Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

В-хромосомы восточно-азиатской мыши (Apodemus peninsulae).Изменчивость и поведение е мейозе

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "В-хромосомы восточно-азиатской мыши (Apodemus peninsulae).Изменчивость и поведение е мейозе"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ГЕНЕТИКИ им. Н. И. ВАВИЛОВА

В-ХРОМОСОЩ В0СТ0ЧН0АЗКАТСК0Й МЫШИ (АроДеяиз реп1изи1ае). ИШЕНЧМВОСТЬ И ПОВЕДЕНИЕ В МЕЙОЗЕ

03.00.15 - генетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи УДК 576.316.79:576.35

БОРШЕВ Талайбек Эмильбекович

Москва - 1991 год

Работа выполнена в лаборатории цитогенетики Института общей генетики им. Н.И.Вавилова АН СССР.

Научные руководители:

доктор биологических наук ¡и.Ф. Богданов, кандидат биологических наук Ю.М.Борисов.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Г.Г.Лорошенко, „ кандидат биологических наук А.М.Малашенко.

Ведущее учреждение:

Институт биологии развития им.Н.К.Кояьцова АН СССР.

Защита шссертацаи состоится в /У час ?0 мин на заседании спевдализированного Ученого совета Д Op2.49.OI при Институте общей генетики им.Н.И.Вавилова АН СССР по адресу: Москва, В-333, ул.Губкина, Д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей генетики им.Н.И.Вавилова АН СССР.

Автореферат разослан 1991 г.

Ученый секретарь спаанализированного

кандидат биологических наук Г.Н.Полухина

rCTlEBllSj

эта». 3

{ ОВЩЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

тдел '1

гртаций I

Актуальность проблемы. Добавочные,ипн B-хромосомы известны у IOIo видов цветковых и голосеменных растений я примерно 270 видов животных, з том'числе у 30 видов млекопитапких (Борисов, 1931; БекасоЕа, 1934; Jones > Еезз , 1982; civitelli et al. . 1989),. причем число описанных видов с В-хромосошыи с каждым годом увеличивается, В-хромосомы обладают несколькими характерными особенностями, что позволяет отличать ах от хромосом основного набора (А-хромосом). В-хромоссмы имеют различную встречаемость в разных популяциях одного вида. Число B-хромосом может варьировать у особей внутри популяции..при этом изменчивость чио-ла В-хромосом, как правило, не оказывает заметного влияния на фенотип их носителей, в отличив от сверхчнслеаннх А-хромосом. В-хромосомы нестабильны в млгобэ и мейозе. Это приводит к вариации числа добавочных хромосом в клетках одной особи (мозаивдзму по' B-хромосомам), а также к увеличению их числа, в ыейоцитах. У ряда видов растений и животных описаны штслогическне механизмы аккумуляции В-хромосом в генеративной ткани ( Jones , Rees ,1982). В-хроыосомы могут содержать как гетеро-, так и эухроматпн. Они влияют на ядерный фенотип, длительность клеточного цикла и на разнообразные клеточные процессы, в том числе па частоту и распределение хиазм в А-хромосомах и протекание ме£озэ у межвидовых гибридоз (Мошкович, 1979; Jones , йеез , 1982). Полиморфные системы В-хромосом характеризуются стабильность!) з ряду поколений я предположительно имеют адаптивное значение (Борисов, IS3I; Jones , Rees , 1982).

Необычное по сравненюо с А-хромосомами поведение В-хромосом, их широкое распространение в растительном и животном мире и наличие у хозяйственно важных объектов (роль, кукуруза, лисица, песец) обусловливают возрастающее внимание исследователей к этой категории хромосом.

Одним из малоизученных вопросов в системе B-хромосом млекопитающих является поведете B-хромосом в мейозе. Применение световой микроскопии мейотических хромосом ограничено стадиями диакине-за и метафазы I мейоза. Ноше перспективы детального изучения поведения B-хромосом на ранних стациях профазы I мейоза появились с разработкой метода получения тотальных трепарагоз сшнптонемных

комплексов (СК) i ■towxe , Meyer , 1973), Электрокномикросковк-ческий анализ тозалушх препаратов СК дает возможность с высокой разрешающей способно-.'ьа исследовать процессы синадсиса, хиазмо-образования В-хрсмосол.. их спендфического взаимодействия с А-хро-мссомащ. Анализ синапс:;оа В-хромооо;-; в мекоз» на основе "тотальных препаратов СК проведен у двух видов млекопитающих: чернобурых лисиц ( Switouaki et al., 1987) и енотовидной собаки С Shi et al, I9S8 ). Обнаружено, что некоторые В-хроыоссмы чернобурых лисиц представляют^ собой изохромэсома. Кроме того, в спермагоцягах отмечена тенденция к образованию ассоциаций осевых элементов В-хро-мосои с половым бивалентом, что в соответств&й с гипотезой ФореЗ-та Most? влиять на фертильность животных ( Swltonski et si, 1367; Soxejt eï al. , I9BI).

'В целом, элеятронномикроскотческий анализ тотальных препаратов СК является современным методом изучения поведения В-хромосом в мейозе к служит дополнительным источником информации о структуре B-XEOMOCOM.

Удойным объектом для изучения системы В-хромосок шекошгаю- ' Щах ЯЗЛЯеТСЯ ВОСТОЧНОаЗКаТСКая ШШЬ ( Apodemua psninsjulae ), в-хромосош которой емезт морфологические различия с А-хромосомами, разнообразны по размерам, отвдчаются высокой изменчивостью их чло-ла (от 0 до 24) и встречаются практически у какдой особи данного вица (Борисов,- 1981, 1986). Эти особенности позволяют использовать восточноазиатскую мыкь в качестве модельного объекта цитогенетиче-ских исследований системы В-хромосом млекопитающих.

Цель и задача исследования. Основной целью данной работы было исследование изменчивости вариантов системы В-хрсмссом восточ-ноазиатской мыши из географически удаленных точек ареала, особенностей структурной организации и поведения В-хромосом в мейозе на основе анализа тотальных, препаратов СК и. препаратов датотачеоких и мейотических хромосом методами световой и электронной микроскопии. Для достижения поставленной цели необходимо было решить сле--здвдяе—задачи:--

1) провести анализ распределения В-хромосом в соматических клетках;

2) изучить характер распределения B-хро.чосом в сперматогошях и сперматоцитах;

3) провести сравнительный анализ распределений В-хромосом в клетках зародышевого пути и костного мозга;

4) изучить тотапьнне препараты СК и охарактеризовать осевые элемента В-хромосом и их поведение в мейозе.

Научная новизна и практическая значимость таботы. В работе' впервые проведено исследование поведения В-хромосом в мейозе на основе анализа тотальных препаратов СК из сиерматоцитов зосточно-азиатской мыши. Показано, что в профазе I мейозз В-хромосомы воо-точноазиатской шин представлены преимущественно в виде унивален-тов. Обнаружено, что В-хромосомы формируют в профазе мейоза осевые элементы, аналогичные осэеым элементам А-хретосомы. Обнаружена тенденция к расположению осевых элементов Б-хромосом я непосредственной близости от полового бивалента на стадий пахитены. Выявлен мозаивдзм по числу В-хромосоы в ялегках зародышевого пути. Проведен сравнительный анализ распределения клеток по числу В-хромосом в костном мозге и генеративной ткани. Показано, что эти распределения имеют различней характер. Обнаружено превышение среднего числа В-хромосом в клетках зародышевого гти по сравнению с клетками костного мозга. Выявлено 3 уровня кздазчкйости системы , В-хромосом восточноазиатской мыши: индивидуальная, тканевой (мо-заицизм) и изменчивость по вариантам дафферешсальной окраски В-хромосом.

Результаты работы представляют интерес в плане выяснения закономерностей поведения В-хромосом в мейозе е служат предпосылкой для дальнейшего исследования системы 3-хро5»сом млекопитающих. Полученные результаты свидетельствуют о важностз сочетания световой микроскопии В-хромосом и злектронномикросжтческогс анализа тотальных препаратов СК, что и может найти лирсгсе применение в цитогеветическях исследованиях природы и роли ®гбавочных хромосом.

Апробация мботы. Результаты работы были представлены на 9-ой межреспубликанской научной конференции маюдых ученых (Фрунзе, 1937), на Конференции молодых ученых Института общей генетики им.Н.И.Вавилова АН СССР (Москва, 1988), на 7-ся Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических провесов" (Москва, 1990), на 3-ей Всесоюзной конференции "Генетшса и цитология мейоза" (Новосибирск, 1990), на научном проблемном семинаре "Молекулярные и клеточные основы генетических процессов* (Москза, 1990).

Структура " объем гоботы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литература, описания материалов и методов исследования, результатов экспериментальных исследований, обсуждения, выводов и .списка литературы.

Материалы дассертащи изложены на страницах машинописного тек.'сг?а., содержат II таблиц, 5 рисунков и 38 алектронво-мик-роскопячееких фотсграйай. Список литературы Еказчаз? нанменс-ваний работ отечественных и зарубежных авторов.

ЖШШЫ И МЕТОДЫ

В качестве объекта исследования использованы особа восточно-азиатской мыши, оетовланныа в 1987-1989 гг. из природных популяций в различных точках ареала (всего 29 ¡кивотшос). Основная часть материала была любезно предоставлена Ю,М. Борисовым, В.Г.Хотилови-чзм, Е. А.Новиковым и В.М.Малыгиным. Варианта системы В-хромосом у изученных особей восточноазиатской мыши и места их отлова приведены в таблице I.

Таблица I

Варианты систеш В-хромосом у особей восточноазиатской мыша из различных точек ареала

•JS 1 ц/п t ) "Зоологический Количест- 'If ТЗсЗцеё чисто "Члсяо~*&-хройосом " различных классов Место отлова- 1

J6 и пол во клеток В-хр. I Б И 1У у

\ I 1 I. 1 1 21 з. 1 4. 1 о. 2 х687ап' ^вЭсГ ^бЭОсГ 597сГ 3 100 100 100 ГОО ■12 4 50 51 50 51 53 5 2 3 2 .3 5 G 0 I 0 1 2 7 2 2 2 I 3 В 0 А 0 I 0 9 0 0 0 0 0 10" 0 0 0 0 0 II 1 Алтай, Телецкое i озеро, пос. , Артыбаш Там ке , —м—. и 1 —11 1

I 1 1 6. 1 7. 1 1 1 I 705о* 652$ —ез-4 25 .100 58 19 23 Ъ4 55 53 58 59 60 6 7 5 10 II 12- 2 2 0 0 0 0 3 3 4 I I I 1 2 I 0 0 0 0 0 0 I .1 I 0 0 0 8 . 9 10 Там ке I Западная Сибирь,1 заповедник i "Столбы", окрест-| нос-га т.Красно- . ярска.пдвый бе- ' per р.Енисей 1

Продолжение таблицы I

I 2 3 1 4 ■ 5 1 6 7 8 9

8. зс345сг' • 15 51 3 0 0 0 0

64 52 4 0 Г) 0 0

21 53 5 0 0 0 0

'9. 5%43<Г* 23 53 5 0 4 '0 :о

27 54 6 0 4 0 0

50 55 г* ( 0 4 0 0

10. *653о* 78 54 6 0 2 I 0

13 55 7 0 2 I 0

9 55 8 0 2 .1 0

II. 707а" 100 53 5 I I 0 0

12 723</ 67 52 4 I 2 0 0

33 53 5 т ■1 2 0 0

13. 693£ 31 64 16 I 2 I 0

35 65 17 I 2 I 0

43 66 18 I 2 I 0

14. 35644о< 15 51 3 0 0 0 0

72 52 4 0 0 0 0

.13 53 5 0 0 0 0

15. 83 53 7 0 2 I 0

49 56 8 0 2 I 0

16. 700с/ 100 56 8 I I 2 0

Г?. 721д 60 59 II I 0 2 0

40 60 12 I 0 2 0

18. 692д 12 54 6 0 2 0 0

52 55 7 0 2 0 0

15 56 8 0 2 0 0

П 57 9 0 2 0 0

19. 694§ 'П 57 9 0 2 0 0

67 58 10 0 2 0 0

22 59 II 0 2 0 0

20. 695д 12 57 9. 0 I 2 0

19 58 10 0 I 2 0

47 59 II 0 Г 2 0

1 22 12 0 I 2 0

3

4

5

2 3

3

4

5 3

1

2

12

13

14

3

4

5

4

5 4

8

3

4

5

6 7

7

8 9 6

7 -

8 9

____II____

Восточная Сибирь, 15 км к с-з от г.Красноярска, левый берег р.Енисей

Там же

Там же

Гам же Там же

Восточная Сибиоь, Красноярский край окрестности г.Ззозёрный

Восточная Сибирь, правый берег р.Как, 40 км от' устья

Там же

Клшое побережье оз. Байкал, окиестности г. Байкальска

Там же

Там же

(г

Продолжение таблицы I

I 2 3 4 5 6 71 3 9 10 ' II

21. 23 ЗЭ 20 58 59 60 10 11 12 0 0 0 0 0 0 3 3 3 0 0 п 7 8 9 Игное побережье оз.Байкал, окрестности г.ааЁкальска

10 61 13 0 0 п О 10

8 62 И 0 0 3 0 тт

22, 6990"' 3? 58 10 0 0 3 0 7 . Там же

63 59 II 0 0 3 0 8

23. 701<£ 100 53 6 0 2 3 0 0 Там кг

24. 706 <¡1 25 59 II 0 2 0 0 9 Там же

75 60 12 0 2 0 0 10

25.' 6980* 34 65 51 52 3 4 0 0 0 0' 2 2 0 0 1 2 Бурятская АССР, пос.йеолгинск

26. 715 О* 100 50 2 0 0 0 0 2 Бурятская АССР, 30. км к к-з от г Улан-Удэ

27. 7170* 91 52 4 0 0 I 0 3 Там же

3 53 5 0 0 I 0 4

23. 7250* 32 51 3 0 0 I 0 2 Там же

68 52 4 0 с о 0 2

29. 3%47/ 45 55 51 52 3 4 0 0 0 0 I I 0 0 2 3 Сев.Монголия, монастырь "Амар-Хййид"

Примечание: I - крупные метацентрики;

П - средние мзтацентрики; Ш - мелкие метацентрики; 17 - мелкие акроцентрика; у _ точечные В-хромосомк.

Кизоткне, изученные С ТТОМГИЯЫП аттйугпгчгалд .щдуиак^ лиа, отмечены (к).

Приготовление препаратов для электронноникроскопическогр исследования проводили по мытоду Нэлзрро ( navarro et al>1981)• Каплю суспензии клеток семенников наслаивали на поверхность гипотонического раствора (0,5$ lîaOl или 0,2М сахарозы). Затем прикасались к каплям предметным стеклом, покрытым пластиковой пленкой (0,5$ раствор пластика в хлороформе). Фиксацию проводили

раствором тараформальцегица в 0,1М сахарозе (рН 8,0-8,4) на льду 10 минут и промывзли 30 секунд б 0,4? растворе фотофло "Кодак" (рН 8,0). Препараты окрашивали 50$ раствором AgîîO^ при 60°С в течение 2-3 часов при контроле под световым микроскопом, переносили ка бленды и исследовали в электронном микроскопе JEM -IOOB. От каждого нивотного анализировали не менее 20 клеток ка стадии пахитены.

Приготовление препаратов митотических хромосом из клеток костного мозга бедренных костей проводили по общепринятому методу Форда и Хамертона ( i?ord , Harcerton , 1956 ) с модификациями (Гра-фоцзтскай и Раджабли, 1988). Б кзядом случае исследовали не менее 50 метафззных пластинок животного. Окрашивание проводили 2% раствором красителя Гимза на фосфатном буфере Зеренсена <рП 6,8-7,0) в течение 15 мнпут или раствором азурП - эозина.

. Приготовление препаратов пля исследования хромосом в сперма-тогониях проводили по методу Вильяыса ( Wtlllaas et al. ,1971). Препараты хромосом окрашивали 2% раствором красителя Гимза' нз фосфатном буфере Зеренсена (рН 5,8-7,0) в течение 30 минут.

Приготовление препаратов мейотических хромосом ка стадиях ' диакинеза и метафазы I мейоза проводили по методу Эванса ( Evaaa et al., 1934). Препараты окрашзали ацетоорсеином {1% раствор орсеина в 45$ уксусной кислоте) в течение 10-12 часов.

Дктдвренциальная окпвскз хромосом проводилась на препаратах хромосом из клеток костного мозга.

G -окраску хромосом осуцестатяли по методу Радааблк и Крвко-вой (1973). Препараты окрашивали 2% раствором красителя Гимза на фосфатном буфере Ззрексена СрК 5,8-7,0) в течение 5-15 минут при контроле под световым микроскопом.

С-окраску на структурный гегерохроматпн проводили по методу Самнера (Эившег , 1972). Окрапмзали раствором красителя Гимза .на фосфатном буфере Зеренсена (рй 5,3-7,0) з тэ^иэ 30-40 минут.

iior -окраску япркшкоойразрацюс районов хромосом провопили до методу Ховелла и Елейна С Howell , Black , 1980). Окрашивали 50$ раствором AgNO^ при 60°С в течение 3-5 минут. В случае не-обходимостищрепарагы подкрашивали в 2$ растворе красителя Гцм-за в течение 20-30 секунд.

Статистическую обработку результатов проводила стандартными методами. Достоверность различий эмпирических распределений по числу В-хромосом в клетках костного мозга и генеративной ткани оценивали на основе критерия Стыодента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕЙЙ.ИШЛЬНЫХ ИССВДЭВАНИЙ И -ОБСУДЦЕНИЕ Ii Характеристика кашотида и морфология В-хпомосом.

'.}; ^В хромосомных наборах восготаоазиатской мыви насчитывается 48 постоянно присутствующих А-хроиосом и от 0 до 24 добавочных хромосом (Борисов, 1930, 1986). Хромосомы основного набора представляют собой нисходящий по величине ряд акроцеятриков. При обычной окраске морфологически можно идентифицировать Х-хромосому, которая является сав,нм крупным акроцентриком набора и мелкую акроцентрическую У -хромосому (Еадкабли, Борисов, IS79).

У исследованных наш мышей В-хромосош встречались в числе от 2 до 18 и образовывали гетерогенную группу как по раамерам, так и по морфологии.

В системе В-хромосом ьосточноазиатской мыши условно выделено 5 классов добавочных хромосом (Борисов, 1986): I) крупные мета-центрики, равные 1-8 парам А-хроыосом; 2) средние, метацентрика, равные по размерам 9-15 парам А-хромосом; 3) мелкие метацентрики, сравнимые с- 17-23 парада А-хромосом; 4) мелкие акроцентрики, сравнимые с Г7-23 парами А-хроыоссм; 5) точечные В-хромосомы, в несколь ко раз ыеньда самых мелках А-хромосом.

В нашем материале обнаружены В-хромосош всех пяти классов и разнообразные варианты системы В-хромосом восточноазаатской мыши. При этом наиболее часто в клетйах костного мозга встречались -точечный и. средине йетацентрические В-хромосомы - соответственно в 75,9% и 65,5% особей. Самым вариабельным по числу оказался класс точечных В-хромосом. Сравнение частот встречаемости и изменчивости числа В-хромосом различных классов представлено в таблице 2.

Таблица 2

Частоты встречаемости В-хромосом различных клзссов и размах изменчивости их тасчз

Классы В-хромосом

I 1 2 Я 4 5

Частота особей 8 19 16 I 22

% 27,6 в5,5 55,2 3,4 75,9

Число В-хромосом (пределы) 0-2 0-4 0-3 0-1 0-14

Таким образом, при кариологичаском анализе выявляется вариабельность числа и морфологии В-хромосом, что свидетельствует о высокой индивидуальной изменчивости системы В-хромосом восточноазиатской шши.

2*. Анализ мозаишзма по В-хромооомам в клетках костного мозга.

7 исследованных нами особей восточноазиатской мыши наблюдается вяутрииЕдивадуальная иаченчивоств числа В-хромосом в клетках костного мозга (мозаицизм). Мозаицизм по В-хромосоыам у восточноазиатской шши впервые был описан в работе Радаабли и Борисова (1979), а ранее был обнаружен и у некоторых других видов млекопитающих: калабу, обыкновенной лисицы, . юрысозидного хомячка ( Науиал et а1., 1939; Беляев и др., 1274; Борисов и др.,1978). Размах внутрииндивидуальноа изменчивости числа В-хромосом предложено оценивать по количеству клеточных клонов. Клонами считаются клетки различной плоидносги, если их доля составляет не менее Ъ% или 10$ идя гипер- к гапоплоадных клеток соответственно (Беляев и др., 1974).

В нашем материале обнарукеш отвотше как с мозаичным, так и стабильным кариотипами. Число клеточных клонов варьировзло от I до 5.

Животные со стабильным и мозаичным кариотипами составили соответственно 31,0$ и 6Э,0$, причем преобладали особи с 2 и 3 клеточная клонами - 53,7^ (Рис.1).

20 ТО

12 3 4 5 Рис. I. Частота ейвоишх с определенным числом клеточных клонов

л

Следует отжгатъ, что у ряда кивотвдх наряду с мозаицизмом по числу В-хромосэа оонарясек мозаицизм по их морфологии, т.е. одинаковые по числу В-хромосом клетки могут отличаться набором В-хромосом. ВнутриндиБйдуальная вариация числа В-хромосоы найдя>-цалась по 3 классам, Исключение сославши крупные метацентряки и мелкие акроцентрЕш, вариация числа которых в вашем исследовании ке обнаружена. Bas6an.ee ыитотически. не ста Сильными оказалась точечные и мелкие метзденгричеокие В-хромосош и мсзаиндзм животных определился главным образом вариацией числа В-хромосом этих классов.

Исходя из того, что причиной козаицизмз является нераехсекде-кие В-хромосом в штотичеосих целениях (Joncs , Кеея , 1982) к, учитывая всзмсянзшь слипания гетерохроматических районов хромосом в результате ех поздней репликации .в s -периода, можно пред-псщокить, что мелкие метацентряческие и точечные В-хромосомы во-сточноазиатской шш имеют гетерохроматическую природу. Стабильность наследования-хрупных и средних метацентриков может свидетельствовать о более низком удельном весе гетерохроматина и наличии эухроматических районоз в них. Мозаяцизм по числу и морфологии Б-хромосом вызывается штотичеокой нестабидьносзьв-таав^й'образом мелких мета^щшвсашм^^гочэ^^Е'В-хромосом.

3. ДидЖеренпкальлая окозс-ка В-хромосом. При дифференциальной окраске С-методом сбнарукено более интенсивное окрашивание точечных В-хромосом по сравнении с аутосомами и ыетацентрнческиш В-хромо-соыамл. Кроме того, выявлен разнообразный рисунок С- и G-окраски

добавочных хромосом (насколько вариантов) (Рис,2). Полученные на-мн результаты свидетельствуют'о С-гетерохроыатнчаской природе точечных В-хромосом. Нередко наблюдаемый симметричный относительно центромеры рисунок с-окраски некоторых метацентрических В-хромосом позволяет предполагать существование в карлотипе восточно-азиатской шии В-азохромосом.

Как известно, окраска хромосом азотнокислым серебром ( ПОР— окраска) выявляет РНЛ ( Goodpasture , Bloom , 1975; Нзи et al, 1975). При NOR-окраске ядрышковыз организаторы на В-хромосомах млекопитающих, как правило, из выявляются С'Jones , Rees . 1982). У исследованных нами животных окрашивания В-хромопом этим методом в клетках костного мозга также ье наблюдалось. Яцрышковые организаторы выявлены на таломерных участках 2 пар средних по размерам аутосом,

Таким образом, пслучэнше нами данные до дифференциальной • окраске Б-хрошсом свидетельствуют о существования разнообразных типов В-хромосом, их различной структурной организации и негомологично ста.

В работе выявлено, что система В-хромосом восточноазиатской «лиши имеет три уровня изменчивости: индивидуальный, тканевой зла внутриинцивядуаяьный (мозаищзм) и изменчивость Б-хромосом ю вариантам дифференциальной окраски.

4« Характеристика В-хтоыоеом и типов их ассоциаций на основе анализа тотальных препаратов СК. Проведенный наш анализ тотальных препаратов распластанных пахитекных сперматоцатоэ воеточноази-зтсксЗ мыии показал, что СК аутосомных бивалентов имеет типичную структуру, сходнув с СК других видов шекопатаяцях ( Moses, 1977). Осевые элементы Х- и У-хромосом отчетливо видны на стадиях поздней зиготены и пахитены и отличаются от боковых элементов аутосом более интенсивной окраской и раздвоением осевых тяжей Морфология и поведение полового бивалента у зосточноазиатской ши соответствуют таковым у других вадов млекопитающих ( Moses, 1977; Тгез , 1977), что может быть использовано для идентификации под-стадий пахитены.

При исследовании тотальных препаратов СК нами обнаружено, что" В-хромосомы формирует осевые тяга и образуют уни-, би- и мульти-валенты. Преимущественно встречаются В-униваленты (в 93% клеток.)

(таблица 3).

Таблица 3

Типы ассоциаций В-хромосом и их распределение в слерматоцитах на стации пахитены

1 ш Всего Число клеток, содетжащих ,

1 животного клеток униваленты биваленты мультиваленты i

[ 644 27 27 4 I i

1 645 21 21 3 I i

1 646 31 31 14 8 1

1 64? 20 20 ' 4 I

{ > 651 2G 20 2 0 |

i 653 23 23 9 I I

1 68? 26 25 6 . 0 1

1 683 23 23 2 0 ¡

1 639 25 24 4 I ,

¡ 690 23 23 3 0 !

Всего 239 2Ш 51 13 1

' % 100 99 21 5 '

i-------- -

В-биваленты и В-мультиваленты встречались соответственно в 21% и 5% клеток. При этом наблюдались в основном В-биваленты и В-муяьтивалентк с неполным синапсисом боковых элементов и фрагментами СК, что свидетельствует о частичной гомологичности В-хромосом. Кроме того, имея в виду преобладающее образование В-уни-валентов (в Э9% клеток), мы предполагаем, что В-хромосош исследованных животных в основном кегомологичны друг другу. Это положение подтверждается также данными световой микроскопии В-хромосом, а именно результатами анализа их дифференциального окрз-шивания и обнаружением ряда вариантов С- и с-окраски В-хромосом (Рис.2).

При анализе тотальнызмдзетхатшДЖ-нзт^^

мыши иногда образуют структуры „ типа ГоХаъаск; , что подтверждает существование В-изохромосом б кариотипе.

В ходе анализа тотальных препарагоз СК из сперматоцятов вос-тсчноазиатской маши на стздии пахитены наш часто наблюдались скопления отдельных малых В-унивзлентов. Исходя из выявленной нами с помощью С-окраски гетерохроматической природы точечных В-хромосом, мы считаем возможным образование ими таких скоплений вследствие неспецифической конъюгации.

Таким образом, результаты анализа тотальных препаратов СК и дифференциальной окраски В-хромосом свидетельствуют о негомо-логичности В-хромосом у исследованных животных и существовании в кариотипе восточноазиатской шага В-изохромосом.

5. Ассоциация В-хромосом с половым бивалентом. При анализе тотальных препаратов СК из сперматовдтов восгочноазиатской мыши нами обнаружено, что в большом проценте клеток на стадии пахитены наблюдаются либо ассоциация осевых элементов половых и В-хромосом, либо осевые элементы В-хромосом располагается в непосредственной близости от полового бивалента. К ассоциациям осевых элементов' половых и В-хромосом мы относили: налокания, контакт концам! осевых элементов, спаривание осевых тяжей половых а В-хромосом на отдельных участках, которое происходило с образованием фрагментов СК. Под непосредственной близостью расположения осевых элементов В- и половых хромосом мы подразумевали расположение их в районе полового бивалента, который условно определяли как область, границы которой проходят на расстояния длины осевого элемента У-хромосомы от осевых тякей половых хромосом. Аналогичный критерий расположения осевых элементов в непосредственной близости от полового бивалента применялся ранее в работе Сафро-ноеой и др. (1988), в которой под областью полового бивалента понималась описанная вокруг него окрузность с некоторым диаметром.

Различное поведение А- и В-хромосом по отношению к полевому биваленту отчетливо проявляется при сравнении абсолютных чисел осевых элементов А- и В-хромосом, находящихся в ассоциации с ХУ-биваленгои, в районе а вне района полового бивалента. По нашм данным, 83,4$ осевых элементов В-хромосом (против 6,6$ аутосом-ных бивалентов) располагаются в районе полового бивалента или в ассоциации с ним (Рас.З). Наибольший процент осевых элементов В-хромосом, находящихся з ассоциации с половым бивалентом, отмечается в ранней пахитене (10,8$)и понижается до 4,3$ в поздней пахитене (Рис.4). Одновременно увеличивается процент осевых эле-

(Ц Р й

«-»г1

ЙЙ8

а)

б)

Рис.2. Варианты дифференциальной окраска средних метацентриче-ских В-хромосом а) С-окраска, б) о-окраска

А хромосомы .В - хромосомы

Рис.3.-Тисы распределений А- и В-хромосом по отношению к половому биваленту Ш)

- ассоциация с ЗУ ¡Щ]- в районе 2У [ЕЕЗ- вне района £У

75

10

средняя; пахятена поздняя пахитена

ранняя пахитена

^ис.4. Типы распределешиП}-ос|^

—--—биваленту—Ш^)-пoтlíoícтaдйя:^^ пахитены

ГР31 ~ ассоциация с ХУ ПТТШ - в районе ХУ

вне района 5У

ментов В-хромосом, располагающихся в райсне полового бивалента: от в ранней пахнтене до 83,3^ в поздней пахлтеке и умень-

шается процент осевых элементов В-хромосом, находящихся вне района ХУ-бивалента: от 23,8?! з ранней пахитене до 11,8$ в поздней.

Обнаруженное наш неслучайное расположение осевых элементов В-хромосом в районе полового бивалента свидетельствует об определенном взаимодействии А- и В-хромосом в мейозе восточкоазлатской мыши. Аналогичная тенденция к расположении осевух. элементов В-хромосом з непосредственной близости от голового бивалента обнаружена у черно-бурых лисиц ( Sjri-toasbi sí al., 1987), в связи с чем авторами обсуждается гипотеза Форэйта о влиянии ассоциаций оссвых элементов Х- и А-хром^сом на мужскую фертялькость ( Foíejt s-t al. , 1981; íorejt , Gi-figorova- , 1977).

Гипотеза Форейта о дреялолаг-аемом механизме мужской стерильности состоит в том, что ассоциации асанаптических участков осевых йлементов аугосом с на спаренным осевым элементом Х-хромосомы (при аутосомных, I- и У-аутосомных транслокащях, инверсиях, три-сотк и г. д.) приводят к реактавацна I-хромосош, транскрипции части ее генов, что предположительно нарушает нормальное течение сперматогенеза ( но-tta , Chandley , IS82). Данное предположение Форейта находит подтверждения во многих исследованиях причин муя-, ской стерильности у млекопитающих, в том числе челозека ( chaadley, 1982; Згорр et al. , 1982; Rosenaann ct al. > 1985).

Свитонски и соавторы ( Switoaski e-t al., 1987), з развитие данной гипотезы, предполагают, что в случае обнаруженных ими при анализе тотальных препаратов СК из сперматоцитов черно-бурых лисиц ассоциаций осевых алементов половых а В-хромосом, также воачожно их влияние на фертильность самцов. Данное предположение подкрепляется тем обстоятельством, что влияние E-хромосом на фертильность' несукях их особей широко распространено в животном мире ( jones , Rasa , 1982). При исследовании некоторых тракслокаодй у мьгаей сделано важное дополнение к гипотезе Форейта ( ШсЫгг et al., 1989). Обнаружено, что у стерильных животных ассоциации транслока-циокяых конфигураций с половым бивалентом, как правило, препятствуют образованию полового ьузырька. Формирование полового пузырь-• ка обычно свидетельствует о нормальном ходе сперматогенеза ( Ri~

сЫег еЪ а1.> 1989).

В нашем исследовании ассоциации осевых элементов половых и В-хромосом не препятствовали формировании полового пузырька. Исходя из этого, и низкого процента клеток с ассоциациями осевах элементов половых и В-хромосом 15%),т пре.дполагаем отсутствие их влияния на фертильноить самцов восточноазиатской шии.

Таким образом, на основе анализа тотальных препаратов СК из сперматоцитов зоеточноазиатской мыши нами обнаружена тенденция к образованию скоплений осевых элементов В-хромосом в непосредственной близости от полового бивалента, вплоть до образования тесных ассоциаций с ним. Включение В-хромосом в половой пузырек предположительно происходит вследствие не специфической конъюгации, половых и В-хромосом.

6.. Поведение В-хромосом в метзгоззе I мейоза.

Данные таблицы 4, полученные при сзетомакроскопаческом исследовании сперматоцитов на стадиях диакинеза и метафазы I мейоза, свидетельствуют о том, что наиболее частыми (80,5$ клеток) являются конфвгураща Ш В-бивалент + В-ункваленты кла В-унпваяен-ты.Таким образом, высокая встречаемость В-ушвалентоз на стадии .диакинеза и метафазы I мейоза подтверждает еывод о негомоясстч-носта большей часта В-хромосом у исследованных особей восточно-азиатской мыша.

Таблица 4

Типы ассоциаций В-хромосом на стадии диакинеза-метафазы I мейоза

1-й лсивот- Всего Число клеток с В^хвомосомами в виде ,

! ного i ! клеток унива-лентов I ба- и унивален- тов 2 би- и унивалеп- тов других к0н-1 фагураций (

1 687 27 12 7 0 _ 2 1

| 688 21 п 15 ■ I 4 1

, 689 23 10 10 I 2 1

1 690 33 21 II . 2 2 '

1 397 31 г* о 17 --—4—--Г

1 698 _ 4

--§ 7 4 |

705 23 3 16 6 I 1

, 707 22 9 9 3 I 1

I Всрго 1 538 • §о ,7 92 43,8 21 10,0 20 ^ | 9,5 \

При исследовании поведения В-хромоссм в сперматогониалышх митозах и на стациях лахитены, цяакинеза и метайази I мейоза нами обнаружена индивидуальная (тканевая) изменчивость числа В-хромоссм в зтах клетках, т. е. наличие мозаицкзма в клетках зародышевого пути (табл.5).

Таблица 5

Распределение чисел В-хромосом в клетках костного мозга, спзрматоцитах и сперматогониальяых митозах.

| живот, него Тип препа- 1 ^

Всего клеток Кол-во клоков Среднее число В-хромосом КоэФ. варйа- ъ 1 ? !

рата паи

1 I 2 3 4 5 3 7 1 8 1

1 641 км 87 3 4,01±0,С8 17,7 '8,79 <0,01,

СП 27 5 6,53+о;47 37,2

! 645 т 88 3 4,06+0,07 17,2 4,0 <0,01|

СП 21 5 5,38+0,62 52,4

1 646 км 118 3 5,89+0,06 12,0 2,76 <0,01!

СП 31 6 6,55+0,44 37,1

1 647 км 98 2 3,50^0,06 16,0 3,0 <о,ох|

СП 20 5 4,10+0,36 38,8

| 651 км 144 3 7,79+0,03 13,4 0,52 >0,05!

СП 20 7 7,85+0,36 23,5

1 653 км 99 3 6,33+0,09 14,3 2,69 <0,01)

СП . 23 4 7,0+0,37 26,0

| 687 км 82- I 1,95±0,04 17,9 19,3 <0,011

СМ 30 'г 3,50+0,12 19,4

СП 26 з 3,69+0,13 18,4 21,7 <0,011

сд 27 3 3,48+0,14 21,6 13,9 <0,01'

1 688 № 105 I 2,95+0,03 II,8 0,67 >0,051

см 32 2 2,63+0,06 Г7,5

СП 23 3 2,83+0,15 25,4 1,43 >0,05!

сд 21 3 2,86+0,16 25,5 0,64 >0,05!

1 689 км 128 I 2,13+0,04 20,3

см 31 4 3,32+0,15 25,0 ГО, 80 <о,ох|

СП 25 3 3,44^0,18 26,7 11,17 <0,01,

сд 23 4 3,26+0,18 26,7 9,87 <0,01)

Продолжение таблицу 5

' I 1 2 3 4 5 6 7 Я

1 830 км * 102 I З.ОБ^О.Об 16,1

1 см 45 3 3,76±0,П 19,7 3,10 <0,

СП 23 4,09+0,19 22,0 3,50 <0,

1 сд 33 п. О 3,56+0,12 20,5 3,00 <0,

1 597 км 104 3 - 5,91+0,08 14,2 2,65 <0,

1 1 СД 31 4 5,10+0,20 22,4

1 698 км 102 2 3,53±0,06 Г6,4 3,35 <0,

I | СД 24 2 4,0+0,16 19,5

1 705 * км ЮГ I 4,89_±0,06 12,1

А сд 26 3 5,08+0,14 14,6 1,79 >0,

, 707 " км 87 Г 4,86^0,05 9,3 2,73 <0,

1 СД 22 3 4,45+0,26 27,0

х___;__

Примечание: № - костный мозг, см - сперматогонаи,

сп - сперматоциты на стадии пахитены, , сд - сперматоциты на стадии дкакинеза-метафэзы I мейоза,

Мозаицизм б клетках зародышевого пути характеризуется увеличением числа 'щеточных клонов по сравнению с клетками костного мозга. Кроме того, распределений чисел В-хромосом в сперматоцитах более вариабельно по сравнению с распределением в клетках костного мозга, о чем свидетельствуют больше'значения-коэффициента вариации (табл.5).

Сравнение средних чисел В-хромосом в клетках костного мозга и репродуктивной ткани показало увеличение среднего числа В-хромосом в клетках зародышевого пути. При этом обнаружено достоверное по критерию Стьвдаата различие средних чисел В-хромосом в этих тканях, что свидетельствует об аккумуляции В-хромосом в сперматогенезе восточноазиатской мыша. __ ^

Т£хромосом мажет возникать такке б результате элиминации В-хромосом из соматических клеток на ранних эмбриональных стадиях.

Згаи.танзцию гетерохроматических А-хромосом и целых наборов, которая известна у нематод, циклопов и некоторых насекомых (Кикнадзе,1975) нельзя полностью исключить и в случае с Е-хромосомами. Основные дозоде, свидетельствующие против элиминации Б-хромосом из соматических клеток и в пользу их аккумуляции в мейотическах клетках, приведены нюхе.

Как следует из нашего исследования, В-хромоеош восточноази-атской шши на стадиях пахитены, циакинеза и метафззы I мейоза представлены преимущественно в виде В~унивалентоз. Однако, В-уни-валенты, как правило, подвергаются элиминации в анафазах I и 2 делений мейоза ( Jone3, Rees , 1982). В этом случае неизбежно возникали бы особа восточноазиатской мыши без добавочных хромосом, которые в действительности очень редки (Борисов, 1986). Элиминация B-хромосом из соматических клеток должна была бы приводить и к возникновению клеточных клонов без Б-хромосем, которые в нашей работе, а также в других исследованиях не обнаружены (Борисов, 1990; Бека-соеэ, 1984). Следует обратить внимание и на наблюдаемое увеличение числа клеточных кленов в репродуктивной ткани по сравнению с клетками костного мезга, что, по-видимому, происходит вследствие аккумуляции В-хромосом. Кроме того, у многих видов растений и животных описана именно аккумуляция B-хромосом в репродуктивной ткани и в некоторых случаях изучен цитологический механизм их численного увеличения (Моекоеич, 1979; Jones , Reeg , 1982).

Приведенные выше данные, а также обнаруженное нами увеличение числа B-хромосом в сперматогониях указывает на существование пре-мейотической аккумуляции В-хромосом з сперматогенезе восточноазиатской шши. Система B-хромосом этого вида мыши, по-видимому, прошла немалый путь эволюции, о чем свидетельствуют высокая ьстрзчае-мость.В-хромосом, наличие разнообразных морфологических типов B-хромосом, а также закономерности их популяпионной изменчивости и возможная адаптивная роль (Борисов, 1985, 1978, 1990). Становление и развитие системы B-хромосом было бы невозможным без контрольных генетических механизмов, одним из которых может быть механизм премейотяческой аккумуляции B-хромосом в сперматогенезе. Данный механизм, по предположению Нура ( Nur , I9S9) заключается з том, что: I) B-хромосомы повышают скорость деления несущих их клеток; 2) клетки с большим числом B-хромосом имеют больше шансов дать начало половым клеткам; 3) В-хромосомы могут реплицироваться по .крайней мере нз I раз больше, чем Й-хромосош. Более того, вы-

сказывается шсяь, что возможна контролируемая генетически., элиминация клеток с низким числом В-хромосом, а существование механизма премейотической аккумуляции В-хромосом обусловливается эволюццон-но закрепленной необходимостью поддержания некоторого оптимального уровня В-хромосом в популяции (Радяабли к др., 1578).

Таким образом, нами было выявлено, что распределения; чисел Б-хромосом в клетках костного мозга и клетках зародышевого пути имеют различный характер. Обнаруженное увеличение среднего числа В-хромоссм вч генеративной ткани свидетельствует о существовании механизма премейотической аккумуляции В-хромосом в сперматогенезе восточноазиатской мыши.

ВЫВОДЫ

' Цитогенетичэское исследование особей восточноазиатской мыши из различных точек ареала, проведенное методами световой V электронной микроскопии, позволило сделать следующие выводе:

1. Выявлен индивидуальный характер изменчивости системы В-хромосом восточноазиатской мыш. Обнаружено, три уровня изменчивости системы В-хромосом - вариабельность числа В-хромосом ыек.ду особями (от 2 до 18) и независимая изменчивость их числа по пяти классам в следующих пределах: крупные метацентрики - от 0 до 2, средние метацентрики - от 0 до 4, мелкие метацентршш - от О до 3, мелкие акроцентрики - от 0 до I, тЬчечные В-хромосомы - от О до 14; мозаицизм по числу и морфологии В-хромосом; изменчивость рисунка в-и б -окраски морфологически сходнкх при рутинной окраске добавочных хромосом.

2. При исследовании тотальных препаратов СК из сперматоцитов восточноазиатской шп установлено, что на стадиях поздней зиготе-ны и пахитены В-хромосомы, аналогично. А-хромосомам, образуют осевые атементы (тяжи) и представлены в виде уни-, би- и мультивалентов. Преимущественно встречаются В-униваленты.

3. С помощью электронно-микроскопического анализа тоталкных препаратов СК и различных методов ".дифференциальной окраски хромосс обнаружены неполная конъюгация и наличие ряда вариантов С- а о -окраски добавочн1к_2фшдос^^

"»-хротюсогГйсследованных аивотннх.

4. Обнаружено формирование В-хромосомами структур типа ¿оЫЪаок в профазе Гмейоза'и симметричный относительно центро-

меры рисунок дифференциальной окраски чзсти метацектрических В-хро-сом, что указывает на существование в кариотипе восточноазиатской мыши В-изохроиосом.

5. Выявлена тенденция к рзсполозкешш осевых элементов В-хро-мосом в районе полового йшалента, вплоть до образования тесных ассоциаций с ним на стадии пахитены. Предполагается, что данный процесс происходит вследствие неспецифической конъюгации половых и В-хромосом.

6. Показано, что распределения чисел В-хромосом в клетках костного мозга и клетках зародышевого пути имеют различный характер. Обнаружено увеличение среднего числа В-хромосом в генеративной ткани, что свидетельствует о существовании механизм премейотиче-ской аккумуляции В-хромосом в сперматогенезе восточноазиатской мыши.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Борбиев Т. Э. Световое и электронномикроскопическое исследование добавочных хромосом восточноазиатской мыши ( Apodemua peainsulae )//Сб. "Материалы 9 межреспубликанской научной конференции молодых ученых".-Фрунзе.-1988г.-С.201.

2. Kolomiets О.Г.., Borbiev Т.Е., Saironora Ь.Х)., Boxisov Yu.M., Bogdanov Tu.F. Synaptonemal complex analysis of B-ohromoaome behavior in meiotic prophase I in the East-Asiatic mouse Apodemua peninsulae (Muridae, Rodentia)//Cytogenet. Cell Genet.-1983.- V.4-8- P. 183-187.

3. Борбиев Т.Э., Коломиец О.Л., Борисов Ю.М., Сафронова Л.Д., Богданов Ю.Ф. Синзптонемные комплексы А- и В-хромосом сперма-тоцитов восточноазиатской мыши (Apodemus peninsulas)//Цитология.-1990.-Т. 32.-й 2.- C.I9S-I97.

4. Борбиев Т.Э., Коломиец О.Л., Сафронова Л.Д., Борисов Ю.М., Богданов tu. Ф. Электронномикроскопическое исследование синапто-немного комплекса сперматоцигов восточноазиатской мыши ( Аро-( demis peninaulae )/Д'1атериалн 7 Всесоюзного симпозиума "Молекулярные механизмы генетических процессов".-M.-1990 г.-С.8.

5. Коломиец 0.JÎ., Борисов ю.М., Борбиев Т. Э., Сафронова Л.Д., Богданов iL-.Ф. Поведение В-хроглосом в профазе I мейоза у восточноазиатской шш. Электронно-микроскопический анализ СК//Изв. СО АН СССР, сер.бяол.- 1990.- В.2.-С.4.