Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сравнительная цитогенетика ряда видов CANIDAE и CASTORIDAE

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Сравнительная цитогенетика ряда видов CANIDAE и CASTORIDAE"

РГ6 од

О 9 ФЕЙ 1993

На правах рукописи УДК 576.312.32;599.3

БЕКЛЕМИШЕВА ВИОЛЕТТА РОБЕРТОВНА

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЦИТОГЕНЕТИКА РЯДА ВИДОВ САЫШАЕ И САЭТОЯШАЕ

Генетика - 03.00.15

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 1998

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

Научный руководитель: доктор биологических наук А.С.Графодатский, Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Л.В.Высоцкая,

Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск;

кандидат биологических наук Н.С. Жданова, Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Ведущее учреждение: Институт проблем экологии и эволюции

им'. А.Н. Северцова РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится 4 лсд» 1998г. на утреннем заседании

диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д-02.11.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: 630090, г.Новосибирск, просп. Лаврентьева, 10.

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

Автореферат разослан 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

А.Д.Груздев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования Современное описание хромосомного набора любого вида млекопитающих основывается на получении дифференциальных окрасок хромосом, в том числе высокого уровня разрешения, и служит основой для работ по картированию и изучению генома в целом. Кроме развития исследований по частной цитогенетике вида, получение дифференциальных окрасок хромосом с разрешением 500 п более полос на гаплоидный набор позволяет детально изучать преобразования кариотипов в ходе эволюции. Анализ дифференциальной исчерчеяности хромосом выражается в детальном описании чередования полос на каждой паре и позволяет ввести в обиход такие понятия, как номенклатура хромосом и стандартный кариотип вида. Наиболее разработанная номенклатура дифференциально окрашенных хромосом человека позволила проводить четкую диагностику цитогенетических патологий и перейти к тотальному картированию генома вида в рамках проекта "Геном человека". Успехи и достижения программы но изучению генома человека вызвали интерес к описанию дифференциальных окрасок высокого уровня разрешения, созданию детальных номенклатур хромосом и, как следствие, заметным успехам в картировании геномов многих видов лабораторных и домашних животных. Описание структуры их кариотипов и геномов на современном уровне дало новый материал для исследования особенностей эволюции более крупных таксономических групп, к которым принадлежат эти виды. Так, в деталях разработанная цитогенетика человека и ряда видов обезьян в значительной степени обусловила успехи сравнительной цитогенетики приматов в целом.

Успехи в изучении и картировании генома того или иного вида в значительной степени обусловлены особенностями хромосомной организации генома. Например, из-за сложного хариотипа, содержащего много мелких акроцентрических элементов (2N=78), цитогенетика домашней собаки (Canis familiaris) была слабо развита, и это сдерживало прямое картирование хромосом вида. В 1993 году был организован международный проект, направленный на детальное изучение генома собакифСЮМАР) (Society News, 1993). Основным методом картирования вида должен стать метод флюоресцентной гибридизации in situ на прометафаз-ных хромосомах. Следовательно, получение дифференциальных окрасок высокого уровня разрешения и создание номенклатуры хромосом домашней собаки является актуальной задачей.

Ранее высказано предположение, что хромосомы серебристо-черной лисицы образованы в результате слияний хромосом предкового кариотипа, подобного ка-риотипу домашней собаки (Графодатский, Раджабли, 1981; Yoshida et al., 1983). Выявление гомеологичных районов в кариотипах собаки и лисицы, содержащем

крупные двуплечие аутосомы (2N=34), позволит более обоснованно определять хромосомную локализацию изучаемых последовательностей ДНК у собаки. В рамках проекта DOGMAP мы предложили использовать зонды ДНК из генома собаки для картирования представителей разных филетических групп собачьих -серебристо- червой лисицы, песца, енотовидной собаки и фенека. Получение дифференциальных окрасок высокого разрешения для хромосом этих видов важно не только для развития частной цитогенетики пушных млекопитающих, но и для детального изучения хромосомной эволюции Canidae, которая, как считается, отличалась темпами и формами от таковой в других семействах хищных (Rubtsov et al., 1988).

Бобры - ценные пушные звери из отряда Rodentia, также представляющие интерес для доместикации, в настоящее время вводятся в культуру клеточного звероводства. До сих пор накоплено мало информации о геномах видов Castoridae. Поэтому своевременным является детальное описание кариотипов двух видов бобров, их сравнительный анализ с целью определения особенностей организации и эволюции хромосомных наборов видов этого рода. Исследования бобров важны также потому, что до сих пор активно изучались геномы грызунов из одной резко обособленной группы - Cricetidae-Muridae, а виды из других групп отряда изучены в гораздо меньшей степени.

Таким образом, детальное описание хромосомных наборов млекопитающих, представляющих интерес как в плане доместикации, так и картирования геномов, является существенной частью процесса развития современной генетики и поэтому весьма актуально.

Цели и задачи исследования Целью настоящей работы явилось детальное описание хромосомных наборов ряда видов пушных и домашних млекопитающих, представляющих интерес для развития работ по картированию геномов: североамериканского и европейского бобров, домашней собаки, серебристо-черной лисицы, песца, енотовидной собаки, и фенека. Исходя из этого, необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести детальное описание хромосомных наборов видов бобров, Castor fiber и С.canadensis, определить характер хромосомных перестроек, имевших место в ходе эволюции этой группы.

2. Получить цитологические карты дифференциально окрашенных хромосом высокого уровня разрешения для пяти видов семейства Canidae, представляющих практический интерес и относящихся к разным филетическим линиям семейства.

3. Разработать детальную номенклатуру хромосом домашней собаки и лисицы - видов, геномы которых картируются в настоящее время.

4. Провести сравнительный анализ исчерченности хромосом пяти видов Саш<1ае в целях определения основных закономерностей эволюции кариотипа в данном семействе.

Научная новизна работы. Впервые проведено детальное описание и сопоставление дифференциально окрашенных хромосом европейского и канадского бобров. Установлено, что хромосомные наборы этих видов образованы в результате тан-демяых и центрических слияний хромосом предковой высокохромосомной формы, но в различных сочетаниях, что привело к значительной к&ряотипической дивергенции современных видов.

Впервые описана вТв-дифференциальная окраска хромосом высокого уровня разрешения домашней собаки, лисицы, песца, енотовидной собаки и фенека. Это позволило детализировать представления об особенностях хромосомной эволюции семейства Саш<1ае. Для домашней собаки и серебристо-черной лисицы, геномы которых картируются в настоящее время, предложены цитологические карты и идиограммы вТв-окрашенных хромосом высокого уровня разрешения.

Практическая значимость работы. Полученные описания хромосом ряда видов пушных и домашних млекопитающих могут быть использованы и используются для развития работ по частной цитогенетике этих видов, например для детального описания известных хромосомных патологий, и для развития исследований по картированию геномов.

Полученные цитологические карты дифференциально окрашенных хромосом представителей собачьих и бобров используются при проведении Практикума по клеточной биологии у студентов биологического отделения факультета естественных наук Новосибирского государственного университета.

Апробация работы. Результаты исследования были представлены на отчетных сессиях Института цитологии и генетики и 11-ом Европейском коллоквиуме по цитогенетике домашних животных ( Сорег&а^еп, 1994).

Публикации. По теме дисертации опубликовало 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов, изложение собственных экспериментальных данных, обсуждение результатов исследования, выводы и список литературы (236 наименований). Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 3 таблицы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования выполнены на песцах (17cf ,239 ) и серебристо-черных лисицах (47cf, 559 ), разводимых в Экспериментальном хозяйстве СО РАН, а также домашних собаках (16cf , I69 ). Самка фенека получена из Новосибирского зоопарка. В исследованиях использованы енотовидные собаки из провинции Юнань(КНР) (2cf, I9 ) и с острова Сахалин (Icf ), а также разводимые в Кирове (2сС, I9 ). Образцы крови бобров получены от животных из коллекции Воронежского заповедника: C.fiber - leí и I9 воронежской популяции (C.f.pistulanus), I9 из западносибирской популяции (C.f.pohlei), 1<? эльбекого бобра (C.f.albicus); С.canadensis - 1ф .

В качестве материала для приготовления хромосомных препаратов служили культуры костного мозга, лимфоцитов периферической крови и фибробластов. Приготовление препаратов проводили по стандартным методикам (Графодатский, Раджабли, 1988). Чтобы получить препараты, обогащенные клетками на стадиях ранней мета- и прометафазы, применяли метод Икеучи (Ikeuchi, 1984).

Для окраски структурного гетерохроматина использовали метод Самнера (Sumner, 1972). NOR-окраску (выявление ядрышкообразующих районов хромосом) проводили по методу Ховелла и Блейка (Howell, Black, 1980). Для получения G-окрашенных хромосом использовалась методика Сибрайт (Seabright, 1971) с некоторыми модификациями (Раджабли, Крюкова, 1973).

Схематическое изображение кариотипов выполнено с учетом относительных размеров хромосом, вычисленных Мякинен для серебристо-черной лисицы (Makinen, 1985b), Селденом с соавторами - для домашней собаки (Seiden et al., 1975). При разделении хромосом на районы и обозначении полос учитывали рекомендации Комитета по стандартизации кариотипа человека (ISCN, 1981).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Кариотипический анализ канадского и европейского бобров.'

В семействе Castoridae два вида: европейский речной бобр Castor fiber и канадский С. canadensis. К началу наших работ были описаны рутинно окрашенные хромосомы европейского бобра (Лавров, Орлов, 1973) и G-окрашенные метафаз-ные хромосомы канадского бобра (Genest et al., 1979). В кариотипе С. fiber 48 хромосом, среди которых 16 пар двуплечих (мета- и субметацентрических) и 8 пар акроцентрических аутосом. У С. canadensis диплоидное число меньше, и акроцен-трические аутосомы отсутствуют. Различия кариотипов двух видов объясняли формированием четырех пар двуплечих хромосом канадского вида в результате робертсоновских слияний акроцентрических хромосом, которые есть в кариотипе . европейского бобра. Таким образом, кариотип европейского бобра рассматривал-

ся в качестве предкового (Лавров, Орлов, 1973). Бобры Старого и Нового Света репродуктивно изолированы. Попытки получить гибридное потомство удавались в единичных случаях, и доживавшие до репродуктивного возраста особи были стерильны (Лавров, личн. сообщ.).

С. fiber. Мы получили хромосомные препараты для трех подвидов европейского бобра. Кариотипы особей из Воронежской области* Западной Сибири и с Эльбы одинаковы по числу и морфологии хромосом между собой и сходны с описаниями кариотипов бобров, сделанными ранее (Лавров, Орлов, 1973; Zernahle, Heidecke, 1979; Sysa, Zurovsky, 1980). Аутосомы С. fiber мы разделили на три группы со сквозной нумерацией - метацентрические (пары N 1-11), субмета-, субтелоцентрические (пары N 12-15) п акроцеятрические (пары N 16-23). X-хромосома метацеятричесхая, средних размеров, Y - самый мелкий элемент набора. С-окрашивание выявляет блоки гетерохроматина как в прицентромерных, так и в теломерных районах некоторых двуплечих и акроцентрических аутосом. Х-хромосома С-негативна, Y-хромосома - самый маленький из элементов - полностью прокрашивается С-методом. NOR-окрашивание с переокраской на G выявляет районы ядрышкового организатора (ЯОР) в теломерных концах длинных плеч двуплечих пар (N5, 8) и в коротких плечах четырёх пар акроцентриков (JV 18,21-23).

С. canadensis. Хромосомный набор изученного самца полностью соответствует известным из литературы описаниям кариотипа и дифференциальной окраски хромосом этого вида (Лавров, Орлов, 1973; Genest et al., 1979). Все аутосомы двуплечие: N 1-15 метацентрические, N 16-19 субмета-, субтелоцентрические. Характеристики половых хромосом такие же, как у европейского вида. С-методом окрашиваются крупные прицентромерные блоки на всех аутосомах и небольшой блок в центромерной области Х-хромосомы, Y-хромосома полностью гетерохроматическая. В целом количество гетерохроматина в хромосомах канадского бобра заметно выше, чем у европейского. При окрашивания серебром ЯОР выявлены только на двух парах аутосом, предположительно соответствующих 5-й и 18-й парам C.fiber, поскольку переокраска по схеме NOR-G не проводилась.

Сравнение кариотипов двух видов бобров. Разрешение полученных нами цитологических карт GTG-окрашенных хромосом бобров составило 380 полос в расчете на гаплоидный набор. Это дало возможность сравнить кариотипы исследованных видов, результаты приведены в Таб. 1.

Идентичны по размерам, морфологии и рисунку G-полос четыре пары аутосом (C16-F12, C17-F13, C18-F14, C19-F15) и Х-хромосомы обоих видов бобров (С обозначены хромосомы C.canadensis, F - C.fiber).' Х-хромосомы бобров принадлежат к так называемому "предковому" типу, свойственному, например, человеку, боль-

F 1р iq 2р 2q Зр 3q 4p 4q 5p 5q 6 7 8 9 10

С 5р 4q 5q 6q 4p 3p 8q iq 10p 1p 7 11 12 13 14

F 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 X

С 15 16 17 18 19 2q 2p 9q 3q 9p lOq 6p 8p X

Таблица 1: Гомеологичные районы хромосом двух видов бобров (С - Castor canadensis, F - С. fiber).

шинству приматов, хшцвым, копытным и др. (Pathak, Stock, 1974; Graphodatsky, 1989). Не всегда мы наблюдали чёткое соответствие рисунка G-шлос, например, коротких плеч в парах C7-F6 и C18-F14, центромерных районах пар C13-F9, С14-F10, C15-F11, что может быть связано с небольшими инверсиями или перестройками типа делеций-душшкаций, которые, в свою очередь, могут быть вызваны вариациями количества гетерохроматина.

Хромосомы JV 2 и 9 канадского бобра образованы в результате робертсонов-ских слияний акроцентрических элементов европейского бобра: F16-F17 и F18-F20. Четыре других акроцентрических элемента в непосредственных слияниях не участвовали, однако они также попарно связаны друг с другом через серии перестроек, в результате которых целый ряд двуплечих хромосом обнаруживает гомеологию только по одному из плеч. Обнаружение подобной (монобрахиальной) гомеологии свидетельствует о том, что плечи хромосом современных видов бобров могли быть акроцентриками предкового кариотипа, от которого кариотипы обоих видов эволюционировали независимо. Кроме того, дифференциация двух независимых кариотипических линий могла сопровождаться различиями в локализации конститутивного гетерохроматина и районов ядрышкового организатора, а также, возможно, инверсиями небольших районов. (Графодатский и др., 1991; Ward et al., 1991).

Таким образом, применение дифференциальной окраски хромосом подтвердило сделанное ранее заключение о кариологическом единстве евразийских бобров и выявило более глубокие кариологические различия С. fiber и С. canadensis, чем предполагалось ранее (Лавров, Орлов, 1973).

Цитогенетический анализ видов Canidae

Кариотип и идиограмма хромосом домашней собаки. Кариотип вида сходен с кариотипами других волкоподобных собачьих (Wurster-Hill, Centerwall, 1982), состоит из 78 хромосом. Аутосомы - тело- либо акроцентрические, X-

хромосома субметацентрическая, близка по размеру самой крупной аутосоме набора, Y - самый мелкий элемент кариотипа. При окраске С-методом выявлено малое по сравнению с другими видами млекопитающих количество гетерохроматина: небольшие прицентромерные блоки на нескольких парах аутосом, Х-хромосоме и целиком гетерохроматическая Y-хромосома.

Цитогенетика домашней собаки до сих пор была слабо развита. Созданный в 1993 году Комитет по стандартизации кариотипа вида на первом этапе ориентирован на работу с метафазными хромосомами, и пока разработана номенклатура для крупных элементов набора (N 1-21, X)(Switonsky et al., 1996). За основу номенклатуры взята система, предложенная Селденом с коллегами (Seden et al., 1975). Достигнутый этими авторами уровень разрешения недостаточен для идентификации всех элементов кариотипа. Уровеиь разрешения полученных нами GTG-окрашенных хромосом домашней собаки составляет 460 полос в расчете на гаплоидный набор (Graphodatsky et al., 1995). Это в полтора раза выше по сравнению с литературными данными (Fisher et al., 1995). На основании полученной цитологической карты мы разработали идиограмму хромосом С. familiaris (Рис.1).

Соответствие номеров аутосом в системе Селдена и нашей системе приведено в Таб.2.

А 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15

Б 1 5 3 2 4 8 6 12 7 11 10 14 13 9 20

А 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Б 17 15 16 21 22 18 26 19 24 34 28 23 27 25 32

А 31 32 33 34 35 36 37 38

Б 29 33 35 36 30 31 38 37

Таблица 2: Соответствие номеров аутосом домашней собаки: по Seiden et al., 1975 - строки А, и в нашей раскладке (Graphodatsky et al., 1Р95) - строки Б.

Кариотип фенека Fennecus zerda Zimm. Номенклатура хромосом фенека (2N=64) не разработана. Нами проанализирован кариотип самкя F.zerda. Мы расположили аутосомы по системе, принятой для семейства. Первые две пары -метацентрические, среднего размера, остальные элементы (N 3-31) - тело- либо акроцентрические, расположены в порядке умен^ше; ия линейных размеров. X-хромосома субметацентрическая, среднего размера. При С-окрашивании выявляются центромерные блоки разных размеров практически на всех аутосомах, за ис-

И';||»И1

Гугл

жав

81 и 1Ь"

Ч!

«яжпж

(ЗДШ! 8

(ЦМ

(ЕЩ

шга, з

4ЩЩЩ « (ШЖК

я

<«31 Я в

! НГг-еЦ-Н

—'■"Т." "Г -1

в *аГ* * «I

£.1 ".И

Ш Й Ш

<£Ш

ЩЩ 8

8

ЯШЕ

Т.

8

й № й

<0 1! £ Я

Г1 О

Я'

т

Рис. 1: Идиограмма ОТС-окрашенных хромосом домашней собаки.

ключением двух пар акроцентрических. хромосом и хромосомы N 2. Прицентро-мерные блоки С-гетерохроматина локализованы в длинном плече Х-хромосомы. Уровень разрешения полученных нами СТв-окрашенных хромосом фенека составляет 430 полос в расчете на гаплоидный набор.

Кариотип китайской енотовидной собаки Nyctereutes procyonoides Gray.

При анализе кариотида енотовидной собаки мы пользовались системой Уорда с соавторами (Ward et al., 1987). Хромосомный набор вида содержит пять пар двуплечих (мета- и субметацентрических) аутосом, остальные - (iV 6-26) - акроцентриче-ские. Значение диплоидного числа может различаться от 54 до 57 в зависимости от количества IS-хромосом. Количество B-хромосом варьирует от клетки к клетке и у разных особей. При С-окрашивании выявляются прицентромерные блоки на всех хромосомах. B-хромосомы крупные и окрашиваются ярче эухроматина, но слабее гетерохроматина. Уровень разрешения полученных нами GTG-окрашенных хромосом китайской енотовидной собаки составляет 400 полос в расчете на гаплоидный набор. Хромосомные наборы изученных особей соответствуют описанию дифференциальной окраски хромосом китайской енотовидной собаки, выполненному ранее (Ward et al., 1987).

Кариотип песца Alopex lagopus L. В кариотипе песца двадцать две пары аутосом. Х-хромосома субметапентрическая средних размеров, Y-хромосома акро-центрическая. При С-окрашивании мы наблюдали, кроме описанных в литературе центромерных блоков и целиком гетерохроматических плеч на десяти парах мелких двуплечих хромосом, интеркалярные блоки гетерохроматина на одной паре крупных субметацентрических аутосом. В 1985 году разработана номенклатура хромосом песца. Деятельность Комитета по стандартизации была направлена на выявление и описание метафазных хромосом. Отмечалось, что при идентификации мелких аутосом, несущих гетерохроматические плечи, возможны ошибки, в особенности пар N 15, 17-22. В качестве перспективной задачи выдвигалась необходимость использования методов высокого разрешения для получения детальной цитологической карты и точного определения хромосом песца (Makinen, 1985а). Уровень разрешения полученной нами GTG-окраски хромосом A.lagopus составляет 400 полос в расчете на гаплоидный набор и превышает в полтора раза известные данные. Это позволило нам преодолеть недостатки номенклатуры хромосом вида, связанные с трудностями определения аутосом, несущих гетерохроматические плечи. При GTG-окрашивашш слабоконденсированных хромосом песца мы наблюдали не описанную ранее исчерченность целиком гетерохроматических плеч, одинаковую для гомологов. Неоднородность коротких целиком гетерохроматических плеч при G-окрашивании описана у другого представителя собачьих -крабоядной лисицы (Cerdocyon thous)(Wayne et al., 1987).

Кариотип серебристо-черной лисицы Vulpes fulvus L. Вид имеет кариотип с наименьшим среди собачьих значением диплоидного числа (Wurster, Benirshke, 1968). Хромосомный набор включает 32 аутосомы: одиннадцать пар метацентрических и пять пар субметацентрических элементов. Х-хромосома суб-

, «I

Щ ' гТ

ш! гту

■

15

та

и

Рис. 2: Идиограмма СТС-окрашенных хромосом серебристо-черной лисицы.

метацентрическая, средних размеров, У - акроцентрическая, самый мелкий элемент набора. Количество В-хромосом варьировало от 0 до 8 у исследованных нами особей и в клетках внутри животного. Кроме описанного в литературе центро-мерного гегерохроматина на нескольких парах аутосом и У-хромосоме лисицы, мы наблюдали небольшие блоки теломерного гетерохроматияа на двух парах аутосом и интеркалярного - на одной паре аутосом. При С-окрашивании в центромерных областях В-хромосом также выявлены небольшие блоки конститутивного гетеро-

хроматина. При GTG-окрашивании слабоконденсированных хромосом мы наблюдали не описанную ранее дифференцированность В-хромосом лисицы. Идиограм-ма GTG-окрашепных хромосом серебристо-черной лисицы дана на Рис.2.

В отличие от стандартного кариотипа, опубликованного в 1985 году, мы изменили границы районов внутри плеч таким образом, что начало района приходится на начало маркерной полосы, а не ее середину. Достигнутый нами уровень разрешения более чем в два раза выше по сравнению с литературными данными (Makinen, 1985b) и составляет 510 полос в расчете на гаплоидный набор (Graphodatsky et al.', 1995).

Сравнительный анализ кариотипов домашней собаки, песца и серебристо-черной лисицы. Результаты проведенного нами сравнения GTG-окрашенных хромосом трех видов собачьих, наиболее контрастных в кариотипи-ческом отношении, согласуются с литературными данными о сходном рисунке некоторых крупных хромосом собаки и плеч мета- и субметацентрических аутосом песца и лисицы, полученными при сравнении метафазных хромосом (Графодат-ский, Раджабли, 1981, Makinen, Gustavsson, 1982). Результаты наших исследова-' ний свидетельствуют, что формирование кариотипов лисицы и песца происходило в результате центрических слияний (V9, V6, A3, А7), тандемных соединений (V16, А4), а также сочетания этих двух типов слияний (V2, V12, V13, V15, А2) (V обозначены хромсомы лисицы, А - песца). В хромосомном наборе песца выявлено пять, а лисицы - семь аутосом, образовавшихся в результате слияния двух акро-центрических хромосом предкового кариотипа, подобного кариотипу домашней собаки. Четыре аутосомы лисицы и две - песца сформировались путем соединения трех элементов, гомеологичных хромосомам домашней собаки (Graphodatsky et al., 1995). Кариотипы песца и серебристо-черной лисицы не содержат полностью гомеологичных двуплечих элементов, как считалось ранее (Графодатский, Раджабли, 1981). В кариотипах каждого из трех видов обнаружилась "уникаль-ные"элементы, для которых мы не смогли установить гомеологичные фрагменты в наборах двух других видов. Таковы С7, С29, С30, СЗЗ; V8p, V4p; A8q (С обозначены хромосомы домашней собаки). Не идентифицированы также гомеологичные элементы для эухроматических плеч мелких аутосом песца, несущих добавочный гетерохроматин в коротких плечах: A13q, A17q, A20q, A21q, A22q.

Сравнение дифференциально окрашенных хромосом фенека, китайской енотовидной собаки и домашней собаки. Результаты проведенного нами сравнения кариотипов трех видов показали, что в кариотипах фенека и енотовидной собаки лишь половина элементов гомеологична хромосомам домашней собаки. Это существенно меньше, чем описано Уэйном (Wayne et al.,1987). Для каждого вида обнаружены "уникальные"хромосомы, не найденные в кариотипах других

исследованных видов. Эхо аутосомы N 1, 13, 14, 17, 20-23 енотовидной собаки и хромосомы N 18, 21, 23, 24, 26, 27 фенека. Несмотря на то, что Уэйн относит феае-ка к группе лисицеподобных собачьих (Wayne, 1993), гомеологичных фрагментов при сравнении фенека с домашней собакой выявлено существенно меньше, чем при сравнении хариотипов серебристо-черной лисицы, песца и домашней собаки. По этому показателю фенек сходен с енотовидной собакой - представителем монотипического рода. В традиционных таксономических схемах фенек обычно стоит особняком (Novak, Paradiso, 1983 - цит. по Wayne et al., 1987). Таким образом, наши результаты согласуются с данными систематики.

Сравнение кариотипов пяти видов собачьих. Результаты сравнения GTG-окрашенных хромосом пяти видов собачьих суммированы в Табл.3.

Довольно крупные элементы, соответствующие хромосомам N 1, 2, 3, 4, 6, 8, 20 домашней собаки, являются общим для кариотипов исследованных нами видов. Ни в одном из пяти хромосомных наборов нам не удалось надежно идентифицировать гомеологи для мелких акроцентриков собаки - аутосом N 30 и 33. Наиболее полно удается сопоставить кариотипы серебристо-черной лисицы и домашней собаки. Для 31 акроцентрика домашней собаки найдены фрагменты со сходным рисунком полос в хромосомном наборе серебристо-черной лисицы. Немногим меньше гомеология кариотипов песца и домашней собаки.

В кариотипах фенека, енотовидной собаки, песца и серебристо-черной лисицы выявлены гомеологичные элементы: F16-N4q-V15q-A2q, F15-V12q-A10*, N5*-A12-V2p (N обозначены хромосомы енотовидной собаки, F- фенека, * обозначены предполагаемые инверсии). Эти элементы могут рассматриваться как результат соединения гомеологичных аутосом домашней собаки. По-видимому, эти элементы кариотипов достаточно древние и присутствовали в кариотипе предка, общего для различных филетических групп собачьих.

При сравнении хромосомных наборов пяти видов собачьих обнаружены хромосомы, общие только для фенека и енотовидной собаки и не найденные в кариотипах наиболее контрастных в кариотипическом плане видов: F15-N16, F20-N9, F28-N26. Вероятно, они могут считаться достаточно древними элементами кари-отипа, сохранившимися в неизменном виде в течение приблизительно 9 млн лет после расхождения филетических линий, приведших к формированию F.zerda и N.procyonoides (Wayne, 1993).

Сравнение Х-хромосом изученных видов. В кариотипах двух видов бобров и пяти видов собачьих Х-хромосомы имеют одинаковую морфологию и рисунок дифференциальной исчерченности, сходный с рисунком полос Х-хромосом представителей других отрядов млекошггающих(Ра1Ьак, Stock, 1974; Graphodatsky, 1989).На этом основании Х-хромосомы изученных нами видов могут быть отнесены к т.н. "преяковому"типу.

CFA уги ALA NPP FZE

In ~ 78 2 п = 34 2п = 50 2п = 54 + 3 В 2л = 64

1 1р 2р 7 6

2 4ч Зч 8 3*

3 14ч 4ч 6' 8

4 12ч диет. 10* 3« 5*

5 2Ч - 10 7

6 13ч диет. 1р 18 11

7 - - - 9

8 за Зр 11 12

9 Зр - 12 13

10 12р Tq 2q -

11 16ч 5q 19« -

12 6ч 6р - -

13 - 9* - -

14 5р - - -

15 8ч 5р 14* -

16 2р диет. 12ч - 22

17 7р 4р - ■ -

18 6р 16Ч - 17*

19 11Ч 24 - -

20 Юч 23 15» 19'

21 - 15ч 1р 4 проке.

22 9, 4р -

23 Ир - - 30

24 14р 8р - -

25 1ч диет. I4 диет. - -

26 9р - - 25

27 - 19ч - -

28 13ч проке. 18ч - -

29 - - 24 -

30 - - -

31 15ч проке. 2q проке. - -

32 15р - - 29

33 - - - -

34 15ч диет. 2ч диет. 25 -

35 2р проке. - 2р -

36 16р - - 31

37 12ч проке. Юр* - -

38 13р Пр - -

X X X X X

Таблица 3: Гомеология хромосом пяти видов собачьих. CFA - домашняя собака; VFU - серебристо-чёрная лисица; ALA - песец; NPP - китайская енотовидная собака; FZE - фенек; * - предполагаемая инверсия; ' - добавка хромосомного материала; * - потеря хромосомного материала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы получены цитологические карты высокого разрешения для дифференциально окрашенных хромосом пяти видов Canidae и двух видов Castoridae, что дало возможность провести детальное сравнение кари-отипов и более полно изучить особенности хромосомной эволюции в этих семействах млекопитающих. Мы показали, что при формировании кариотипов современных видов бобров так же, как при формировании кариотипов представителей малохромосомных видов собачьих - песца и серебристо-черной лисицы - происходили слияния акроцентрических хромосом предковых для данных таксонов кариотипов. Слияния хромосом нередки в эволюции кариотипов млекопитающих, поскольку обычно не сопровождаются потерями эухроматического материала. При цитогеветическом анализе кариотипов фенека и китайской енотовидной собаки обнаружено, что хромосомные наборы этих видов возникли в результате другого типа преобразований предковых хромосом. На основании проведенных сравнений показано, что лишь часть базового кариотипа, в каждом случае своя, сохранилась в неизмененном виде. Другая часть подверглась существенным перестройкам, так что сложно реконструировать события, приведшие к формированию кариотипов фенека и енотовидной собаки. Семейство Canidae отличается от других Carni vorae отсутствием в кариотипах консервативных элементов, присущих представителям отряда. При исследовании дифференциальных окрасок и картировании генома серебристо-черной лисицы было показано, что формированию кариотипов собачьих предшествовал этап разрушения базовых для отряда элементов кариогипа, т.н. революция кариотипа (Графодатский и др., 1990; 1997). Проведенные нами исследования показывают, что в семействе Canidae при формировании хромосомных наборов F.zerda и N.procyonoides также происходило резкое ускорение темпов кариотипической эволюции, изменившее цитологический облик хромосом предка.

Полученные номенклатуры хромосом и данные о гомеологичных элементах кариотипов послужат основой для картирования геномов изученных видов с использованием метода FISH. Ранее с помощью изотопного варианта гибридизации in situ нами установлена предварительная субхромосомная локализация ряда генов у таких пушных животных, как американская норка, серебристо-черная лисица, кролик (Графодатский и др, 1991; Graphodatsky et al., 1991; Biltueva et al., 1996; Malchenko et al., 1994).Мы не включили эти данные в настоящую работу, поскольку изотопный метод уступил место более точному и менее трудоемкому методу FISH.

Таким образом, настоящая диссертационная работа представляет собой подго-

товительный этап к картированию геномов видов из двух групп млекопитающих: собаки и ее диких сородичей и бобров.

ВЫВОДЫ

1. Получены цитологические карты СТС-окрашенпых хромосом, содержащие 380 полос на гаплоидный набор, для европейского и канадского видов бобров. Сопоставление дифференциально окрашенных хромосом показало, что кари-отипы видов Нового и Старого Света сформировались в результате монобра-хиальных центрических слияний акроцентрических хромосом предкового ка-риотипа в разных сочетаниях.

2. Получены цитологические карты СТС-окрашепных хромосом для представителей пяти видов семейства Собачьи: серебристо-черной лисицы с разрешением 510 полос, домашней собаки - 460 полос, фенека- 430 полос, енотовидной собаки и песца - 400 полос в расчете на гаплоидный набор. На основании полученных СТв- окрашенных хромосом составлены идиограммы хромосом домашней собаки и серебристо-черной лисицы.

3. Сравнение кариотипов серебристо-черной лисицы, песца и домашней собаки показало, что формирование хромосомных наборов песца и серебристо-черной лисицы произошло в результате слияний блоков хромосомного материала предкового кариотипа, подобного кариотипу домашней собаки, без существенных перестроек внутри этих блоков.

4. Сопоставление кариотипов фенека и китайской енотовидной собаки с карио-типами трех других видов собачьих продемонстрировало, что при образовании хромосомных наборов фенека и енотовидной собаки происходили значительные перестройки хромосомных блоков предкового кариотипа. При этом для каждого вида характерен свой набор хромосомных элементов, сохранившихся в неизменном виде после расхождения филетических линий, давших начало фенеку и енотовидной собаке.

5. Результаты проведенных сравнений СТС-окрашепных хромосом свидетельствуют, что Х-хромосомы семи исследованных видов грызунов и хищников идентичны по морфологии и рисунку дифференциальной исчерченности и соответствуют так называемому "предковому" типу, свойственному представителям разных филетических групп млекопитающих.

6. Анализ дифференциально окрашенных хромосом представителей Саш<1ае и Са51оп<!ае показал, что периоды коренной перестройки базовых элементов кариотипа - распространнное явление, общее для формирования разных таксонов млекопитающих.

СПИСОК НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ БЕКЛЕМИШЕВОЙ (ЕРЕМИНОЙ) В.Р.

1. Графодатский А.С., Билтуева Л.С., Еремина В.Р., Высочина Е.В. Возможности дифференциальных окрасок хромосом высокого уровня разрешения в филогенетических исследованиях. // Сб. Эволюционные и генетические исследования млекопитающих,- Владивосток, 1990.- С.17-34.

2. Графодатский А.С., Еремина В.Р., Орлов В.Н., Булатова Н.Ш. Множественные хромосомные перестройки в эволюции кариотипа бобров Старого и Нового Света // Зоол.ж.- 1991.- Т.70.- С.84-91.

3. Графодатский А., Лушникова Т., Билтуева Л., Еремина В., Саблина О., Рубцов Н.Б. Локализация проб ряда генов человека на хромосомах некоторых видов млекопитающих с помощью гибридизации in situ // Материалы Второй Всесоюзн. конф. "Геном человека".- 1991.- Переславль. - С.32-33.

4. Графодатский А.С., Билтуева Л.С., Беклемишева В.Р., Рубцов Н.Б. Консерватизм хромосом млекопитающих на различных уровнях филогенетического разобщения // Успехи современной генетики.- 1997(принято в печать).

5. Graphodatsky A., Lushnikova Т., Biltueva L., Eremina V., Rubtsov N. Localization of some human genes to mammalian chromosomes by in situ hybridization. // Cytogenet. Cell Genet.- 1991,- V.58.- P.1983.

6. Graphodatsky A., O.Ward, D.Wurster-Hill, V.Eremina. Cytogenetics of beavers: a case of speciation by monobrachial fusions // Genome .- 1991. -V.34.- P.324-328.

7. Graphhodatsky A., Biltueva L., Eremina V., Sablina 0., Vorobieva N. et al. Localization of some genes to mammalian chromosomes by in situ hybridization // Abstr. 10th Eur. Collog. Cytogenet. Domest. Anim.- 1992.- P.6.

8. Graphodatsky A., Beklemisheva V., G.Dolf. High-resolution GTG-banding pattern of dog and silver fox chromosomes: description and comparative analysis // Cytogenet. Cell Genet.-1995.- V.69.- P.226-231.

9. Malchenko S., Golovin S., Matveeva N., Beklemisheva V., Graphodatsky A., Brusgaard K., Christensen K., Serov O. The mink growth hormone gene: characterization of cDNA and subchromosomal localization // Proc. 11th Eur. Colloq. Cytogenet. Domest. Anim. - 1994.- P.140-144.

10. Switonsky M., Fisher P., Reimann N., Bartnitzke S., Bullerdiek J., Ronne M., Pienkowska A., Ladon D., Graphodatsky A., Beklemisheva V., Long S., et al. International efforts for establishing standard karyotype of the dog (CaniB familiaris) // Proc. 11th Eur. Colloq. Cytogenet. Domest. Anim.- 1994.-P.150-152.

11. Biltueva L., Sablina O., Beklcmisheva V., Shvets Yu., Tkachenko A., Dukhan-ina O., Lushnikova T., Vorobieva N., Graphodatsky A., Kisselev L. Localization of rat K51 keratin-like locus (Krt 101) to human and animal chromosomes by in situ hybridization // Cytogenet. Cell Genet. - 1996. - V.73.- P.209-213.

Подписано к печати 26.01.1998

Формат бумаги 60 х 90 1/16. Печ. л. 1. Уч.изд. л. 0.7 Тираж 100 экз. Заказ 3

Ротапринт Института цитологии и генетики СО РАН 630090, Новосибирск, проспект академика М.А.Лаврентьева, 10.