Investigation of species -specific peculiarities of ovarion nurse cells polytene chromosomes spatial arrangement of D. yakuba Burla и D. santomea Lachaise, Harry D. melanogastersubgroup (Sophophora) .pdf Взаимное расположение хромосом в пространстве ядра у эукариот играет важную роль в экспрессии генов и сегрегации хромосом в процессе клеточного деления [1-5]. Для интерфазного ядра характерна динамичность хроматина [6-9], при этом хромосомы сохраняют свою территориальность и взаимное расположение [10].Расположение политенных хромосом в ядрах соматических тканей (слюнные железы, протаракальная железа, средняя и задняя кишка и мальпигиевы сосуды) и генеративной системы клеток (ядра трофоцитов яичников) у двукрылых насекомых имеет тканевую специфичность [11-12]. У близкородственных видов малярийных комаров (комплекс Anopheles maculipennis [11]) и дрозофилы (виды подгруппы Drosophila melanogaster [13], виды группы D.virilis [14]) в ядрах трофоцитов яичников были выявлены видовые отличия в ориентации хромосом. Видоспецифичность проявлялась в наличии или отсутствии связей определенных хромосом с ядерной оболочкой; в морфологии участков прикрепления хромосом к оболочке; наличии или отсутствии хро-моцентральной организации хромосом в ядре [11, 13, 15]. Есть основания предполагать, что в подобных структурных перестройках архитектуры хромосом принимают участие мобильные генетические элементы (МГЭ), активация которых осуществляется при инбредном размножении и экстремальных температурах развития [16-18].кислого серебра. На сухие препараты наносили 3-4 капли 50%-ного раствора AgNO3 и осторожно накрывали их покровным стеклом. Затем препараты помещали в эксикатор с дистиллированной водой и инкубировали в термостате 24-30 ч при температуре 65°С; после этого их анализировали и фотографировали при помощи микроскопа Laboval-4 и фотоаппарата Olympus (увеличение10х100).Достоверность различий между контролем и экспериментальными данными вычисляли с помощью tT-теста Манна-Уитни при заданной вероятности р = 0,95.РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕВзаимное расположение хромосом в ядрах трофоцитов яичников у гомосеквентных видов D. yakuba и D. santomeaВзаимное расположение хромосом у гомосеквентных видов D. yakuba и D. santomea оценивалось только на стадиях S3 - S5 оогенеза на протяжении которых образуются первичные политенные хромосомы.Ориентация хромосом в ядрах трофоцитов D. santomea (рис. 1, в, г) сходна с таковой D. yakuba (рис. 1, а, б). Хромосомы не образуют общего хромоцен-тра, хромосомы Х и 3 прицентромерными районами близко ассоциированы по отношению друг к другу, а хромосома 2 локализована в противофазе. Гомологи хромосом 2 и 3 в прицентромерных районах слегка асинаптированы и содержат крупные гетерохроматиновые блоки, которые локально объединяют плечи хромосом. Прикреплений хромосом к оболочке ядра визуально не обнаружено (см. рис. 1, а-г).Такое сходство в ориентации хромосом ядер трофоцитов было ранее выявлено и у других гомосеквентных видов (например, D. simulans и D. sec-hellia) [11, 13]. Только с помощью гибридологического анализа этих видов были обнаружены видовые отличия, которые проявляются в асинаптирова-нии гомеологичных хромосом. Это связано с тем, что гомеологи «сохраняют» свою видоспецифичную позицию в пространстве ядра.У межвидовых гибридов от скрещиваний 5 D. yakuba х q D. santomea (рис. 1, д, е); 5 D. santomea х q D. yakuba (рис. 1, д-з) было выявлено нарушение в спаривании гомеологичных хромосом в прицентромерных районах или полное асинаптирование плеч гомеологов, которое визуально выявляется не во всех ядрах. Был проведен анализ 10 гибридных самок от скрещивания 5 D. yakuba х qD. santomea (164 ядра). Полученные результаты показали достаточно высокий процент ядер с асинаптированными гомеологичными хромосомами (72,6±3,5%). Такая дезориентация гомеологов в прицентромерньгх районах или их полное асинаптирование, вероятно, связаны с видоспецифич-ной позицией гомеологичных хромосом в пространстве ядра у межвидовых гибридов, что свидетельствует о видовой специфичности ориентации хромосом в ядрах трофоцитов гомосеквентных видов D. yakuba и D. santomea.Нарушение синапсиса у гомеологов межвидовых гибридов было обнаружено не во всех ядрах. Возможно, это связано с различной степенью полите-низации и компактизации хромосом на различных стадиях эндоцикла.аi la.■ XiгНа ранних стадиях политенизации хромосом были едва заметны асинап-сисы в прицентромерных районах, которые нами не оценивались как хромосомы с нарушением синаптирования. На более поздних стадиях эндомитоти-ческого цикла нарушение синапсиса гомеологов у межвидовых гибридов выявляется ярче. Такое асинаптирование гомеологов в гибридном ядре связано с видоспецифичным позиционированием гомеологичных хромосом в пространстве ядра. Подобные результаты были получены у гомосеквентных видов малярийных комаров Anopheles maculipennis и An. subalpinus [22], а также и у видов D. sechellia и D. simulans комплекса D. melanogaster [13].Известно, что на основании данных, полученных в результате изучения структуры митотических и политенных хромосом, гена period, аллозимов, D. santomeа расположили близко к D. yakuba в филогенетическом древе комплекса «yakuba». Предполагают, что D. santomea произошла от D. yakuba или эти виды имели одного общего предка. Метафазные хромосомы D. santomeа и D. yakuba различаются по количеству прицентромерных гетерохроматиновых блоков Х-хромосомы и хромосомы 4 [21]. Гетерохроматин играет важную роль в поддержании ориентации хромосом в пространстве ядра. Возможно, что при видообразовании с изменением количества гетерохроматина могла измениться и территориальность хромосом в пространстве ядра, т. е. произойти пространственная реорганизация хромосом в ядре (системная мутация). Могли измениться места локализаций прицентромерных районов в ядре. В связи с этим взаимное расположение хромосом в ядрах трофоцитов D. santomeа и D. yakuba отличается по локализации прицентромерных районов хромосом, которая выявляется только в ядрах межвидовых гибридов. Таким образом, ориентация хромосом в ядрах трофоцитов яичников у видов D. santomeа и D. yakuba видоспецифична.Ассоциация хромосом и функционирование ядрышка в ядрах трофоцитов яичников на протяжении эндомитотического циклаИзвестно, что хроматин на протяжении интерфазы динамичен в пространстве ядра и заякорен с помощью ламин к ядерной мембране [6-7, 9]. При этом хромосомы занимают определенную территорию в пространстве ядра, которая сохраняется на протяжении всей интерфазы и на последующих стадиях клеточного цикла [23, 10].У Calliphora erythrocephala на протяжении всего эндоцикла в полиплоидных ядрах трофоцитов яичников (от первичных ретикулярных ядер, политен-ных хромосом, стадии распада хромосом, до образования вторичных ретикулярных ядер) обнаружено сохранение позиционности хромосом в пространстве ядра [24]. В связи с этим мы в своих исследованиях также изучали позиционность хромосом в полиплоидных ядрах трофоцитов яичников у D. ya-kuba и D. santomea на различных стадиях эндоцикла (от образования тонких первичных политенных хромосом до их распада).Был проведен сравнительный анализ позиционирования хромосом в ядрах трофоцитов в период эндомитотического цикла (S1-S7 стадии оогенеза; рис. 2). У 0,5-3-суточных самок были обнаружены все стадии эндомитоза, характерные для Diptera. Видовой особенностью являлась скорость протекания эндоцикла. Для D. santomea характерно более длительное прохождение эндомитотическогоцикла. У 0,5-суточных самок D. yakuba можно было наблюдать практически все стадии эндоцикла (см. рис. 2, а-ж), а у D. santomea этого же возраста - только мелкие с ретикулярной структурой ядра трофоцитов (см. рис. 2, а').На стадии первичных политенных хромосом у D. yakuba и D. santomea были обнаружены два морфологических типа ядер, большинство которых имеют характерную для вида морфологию хромосом. Плечи хромосом 2 и 3 объединены прицентромерными гетерохроматиновыми блоками, около 10% ядер имеют хромосомы 2 и 3 с разобщением плеч в прицентромерных районах, связанных с декомпактизацией гетерохроматиновых блоков и образованием тонких фибрилл хроматина (см. рис. 2, г). Возможно, существует достаточно кратковременная стадия эндоцикла, в которой плечи хромосом 2 и 3 разобщаются, а при компактизации хромосом вновь объединяются с образованием гетерохроматиновых блоков (рис. 2, д). Поэтому ядер с такой организацией хромосом выявляется около 10%. У D. santomea эта стадия наблюдается реже, возможно, она проходит быстрее (см. рис. 2, г' ), чем у D. yakuba, и в связи с этим не всегда заметна.Хромосомы на протяжении эндоцикла сохраняют свою позиционность по отношению друг к другу. Такая ассоциация выявляется и на стадии, в течение которой плечи хромосом разобщаются в результате декомпактизации при-центромерных гетерохроматиновых блоков. Можно предположить, что выявленная нами стадия декомпактизации прицентромерного гетерохроматина имеет функциональную значимость, характерную для питающих клеток ооцита и, по-видимому, связана с образованием ядрышкового материла, необходимого для питания ооцита.У D. yakuba с помощью Ag-окрашивания было обнаружено, что на протяжении всего эндоцикла «разрыв» плеч хромосом связан с функционированием ядрышка (рис. 3). На ранней стадии (S2) эндоцикла прицентромерные тяжи ядрышкообразующей хромосомы XL (см. рис. 3, а) входят в ядрышко, а хромосомы 3 и 2 «лежат» на нем. На более поздней стадии (S3) с образованием второго ядрышка в хромосоме 3 декомпактизуются прицентромерные гетерохроматиновые блоки в фибриллярные тяжи, входящие в ядрышко, в связи с чем плечи хромосомы разобщаются (рис. 3, б, в). На последующей стадии с увеличением и слиянием ядрышек гетерохроматиновые прицентромер-ные блоки хромосомы 2 также декомпактизуются и прицентромерными тяжами контактируют с ядрышком (рис. 3, г). На стадии компактных хромосом прицентромерные тяжи хромосом 2 и 3 компактизуются вновь, образуя плотные гетрохроматиновые блоки (рис. 3, д, е). На стадии распада первой распадается ядрышкообразующая Х-хромосома (рис. 3, ж). В ретикулярных ядрах выявляется ядрышко, заполняющее весь объем ядра, а декомпактизованный хроматин «лежит» на ядрышке (см. рис. 3, з).Таким образом, на протяжении эндоцикла наблюдается динамика гетерохроматиновых блоков, связанная с их декомпактизацией и функционированием ядрышка, причем визуально наблюдаемый «разрыв» плеч хромосом 2 и 3 непосредственно связан с образованием ядрышка. По-видимому, гетерохроматиновые блоки, содержащие р-ДНК последовательности [25], непосредственно принимают участие в образовании ядрышка.Авторы выражают искреннюю благодарность F. Lumeunier (Laboratoire Populations, Genetique et Evolution, UPR CNRS, Gif-sur-Yvette, Франция) за предоставление линии D. santomea.Литература

Скачать электронную версию публикации