Анализ экспрессии Нох-генов в ходе постларвального развития полихеты Alitta virens (Annelida, Lophotrochozoa)

• Автор: Бакаленко, Надежда Игоревна
• Шифр специальности: 03.03.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
1. Введение

2. Обзор литературы

2.1. Генетические основы эволюции морфогенезов. Нох-гены

2.2. Структурные и функциональные особенности Нох-генов

2.2.1. Структура гомеобокса и гомеодомена

2.2.2. Структурная и функциональная консервативность

2.2.3. Кластерная организация

2.2.4. Коллинеарность

2.2.5. Основные функции: регионализация и спецификация переднезадней оси

2.2.6. Корреляция границ зон экспрессии Нох-генов и границ отделов тела

2.2.7. Постериорное доминирование
2.2.8. Коопции Нох-генов
2.3. Регуляция экспрессии Нох-генов
2.3.1. Регуляция коллинеарной активации Нох-генов
2.3.2. Поддержание экспрессии Нох-генов
2.3.3. Участие некодирующей РНК в регуляции экспрессии Нох-генов
2.4. ЬорЬЩгосЬогоа
2.4.1. Разнообразие ЬорЬо1гос1югоа
2.4.2. Общая характеристика спирального дробления
2.4.3. Личинка трохофора
2.4.4. Экспрессия Нох-генов у представителей ГорНоИосбогоа
2.5. Экспрессия Нох-генов у взрослых организмов
2.6. Аннелиды семейства №гс1сНбае как модельные объекты эволюционной
биологии развития
2.6.1. Филогенетическое положение
2.6.2. Развитие представителей семейства Неге1сйбае
2.6.3. Постларвальное развитие, внешнее строение тела и нервная система А1Ша irens
2.6.4. Первичная и вторичная метамерия. Теория первичной гетерономности сегментов
2.6.5. “Модульный” характер развития аннелид...,
3. Материалы и методы
3.1. Животные
3.2. Фиксация материала
3.3. Клонирование фрагментов Ыу-Нох-генов
3.4. Характеристики рекомбинантной плазмиды Т-Easy Vector
3.5. Принцип метода гибридизации in situ
3.6. Приготовление DIG-меченого РНК-зонда
3.7. Гибридизация in situ на тотальных препаратах (Whole mount in situ hybridization
( WMISH)). Протокол работы
3.8. Адаптация метода WMISH для работы с ювенильными червями Alitta virens
3.9. Необходимые контроли
3.10. Рабочие растворы и реагенты
3.11. Анализ результатов гибридизации
4. Результаты
4.1. Экспрессия Nvi-Нох-генов
4.2. Антисмысловые транскрипты
5. Обсуждение
5.1. Коллинеарность экспрессии Нох-генов
5.1.1. Пространственная и временная коллинеарность экспрессии Нох-генов в развитии
Alitta virens
5.1.2. Пространственная и временная коллинеарность экспрессии Нох-генов у аннелид
5.2. Корреляция границ доменов экспрессии с морфологическими границами тела у аннелид..
5.3. Ларвальная и постларвальная программы развития аннелид
5.4. Возможные функции Нох-генов Alitta virens в посларвальном развитии
5.4.1. Участие в регионализации сегментов вдоль преднезадней оси тела
5.4.2. Создание и поддержание позиционной информации
5.4.3. Нох-гены в регионализации и спецификации нервной системы
5.4.4. Участие Нох-генов в работе зоны роста
5.4.5. Коопцитарные функции Нох-генов A. virens
5.5. Антисмысловые транскрипты Нох-генов Alitta virens
6. Заключение. Нох-гены и многоступенчатый онтогенез аннелид
7. Выводы
8. Благодарности
9. Список литературы
1. Введение
Удивительное разнообразие планов организации билатеральных животных обусловлено структурной и регуляторной эволюцией генов, напрямую связанных с процессами морфогенеза. Особенный интерес в этом отношении представляют Нох-гены, играющие ключевую роль в регионализации переднезадней оси билатеральных животных.
Объём наших знания о функциях Нох-генов и даже просто о паттерне ігх экспрессии не одинаков для разных ветвей Bilatcria. Если в пределах Deuterostomia и Ecdysozoa функции Нох-генов подробно исследованы хотя бы на примере позвоночных и членистоногих, то для ветви Lophotrochozoa эти исследования находятся на начальном этапе. Экспрессионный паттерн всех генов Нох-кластера описан в единичных работах, посвящённых этой группе животных. Между тем, Lophotrochozoa - группа непревзойдённая по числу разнообразных планов организации тела и очень перспективная для изучения эволюции морфогенезов.
Одним из центральных типов внутри группы Lophotrochozoa является Annelida. Polychaeta традиционно рассматривается как базальный класс Annelida. Для многих представителей этой группы характерно непрямое развитие, проходящее через стадии не сегментированной трохофорной личинки (это общая черта полихет со многими другими типами Lophotrochozoa) и сегментированной личинки - нектохеты. После метаморфоза большинство аннелид формирует постларвальные сегменты за счёт субтсрминалыюй зоны роста.
Представители различных таксонов полихет обладают различной сегментной морфологией. Среди них есть формы с морфологически сходными сегментами и гетерономно сегментированные формы, у которых сегменты организованы в тагмы. Экспрессия Нох-генов была исследована у двух гетерономно сегментированных полихет — Capitella teleta и Chaetoptems sp. (Irvine and Martindale, 2000; Frobius ct al, 2008). Как и у большинства билатеральных животных, у этих червей границы зон экспрессии Нох-генов соотносятся с морфологическими границами отделов тела. Такой паттерн экспрессии хорошо согласуется с возможной ролью Нох-генов, связанной с морфологической спецификацией сегментов вдоль переднезадней оси.
Наш объект — представитель семейства Ncreididae Alitla virens. Это эррантный гомономно сегментированный червь. В его онтогенезе присутствуют личинки трохофора и нектохета, и многосегментный червь, который растёт большую часть жизни. В геноме Alitta virens содержится весь характерный для Lophotrochozoa набор Нох-генов (de Rosa et al., 1999). Ранее мы исследовали ларвальную экспрессию Нох-генов этой полихсты. Расположение доменов экспрессии Нох-генов вдоль переднезадней оси нектохеты вводит сегментированную личинку нереид в «большой клуб» билатеральных животных, чей план организации

пигидиальные цирры. Ко второй группе можно отнести Нох2 и НохЗ, которые рано активируются в широких пространственных доменах, но их экспрессия постепенно затухает, и на стадии нектохеты экспрессия НохЗ ограничивается зоной роста, а Нох2 - небольшими доменами в ларвальных сегментах. Гены третьей группы Нох7, Ьох4 и Ьох2 экспрессируются в зоне роста на стадии поздней нектохеты, незадолго до начала постларвальной сегментации. В последнюю группу вошёл единственный ген — Рож/У, транскрипт которого обнаруживается в развивающихся хетоносных мешках, и, по-видимому, утратил свойственную Нох-генам функцию осевого паттернирования.
Hoxl Нох2 НохЗ Нох4 Нох5 Lox5 Нох7 Lox4 Lox2 Post2 Post!
Рисунок 12. Паттерны экспрессии Нох-генов у трохофоры (верхний ряд), метатрохофоры (средний ряд) и нектохеты (нижний ряд) Alitta virens и Platynereis dumerilii (из Kulakova et al., 2007).
Как видно из приведенных данных, экспрессионные паттерны экспрессии Нох-генов у представителей различных групп лофотрохозойных животных сильно различаются. Каноническая коллинеарная экспрессия Нох-генов во многих группах реализуется только в нервной системе. На примере группы Lophotrochozoa хорошо видно, что Нох-гены часто вовлекаются в новые морфогенетические программы. Нередко они участвуют в морфогенезе структур, специфических для крупных таксонов данной группы животных, например, паттернируют раковинную железу у брюхоногих моллюсков и венчик щупалец у головоногих (Samadi and Steiner, 2010; Lee et al., 2003).