Дивергенция последовательностей дисков политенных хромосом у видов рода Chironomus (Diptera, Chironomidae) из цитокомплекса "pseudothummi"

• Автор: Брошков, Андрей Дмитриевич
• Шифр специальности: 03.03.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДИВЕРГЕНЦИИ

КАРИОТИПОВ У ХИРОНОМИД [ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ]

1.1. Структура и эволюция кариотипа в семействе Chironomidae

1.2. Хромосомный полиморфизм, его роль в дивергенции популяций

и видов хирономид

1.2.1. Парацентрические инверсии как основной фактор дивергенции геномов при видообразовании

1.2.2. Реципрокные транслокации целых хромосомных плеч

в роде Chironomus, цитокомплексы

1.2.3. Локальные дупликации и делеции дисков
1.3. Реконструкция цитогенетической истории видов с помощью
анализа инверсионных последовательностей дисков
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Материалы
2.2. Методы
2.2.1. Изучение кариотипов
2.2.2. Картирование хромосом
2.2.3. Изучение центромерных районов
2.2.4. Цитогенетические показатели инверсионного полиморфизма
2.2.5. Анализ локализации и частот инверсионных разрывов
2.2.6. Построение филогенетических деревьев
2.2.7. Микроскопический анализ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Структура кариотипа и хромосомный полиморфизм у видов
рода Chironomus из цитокомплекса «pseudothummi»
3.1.1. Chironomus pseudothummi Strenzke, 1
3.1.2. Chironomus melanescens Keyl, 1
3.1.3. Chironomus sp. prope uliginosus
3.1.4. Chironomus «dorsalis» sensu Strenzke [1959]
3.2. Эволюция последовательностей дисков у видов рода Chironomus
из цитокомплекса «pseudothummi»
3.2.1. Локализация и частоты инверсионных разрывов
в хромосомах видов рода Chironomus
3.2.2. Дивергенция последовательностей дисков и хромосомная эволюция
у видов рода Chironomus из цитокомплекса «pseudothummi»
3.3. Особенности структуры центромерных районов политенных
хромосом у видов рода Chironomus
3.3.1. Морфология рисунка дисков в ценромерных районах политенных хромосом у видов рода Chironomus в цитокомплексах «thummi»
и «pseudothummi»
3.3.2. Изучение ценромерных районов политенных хромосом у С. «dorsalis»
с помощью С-дифференциалъного окрашивания
3.3.3. Изучение ценромерных районов политенных хромосом у С. «dorsaiis»
с помощью флюоресцентной in situ гибридизации (FISH)
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования.
Интенсивное развитие молекулярной сравнительной геномики животных в последние годы подтвердило высказанное ранее цитогенетиками (Dobzhansky, 1970) заключение о том, что хромосомные перестройки и, прежде всего, инверсии, играют ведущую роль в дивергенции геномов при видообразовании [Kumar et ai, 2001; Zdobnov etal, 2002; Eichler, Sankoff, 2003; Marques-Bonet et al, 2004; Severson et al, 2004; Ayala, Coluzzi, 2005; Kirkpatrick, 2010). Использование молекулярных методов при сравнении линейной организации геномов животных из самых разных таксонов позволило выявить значительно большее число хромосомных перестроек, изменявших порядок генов в геномах при видообразовании, чем это удавалось цитогенетикам при анализе хромосом, но это не уменьшило значение хромосомного анализа при изучении дивергенции геномов животных в процессе видообразования, а, напротив, привлекло еще большее внимание к проблеме роли хромосомных перестроек в дивергенции геномов [Kirkpatrick, 2010). В настоящее время ключевым направлением в сравнительной геномике является определение числа и локализации хромосомных разрывов в геноме, изменяющих линейный порядок генов в группах сцепления, что позволяет реконструировать филогенетическую историю видов и более крупных таксонов. Наиболее удобной моделью для изучения роли хромосомных перестроек в эволюции геномов до сих пор служат политенные хромосомы Diptera, в частности, политенные хромосомы видов рода Chironomus, широко распространенных по всему миру и обитающих в самых разнообразных экологических условиях, что позволяет оценивать взаимосвязь хромосомных перестроек и факторов среды.
Кариотипы видов рода Chironomus строго видоспецифичны за счет фиксированных хромосомных перестроек: реципрокных транслокаций целых хромосомных плеч и инверсий (Keyl, 1957, 1961, 1962; Martin, 1966, 1979, 2011, 2012а, 2012b; Wiilker, 1973,1980,2010; Michailova, 1989; Michailova etal., 2007; Кикнадзе и др., 1989, 1991, 1996, 2004а, 2008; Kiknadze et ai, 2010; Петрова, 1989, 1990; Шобанов, 2000, 2002а,б). Это дает возможность определять локализацию точек разрывов хромосомных перестроек, их спектр у разных видов и восстанавливать цитогенетическую

историю каждого вида (Keyl, 1962; Martin, 1979, Wiilker et al., 1989; Кикнадзе и др., 1989,1991,1996, 20046, 2008; Kiknadze etal, 2010; Шобанов, 2000,2002а,б).
До последнего времени эти исследования проводились в основном на видах рода Chironomus, принадлежащих к цитокомплексу «thummi». Виды данного цитокомплекса имеют сочетание хромосомных плеч АВ (хромосома I), CD (хромосома II), EF (хромосома III), G (хромосома IV). Они широко распространены в Северном полушарии (в Евразии и Северной Америке) и очень редко встречаются на других континентах. Помимо цитокомплекса «thummi» в роде Chironomus имеется еще ряд других цитокомплексов. Кариотипы видов разных цитокомплексов различаются сочетанием хромосомных плеч: АЕ CD EF G (цитокомплекс «pseudothummi»), AC ED FB G (цитокомплекс «parathummi»), AF CD BE G (цитокомплекс «maturus») и другие (Keyl, 1962). Малоизвестно, насколько закономерности хромосомной эволюции, выявленные в цитокомплексе «thummi», характерны для других цитокомплексов. В то же время, наличие в кариотипах видов других цитокомплексов транслоцированных хромосом сильно изменяет линейную структуру геномов, что может влиять как на хромосомный полиморфизм, так и на активность генов. В связи с этим, необходимо сравнить закономерности хромосомнй эволюции у видов цитокомплекса «thummi» и второго по числу видов в роде Chironomus цитокомплекса «pseudothummi». В противоположность цитокомплексу «thummi», виды цитокомплекса «pseudothummi» распространены в основном в Южном полушарии, их распространение в Северном полушарии сравнительно мало изучено, а в Сибири оно практически не исследовалось.
В целом сравнение эволюции кариотипов у видов рода Chironomus из разных цитокомплексов представляет собой удобную модель для сравнительной геномики, так как позволяет оценивать влияние различных типов хромосомных перестроек и их сочетаний на дивергенцию геномов при видообразовании. В последние годы в лаборатории эволюционной биологии клетки (Сектор эволюционной геномики хиро-номид) ИЦиГ СО РАН для анализа дивергенции последовательностей дисков поли-тенных хромосом был успешно применен метод компьютерного анализа попарного сравнения последовательностей дисков, разработанный в Институте математики СО РАН специально для изучения дивергенции последовательностей дисков, позволяющий реконструировать цитогенетическую историю видов (Kiknadze et al., 2003; Miroshnichenko etal., 2011; Гусев и др., 2001; Гундерина и др., 2005в,г; Кикнадзе и др., 2004а,б; Кикнадзе, 2008; Гундерина, Кикнадзе, 2010).

Таблица
Список видов рода Chironomus из цитокомплекса «thummi»*
Палеарктическое царство (Евразия) Неарктическая царство (Северная Америка)
С. aberratus Keyl, 1961 C. sp. Apple Valley (Wiilker, 1980)
С. acutiventris Wiilker, Ryser, Scholl, 1983 C. atrella Townes, 1
C. a.qilis Schobanov, Djomin, 1988 C. bifurcates Wülker, Kiknadze, Martin, 2
C. a.qilis2 Kiknadze,et al, 1991 C. blaylocki Wülker, Kiknadze, Martin, 2
C. albimaculatus Shobanov, Kiknadze, Wiilker, 20021 C. crassicaudatus Malloch, 19
C. cucini Webb, 1
C. arcustylus Siirin, 2003 C. decumbensis Malloch, 19
C. behningi Goethgebuer, 1928 C. frommen Atchley, Martin, 19
C. beljaninae Wiilker, 1991 C. harpi Sublette, 19
C. bonus Shilova, Dzhvarsheishvili, 1974 C.grodhausi Sublette, 19
C. borokensis Kerkis et al., 1988 C. sp. Is (Andreeva, Kiknadze, Butler, 1999)
C. cingulatus Meigen, 1830 C. mozleyi Wülker, 2
C. commutatus Keyl, 1960 C. staegeri, Lindbeck, 1
C. esai Wiilker, 199 72 C. stigmaterus Say, 18
C. fraternus Wiilker, 19913 C. tardus Butler, 19
C. frequentatus Filinkova, Beljanina, 1993 C. utahensis Malloch, 1
C. fundatus Filinkova, Beljanina, 19934 C. whitseli Sublette, Sublette, 19
C. hamatus Freeman, 19575 C. winnelliWülker, 20
C. heterodentatus Konstantinov, 1957 Голарктика
C. heteropilicornis Wiilker, 1
C. hyperboreus Staeger, 18456 C. annularius sensu Strenzke, 1
C. jonmartini Lindeberg, 1979 C. anthracinus Zetterstedt, 1
C. sp. I (Kiknadze et al., 1991) C. entis Shobanov, 1
C. sp. Lei (Kiknadze et al., 1996) C. longistylus Goethgebuer, 192
C. melanotus Keyl, 1961 C. plumosus Linneus, 1
C. muratensis Ryser, Scholl, Wiilker, 1983 C. tenuistylus Brundin, 194
C. nigrifrons Goethgebuer, 1927 Неотропическое царство (Южная Америка)
C. novosibiricus Kiknadze et al., 1
C. nuditarsis Keyl, 1961 C. sp. Las Brisas (Wülker, Morath, 1989)
C. nudiventris Ryser, Scholl, Wiilker, 1983 C. sp. Bral (Kiknadze, Istomina, Gunderina, 2008)
C. obtusidens Goethgebuer, 1
C. pilicornis Fabricius, 1787 C. sp. Bra2 (Kiknadze, Istomina, Gunderina, 2008)
C. riihimakiensis Wiilker, 19
C. salinarius Kieffer, 1915 C. sp. Bra2 (Kiknadze, Istomina, Gunderina, 2008)
C. sinicus Kiknadze, Wang, Istomina, 2
C. sokolovae Istomina et al., 2000 Эфиопское царство (Центральная Африка)
C. sororius Wiilker, 1
C. striatus Strenzke, 1959s C. formosipennis Kieffer, 1
G suwai Golygina etal, 2003 Австралийское царство (Австралия и Новая Зеландия)
C. trabicola Shobanov, Kiknadze, Wiilker, 20
C. tuvanicus Kiknadze, Siirin, Wiilker, 1992 C. sp. NZ9 (Martin, 2010)
* Полужирным начертанном отмечены виды, последовательности дисков которых изучены в Секторе эволга-
цноннон геномики хирономид ИЦиГ СО РАН.1 нз Shobanov et о/., 2002;2 из Wiilker, 1997;3 из Wiilker, 1991а;
1 из Филннкова, Белянина, 1993; 5 нз Freeman, Cranston, 1980;6 нз Wiilker, Butler, 1983;7 из Wiilker, 1973;0 нз Keyl, Keyl, 1959;9 нз Martin, 2012a;10 из Wiilker, 1991b;11 нз Wiilker, Morath, 1989;12 из Forsyth, Martin, 2011.