рктической группы йесогиз и палеарктшоской группы оЫиэз-

4. Установлено, что изменение массы центромеркого гетерохроматина имеет большое значение в эволюции кариотипа у хироно-мид. Выявлены новые пары видов-близнецов, кариотипы которых

>

различаются, в основном, размерами блока центромерного гетерох-роматина: C.agilis - C.agilis 2 в группе plumosus, C.riihimaki-ensis - C.sp.All в группе riihimakiensis. Установлены закономерности популяционного полиморфизма по размерам блока ЦГХ у С.plumosus.

5. Обнаружено широкое распространение явления редукции числа хромосом от 2п=8 до 2п=6 в трибе Chironomini за счет тан-демного слияния плеч Е и G. Детально изучены кариотипы C.tuva-nicus и C.novosibiricus с редуцированным числом хромосом. При этом у нового вида C.novosibiricus открыт необычный для рода Chironomus цитокомплекс - modified camptochironomus CAB, CF, SED). Редукция числа хромосом до 2n=4 (L. moderate) включает более сложный комплекс хромосомных перестроек - слияния хромосом, транслокации, пара- и перицентрические инверсии.

6. Выявлен параллелизм хромосомной эволюции в группах близкородственных видов, обусловленной следующими факторами: парацентрическими инверсиями, изменениями массы ЦГХ, изменением числа хромосом за счет их тандемных слияний, вариацией числа и локализации ядрышек.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Кикнадзе И.И., Сиирин М.Т., Керкис И.Е. Политенные хромосомы хирономида Baeotendipes taurica Tschernovsky // Цитология. -1991. - Т.33, N.1 - С.100-106.

2. Кикнадзе И.И., Сиирин М.Т. Полиморфизм прицентромерного ге-терохроматина у Chironomus plumosus L. // Цитология. - 1991. - Т.ЗЗ, N.3 - С.60-68.

3. Кикнадзе И.И., Сиирин М.Т., Филиппова М.А., Гундерина Л.й., Калачиков С.М. Изменение массы прицентромерного гетерохрома-тина - один из важнейших путей эволюции кариотипа у хироно-' мид // Цитология. - 1991. - Т.ЗЗ, N.12 - С.90-98.

4. Кикнадзе И.И., Сиирин М.Т., Керкис И.Е., Айманова К.Г. Необычный цитологический комплекс у хирономид // Цитология. -1993. - Т.35, N.1 -С.46-52.

5. Кикнадзе И.И., Истомина А.Г., Гундерина Л.И., Айманова К.Г., Филиппова М.А., Сиирин М.Т., Собанов Ю.В. Цитогенетический мониторинг природных популяций хирономид Алтая в условиях антропогенных загрязнений // Генетические эффекты антропо-

генных факторов среды. - Новосибирск: И8Д. ИЦиГ СО РАН, 1993 - С.62-79.

6. Кикнадзе И.И., Сиирин М.Т., Айманова К.Г. Кариологический анализ видов рода Chironomus из Тувы и Горного Алтая // Ка-риосистематика беспозвоночных животных. - Санкт-Петербург:Н, 1993. - Т.2 - С.32-37.

7. Кикнадзе И.И., Сиирин М.Т., Заика В.В. Цитотаксономия комаров-звонцов (хирономид) Центральной Тувы и Убсунурской котловины // Методики локального, регионального и глобального биосферного мониторинга. - Москва: Интеллект, 1994. -С. 111-112. - (Труды третьего международного симпозиума по результатам Международной программы биосферного мониторинга "Эксперимент Убсу-Нур".)

8. Kiknadze I.I., Slirin М.Т. Polymorphism of centromerlc hete-rochromatin in Chironomus plumosus // Abstracts of All Union Symposium of Chironomidae in Palanga. - 1989. - P.22.

9. Kiknadze I.I., Slirin M.T., Wulker W. Siberian species of the riihlmaklensls-group in the genus Chironomus (Dlptera, Chironomidae). 1. Karyotypes and morphology // Netherl. J. Aquat. Ecol. - 1992. - V. 26. - P.163-171

10. Kiknadze I.I., Slirin M.T., Wulker W. Siberian species of the riihimakiensis-group in the genus Chironomus. 2. Inversion polymorphism and cytophilogeny // Spixiana. - 1994. -Suppl. 20 - P.115-125.

11. Buttler H.Q., Kiknadze 1.1., Cooper J.K. and Slirin M.T. Cyto-logically identified Chironomus species from lakes in North Dakota and Minnesota, USA // Chironomids: from Genes to ecosystems. - CSIRO, Australia, 1995. - P.31-37.