Закономерности эволюционных преобразований кариотипов саранчовых

Высоцкая, Людмила Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Закономерности эволюционных преобразований кариотипов саранчовых
ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Закономерности эволюционных преобразований кариотипов саранчовых"

я/

Р Г Ъ о сЩ]й Й С К А Я АКАДЕМИЯ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ " Ь Д^а (ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ

На правах рукописи УЖ 575.3:595,727

ВЫСОЦКАЯ Людмила Васильевна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КАРИОТИПОВ САРАНЧОВЫХ

Генетика-03.00.15

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук в форме научного доклада

Новосибирск 1993

1У9

Работа выполнена на кафедре цитологии и генетики Новосибирского государственного университета

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор И.Ф.Кимулев Институт цитологии и генетики СО РАН. г. Новосибирск

доктор биологических наук, . профессор В.И.Евсиков Институт систематики и экологии тавотных СО РАН, г. Новосибирск

доктор биологических наук, профессор В.Н.Степой НШ биологии и биофизики при Томском государственном университете, г.Томск

на

Ведущее учреждение: Институт общей генетики

РАН, г. Москва

Запита состоится " \ 994. г.

заседании специализированного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д-002.11.01) при Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: 630090, г. Новосибирск-90, проспект академика Лаврентьева, 10.

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

Диссертация в форме научного доклада разослана "_"

_1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

доктор ^биологических наук ~ А.Д.Груздев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение хромосомных наборов различных организмов ведется с прошлого века. Однако мы по-прежнему далеки от понимания того, какие причини определяют формирование групп сцепления, чем определяется число хромосом, их размеры, морфология. Очевидно поэтому, что исследование кариотипов как надмолекулярного уровня организации геномов остается актуальным и в настоящее время.

Специфику анализа кариотипов как нельзя лучше характеризуют слова Э.Майра: "Едва ли можно до конца понять какую-нибудь структуру или функцию в организме, не изучив ее становления в ходе эволюции" (1970, с. 48). Следует подчеркнуть, что речь идет об изучении именно хромосомных наборов, а не отдельных хромосом. Перед лицом эволюции кариотип предстает как единое целое, следовательно, сравнительно-эволюционный анализ кариотипов необходимо проводить, оценивая интегральные карио-типические характеристики.

Очевидно также, что кариотип как эволюционирующий признак реализуется на уровне популяций. Поэтому и изучение кариотипов необходимо вести с учетом внутривидового кариотипического разнообразия.

Полифункциональность хромосом определяет важность комплексного изучейия кариотипй с учетом, прежде всего, тех хромосомных характеристик, которые проявляются на популяционно-видовом уровне, а именно рекомбинационно-сегрегационных.

Сказанное выше определяет ряд требований к модельному объекту сравнительно-эволюционного изучения кариотипов и всем этим требованиям как нельзя лучше отвечают саранчовые семейства Acrididae (Orthoptera).

Они обладают небольшим числом хромосом (не выше 23 у самцов и 24 у самок), что позволяет с легкостью анализировать кариотип в целом. Хромосомные наборы видов семейства удивительно однообразны и на этом фоне изменения кариотипических параметров диагностируются достаточно просто.

Хромосомы крупные. Неудивительно, что саранчовые издавна привлекали внимание цитогенетиков.' Именно на этом объекте В. робертсон (Robertson., 1916) установил закономерности эволюционных преобразований хромосом, известных в литературе как ро-

бертсоновские перестройки. Особенно удобны для анализа хромосомы на стадиях сперматогенеза.

Использование половых клеток для сравнительно-эволюционного исследования кариотипов обладает рядом преимуществ перед изучением хромосом соматических клеток. Прежде всего, мы непосредственно изучаем именно эволшионирущий признак, что немаловажно при существовании различий к^.. соматических клеток и клеток зародышевого пути по числу хромосом и количеству гетерохроматина. К тому же мы анализируем все варианты кариотипов, продуцируемых одной особью. Кроме этого, только в половых клетках возможно оценить интегральные реком-бинационные параметры хромосом. Наконец, мейотическая конъюгация облегчает сравнение гомологичных хромосом и обнаружение их гетероморфности.

В качестве объекта сравнительно-эволюционных исследований саранчовые являются перспективным объектом. Многочисленные виды семейства распространены по всему миру, их филогения и систематика достаточно полно разработаны с использованием традиционных биологических методов. Это создает хорошую основу для интерпретации цитогенетических данных. Представители фаун Африки, Южной и Северной Америки и, особенно, Австралии в настоящее время неплохо изучены цитогенетически, что дает возможность для сравнительного анализа.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы было выяснение закономерностей эволюционных преобразований кариотипов саранчовых по комплексу цитогенетических параметров.

Конкретные задачи исследования можно сформулировать следующим образом:

1. Выявить разнообразие чисел хромосом в семействе Асгл.-сИйае и установить направление их изменения в эволюции.

2. Используя С-метод дифференциального окрашивания хромосом, определить основные эволюционные закономерности распределения гетерохроматических районов с учетом их внутривидового разнообразия.

3. Оценить частоты хиазм у разных видов и установить тенденции их изменения в эволюции.

4. Проанализировать распределение хиазм по длине бивалентов у разных видов.

5. Провести сравнительный анализ распределения хиазм и особенностей формирования синаптонемных комплексов.

6. Определить взаимосвязь между характером распределения рекомбинационных обменов и локализацией С-гетерохроматических блоков.

7. Сопоставить изменение частоты и локализации хиазм с хромосомными перестройками робертсоновского типа.

8. Установить эволюционные тенденции в изменении характера распределения хиазм по длине хромосом.

Научная новизна и теоретическая значимость. Впервые проведено комплексное цитогенетическое исследование большого числа видов саранчовых (118), подобранных таким образом, чтобы каждый таксон был представлен по возможности несколькими под-таксонами. Кариотипы 86 видов описаны впервые.

Обнаружено разнообразие чисел■хромосом у видов триб Gom-phocerini и Docioataurini, которое позволяет сделать предположение о том, что серия робертсоновских слияний хромосом в разных трибах происходила независимо и это отражает общую тенденцию в эволюции хромосомных наборов видов подсем. Acridinae.

Впервые широко и целенаправлено изучались такие нетрадиционные кариотипические параметры, как частота рекомбинационных обменов и их распределение по длине хромосом.

Продемонстрировано, что в ходе эволюции саранчовых происходит уменьшение частоты рекомбинационных обменов и возрастание степени их локализованное™ по длине хромосомы, что приводит к возникновению участков хромосом, с разной вероятностью участвующих в кроссинговере, вплоть до полного сцепления.

Показано, что участки с ограниченной рекомбинационной способностью или полным ее отсутствием различны по величине и локализации в разных ветвях сем. Acrididae. В ходе эволюции реализуется тенденция к увеличению рекомбинационно инертных районов. Это, на наш взгляд, отражает процесс упорядочения рекомбинации, выражающийся в возникновении пределах кариотипа двух подсистем: рекомбинирувдей и стабильной.

Такое же разграничение на стабильную и варьирующую части кариотипа обнаружено при анализе локализации полиморфных хро-матиновых сегментов. Вариабельными в отношении гетерохроматина и рекомбинирупшми по всей своей длине оказываются короткие

хромосомы, мономорфными и содержащими районы с ограниченной рекомбинацией выступают длинные хромосомы набора.

Установлено, что распределение рекомбинационных обменов по длине хромосом полностью совпадает с характером формирования синаптонемных комплексов. В нерекомбинируших участках конъюгация гомологов отсутствует.

• Обнаружено, что снижение рекомбинадаонного индекса в эволюции саранчовых подсем.Асг1<31<1ае происходит не только за счет уменьшения количества групп сцепления при центрических слияниях, но и в результате снижения количества обменов в хромосомах, вступивших в слияние. Более того, показано, что изменение характера распределения обменов по длине хромосомы от акроцен-трического типа к метацентрическому предшествует вступлению хромосом в перестройки робертсоновского типа.

Все вышесказанное свидетельствует о важной, а возможно, и главенствущей роли рекомбинационных параметров хромосом в эволюции кариотипов.

Практическая ценность работы. Проведенный цитогенетиче с--кий анализ выявил ряд закономерностей изменений кариотипов сем. Асг1(Иаае. которые используются для уточнения и пересмотра систематического и филогенетического положения накото-рых таксонов саранчовых.

Успешное применение сведений о частоте и локализации хиазм у саранчовых продемонстрировало важность этих параметров для характеристик кариотипов и в настоящее время они стали применяться в кариосистематике других групп организмов.

Материалы работы используются при чтении теоретических курсов и проведении практических занятий в учебных заведениях страны.

Апробация результатов работы. Результаты докладывались на Всесоюз. совещ. "Зоологическая систематика и филогения" (1983 г., Ленинград); 1, 11 Всесоюз. конф. по проблемам эволюции (1985,1989 гг., Москва); VI совещ. энтомологов Сибири (1985 г., Новосибирск); Всесоюз. конф. "Рекомбиногенез: его значение в эволюции и селекции" (1985 г., Кишинев); V, VI, VII Всесоюз. совещ. "Структура и функции хромосом" (1985, 1988, 1991 гг., Пупшно); V, VI Всесоюз. симп. "Молекулярные механизмы генетических процессов (1983, 1987 гг., Москва); V съезде Всесоюэн.

общ. генетиков и селекционеров им. Н.И Вавилова (1987 г., Москва); 11, 111 Всесоюз. конф. "Экологическая генетика растений и животных" (1984, 1987 гг., Кишинев); Ортоптерологическом симп. (1989 г., Новосибирск); X съезде Всесоюз, энтомологического общества (1989 г., Ленинград); 11 Всесоюз. конф. по генетике и цитологии мейоза (1990 г., Новосибирск); 11 Всесоюз. симп. по кариосисгематике беспозвоночных (1991 г., Чебоксары); 1 Всесоюз. конф. по генетике насекомых (1991 г.. г. Москва); VI International Meeting oí the Orthopterists1 Society (1993, Hilo, Hawaii, USA).

Объем и структура работы, в качестве диссертации представляется совокупность из 27 опубликованных работ общим объемом 14 печ.с. Ссылки на них даны в начале соответствующих разделов в косых скобках.

Основные результаты и вытекающие из них выводы изложены в форме научного доклада.

Фактический материал диссертации получен автором лично и в коллективных исследованиях совместно с соавторами опубликованных работ. Всем им 'автор выражает глубокую признательность.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ о

МАТЕРИАЛ

В работе представлен материал, полученный при изучении 118 видов, принадлежащих 56-родам, 22 трибам трех подсемейств сем. Acrididae (Приложение). Изученные виды составляют примерно четвертую часть фауны саранчовых, описанных Г.Я.Бей-Биенко и Л.Л.Мищенко для Советского Союза (1951).

Насекомые были собраны в полевые сезоны' 1968-1992 г.г. в различных районах северной части Евразии. Определение видовой принадлежности проводилось по определителю Г.Я.Бей-Биенко и Л.Л. Мищенко (1951) при участии сотрудников каф.общей биологии Новосибирского госуниверситета. Коллекционный материал хранится в музее Института систематики и экологии животных СО РАН и на кафедре общей биологии Новосибирского госуниверситета.

Систематика саранчовых неплохо разработана. И хотя в настоящее время не существует единого взгляда на филогенетические отношения в семействе (Бей-Биенко, Мищенко, 1951; Uvarov, 1966; Dirsh, 1975), тем не менее, между тремя подсемействами:

. Сагап-Ьорхпае, 0ей1росИпа9 и Асг1<12лае, в тех рамках, в которых они определены Г.Я.Бей-Биенко и Л.Л.Мищенко (1951), филогенетические связи установлены. Можно с большой долей уверенности утверждать, что, во-первых, современные Оесйроатае и Асг1<11-пае берут свое начало в недрах Catantoplnaв1• во-вторых, - среди Жсг±<Ипае наименее продвинутыми являются виды трибы Агсур-*ег!гп., а наиболее продвинутыми (спешализированными) - виды триб ОотрЬ.осег1л± и СЬгуаосЬгаопг 1п1. Среди ОесИро<Ипае соответственно Ьосив1;1ги. и Вгуойепшй (Бей-Биенко, Мищенко, 1951; Бей-Биенко, 1952: -Мга11, 1975; Стебаев и др., 1984). Филогенетические отношения триб в подсемействах Асг1йтае и ОеНросИ-пае более детально можно представить следушей схемой (по Бугрову, 1988):

—Тгиха11п1 —Асг1й1п1

РМаеоЫШ

С1\гувос1\гао1г11п1

<ЗоарЫ>сег1п1

81епоЬо(Ьг1п1

Оос1ов1аиг1п1

АгсурЪвг1п1

Месс^егМп!

-Щ

Брасгоя11п1

8рМпаопоип1

ЬосивЫп!

Вгусх1оа1п1

Овс11ро<11п1

МЕТОДЫ /4. 9, 21. 23. 25/* Приготовление препаратов для анализа числа и морфологии хромосом, распределения гетерохроматина, локализации хиазм. Семенники или яичники насекомых, предварительно

» порядковые номера публикаций, по материалам которых написана данная работа.

обработанных колхицином, после гипотонии в 0,1%-ном растворе цитрата натрия фиксировали в уксусно-спиртовой смеси (1:3). Фиксированный материал отмывали и хранили в 70í-hom этиловом спирте. Сухие давленые препараты окрашивали 2%-ным раствором ацетоорсеина или с помощью С-метода дифференциального окрашивания хромосом (Jones et al., 1975) с некоторыми модификациями, заключащимися во времени обработки препаратов в различных растворах и способах промывки между процедурами, которые варьировали от вида к виду.

Размерные классы хромосом выделяли, пользуясь традиционной классификацией, различая длинные, средние и короткие хромосомы. Относительные размеры С-гетерохроматических блоков определяли в соответствии с работами испанских исследователей (Santos et al., 1983: Cabrero, Camacho, 1986). Но, отдавая себе отчет в несовершенстве предложенной классификации выделяли не три, а два класса С-блоков по размеру: мелкие, диаметр которых сопоставим с поперечником хроматиш или меньше его. и крупные, длина которых-превышает их ширину.

Приготовление препаратов "распластанных" сперматоци-тов и ооцитов для светомикроскопического анализа проводили по методу Дрессера и Мозеса (Dresser, Moses, 1980), модифицированному нами. Окрашивали 50%-ным азотнокислым серебром, применяя для ускоренйя окраски специальную смесь желатины и муравьиной кислоты (Howell, Black, 1980).

Определение частоты и локализации хиазм. Подсчет частоты хиазм проводили на стадиях поздней диплотены-диакинеза, используя материал после гипотонической обработки, после которой биваленты в клетках достаточно обособлены друг от друга и хорошо расправлены. Это, на наш взгляд, исключает возможность принять за хиазму "перекручивание'' бивалента. Особенно хорошо биваленты расправляются на препаратах "распластанных" спермато-цитов, окрашенных азотнокислым серебром. Среднюю для особи частоту хиазм определяли, анализируя не менее 20 клеток. При подсчете средней для вида частоты хиазм использовали не менее 5 особей. В ряде случаев объем проанализированного материала был большим.

Для определения локализации хиазм плечо хромосомы условно разбивали на 5 частей и фиксировали нахождение хиазмы в прок-

7* i

симальном, субпроксимальном, срединном, субдистальном и ди-стальном районах плеча. В дифференциально окрашенных бивалентах такое определение было безошибочным. Мелкие хромосомы иногда разбивали на три или четыре части.

Статистическая обработка результатов проводилась с использованием стандартных методов: критерия х2. t-критерия, преобразования 2 aresin/*. (Большев, Смирнов, 1983; Урбах, 1963; Янко, 1961).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 1

ЦЕНТРИЧЕСКИЕ СЛИЯНИЯ - ОСНОВНОЙ МЕХАНИЗМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ХРОМОСОМ В ЭВОЛЮЦИИ САРАНЧОВЫХ /1, 5. 12-14, 20/

В настоящее время описаны хромосомные наборы нескольких сотен видов сем. Acrididae (White, 1954: Hewitt, 1979). Для подавляющего большинства из них характерно наличие 23 акроцен-трических хромосом в кариотипе самцов и 24 у самок (определение пола X0i:XXs).

У видов триб Chrysochraontini и Gomphocerini полеем. Acri-dinae найдено 17 хромосом у самцов и 18 у самок, из которых три пары самых крупных хромосом двуплечие, а остальные, в том числе и половая, - одноплечие (№/=23). Возникновение такого типа хромосомного набора объяснили центрическими слияниями, трансформировавшими исходный для Acrididae 23-хромосомный кариотип (Robertson, 1916). То что, 17-хромосомные виды появились в эволюции позднее 23-хромосомных, сомнения ни у кого не вызывает (White, 1954; Hewitt, 1979).

Было постулировано, что серия центрических слияний произошла у общего для Chrysochraontini и Gomphocerini предка до дивергенции этих триб (Hewitt, 1979). Хотя еще в 1958 году было высказано предположение о том, что в центрические слияния в разных группах саранчовых-могли вступать акроцентрики в различных сочетаниях (Helwig, 1958), а в 1975 году был обнаружен вид в трибе Chrysochraontini с 19-хромосомным кариотипом (№=23) (Rothiels, Procunier. 1975) и описан вид из трибы Gomphocerini с 23-хромосомным кариотипом, эти данные не привлекали внимание цитогенетиков и не обсуждались.

Когда мы описали 21-хромосомный кариотип (UF=23) у Chor-thippus hammarstroemi - представителя трибы Gompocerini (под-сем. Acridinae), то он был интерпретирован как результат центрического разделения хромосом в группе родов с типичным 17-хромосомным набором (Hewitt, 1979).

Позднее были описаны 23-хромосомные кариотипы у целой серии видов трибы Gomphocerini: Chorthippus schmidti, Daaycbi-ppus barbipea, Aeropedellus baliolus, Mesasippus kozhevnikovi, M. tarbagataicus, Pesohippus calloaus, а также 17 и 19-хромосомные виды рода Eremippus из ранее не изучавшейся трибы Docioataurini. другие представители которой имеют стандартный 23-хромосомный кариотип (см. Приложение).

Разнообразие чисел хромосом в.трибах Gomphocerini, Docio-staurini и Chryaochraontini имеет как минимум три возможных объяснения. Первое - дивергенция триб произошла на уровне 23-хромосомного кариотипа и центрические слияния происходили в каждой из триб независимо. Второе - дивергенция триб произошла после возникновения 17-хромосомного кариотипа у общего для трех триб предка, и числа хромосом больше 17 являются результатом центрических. разделений, которые происходили в разных трибах независимо. Наконец, третье объяснение заключается в том, что слияния происходили постепенно у общего для всех триб предка и виды с одинаковыми числами хромосом дивергировали с соответствующего этапа слияния хромосом.

Если для подтверждения первого и второго объяснений необходимы данные об относительном эволюционном возрасте видов с разными числами хромосом, то третья возможность интерпретации не соответствует никакому • известному варианту систем подсем. Acridinae и требует, как минимум, кардинального пересмотра всей системы подсемейства.

На наш взгляд, предпочтительным объяснением является первое, свидетельствующее о независимом уменьшении числа хромосом в разных трибах подсемейства. Оно хорошо согласуется с системой эволюционных отношений видов изученных триб, основанной на мор-фоадаптационных,. экологических и зоогеографических данных.

В подтрибе stenobothrina, принадлежащей также подсем. Acridinae, мы обнаружили вид Stenobotfarus euraaius, в кариоти-пе самцов которого 16 хромосом. Это результат слияния половой

хромосомы с коротким акроцентриком, в результате которого возникает так называемая neo-ХУ-система определения пола. Известны еще два вида этого же рода: S.rubicundus и s. nigromacuia-tus, С 2п<М4+ХУ (John, Hewitt, 1970).

Возникновение neo-ХУ-системы определения пола встречается также и в подсем. Catantopinae (Hewitt, 1979). Это свидетельствует, на наш взгляд, о том, что тенденция акроцентрических хромосом вступать в центрические слияния является всеобщей для саранчовых. Она распространяется и на половую хромосому и неоднократно реализуется в ходе эволюции семейства.

Надо подчеркнуть, что в подсем. Oedipodinae также зафиксировано уменьшение числа хромосом, но за счет слияния хромосом дистальными районами (John, Weissman, 1977).

Таким образом, уменьшение числа хромосом за счет слияний является общей тенденцией для кариотипов саранчовых. В подсем. Oedipodinae она реализуется за счет теломерно-теломерных слияний коротких-хромосом. В подсем. Catantopinae встречаются как перестройки, сопровождающиеся изменением основного числа, так и те, которые происходят за счет центрических слияний самых разных хромосом в различных родах подсемейства. В трех трибах подсем. Acridinae мы наблюдаем серию робертсоновских слияний хромосом,которые происходят независимо в каждой из триб, причем во всех случаях в слияния вступают шесть пар самых крупных акроцентриков набора. На наш взгляд, это может быть результатом предыдущей эволюции хромосом, определившей "готовность" хромосом к центрическим слияниям.

Глава 11

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЛОКАЛИЗАЦИИ С-ГЕТЕРОХРОМАТИНА В КАРИОТИПАХ САРАНЧОВЫХ

Согласно Шоу (Shaw, 1971), у саранчовых принято выделять "стандартный" или облигатный гетерохроматин, распределение и количество которого характеризует кариотип вида, и "добавочный" или варьирующий, определяющий.внутривидовой кариотипичес-кий полиморфизм.

У саранчовых выделяют прицентромерную, теломерную и ин-теркалярную локализацию гетерохроматина (King, John, 1980).

II.I. Сложная структура теломерных и прицвнтромеряых блоков облигатного гетврохроматина.

/1-4. 8. 20/

Окраску на С-гетерохроматин принято использовать для анализа метафазных хромосом. Вместе с тем известно, что высокая степень конденсации хроматина в метафазных хромосомах может маскировать отдельные С-блоки 'или уменьшать их разрешение (Ray. Venketeswaran,1978). Мы столкнулись с этим явлением, сравнивая распределение С-гетерохроматинового материала в метафазных и профазных мейотических хромосомах.

У ряда видов саранчовых в ядрах на стадии первой профазы мейоза мы обнаружили многочисленные очень мелкие интеркалярные узелки, выявляющиеся только при С-методе окрашивания и не выявляйте ся при окраске ацетоорсеином или по Фёльгену. Контролем того, что это именно С-гетерохроматиновый материал, а не просто более конденсированные участки хромосом, служила дифференциальная окраска Х-хромосомы, В сперматодатах саранчовых половая хромосома положительно гетеропикнотична, но при дифференциальной окраске в ней выявляется прицентромерный и у некоторых видов - теломерный гетерохроматин. Интеркалярные гетерохроматиновые узелки можно обнаружить только в тех клетках, где дифференциально окрашена Х-хромосома.

Распределение С-узелков' по длине хромосом различно у разных видов. Один из вариантов - более или менее равномерное распределение по всей длине хромосом (Conophyma semenovi). При конденсации хроматина такой гетерохроматиновый материал не выявляется, В результате в метафазных хромосомах обнаруживаются только блоки прицентромерного С-гетерохроматина, как правило, не очень крупные.

Второй вариант (Eericorya albidula) - некоторая концентрация узелков на одном из полюсов профазного ядра. В ходе конденсации хроматина концентрация гетерохроматинового материала усиливается, узелки сближаются и формируют довольно крупные С-блоки. При неполной конденсации хромосом в диплотене видно, что эти блоки состоят из двух частей: собственно прицентромерного гетерохроматина и С-материала, собранного из интеркалярных узелков. В метафазных хромосомах сложная структура блока может не проявляться.

11 I

Двойные првдентромерные блоки С-гетерохроматинав митоти-ческих хромосомах описаны для ряда австралийских видов саранчовых (King, John, 1980). Можно предполагать, что один из блоков также является составным, собранным в результате конденсации хроматина из мелких узелков.

Третий вариант - очень высокая степень концентрации С-гетерохроматинового материала (Stauroderus acalaris, Aeropus sibiricus). Составной характер таких блоков обнаруживается только на стадии прелептотены. Начиная же с лептотены гетеро-хроматин, например у s. scalaris, выявляется в виде крупных блоков, число которых соответствует диплоидному числу хромосом. Размеры блоков в лептотене соответствуют таковым в диаки-незе-метафазе. В пахитене С-блоки выглядят более длинными и менее плотными. Это объясняется тем, что в ходе профазы меняется степень конденсации эухроматиновых участков, чередующихся с гетерохроматином в составе прицентромерного блока. То, что в составе блока имеется эухроматин, подтверждается включением

Н-уридина в прицентромерные С-гетерахроматические блоки на стадии зиготены-пахитены /3/.

Концентрация гетерохроматиновых узелков обнаружена не только в проксимальных, но и в дистальных районах хромосом, например, у Arcyptera fusca. Так же как гетерохроматин проксимальной области хромосом s.scalaris, теломерные С-блоки хромосом A.fusca проходят через состояние частичной деконденсацт, на стадии зиготены-пахитены.

Следует специально отметить, что гетерохроматин головой хромосомы в сперматогенезе у саранчовых всех видов не обнаруживает сложной организации и на протяжении всей профазы выявляется в виде единого блока. Возможная причина этого в том, что половая хромосома в мейозе у самцов транскрипционно неактивна (Henderson. 1963; Fox et al., 1975). He обнаруживают сложного строения облигатные интеркалярные и добавочные гетерохроматиновые блоки любой локализации, найденные у некоторых видов.

С-гетерохроматиновые узелки; выраженные в- той или иной степени, найдены нами в профазе мейоза у всех исследованных видов. Несмотря на отсутствие точной оценки доли ДНК, содержащейся в этих узелках, можно считать, что эта доля, особенно у некоторых видов, пооьма значительна. Возможно, что большие раз-

меры геномов, установленные для саранчовых сем. Асг1сИс1аэ, определяются огромным количеством •гетерохроматинового материала, диспергированного по хромосомам.

Следует подчеркнуть, что при сравнительно сходном содержании С-гетерохроматина, выявляемого в профазных мейотических ядрах, количество его, обнаруживаемое в метафазных хромосомах, у разных видов оказывается различным. Это зависит от распределения гетерохроматина по длине хромосом. Если интеркалярные гетерохроматиновые узелки рассредоточены по всей длине хромосом, то они могут, не выявиться в метафазных хромосомах. Если же интекалярные узелки сконцентрированы в части профазной хромосомы, то конденсация хроматина приведет к их дальнейшей концентрации и формированию гетерохроматинового блока. Это явление необходимо учитывать при определению! суммарного содержания С-гетерохроматинового материала, которое, как правило, проводится на метафазных хромосомах.

С большим количеством диспергированного гетерохроматинового материала, по-видимому, можно связать невысокую контрастность окраски хромосом при использовании С-метода, что характерно для ряда видов саранчовых. Среди изученных нами видов -это большинство представителей триб ОотрИосепт!.. 1>ос1оа*аиг1-Ш и 8рЬ.1лвопо г 1п±. В то же время у видов триб СЬтуаосЬгаопЪ!.- . П1, Ро<Шш)1ш., Агсл^егйй и- Вгуойетзл! контрастность окрашенных с помощью С-метода препаратов очень высокая. У некоторых видов контрастность окраски различна в разных хромосомах набора. Например, у С. зешепоу1 контрастность окраски Х-хромосомы и коротких аутосом много выше, чем у остальных хромосом набора. Логично предположить, что это результат неравномерного распределения С-гетерохроматина между хромосомами.

Следует отметить, что у твксономически близких видов степень контрастности окраски хромосом, как правило, одинакова. Если имеются исключения, то они обязательно сопровождаются различиями в распределении С-узелков по длине хромосом. Так, в трибе сошрЬосегйг! высокая контрастность окраски характерна для З.аса1аг1а, Ае. аз-Ыгз-сиз, Аегорес1в11иа vaгiega•tuз И т.д. Это те виды, которые отличаются высоким содержанием гетерохроматина в прицентромерной области хромосом. Складывается впечатление, что Гетерохроматиновые узелки, разбросанные по всей

длине хромосом, у названных видов собраны в проксимальной области хромосом. Такая же связь между количеством гетерохрома-тина в метафазных хромосомах и степенью контрастности их окраски при использовании С-метода у представителей трибы Bryode-mini. Различив только в том, что С-уэелки у них концентрируются в дистальной области хромосом.

Таким образом, анализ поведения С-гетерохроматинового материала в профазе мейоза у саранчовых позволил установить различные типы его распределения по длине хромосом. Удалось обнаружить, что крупные С-блоки, выявляемые в метафазных хромосомах как единые, состоят из расположенных рядом гетерохроматиновых узелков.

II.2. Эволюционные закономерности распределения облигатных гетерохроматических блоков.

■ / 4, 8, 10, 13, 19, 20, 22, 24, 26,/ Несмотря.на большое количество работ, посвященных анализу особенностей локализации и содержания гетерохроматина, до сих пор не сложилось определенного мнения относительно эволюционных закономерностей изменения этого хромосомного признака у саранчовых-. Одни исследователи считают гетерохроматические районы сильно варьирующими качественно и количественно (King, John, 1980), другие же, наоборот, подчеркивают их малоизменчи-вость (Santos et al., 1983; Cabrero, С amacho,' 1986). Следует отметить, что в первом случае вывод основывается на изучении далеких в таксономическом отношении видов, а во втором - на исследовании видов, относящихся к одному роду или группе родов, объединяемых в одну трибу.

Наш материал позволяет рассмотреть особенности локализации С-гетерохроматина у большого числа видов разной степени дивергенции как связанных, так и не связанных общностью происхождения. Это дает возможность проследитьнекоторые закономерности, не обнаруживаемые на случайно подобранном материале.

Разнообразие локализации С-гетерохроматина у саранчовых невелико. У большого числа видов С-блоки обнаруживаются только в центромерных районах, причем эти блоки часто бывают одного размера на всех хромосомах набора, а у видов с двуплечими хромосомами одинаковы на всех плечах так, что суммарный С-блок двуплечей хромосомы оказывается в два раза крупнее прицентро-

мерного С-блока акроцентрика. Это касается и пео-Х хромосомы Б. еигаа1из.

Теломерные блоки облигатного гетерохроматина мы обнаружили только у некоторых 23-хромосомных видов подсем. Асг1<Цпае и среди видов подсем. ОесИройтае. Интересно, что теломерные блоки не выявлены на трех самых длинных хромосомах набора ни у одного из видов.

Интерналярный гетерохроматин встречается крайне редко и обычно он связан с районом ядрышкового организатора.

Как уже сказано выше, размеры блоков гетерохроматина, как прщентромерных, так и теломерных (если они есть) часто бывают одинаковы в пределах кариотипа. Иногда члены одного хромосомного набора различаются по размерам С-блоков, но в этом случае близкие по размеру хромосомы (длинные и средние), как правило, ведут себя одинаково. Что же касается коротких хромосом, то они могут значительно отличаться друг от друга как по размерам прицентромерных и • теломерных С-блоков. так и по наличию» отсутствию последних. ■

Несмотря на небольшое разнообразие картин локализации гетерохроматина, обращает на себя внимание тот факт, что филогенетически близкие виды, как правило, имеют одинаковый.характер локализации С-блоков, хотя размеры этих блоков у разных видов могут значительно отличаться. Например, в трибе Агсур*еггп1 все хромосомы, кроме трех самых длинных, имеют кроме прицэнт-ромерного, еще и теломерный С-блок. Размеры теломерных блоков различны у разных видов трибы. И хотя у одного из изученных видов трибы, йатЪиг1е11а 1;игсота11а, теломерные блоки в Мвта-фазных хромосомах не выявляются, в профазных мейотических хромосомах видна небольшая концентрация С-узелков на полюсе ядра, где сосредоточены дистальные концы хромосом. Другими словаки, родственные виды характеризуются сходным расположением на хромосомах участков, где может быть выявлен гетерохроматин.

Интересно отметить, что в трибе Сотр)юсег1л± среди 17-хромосомных представителей обнаружен ряд видов, размеры прицентромерных гетерохроматиновых блоков у которых явно превышают, типичные для саранчовых (ЕЛаигойегиз зса1аг1а, Аегориа 81-Ыг1сиз, С1югШ1рриз аЪсЬаахсиа, СЬ. ааха-Ш1а, С1г. ¿асоЬао-п1). То, что эти виды принадлежат к различным родам и даже

подтрибам, еще раз указывает на эволюционную лабильность приз-гака "количество гетерохроматина" в отличии от признака локализации гетерохроматинового материала. Кроме того, на наш взгляд, этот факт свидетельствует о том, что, увеличение содержания прицентромерного гетерохроматина отражает какую-то общую для видов трибы Gomphocerini тенденцию.

II.3. Эволюционные закономерности распределения варьирующих гетерохроматических блоков.

/4, 8, 10, 13, 16, 19, 20, 22, 26/

Внутривидовой полиморфизм по наличию эу- и гетерохроматических добавочных блоков в хромосомах саранчовых интенсивно изучается многими исследователями (см. Hewitt, 1979). Этому способствует анализ мейотических хромосом: на стадии конъюгации гомологов асимметричные биваленты обязательно обращают на себя внимание.

Полиморфные блоки гетерохроматина обнаружены нами у подавляющего большинства изученных видов. Чаще всего - это теломё-рный гетерохроматин, но встречаются и варьирующие по размерам блоки прицентромерного гетерохроматина. Интеркалярные блоки гетерохроматина, как правило, всегда варьируют от особи к особи в пределах вида. Связаны они обычно с ядрышковым организатором и могут располагаться на любой из хромосом набора.

Что же касается теломерных и прицентромерных варьирующих блоков гетерохроматина, то у изученных нами видов они расположены чаще в коротких, реже в средних хромосомах набора и, как правило, не встречаются в длинных хромосомах.

Локализация варьирующих блоков на коротких и средних хромосомах набора характерна только для ■ видов сем. Acrididae, распространенных в Палеарктике. У австралийских видов саранчовых полиморфные блоки гетерохроматина могут быть обнаружены на любой из хромосом набора (Shaw et al.. 1976; Webb. 1976; Webb, Westerraan, 1978 и др.). Если встречаются стабильные хромосомы, то это одна-две самых длинных (John, King, 1977). Надо отметить. что для австралийских видов- характерно широкое распространение инверсионного полиморфизма (Shaw,. 1976), который практически не обнаруживается у палеарктических видов.

В связи со сказанным выше уместно вспомнить общеэволюционные представления о более низкой скорости эволюции

фаун Неотропической и Австралийской; областей по' сравнению с фауной Голарктики (Шяальгаузен, 1968). Если эти представления экстраполировать на саранчовых, то можно сделать вывод о том, что палеарктические виды сем. Acrididae дальше отошли от пред-ковых для саранчовых форм и, следовательно, их эволюция сопровождалась уменьшением кариотипического разнообразия. Длинные хромосомы стали мономорфными, короткие и средние сохранили свое-полиморфное состояние, хотя и уменьшили его степень. Другими словами, кариотип разделился на две части в отношении локализации полиморфных блоков гетерохроматина: стабильную и варьирующую.

Глава 111..

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭВОЛЮЦИИ РЕКОМБИНАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРИОТИПОВ САРАНЧОВЫХ Мейотическая рекомбинация - одна из важнейших функций хромосом. Интегральную, оценку рекомбинационных свойств хромосом можно получить, определяя число хиазм в клетке и их локализацию в бивалентах на стадии поздней профазы 1 мейоза. Такой подход позволяет учесть не только все рекомбинационные обмены, но и оценить их распределение по длине хромосом.

Правомочно ли использовать данные о частоте и локализации хиазм для оценки рекомбинационных параметров генома? Этот вопрос встает в связи с широко распространенным представлением о "терминализаши хиазм" - явлении, первоначально описанном Дарлингтоном, как направленное к концам бивалентов движение хиазм, которое начинается в диплотене и продолжается до первой метафазы включительно {Darlington, 1929, 1937).

То, что хиазмы являются следствием кроссинговера, было неоднократно продемонстрировано на ряде объектов и не оспаривалось (Mather, 1933,1936i Brown, Zohary, 1955). Но считалось, что количество наблюдаемых в поздней профазе хиазм и их распределение йо длине бивалентов не соответствуют тому, которое было в момент возникновения обменов.

Детальный анализ распределения хиазм в первой профазе мейоза, проведенный многими исследователями с использованием различных методов и разных объектов, продемонстрировал отсутствие движения хиазм вдоль бивалента в ходе его конденсации.

Особенно много работ, подтверждающих отсутствие явления терминализации хиазм, выполнено на саранчовых (Darlington, Dark, 1932: Taylor, 1965: Southern, 1967; Henderson, 1969: Jones, Craig-Cameron, 1969: Peacock, 1970: Jones, 1971: Pox, 1973; Solari, Counce, 1977: Tease, Jones, 1979, 1978: Wallace, Jones, 1978: Esponda, Krimer, 1979: Moens, Church, 1979: Jones, Tease, 1981: Moens, Short, 1933: Rufas et al., 1983: Ber-nelot-Moens, Moens, 1986: Santos et al., 1989).

Детально проанализировав литературные данные и собственный материал мы пришли к выводу, что терминализация в том виде, в каком она постулирована Дарлингтоном, отсутствует, по крайней мере, у саранчовых /18/.

Другими словами, частота хиазм, подсчитанная в коше первой профазы у саранчовых отражает частоту рекомбинации, а распределение хиазм по длине хромосомы соответствует распределению кроссоверных обменов. Следовательно, анализируя частоту и распределение хиазм, мы можем получить интегральную характеристику рекомбинационных параметров кариотипа. В тексте доклада выражения "частота и локализация хиазм" и "частота и локализация рекомбинационных обменов" используются как синонимы.

III.I. Уменьшение частоты хиазм - общая тенденция В ЭВОЛЮЦИИ сем. Acrldldae /6, 7, 15-17/

В качестве одной из характеристик кариотипа хиазмы стали использовать в цитогенетике саранчовых давно (McClung, 1917: Helwig, 1929; White, 1968). Было также показано, что таксоно-мически близкие виды мало отличаются по частоте рекомбинационных обменов и имеют сходный тип их локализации по длине хромосом (Pontana, Vickery, 1974).

Мы определили частоту хиазм у видов разной степени таксономической близости и обнаружили, что размах изменчивости этого признака между видами, родами, трибами, как правило, соответствует рангу таксона (рис. 1). Следовательно, изменение этого цитогенетического параметра не является случайным, а отражает закономерные эволюционные преобразования хромосом саранчовых. Наши данные однозначно свидетельствуют о том, что в эволюции сем. Acrididae происходит уменьшение частоты хиазм на клетку, поскольку виды подсем. Catantopinae имеют в целом

□

J 5

f «

If*

i г r

S8 _

Q- гп<г=гз

3- (©)- 2ní=EI Q O

^ 5JT ^

O®

I-

02S

jajkrfr *

29 67

Q-

i OS-112

' 93

i fof OS H*

Г~— --1--1-I-1-1 II II lili

H 13 «5 »7 I» И 0 ts

Рис- i• Распределение видов подселейспв cetantoptnee (а), Acridinae (ó) и Oedipcdinao (в) в зависшюсяи ОИ средней «основы хиазл и её внутривидового разнообразия•

По горизонтали - средняя для вида часяста хиаэл: по верки-кали - варианса• Нумерация видов иа же. <ло и в Приложении-

большую частоту хиазм, чем представители эволюционно более молодых подсем. Acridinae и Oedipodinae. Более того, внутри названных подсемейств наименьшая частота хиазм характерна для видов самых специализированных триб Chrysochraontini и Bryode-mini, у которых она достигает минимальной величины - одной хиазмы на плечо.

Ваяно подчеркнуть, что уменьшение числа хиазм у саранчовых до одной на бивалент сопровождается одновременной локализацией этой хиазмы в определенной области хромосомы. Именно локализация обменов, а не уменьшение числа обменов на хромосому значительно снижает рекомбинацию, так как известно, что создаваемое кроссинговером генотипическое разнообразие незначительно увеличивается при увеличении числа обменов с одного до двух, трех и т.д. (Кондратов, 1984).

Известно, что в ряде случаев число хиазм зависит от длины хромосомы (John, Henderson, 1962; Pox, 1973). Длина хромосом при одинаковом их числе в наборе определяется размерами генома. Использовав собственные и литературные данные, мы попытались выяснить, не зависит ли средняя для вида частота хиазм от содержания ядерной ДНК. Оказалось, что для представителей подсем. Catantopinae, и триб, наиболее близких к Catantopinae по ряду морфоадаптационных параметров: Arcypterini (Acridinae)и Locus-tini (Oedipodinae), такая зависимость наблюдается. В трибах Gomphocerini и Chrysochraontini также имеется корреляция между размерами генома и частотой хиазм, однако, это соответствие соблюдается только для видов внутри каждой трибы. В целом же представители как Chrysochraintini, так и Gomphocerini имеют более высокое содержание ДНК при низких частотах ■ хиазм, чем представители подсем.Catantopinae и триб Arcypterini и Locusti-ni. В трибе Bryodemini связь между частотой хиазм и размерами генома отсутствует полностью.

Все это вместе взятое, на наш взгляд, свидетельствует о существовании разнообразных ограничиващих рекомбинацию механизмов, которые сложились в ходе эволюции семейства Acrididae, причем, можно предполагать, Что эти механизмы различны в разных трибах.

Об этом свидетельствует анализ изменчивости частоты хиазм с учетом ее распределения по бивалентам, проведенный на пред-

I 20

цами рекомбинации у с. biguttulus являются более длинные участки ДНК. •

. Таким образом, в случае с с. biguttulua мы также имеем дело с некоторым ограничением рекомбинации, которое заключается в создании более протяженных единиц рекомбинации • во всех хромосомах набора.

Сравнение частот хиазм, чисел хромосом и длин синаптонем-ных комплексов, проведенное нами на разных видах прямокрылооб-разных, показало, что ограничение рекомбинации, по-видимому, является общей тенденцией, хотя реализуется она различными способами у разных организмов (Агапова, Высоцкая, 1988).

III.2. Уменьшение частоты хиазм в хромосомах при центрических слияниях /6, 17, 23/

На рис. 1 хорошо видно, что в подсем. Acridinae виды с 17 хромосомами в наборе имееют в целом меньшую частоту хиазм, чем 23-хромосомные виды. Возникает вопрос, является.ли это случайным совпадением двух тенденций изменения кариотипических параметров или же центрические слияния и уменьшение числа рекомби-национных обменов - взаимосвязанные явления.

Оказалось, что плечи двуплечих хромосом обычно образуют меньше обменов, чем соответствующие им по длине акроцентрики. Пример тому с. hammarstroemi (2n<f=21), у которого первая пара хромосом является двуплечей, причем ее длинное плечо сравнимо по длине со второй-третьей, а короткое с четвертой-пятой. Второй и третий биваленты формируют 1-3 хиазмы (средняя - 1,9), на четвертом-пятом, образуется 1-2 хиазмы (средняя - 1,3). Двуплечая хромосома, по размерам равная сумме второй-третьей и четвертой-пятой, могла бы образовывать 4 или 5 хиазм, однако, больше 3 мы никогда не наблюдали (средняя - 2,1).

Аналогичные результаты были получены при анализе частоты хиазм (2,1) в биваленте, образованном метацентрическими хромосомами, с числом хиазм (3,2), в двух бивалентах, состоящих из близких по длине акроцентриков, у австралийского вида саранчовых (John, Freeman, 1975) и у мыши (Горлов, 1989), где сравнивали частоту обменов у акроцентриков и образовавшегося из них метацентрика.

Несомненно, что уменьшенная частота хиазм у видов с дву-

ставителях триб Chrysochraontini и Gomphocerini. Установлено, что при одинаковой суммарной на клетку частоте хиазм отдельные биваленты могут отличаться, причем у С. dispar длинные биваленты образуют меньше, а средние больше хиазм, чем у сь. biguttu-

lUB:

Среднее число хиазм

в длинном в среднем в 6 б и- „„ Вид (1-3)бива- (4-5)бива- вален- на клеткУ

■ ленте ленте те»

Chorthippus biguttulus 2,65±0,05 1,22±0,04 1,0 13,37±0,24 СЬгувосЬтаоп dispar 2,08±0,09 1,65±0.05 1,09±0,04 12.68±0.13 Уровень значимости О,001 0,001 0,05 0,01-0,05

• 7-й и 8-й биваленты у обоих видов всегда образуют одну хиазму

Другими словами, в отношении рекомбинационного процесса различные хромосомы в кариотипе могут вести себя по-разному. Уменьшение частоты обменов, хотя и не обнаруживаемое на уровне клетки; на самом деле проявляется на уровне отдельных групп хромосом, а именно, в трех парах длинных субметацентриков.

При сравнительном анализе процессов конъюгации и рекомбинации в мейозе у С. dispar и С. biguttulus было обнаружено еще одно явление. При незначительных различиях в размерах геномов (11,5 и 11,29 пг, соответственно) длины СК у этих видов отличаются почти вдвое (811 и 432 мкм). Это свидетельствует о различной плотности упаковки при образовании боковых элементов.

Известно, что более платная упаковка хроматина при образовании боковых элементов СК характерна. для гетерохроматических районов хромосом (Stack, 1984, наши данные). Можно предполагать, что именно с гетерохроматином связаны различия в длинах СК у изучаемых видов. А конкретно, более короткие СК С. biguttulus могут быть результатом насыщенности хромосом этого вида интеркалярными гетерохроматиновыми узелками, обнаруживаемыми на профазных хромосомах ряда видов саранчовых.

Нельзя исключить и возможность того, что при образовании боковых элементов у С. biguttulus формируются петли ламповых щеток более длинные, чем у с. dispar и, следовательно, едини-

плечими хромосомами и центрические слияния связаны причинно-следственными взаимоотношениями.

III.3. Неравномерность распределения обменов по длине хромосом /6, 11, 14. 23/ Неравномерность распределения обменов по длине хромосом в настоящее время является надежно установленным фактом. Следствием ее является несовпадение генетических и физических рас- ( стояний между генами, выявляемое при сопоставлении генетических и цитологических карт хромосом у многих организмов.

Прежде всего, следует подчеркнуть, что распределение обменов в акроцентрических хромосомах и плечах метацентриков, как правило, отличается. В акроцентриках часто мы наблгщаем два пика обменов: в проксимальном.и дистальном районе. В плечах двуплечих хромосом проксимальный пик отсутствует, более того, обычно в прицентромерной области хромосомы частота хиазм ниже, чем в интерстициальной (рис. 2).

■Рис- 2. Призеры,

41 *

ги

распределения тиазж по длине акроценприков (слева) и близких по рекомбинационной длине плеч субметаиенщтчес-них хромосом (справа)-а - 1-2-я хромосом РагагсурЬвга т!сгор1е-га; б - длинное плечо 2-й хромосомы вгаиго-¿егиз 8са1аг1в; в 7-8-Я хромосома Оос1о-

staurus ЬгвУ1со1Ив; г длинное плечо з-ц хромосомы сьоггь1ррия рага11в1ив• Указан ® г-кый доверительный интервал• Здесь и далее сярелкоа позоно положение центромеры• Но вертикали отложена частота хиазм

2,40 1 • 2,45.

в г

л ¿1

к 1,26 ! 1.2»

• О,5

а. в

III.4. Механизмы ограничения рекомбинации

Когда были описаны виды саранчовых с локализованными обменами: Stetophyma grossum и Bryodema tuberculatum, сразу возник вопрос и о возможных механизмах ограничения рекомбинации. Прежде всего была проанализирована возможность влияния гетеро-хроматина и авторы пришли к выводу, что именно гетерохроматин определяет расположение хиазмы в строго фиксированном положении на биваленте (White, 1954: Klasterska et al., 1975).

Позднее был изучен процесс формирования синаптонемных комплексов (СК) в распластанных мейоцитах s.grossum и показано, что главную роль в ограничении рекомбинациии у этого вида играет отсутствие конъюгации в той части бивалентов, где хиазмы никогда не наблюдаются (Fletcher, 1977s Wallace, Jones, 1978).

III.4.1. Хиазмы и гетерохроматин /6, 19, 25/

Влияние блоков гетерохроматина на образование хиазм изучается давно. Постулируется, что гетерохроматиновый блок "отодвигает" хиазму (White, 1954: Hewitt,1967, 1979).

Мы также наблюдали "сдвигание" хиазм у гетерозигот по добавочному гетерохроматиновому блоку.

Что же касается облигатного гетерохроматина, то анализируя изменение частоты и локализации хиазм, мы не обнаружили зависимости ни между общим содержанием гетерохроматина. и частотой хиазм, ни между локализацией С-блоков и расположением хиазм.

Например, в трибе Bryodemini одинаковую частоту и локализацию хиазм имеют виды, явно различающиеся количеством гетеро-хрюматина. При этом очевидно, что описанная Уайтом (1954) зависимость между крупными размерами гетерохроматинового блока и дистальным расположением хиазмы в 9-м и 11-м бивалентах, является чисто случайным совпадением, наблюдаемым только у в. tuberculatum. У других видов трибы названные биваленты имеют такой же тип распределения обменов вне зависимости от размеров С-блока (рис. 3).

В длинных и средних бивалентах у Bryodemini хиазма всегда локализуется в непосредственной. близости от прицентромерного С-блока. Если этот блок является двойным (см. раздел 11.1), то обмен может возникнуть непосредственно между двумя блоками.

Таким образом, среди анализируемых видов саранчовых мы не обнаружили влияния облигатного гетерохроматина на локализацию

хиазм, которое проявлялось бы в уменьшении частоты хиазм или их смещении. Скорее наоборот, у видов с высоким содержанием при-центромерного гетерохроматина (Ае. aibiricus и S. acalaria) мы

Рис• з. распределение типзж и относительные размеры блоков С-гешерохрожилина в io-я < слева)

и и-я (справа) бивалентах у г0-5

трех видов трибы Bryodemini: В.tuberculatum ia), A. barabeii-sis (б) ц В. gebleri (в).

t б

г1

-ОЛ

" д

- г б

обнаруживаем повышенную частоту хиазм по сравнению с видами, имеющими меньшие блоки гетерохроматина (рис. 1), причем хиазмы локализуются непосредственно в гетерохроматическом районе и не наблюдается уменьшения частоты обменов в области рядом с С-блоком (рис. 4). Высокая частота обменов у видов с широкими адаптационными возможностями, каковыми и являются Ае. sibiri-cus и S. scalaris, вполне объяснима.

Таким образом, широко распространенное убеждение об ограничивающем действии гетерохроматина на образование хиазм на материале облигатного гетерохроматина у саранчовых не подтверждается.

III.4.2. Хиазмы и синаптонемный комплекс /17, 19, 27/

Мы проанализировали процесс формирования синаптонемных комплексов у видав с локализованными обменами. Это, прежде всего,- виды трибы Chrysochraontini, в метацентрических хромосомах которых, хиазмы имеют преимущественно дистальную локализацию.

Г1

-0,5

г1

Рис. 4. распределение хиазл по блике первого бивалета у 8,вса1яП8. ГМерогрояяическая о&шсяь показана волевой полоской-

При анализе распластанных сперматоцитов этих видов оказалось, что формирование CK в крупных бивалентах, начинаясь в дисталь-ных районах, в подавляшем большинстве клеток заканчивается, не доходя до центромерного района: проксимальные районы бивалентов остаются неспаренными (рис. б).

Как уда отмечалось вше, строго локализованные обмены мы наблюдаем также в подсем. Oedipodinae у представителей трибы Bryodemini. У всех изученных видов трибы, как правило, в клетке формируется 11 хиазм: по одной на бивалент, причем, в восьми самых крупных - в непосредственной близости от центромерного района. Проанализировав процесс образования CK у этих видов, мы обнаружили, что причиной такой локализации, так же как это описано у S. grossum (Fletcher, 1977; Wallace. Jones, 1978), является отсутствие конъюгации гомологов в срединной и дистальной части крупных бивалентов. В то время как короткие биваленты формируют синаптонемный комплекс практически по всей длине бивалента. длинные - только в проксимальной части (рис. 5).

Таким образом, явление локализации хиазм, или отсутствия рекомбинационных обменов в части бивалента у видов -триб Chryso-chraontini и Bryodemini объясняется одним и тем же механизмом: отсутствием конъюгации гомологов. Разница между представителями этих триб в том, что формирование CK в крупных бивалентах у Chrysochraontini начинается с дистальных районов хромосом, а у Bryodemini - с проксимальных.

Изучение процесса конъюгации гомологов у 23-хромосомных видов с двухпиковым распределением обменов показало, что синаптонемный комплекс у них начинает формироваться одновременно с двух концов бивалента: дистального и проксимального. Таким об-

-0.5

'М

: Л

гис• распластанные сперяшоцииы на спаЗии похищены- а -Chrysochraon dispar; 6 - Anacridium aegiptium (CK Образуется ПО всей длине бивалентов; в ~ Angaracris barabensis. X - половой унивалент, ЯО - ядрышко■ Стрелки указывают на границы синопсиса боковых элементов-

разом, можно предполагать, что и кроссинговер в этих бивалентах происходит независимо в двух концах бивалента до того, как

конъюгация закончится.

В то же время у видов, в бивалентах которых концентрация обменов наблюдается только в дистальном районе хромосомы, конъюгация гомологов начинается также в дистальном районе.

Таким образом, неравномерность распределения рекомбинаци-онных обменов у саранчовых полностью объясняются особенностями спаривания гомологов, которое мы обнаруживаем при анализе CK. III.4.3. Хиазмы и добавочные хромосомы/э, Ю, 11/ Наличие локализованных обменов у видов трибы Вгуоdemini делает их очень удобным объектом изучения влияния на рекомбинацию различных факторов. Одним из них, как известно, являются B-хромосомы, в присутствии которых часто увеличивается частота хиазм и меняется их распределение по длине бивалентов.

Мы проанализировали распределение хиазм у особей в. holde-reri с добавочными хромосомами в кариотипе и без них. Как уже говорилось, у Bryodemini обычно образуется одна хиазма на бивалент. В" восьми крупных бивалентах она локализована строго проксимально. Иногда формируется дополнительная хиазма в дистальной области того или иного крупного бивалента. 5/ В. holderer! - это первый и один из 5-8 бивалентов.

Оказалось, что, действительно, в присутствии В-хромосом частота хиазм повышалась с 11,24±0,£2 до 11,49±0,04. Самое интересное то, что это увеличение происходило за счет возрастания частоты обменов в дистальном районе только первого бивалента, частота хиазм в дистальном районе одного из средних бивалентов не отличалась у особей с B-хромосомами и без них (рис. 6). Сле-Рис- s.

Распределение хиазл в первом 1а> и одном из ¡¡-»-го биваде-нтов 1б> у Bryodema holderen . Заштрихованный столбик показывает час аояу хиазм у особей особями без В-хромосом-

ик и. - \

1,0

"0,5

с добавочными хромосомами по сравнению с Указан %£-ный доверительный иняерваа-

довательно, в присутствии В-хромосом у в. holdereri увеличивается частота рекомбинантов вполне определенного спектра.

Не исключена возможность того, что генетическое содержание дисталъного района первой хромосомы, реагирущего на наличие В-хромосом увеличением рекомбинации, является не случайным, а сформировалось в результате эволюционных преобразований карио-типа и отвечает адаптационным потребностям вида.

III.5.Становление механизмов регуляции рекомбинации в эволюции /6, 7, 9, 26/

Среди Oedipodinae мы обнаружили проксимально локализованные хиазмы не только в трибе Bryidemini, но и у представителя трибы Osdipodini С. skalozubovi (рис. 7). Механизмы ограничения рекомбинации в дистальных районах восьми пар' крупных акроцен-триков у него такие же, как у Bryodemini: отсутствие СК. Интересно, что у второго вида этого рода, с. variabilis, СК образуется по всей длине бивалентов и соответственно хиазмы с той или иной частотой формируются в любом районе бивалентов.

Учитывая морфоадаптационное и экологическое сходство представителей триб Bryodemini и Oedipodini (Стебаев, Омельченко, 1981), можно предполагать, что на примере представителей этих триб мы наблюдаем процесс эволюции рекомбинационннх параметров кариотипа в направлении уменьшения частоты хиазм за счет их локализации и образования протяженных групп сцепленных локусов.

Анализируя распределение обменов по длине хромосом у с.variabilis, мы обнаружили значительные внутривидовые различия (рис. 7, 8). Следует подчеркнуть, что определяются они особенностями фондирования СК, .которое начинается у одних особей строго в проксимальном районе хромосомы, у других - на некотором расстоянии от центромеры.

Необходимо отметить, что распределения обменов по длине хромосом различных размерных групп оказываются одинаковыми, по крайней мере для длинных и средних, хромосом (табл. 1).

Сходство распределений обменов по длине длинных и средних хромосом говорит о том, что рекомбинационные параметры хромосом определяются внутриклеточными механизмами, общими для всех хромосом.

Обращает на себя внимание, что по распределению обменов

а П

rh* V

t 9

¿¿i 1

Ш.

cti.

г i

iH Uii

t 10

tfa_

t Tl

Puc 1- Распределение хиазл no длине хрохюсод fl разных видах пов--0«5 сея• Oodipodinae: Oedaleus decorua (а), Coles variabilis (б), С. skalo-zubovt (в) u Bryo-dema tuberculatum -

(г). Обозначения прехние*

о, 5 выделяются 9 и 11 бивалент, т.е. именно те, которые и у Bryodemini резко отличаются от остальных. Внутривидовые различия распределения обменов у предста-_0 5 вителя трибы Locua-tini Oedaleus decorus не столь велики (рис.9), как у с. variabilis, так гв как и у другого вида из этой трибы Pyrgodera arraata. (Внутривидовые различия распределений 0,5 в 9 и 10 бивалентах объясняются наличием ядрышкообразу-щего района в срединной части хромосом. )

г 1

f-1

2.0S

Рис- 8- Примеры распределения хиазл в i-г о'ивсиенте у трех особей с. variabilis. Цифрами обозначена средняя чюповд хиазл ка бивалент-

Таблица 1,

Значения хг, полученные при попарном сравнении распределений хиазм по длине хромосом разных размерных групп у трех особей (рис. 8) С. variabilis.

Раздеркые

группы

хромосом

Размерные

группы

уромосом

Размерные

группы

хромосом

1-2 3-4 5-8 9 10 II

4,02 г.00 7,76 6,36 6,13 t,72 6,80 1,40 2,92 6,34 2,66 7,09 3,09 6,23 4,71

1-2 3-4 5-8 9 10 .II

1,83 1.00 1,32 6,60 12,44* 3,04 1,82 8,36 9,77* 3,01 6,46 12,84* 3,90 11,18* 12,49*

1-2 3-4 5-8 9 10 II

8,20 6,26 22,86** 12,62* 8,67

6,72 26,16** 3,83 10,14* - крити-

ке, 33** 3,46 27,07*. 2?СКИ§

НИЯ X — 9»49» 6,32 13,84** 11,14,

28,84** 32

13.28.

Таким образом, проанализировав ряд Ьосиа1;ш1 - ОесИросИп! - Вгуойегохп!, мы мояем отметить тенденции изменения рекомбина-ционных параметров кариотипа, которая выражается в уменьшении частоты хиазм и установления их строгой локализации в биваленте. В трибе 0ес11рос11п1 этот процесс отличается неустойчивостью, которая проявляется в существовании внутривидового разнообразия по картинам распределения хиазм и образования СК.

Дальнейшее увеличение размеров районов хромосом с ограниченной рекомбинацией мы наблюдаем внутри трибы Вгуойетгии..

Таблица 2.

Наличие дополнительных хиазм в дистальных районах длинных и средних хромосом у видов трибы Вгуойетхп!

Биваленты, формирующие Вид _____Мстальнхо_хиазм2__________

1,2* 3,4* 5-8

B.orientaie + - 4

B.gebleri + +

B.holdereri + - +

B.luctuosum + + +

B.iieptapotamicuro + + - +4

B.tuberculatum + - 4 - 4 4

A.barabensis 444 44

A.rhodopa - 44 4 4444

* Возможности идентификации бивалентов внутри размерной группы различны у разных видов. Например, у В; holdereri и В. tuberculatum хорошо отличаются друг от друга первый и второй биваленты, а у В. heptapotamicum и В. tuberculatum - третий и четвертый, поэтому можно точно сказать, какой из бивалентов у этих видов образует дистальную хиазму.

В остальных случаях количество плюсов означает число бивалентов данной размерной группы, формирующих дистальную хиазму.

Проксмлально располояешая хиазма в восьми крупных бивалентах у видов трибы Bryodemini является обязательной хиазмой. Кроме нее некоторые биваленты с невысокой частотой могут формировать erne одну, дополнительную хиазму в дистальном районе (рис. 7, табл. 2). Число таких бивалентов у разных видов трибы различно.

Сопоставляя представленные данные с эволюционными взаимоотношениями в трибе (Bey-Bieriko, 1930), можно сделать вывод о том, что число бивалентов, способных формировать вторую хиазму в ходе эволюции трибы уменьшается. Другими словами, на уровне трибы, также-,как и на уровне семейства Acrididae в целом, мы наблюдаем процесс уменьшения частоты рекомбинационных обменов.

■ В трибе Bryodemini с очевидностью проявляется то, что с уменьшением количества обменов увеличиваются размеры нерекомби-нирундих участков, которые могут достигнуть размеров целой хромосомы. Продолжая рассуждение о складывающейся в ходе эволюции дифференциации хромосом в отношении рекомбинационного .процесса, можно сказать, что на примере видов трибы Bryodemini, мы наблюдаем переход участков хромосом от состояния с пониженной реком-бинационной активностью к полному сцеплению.

III.6. Дифференциация хромосом в отношении рекомбинационного процесса.

/6, 16, 26/

Как показано выше (табл. 1), у с. variabilis короткие биваленты могут отличаться от длинных и средних.

Отдельные особи с. variabilis, отличающиеся по характеру распределения от остальных представителей вида, тем не менее, демонстрируют полное сходство распределений между •отдельными хромосомами из- группы длинных и средних. Это говорит о существовании "рекомбинационной машины", которая заставляет все хромосомы коньюгировать, а затем и рекомбинировать одинаково. Различия между хромосомами этой группы заключаются только в рекомбинационной длине.

У с. skalozubovi 10-й и 11-й биваленты образуют хиазмы по всей длине. В 1-9-м бивалентах хиазмы локализованы, причем в 9-м биваленте дистально, а в 1-8-м - проксимально. У Bryodemini происходит дальнейшая дифференциация хромосом: 9-й и И-й биваленты формируют преимущественно дистальные обмены, и только

10-й сохраняет способность образования хиазмы в любом районе.

Таким образом, у видов с локализованными хиазмами не все хромосомы набора ограничивают рекомбинацию. В некоторых хромосомах наблюдается формирование хиазмы с той или иной частотой по всей их длине. Как правило, это одна- или несколько коротких хромосом. Они образуют одну хиазму в любом месте бивалента и, таким образом обеспечивают случайную рекомбинационную изменчивость.

Другими словами, мы наблюдаем, как и в случае с добавочным гетерохроматином, разделение кариотила на две подсистемы: случайно рекомбинирущие короткие хромосомы, определяющие внутривидовой полиморфизм, и длинные, рекомбинация в которых ограничена, т.е. более стабильные.

Вопрос о том, каково генетическое содержание районов с ограниченной рекомбинацией, остается открытым. Это могут быть полигенные комплексы, которые с необходимостью возникают, если предметом отбора является определенное гетерозиготное состояние наследственной системы (Дубинин, 1948; Шеппард, 1970). Не исключена возможность нахождения в этих районах полицистронвых локусов, защищенных от неравного кроссинговера. Наконец, учитывая большие размеры геномов саранчовых, можно предполагать, что в этих районах сосредоточена генетически инертная ДНК.

Несомненно то, что участки хромосом с ограниченной рекомбинацией действительно существуют, и, вполне возможно, что они отличаются и по каким-либо другим параметрам от районов, участвующих в кроссинговере с высокой частотой. Указанием на это служит обнаруженное нами в крупных субметацентриках у видов трибы СЬгузосйгаогЛгп! морфологическое различие проксимальных и дистальных районов хромосом, с разной частотой участвующих в рекомбинационном процессе (рис, 9).

Если районы с ограниченной рекомбинацией действительно возникают в ходе эволюции, то они с необходимостью должны концентрироваться, собираясь под защиту единого механизма, препятствующего кроссинговеру. Механизмом концентрации являются хромосомные перестройки, тасушие группы сцепления. О существовании многочисленных хромосомных перестроек, в частности транслокаций, которые не приводят к очевидным изменениям кариотипов, свидетельствуют результаты анализа конъюгации хромосом у межви-

Pue- 9-Морфология первого биваленяа на сяадии дипло-яены и распределение хиазл в нем у Chrysoch-raoa dispar (слеваi u Hongo-lotettix Japonic us (справа)-Окраска аиеяоор-сеинол-

ЬЛ

-0,5

довых и межподвидовых гибридов саранчовых (John, Lewis, 1965s John, Weissroan, 1977).

III.7.Распределение хиазм и робертсововские перестройки /6, 19, 23, 26, 27/ Как уже говорилось выше (111.3), характер распределения рекомбинационных обменов у саранчовых различен в акроцентриках и плечах двуплечих хромосом.

Интересно, что в длинных акроцентрических хромосомах у Chorthippus schmid-ti (2n<f = 23) И С. hanraarstroemi (2n<? = 21 ) мы обнаруживаем распределения, характерные для плечей двуплечих хромосом (рис. 10). Следует подчеркнуть, что все остальные изученные виды данного рода имеют 17-хромосомные кариотипы.

Рис- ю- Т

Распределение хиазл по длине i-2-го <слева> и з-6-го (справа) бивалентов у Chorthippus echini dt i. Обозначения прежние-

Г +r4"1-Hf

г,75

-0,5

1,85

Мы предполагаем, что формирование

зв

механизмов, ведущих к

наблюдаемому распределению обменов, предшествует вступлению акроцентриков в центрические слияния.

Такое предположение объясняет, почему в трех трибах под-сем. Acridinae параллельно происходит процесс образования двуплечих хромосом за счет центрических слияний длинных акроцентриков. Это определяется предшествующей эволюцией хромосом, в ходе которой сформировался определенный тип распределения обменов -по длине хромосом, при котором в проксимальном районе частота обменов понижена. Образование двуплечей хромосомы приведет к закреплению такого распределения за счет интерферирующего действия центромерного района.

Не исключено, что в разных трибах подсемейства в центрические слияния могуг вступать акроцентрики в различных сочетаниях. Ограничивающее или стимулирующее влияние на то или иное сочетание может оказать открытое наш у с. biguttulus явление хиазменной интерференции через центромеру /23/.

Можно предполагать, что формирование групп тесно сцепленных локусов в дистальном районе хромосом служит ограничением на вступление хромосом в робертсоновские слияния, так как при этом должен резко измениться характер распределения рекомбинационных обменов по длине хромосом. Возможно, что именно это является причиной того, что в подсем. Cettipodinae, где высокой частотой рекомбинации отличаются проксимальные районы хромосом, мы не наблюдаем центрических слияний. Уменьшение числа хромосом, описанное в роде Trinierotropis (Osdipodinae), произошло за счет слияния хромосом дистальными районами (John, Weissroan, 19??).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, анализ частоты и локализации хиазм в качестве интегральной характеристики рекомбинационных свойств кариотипа позволил обнаружить у саранчовых эволюционную тенденцию уменьшения частоты рекомбинации и увеличения неслучайности распределения рекомбинационных обменов по длине хромосом. Эта тенденция является общей для двух независимо эволюционирующих подсемейств: Acridinae и Oedipodinae, и, на наш взгляд, определяет все кари-отипические преобразования.

Рекомбинационные параметры хромосом складываются в ходе эволюции постепенно и являются очень устойчивыми. Предположение

о том, что они являются ведущими в эволюционных преобразованиях кариотипов подтверждается, прежде всего, на примере видов под-сем. Асг1<Ипае, где центрическим слияниям хромосом предшествует формирование типа распределения хиазм, характерного для плеч метацентриков. Само по себе центромерно-центромерное слияние хромосом приводит к снижению рекомбинационного индекса не только за счет уменьшения числа групп сцепления, но и за счет снижения частоты рекомбинации в плечах метацентриков по сравнению с соответствующими по размерам акроцентрическими хромосомами.

Неравномерность распределения обменов по длине хромосом и. следовательно, формирование групп более или менее тесно сцепленных локусов свидетельствует о том, что уменьшение частоты рекомбинации сопровождается упорядочением рекомбинационного процесса. Это проявляется в появлении участков хромосом с ограниченной рекомбинационной способностью. Таким образом, геном разделяется на две подсистемы: случайно рекомбинирующую и содержащую крупные блоки полностью или частично сцепленных локусов. Другими словами, рекомбинация является эволюционирующим признаком и меняется она от случайной к более упорядоченной. -

Возникает вопрос, насколько явления, обнаруженные нами у саранчовых, характерны для кариотипов других организмов.

Примеры полного отсутствия кроссинговера хорошо известны. Это - гетерогаметный пол у дрозофилы и тутового шелкопряда. В сперматогенезе же саранчовых мы наблюдаем многообразие картин распределения обменов. Возможно, что детальный сравнительно-эволюционный анализ интегральных рекомбинационных параметров кариотипов, проведенный на представителях других групп организмов. обнаружит подобное явление. Но может оказаться'и так, что в*каких-то группах мы не найдем того разнообразия рекомбинационных свойств кариотипов, которое обнаружилось у саранчовых. Эта группа насекомых является в какой-то мере уникальной, поскольку большое видовое разнообразие в ней сочетается с богатым эволюционным прошлым. Современные саранчовые возникли в юрском периоде (Шаров, 1968). Их эволюция, сопровождавшаяся длительными периодами, во время которых преобладала стабилизирующая форма отбора, по-видимому, способствовала созданию и закреплению стабильных генных сочетаний в районах хромосом с ограниченной рекомбинацией.

Вопрос о том, каково генетическое содержание районов хромосом с ограниченной рекомбинацией требует дальнейших исследований. Несомненно, что эти исследования необходимо проводить с использованием данных о распределениях рекомбинационных обменов в оогенезе. В настоящее время мы располагаем лишь отдельными свидетельствами того, что локализация хиазм в ооцитах может отличаться от их локализации в сперматоцитах. Изучение изменения распределения хиазм в мейоцитах обоих полов у саранчовых в ходе эволюции позволит лучше понять процесс становления рекомбинационных параметров хромосом.

вывода

1. Проведен комплексный цитогенетический анализ кариотипов 118 видов саранчовых сем. Асг1й1йае. Изучены число и морфология хромосом, распределение С-гетерохроматина в метафазных и про-фазвых хромосомах, частота и локализация хиазм в бивалентах на стадиях диплотены-диакинеза, а также процесс формирования си-наптонемных комплексов. Кариотипы 66 видов описаны впервые.

2. Обнаружено, что подавляющее число изученных видов под-сем. Ое<Цро<3:тае и Catantipinae имеют типичные для семейства кариотипы, содержащие 23 акроцентрические хромосомы в наборе у самцов, 24 у самок.

В трибе ОотрЬосегзт подсем. Acrid.in.ae, большинство видов которой имеют 17-хромосомный кариотип, найден один вид с 21 хромосомой в наборе и 6 видов с 23-хромосомным кариотипом.

В ранее не изучавшейся трибе Со^с^ашйМ описаны виды с 17, 19 и 23 хромосомами в кариотипе самцов.

Обнарунено, что у всех видов с мета- и субметацентрически-ми хромосомами, плечи двуплечих хромосом, как правило, длинее самого длинного из акроцентршсов набора.

На основании этих фактов и известных родственных взаимоотношениях анализируемых видов сделано предположение о том, что центрические слияния происходили в этих трибах после их дивергенции от общего предка и были предопределены предыдущей эволюцией крупных акроцентриков.

3. В профазных мейотических ядрах обнаружены многочисленные мелкие С-гетерохроматические узелки, различной степени концентрации у разных видов. У одних видов узелки рассеяны по всей

длине хромосом и такой гетерохроматин не выявляется в метафаз-ных конденсированных хромосомах. У других. - наблюдается концентрация С-узежов в проксимальной или дистальной области хромосом и тогда конденсация хроматина приводит к тому, 'что в мета-фазной хромосоме обнаруживается крупный С-блок.

Составной характер имеют крупные аутосомные С-блоки тело-мерной и прицентромерной локализации. Интеркалярные С-блоки аутосом, блоки Х-унивалента в сперматогенезе и добавочные С-блоки сложную структуру не обнаруживают.

4. Показано, что филогенетически близкие виды обладают сходным характером локализации С-гетерохроматических блоков в метафазных хромосомах. Размеры С-блоков при этом могут различаться.

Установлено, что внутривидовой кариотипический полиморфизм по гетерохроматину у изученных видов определяется прицентромер-ными и теломерными С-блоками, локализованными на коротких и средних хромосомах набора. ,

5. Показано, что различия средней частоты хиазм у видов семейства, как правило, соответствуют рангу сравниваемых таксонов.

Установлено, что в ходе' эволюции саранчовых происходит уменьшение частоты хиазм, сопровождающееся появлением протяженных участков хромосом с пониженной рекомбинацией или полным ее отсутствием. Этот процесс наблюдается как на уровне семейства Асг1с1±4ае, в целом, так и на уровне отдельных триб.

Участки с ограниченной рекомбинацией локализуются у представителей разных подсемейств различно: проксимально у Асгхйл.-пае и дистально у Оейаро<Ипае.

6. Обнаружено, что близкородственные виды характеризуются одинаковым типом распределения хиазм по длине бивалентов. Можно выделить три типа: первый - с концентрацией обменов в дисталь-ном районе хромосом и более или менее пониженной их частотой (вплоть до полного отсутствия) в проксимальном районе; второй -с повышенной частотой обменов как в проксимальном, так и дис-тальном районах; третий - с концентрацией обменов в проксимальном районе и их отсутствием в остальной части бивалента.

7. При анализе процесса формирования синаптонемных комплексов установлено, что особенности распределения обменов по

длине хромосом полностью определяются закономерностями спаривания гомологов, которые также можно свести к трем типам: спаривание начинается в дистальном районе хромосом и заканчивается в проксимальном или не доходя до него; спаривание начинается одновременно в дистальном и проксимальном районах, гомологи при этом конъюгируют полностью, либо центральная часть бивалента может остаться неспаренной; конъюгация гомологов начинается в проксимальном районе и заканчивается не доходя до дистального.

8. Сравнение картины распределения хиазм с локализацией С-гетерохроматических блоков продемонстрировало, что в ряде случаев репрессирующее действие гетерохроматина на кросссинго-вер отсутствует.

Установлено, что тип распределения хиазм является эволюци-онно более консервативным признаком хромосомы, чем размер гетерохроматического блока.

9. На примере изменения процесса хиазмообразования у особей Вгуойета Ьо1йегвг1 с добавочными хромосомами продемонстрирована принципиальная возможность увеличения доли рекомбинантов определенного типа в конретных условиях.

10. Показано, что виды с двуплечими хромосомами в целом имеют меньшую частоту хиазм, чем 23-хромосомные виды, причиной этому является то, что плечи двуплечих хромосом образуют меньше хиазм, чем соответствуйте им по размерам акроцентрики.

Распределения обменов по длине плеч у метацентриков и ак-роцентриков различны, за исключением 23-хромосомных видов трибы СотрЬ.осег:ш±, где крупные акроцентрики демонстрируют тип распределения обменов, типичный для двуплечих хромосом.

На этом основании сделано предположение о том, что становление характера распределения обменов, определяемое типом конъюгации, предшествует вступлению хромосом в центрические слияния, а возможно, и предопределяет их.

11. На основании сопоставления особенностей распределения хиазм и локализации варьирующих блоков С-гетерохроматина с филогенетическим положением видов сделано предположение о том, что в ходе эволюции происходит разграничение генома на две подсистемы: консервативную и лабильную.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. Кикнадзе И.И., Высоцкая Л.В. Измерение массы ДНК на ядро у видов саранчовых с разным числом хромосом // Цитология. 1970. Т. 12. *9. С. 1100-1107.

2. Кикнадзе И .И., Высоцкая Д.В. Микроскопическая морфология мейоза и его модификаций // Цитология и генетика мейоза. М.: Наука. 1975. С. 15-41,

3. Высоцкая Л.В. Поведение С-гетерохроматиновых районов хромосом в первой профазе мейоза у саранчового stauгodeгus аса-1аПв // Цитология. 1979. Т. 21. № И. С. 1279-1282.

4. Высоцкая Л.В., Тутурова К.Ф. Повторяющиеся нуклеотидные последовательности, гетерохроматин и содержание ДНК у некоторых видов саранчовых // Известия СО АН СССР. 1981. Серия биол.наук. № 10. Вып. 2. С 95-101.

5. Бугров А.Г.• Высоцкая Л.В. Кариологические особенности некоторых саранчовых (ОгШ<^ега, Асг1йо1йеа) Сибири, Средней Азии и Дальнего Востока //Вопросы экологии. Новосибирск, 1981. С. 3-12.

6. Высоцкая Л.В., Бугров А.Г., Стебаев И.В. Частота хиазм как штогенетический критерий эволюционных отношений в семействе Асг1<И(1ае // Ж. общ. биол. 1983. Т. 44. * 4. С. 480-490.

7. Стебаев И.В., Бугров А.Г., Высоцкая Л.В. Анализ филогенетических отношений короткоусых прямокрылых {Oгthopteгa, Сае-1г£вга, Ечта^асоГаеа и АсгИсайеа) фауны СССР на основе синтеза цитогенетических. таксономических и экологических данных // Ж. общ. биол. 1984. 1. 45. * 4. С. 456-471.

8. Высоцкая Л.В., Бугров А.Г. Распределение С-гетерохроматина в профазе мейоза у саранчовых // -Цитология.

. 1985. Т. 27. № 10. С. 1118-1122.

9. Высоцкая Л.В. Неслучайное изменение частоты хиазм в присутствии В-хромосом у Вгуойета Ьо11егег1 (Oгtllopteгa, Ое<11-ро<Илае) и Генетика. 1986. Т. 22. * 9. С. 2272-2275.

10. Высоцкая Л.В., Бугров А.Г. Система внутривидового ка-риотипического полиморфизма у саранчовых трибы Вгуойепшй // Молекулярные механизмы генетических процессов . Тез. докл. М. 1986. С. 68-69.

11. Высоцкая Л.В. Влияние В-хромосом на образование хиазм у саранчового Вгуойеша ЬоИегег! // Рекомбиногенез: его значе-

ние в эволюции и селекции. Материалы Всесоюзн. конф. Кишинев: Штиинца. 1986. с. 48-50.

12. Высоцкая Л.В., Бугров А.Г. Сравнительно-кариологичес-кий анализ саранчовых трибы Bryodemini (Orthoptera, Acrididae, Oedipodinae) фауны СССР// Зоол.ж. 1987. Т. 66. Вып. 8. С. 11891195.

13. Бугров А.Г., Гусаченко A.M., Высоцкая Л.В. Сравнительный цитогенетический анализ саранчовых триб Gomphocerini. Chry-sochraontini (Orthoptera, Acrididae) // Экология и география членистоногих Сибири. Новосибирск: Наука. 1987. С. 32-34.

14. Высоцкая Л.В., Бугров А.Г. Цитогенетическое исследование видов трибы Bryodemini (Orthoptera, Acrididae) // Там же. С. 40-42.

15. Бугров А.Г., Высоцкая Л.В. Частота и локализация хиазм как показатель степени экологической специализации вида на примере саранчовых (Orthoptera, Acrididae) // Ландшафтная экология насекомых. Новосибирск: Наука. 1988. С. 56-63.

16. Высоцкая Л.В. Полифункциональность хромосом и эволюционные направления преобразований кариотипов // Известия СО АН СССР.-Сер. биол. наук. 1989. Вып. 2. С. 46.

17. Высоцкая Л.В., Агапова O.A., Гусаченко A.M. Особенности образования синаптонемных комплексов и распределения хиазм у двух видов саранчовых // Генетика. 1990. Т. 26. № 11. С. 19531959.

18. Высоцкая Л.В. Терминализация хиазм. Есть или нет? // Известия СО АН СССР. Сер. биол.наук. 1990. Вып. 2. С. 11.

19. Высоцкая.Л.В., Агапова O.A., Гусаченко A.M. Гетерохро-матин, конъюгация гомологов'и локализация хиазм // Там же. С. 12.

20. Бугров А.Г., Гусаченко A.M., Высоцкая Л.В. Кариотипы и С-гетерохроматиновые районы саранчовых трибы Gomphocerini (Orthoptera, Acrididae, Gomphocerínae) фауны СССР // Зоол.ж. 1991 i Т. 70. Я 12. С. 55-63.

21. Astachova N.M., Vysotskaya i.V., Graphodatsky A.S. Detailed analysis of a new translocation in pig // Genet. Sel. Evol. V. 23. Suppl. 1. P. 65-69.

22. Gusachenko A.M., Warchalowska-Sliwa E.. Maryanska-Nadachowska A.', Bugrov A.G., Vysotskaya L.V. Cytogenetic analy-

sis of populations of Chorthippua albomarginatus (De Geer) (Ao-rididaes Orthoptera) // Folia biologica (Krakow). 1992. Y. 40. * 1-2. P. 27-31.

23. Горлов И.П.. Гусаченко A.M., Высоцкая JI.B. Онтогенетический анализ рекомбиавдонных взаимодействий // Генетика. 1993. Т. 29. № £. С. 288-295.

24. Гусаченко A.M., Высоцкая Л.В.. Бугров А.Г. Онтогенетический анализ сибирской кобылки (Orthoptera, Acrididae) из Горного Алтая // Докл. Академии наук. 1973. Т. 328. № 2. С. 250252.

25. Агапова О.А., Высоцкая Л.В. Синаптонемные комплексы и гетерохроматин у таракана // Цитология. 1993. Т. 35. № 8. С. 10-16.

26. Sergeev, M.G., L.'i.Vysotskaya, A.G.Bugrov. О.А. Agapo-va, A.M.Gusachenko, I.G.Kazakova. The karyotypic and phenotypic features as the markers of grasshopper evolution // Metaleptea. 1993. Y. 14. » 3. P.21.

27. Гусаченко A.M.. Агапова О.А., Высоцкая Л.В. Рекомбина-ционные параметры некоторых 23-хромосомных видов саранчовых // Генетика (в печати).

.Приложение Числа хромосом и хромосомных плеч у изученных видов саранчовых

Таксон 2nd NN

1 2 3

CATANTOPINAE

Dericorythini

1. I)ericorys albidula Aud.-Serv. • 23 23

2. I).tibialis (Pall.) • 23 23

3. D.annulata (Pieb.) 23 23

Egnatiini

4. Egnatius apioailis St&l. • 23 23

Oxyini

5. Oxya fuscovittata (Marsch.) 23 23

6. 0.maritima L. Mistsh.» 23 23

i a 3

Ccnophymatini

7 . Conophyma przewalskii B.-Bien. 23 23

a. C.semenovi Zub. * 23 23

9. C.sokolcwi Zub. » 23 23

10. C.turkestanicum Sergeev 23 23

Podismini

11. Zubovskya koeppeni parvula (Ikorin. i I » 21 21

12. Primnoa prinmoides (Ikorm. ) 23 23

13. P.primnoa P.-W. » 23 23

1 4. P.ussuriensis ÍSerg.l'arb.) 23 23

15. Podisma pedestris (L.) 23 23

16. Melanoplus írigidus (Boii.) * 23 23

17. Birenepiiilus longipennis (Sh.tr. ) 23 23

C'yrt acanthacri dini

18. Schlstocerca gregaria (Forsk.) 23 23

19. Anacrídium aegyptium (I. ) 23 23

Calliptamini

20. Calliptamus abbreviatua Ikonn. » 23 23

21. C.italicus (L.) 23 23

22. C.barbarus (Costa) 23 23

Eyprepocnemidíni

23. Eyprepocnemis unicolor Serg.'Iarb. 23 23

24. Shirakiacris shirakii (I.Bol.) » 23 23

ACRIDINAE

Acridini

25. Acrida oxycepiiala (Pall. ) 23 23

Truxalini

26. Truxalis eximia Eich. 23 23

Ohrilidini

27. Ohrilida hebetata (Uv.) » 23 23

Phlaeobini

28. Duroniella gracilis Uv. 23 23

Chrysochraont ini

29. Chrysochraon dispar(Germ.) 17 23

30. Euthystíra brachyptera (Ocsk. ) 17 23

31. Mongolotettix japonicus (I.Bol.) 17 23

32. Podismopais altaica Zub. » 17 23

33. P.jacuta Mir. • 17 23

34. P.poppiusi (Mir.) * 17 23

35. P.ussuriensis Ikonn. • 17 23

Arcypterini

36. Arcyptera fusca (Pall.) » 23 23

3T. Pararcyptera m.microptera (F.-W.) • 23 23

38. Ramburiella turcomana (P.-W. ) » 23 23

Dociostaurini

39. Docioataurus maroccanus (Ihnb.) 23 23

40. D.brevicollia (Ev.) 23 23

41. D.plotnikovi Uv. 23 23

42. D.krauasi (Ingen.) • 23 23

43. Notostaurus albicornis (Ev.) 23 23

44. N.popovi Mir. 23 23

45. EremippuB simplez (Ev.) • 17 23

46. E.mistslienkoi I.Steb. • 19 23

Gpmpliocerin.i

47. Stenobothrus lineatua (Pan.2. ) 17 23

48. S.f.ischeri (Ev.) 17 23

49. S.carbonarius (Ev.) 17 23

50. S.neuskii Zub. • 17 23

51. S.eurasius Zub. • 16 23

52. Qffiocestua viridulus (L.) - 17 23

53. O.haemorrhoidalia ÍCharp.) 17 23

54. O.petraeua (Bris.) 17 23

55. Myrmeleotattix paipaiis (Zub. ) » 17 23

56. M.maculatua {Thnb. ) 17 23

57. M.pallidua (Br.-W.) 17 23

.58. Gomphocerua rufus (Thnb. ) « 17 23

59. Aeropús eibiricus (L. ) • 17 23

60. Aeropedellus variegatus (P.-W. ¡ 23 23

61. A.baliolus L. Mistsh.» 23 23

62. I'asyhippus barbipes (P.-W. i • 23 23

63. Mesaaippua kozhevnikovi (Serg.íarb.) 23 23

64. i M.tarbagataicus Sergeev et- Bugrov 23 23

65. Pezohippus callosus (Uv. ) » 23 23

66. Stauroderus scalaris (P.-W.) 17 23

67. Chorthippus aethalinus (Zub. ) * 17 23

68. Ch.apricarius (I.) 17 23

69. Ch.biguttulua (I.) 17 23

70. Ch.dubius (Zub.) * 17 23

71 Ch.abchasicus Eme. * 17 23

72 Ch.macrocerua (P.-W.) » 17 23

73. Ch.saxatilis B.-Bien. • 17 23

74. Ch.vicinus Mistsh. » 17 23

75 Ch.ierganensis Um. « 17 23

76. Ch.jaoobsoni (Ikonn.) * 17 23

77. Ch.intermediua (B.-Bien.) * 17 23

78. Ch.hammarstroemi (Mir.) * 21 23

79. Ch.schmidti (Ikonn. i * 23 23

80. Ch.fallax (Zub. ) 17 23

81. Ch.montanus (Charp.) * 17 23

82. Cii.parallelus (Zett.) 17 23

83 Ch.loratus (P.-W.) » 17 23

84. Ch.dorsatus (Zett.) 17 23

85. Ch.dichrous lEv. ) • 17 23

86. Ch.albomarginatus (I'eG. ) * 17 23

87. Ch.angulatus Serg. Tarb. » 17 23

88. Buchorthippus pulvinatus (P.-W,¡ * 17 23

69 ¿'.unicolor (Ikonn.) » 17 " 23

Mecostethini

90. Stethophyma grossum (1.i 23 23

91 S. tsherskii Ikonn. 23 23

92. Mecostethus alliaceus (Germ.) 23 23

0EDIP0DINAE

Bpacromiini

93. Epaoromius tergestinus (Charp.) * 23 23

94. Ailopus thalassinus (P. ) 23 23

Locustini

95.: Locusta migratoria I. 23 23

9ó .< üedaleus infernalis Sausa. * 23 23

97.0e.decorus (Germ.) • 23 23

98.Psophus stridulus (1.) 23 23

99.Pyrgodera armata F.-W. 23 23

Oedipodini

lOO.Celes variabilis (Pall.) • 23 23

101.C.skalozubovi Adel. 23 23

102.Mioscirtua wagneri (Kitt.) 23 ■23

103.0edipoda caerulescens (L.) * 23 23

104.Oe. miniata (Pall.) 23 23

Bryoderoini

105.Bryodema holdereri Krauss * 23 23

106.B.tuberculatum (P.) 23 23

107.B.orientals B.-Bien. • 23 23

108.B.gebleri (P.-W.) » 23 23

109•B.beptapotamicum B.-Bien. « 23 23

HO.B.luctuosum (Stoll) » 23 23

111,Angaracris barabensis (Pall.) • 23 23

112.A.rhodopa (P.-W.) • 23 23

Sphingono t ini

113 .Sphingonotus maculatus Uv. * 23 23

114.S.eurasius L.Mistsli. • 23 23

115.S.beybienkoi L.Mistsb. • 23 23

116.S.mongolicus Sauss. • . 23 23

117.Pseudosphingotiotus savignyi (Sauss. )* 23 23

118.Sphingoderus carinatus (Sauss.) • 23 23

• Звездочками отмечены виды, кариотипы которых описаны впервые.

Информация о работе

Высоцкая, Людмила Васильевна
доктора биологических наук
Новосибирск, 1993
ВАК 03.00.15

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Закономерности эволюционных преобразований кариотипов саранчовых ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Закономерности эволюционных преобразований кариотипов саранчовых"

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Закономерности эволюционных преобразований кариотипов саранчовых
ВАК РФ 03.00.15, Генетика