Мутации и мутационный процесс в природных популяциях

Вид материала

Диссертация

Содержание Drosophila melanogaster Mos в отношении нестабильных, фенотипически нормальных аллелей singed Drosophila melanogaster Список основных публикаций по теме диссертации

Подобный материал:

• «Элементарные эволюционные факторы», 91.21kb.
• Общие свойства мутаций, 125.22kb.
• Проблема мутации Введение, 225.06kb.
• Мутационная изменчивость, 47.38kb.
• Аннотация рабочей программы дисциплины охрана окружающей среды и рациональное использование, 40.26kb.
• За курс 9 класса билет, 42.57kb.
• В различных клеточных популяциях, 571.27kb.
• Лекция 3 Переработка природных углеводородных газов, 50.32kb.
• Содержание Введение, 120.11kb.
• Молекулярно-генетические и клинико-генотипические особенности муковисцидоза в российских, 924.89kb.

et al., 1985]. Такого рода изменения можно отнести к предмутационным. И лишь на втором этапе возникают классические генные или хромосомные мутации, опосредованные действием факультативных элементов генома [Golubovsky, Kaidanov, 1994].

Инсерционная природа мутагенеза расширяет наши представления о роли мутационного процесса. Многообразие мутаций может создаваться ускоренно и направленно. При этом наряду с генными мутациями, которым отдавалось предпочтение раньше при рассмотрении процессов микроэволюции, могут возникать и сложные перестройки генома. Пучковый характер возникновения новых мутаций служит своеобразным механизмом быстрого размножения новообразований. Их дальнейшую судьбу определяет отбор.

Рассмотрим еще один важный аспект проблемы вспышек мутаций, а именно, имеют ли значение биологические свойства самих генов, определяющих вспышку. Не исключено, что фенотипически определяемые видимые мутации yellow body, singed bristles и abnormal abdomen выступают своеобразными индикаторами взаимодействия и реорганизации аллелофонда популяции с факторами окружающей среды по признакам компонентов общей приспособленности. Экспрессия yellow, singed и группы генов abnormal abdomen играет важную роль в развитии организма и не ограничивается признаками, обозначенными рамками исторически полученных названий. Это мутации с тканеспецифичным, широким спектром плейотропного действия на биохимическом, цитологическом и физиологическом уровнях.

Отмечая, что вспышка мутаций типа abnoral abdomen формировалась за счет различных генов с одинаковым действием на фенотип [Berg, 1974], следует иметь ввиду, что их пенетрантрость и экспрессивность зависит от целого ряда факторов. Например, сцепленный с полом ген A^53g в своем формировании мутантного фенотипа связан с действием системы генов-модификаторов. Первичный эффект на развитие мутантного генотипа состоит в нарушении дифференцировки зрелых гистобластов в результате чего материал тергитов формируется неравномерно или утрачивается вовсе, приводя к аномалиям в формировании абдоминальной гиподермы. Вторичный эффект состоит в препятствии слиянию гистобластов. Пенетрантность и экспрессивность abnormal abdomen в сильной степени зависят от различных факторов внешней среды - температуры, влажности, плотности и др., при которых происходит развитие. Мутантный фенотип образуется в результате взаимодействия главного гена и систем модификаторов в сочетании с внешними факторами среды [Roseland, Schneiderman, 1979; Hillman, 1973].

Ген yellow у Drosophila melanogaster определяет не только тканеспецифическую пигментацию отдельных кутикулярных структур личинки и имаго, но и тесно связан с комплексом achaete-scute, который контролирует формирование и дифференцировку щетинок и волосков взрослой мухи [Biessmann, 1985; Campuzano et al., 1985; Mackay, Langley, 1990; Walter et al., 1991].

Ген singed у Drosophila melanogaster играет важную роль как в соматических, так и в половых клетках. Мутации по гену singed изменяют форму щетинок и волосков у имаго, аллели различаются по степени выраженности мутантного признака от сильного до слабого. Дополнительно к этому, некоторые singed-аллели в гомозиготном состоянии вызывают стерильность самок, хотя гемизиготные самцы фертильны [Bender, 1960; Lindsley, Zimm, 1992]. Оказалось, что его нормальное функционирование имеет ключевое значение в половом пути в течение овогенеза [Perrimon, Gans, 1983]. Наряду с другими генами - chickadee и quail, ген singed кодирует белки, гомологичные к актин-связывающему белку, который играет важную роль в формировании цитоскелета. Мутации по гену singed приводят к нарушению образования пучков из актиновых филламентов, которые играют решающую роль в перемещении цитоплазмы. Это, в свою очередь, приводит к нарушению морфогенеза щетинок и аномальному овогенезу [Cooley, Thewkauf, 1994].

В заключение мы должны с определенностью подчеркнуть, что открытие мобильных генетических элементов и наличие инсерционных мутаций расширило наше понимание механизмов формирования наследственной изменчивости и, делая основной упор в своей работе на изучение мутационного процесса в природных популяциях, на исследование нестабильных мутаций, мы ни в коей мере не принижаем и не пересматриваем ведущей, основной и творческой роли отбора в эволюции.

ВЫВОДЫ

Исследован и обобщен характер генетической изменчивости, изучена динамика аллелофонда в природных популяциях Drosophila melanogaster на территории бывшего СССР.

1. Изучено явление неравномерности темпа мутационного процесса и периоды повышения концентрации мутаций отдельных генов и их аллелей в природных популяциях Drosophila melanogaster.

а) Прослежена динамика повышения концентрации и мутабильности сцепленного с полом гена singed в 1973-1977 гг. в географически удаленных природных популяциях на территории бывшего СССР.

б) Обнаружено и исследовано возвращение "моды" на мутацию - повышение концентрации и мутабильности по сцепленному с полом гену yellow. Первый период мутабильности был отмечен по всему ареалу вида отечественных популяций полвека назад - конец 30-х - первая половина 40-х годов, второй период имел локальный характер - начался в 1982 г. и продолжался до 1991 года.

в) Обобщены и описаны границы периода повышения концентрации аномалии abnormal abdomen, наблюдавшейся в 1972-1979гг.

2. Из природных популяций были выделены и изучены серии множественных нестабильных аллелей сцепленных с полом генов, определяющих вспышки мутаций - singed и yellow, и сопутствующих - dusky, miniature, vermilion и др.

а) Проведена классификация выделенных аллелей генов singed и yellow в соответствии с характером и степенью их мутантного выражения, спектра и частот мутирования как их самих, так и их мутантных производных. Имеется определенная аллелеспецифичность в отношении свойств мутирования - как по частотам мутирования, так и по репертуару наблюдаемых межаллельных переходов. Межаллельные переходы носят устойчивый, регулярный и упорядоченный характер. "Переключение" на другой тип мутирования происходит на порядки величин реже, чем мутирование внутри типа.

б) При изучении аллелей гена singed, выявлены аллели, проявляющие нестабильные свойства как в генеративных, так и в соматических клетках.

3. Проведен генетический анализ выделенной из природы нестабильной генной конструкции sn::Tn-clw. Изучено в ряду поколений разнообразие вновь возникших нестабильных аллелей, в соответствии с их генетическими свойствами (экспрессия, частоты и направления мутирования) выделены их группы (плеяды) нестабильных аллелей.

4. Изучено влияние различных генетических и средовых факторов на мутационные свойства нестабильных аллелей.

Исследовано действие доминантного специфического гена-мутатора Mos в отношении нестабильных, фенотипически нормальных аллелей singed⁺. Мутабильность в генеративных клетках в присутствии Mos возрастает более чем в 2 раза, а частота появления соматических мозаиков увеличивается для разных аллелей от 2 до 70 раз.

Установлено влияние P- и M-цитотипов на гонадную генетическую нестабильность высокомутабильных аллелей singed. В P-цитотипе происходит резкое подавление мутационной активности нестабильных аллелей и частота мутирования не превышает порядка величин 10^-3. В M цитотипе происходит возвращение частоты мутирования к исходному значению - 10^-2.

Впервые показано влияние цитотипа на мутирование в соматических клетках.

Предполагается, что ген Mos может выступать в роли гена-регулятора подвижности мобильных элементов.

5. Показано широкое распространение в популяциях Drosophila melanogaster Евразии в большой концентрации генов-мутаторов типа MR, которые могут вызывать повышение скорости спонтанного мутирования (широкого спектра мутаций, связанных с разрывом хромосом).

6. Полученные данные рассматриваются в рамках концепции инсерционного мутагенеза у эукариот. Это дает возможность целенаправленно изучать и прогнозировать характер мутационных событий, вызванных внедрением и перемещением мобильных генетических элементов. Обоснование феномена неравномерности темпа мутационного процесса и колебаний концентраций мутаций в природных популяций имеет важное значение для теории эволюции.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Голубовский М.Д., Иванов Ю.Н., Захаров И.К., Берг Р.Л. Исследование синхронных и параллельных изменений генофондов в природных популяциях плодовых мух Drosophila melanogaster // Генетика. 1974. Т. 10. № 4. C. 72 83.

2. Голубовский М.Д., Захаров И.К. Совместные реверсии двух нестабильных мутаций в Х-хромосоме Drosophila melanogaster // Генетика. 1979а. Т. 15. № 9. С. 1599 1609.

3. Голубовский М.Д., Захаров И.К. Ген-мутатор, увеличивающий частоту ревертирования ряда нормальных по фенотипу нестабильных аллелей локуса singed у D. melanogaster // Генетика. 1979б. Т. 15. № 10. С. 1798 1808.

4. Захаров И.К., Голубовский М.Д. Влияние температуры и Y-хромосомы на проявление и частоту совместного мутирования двух нестабильных генов у Drosophila melanogaster//Генетика. 1980. Т. 16. ¹ 9. С. 1603 1612.

5. Golubovsky M.D., Zakharov I.K. Simultaneous reversions of two sex-linked unstable mutations //Drosophila Inform. Serv. 1980a. ¹ 55. P. 49-51.

6. Golubovsky M.D., Zakharov I.K. Unstable genes in natural Drosophila populations // In: Movable Genetic Elements. Abstracts XLV Cold Spring Harbor Symposium on Quantitative Biology, 1980b. CSH, New York. P. 15.

7. Голубовский М.Д., Захаров И.К. Инсерционный мутагенез в природных популяциях дрозофил // В кн.: Успехи теоретической и прикладной генетики. / Новосибирск: ИЦиГ СО АН СССР. 1982. С. 180 182.

8. Захаров И.К., Юрченко Н.Н. Генетическая нестабильность. Анализ супермутабильных аллелей гена singed у Drosophila melanogaster // Генетика. 1982. Т. 18. № 10. С. 1674 1682.

9. Захаров И.К., Юрченко Н.Н. Влияние замены участков Х-хромосомы на нестабильность в локусе singed в генеративных и соматических клетках у Drosophila melanogaster //Генетика. 1983а. Т. 19. № 7. С. 1137 1143.

10. Захаров И.К., Юрченко Н.Н. Транспозонный и цитоплазматический контроль мутирования локуса singed в природных популяциях Drosophila melanogaster // В кн.: Молекулярные механизмы генетических процессов. Тез. докл., Москва, 1983 / М.: Наука. 1983б. С. 27 28.

11. Захаров И.К. Роль Р- и М-цитотипов в контроле мутирования нестабильных аллелей гена singed у Drosophila melanogaster // Генетика. 1984а. Т. 20. № 1. С. 42 50.

12. Захаров И.К. Генетика природных популяций Drosophila melanogaster: колебание мутабильности и концентрации аллелей гена singed в природных популяциях // Генетика. 1984б. Т. 20. № 8. С. 1295 1304.

13. Захаров И.К., Голубовский М.Д. Серия нестабильных аллелей гена singed, выделенных из природных популяций Drosophila melanogaster: закономерности мутирования // Генетика. 1984а. Т. 20. № 7. С. 1117 1124.

14. Захаров И.К., Голубовский М.Д. Инсерционный мутагенез и генетическая структура природных популяций Drosophila melanogaster // В кн.: Макроэволюция. (1 Всесоюзн. конф. по пробл. эвол.) / М.: Наука. 1984б. С. 191 192.

15. Захаров И.К., Юрченко Н.Н. Совместное мутирование двух тесно сцепленных генов Х-хромосомы в супермутабильных линиях Drosophila melanogaster // Генетика. 1984. Т. 20. № 2. С. 266 273.

16. Юрченко Н.Н., Захаров И.К., Голубовский М.Д. Плеяды нестабильных аллелей гена singed у дрозофилы и их связь с транспозоном, маркированным видимой мутацией // Генетика. 1984. Т. 20. ¹ 6. С. 974 983.

17. Yurchenko N.N., Zakharov I.K., Golubovsky M.D. Unstable alleles of the singed locus in Drosophila melanogaster with reference to a transposon marked with a visible mutation //Mol. Gen. Genet. 1984. V. 194. P. 279 285.

18. Захаров И.К. Фенооблик природных популяций Drosophila melanogaster // В кн.: Фенетика популяций. (3 Всесоюзн. совещ.). Саратов, 1985 / Москва. 1985. С. 131.

19. Захаров И.К., Голубовский М.Д. Возвращение моды на мутацию yellow в природной популяции Drosophila melanogaster г. Умани // Генетика. 1985. Т. 21. № 8. С. 1298 1305.

20. Захаров И.К., Юрченко Н.Н. Генетика нестабильных аллелей гена singed у Drosophila melanogaster // В кн.: Молекулярные механизмы генетических процессов / М.: Наука. 1985. С. 5 12.

21. Юрченко Н.Н., Захаров И.К., Голубовский М.Д. Рекомбинация, опосредованная мобильным элементом у дрозофилы // Генетика. 1985а. Т. 21. № 7. С. 1125 1134.

22. Юрченко Н.Н., Захаров И.К., Голубовский М.Д. Влияние структуры гомологичного локуса на поведение транспозона у Drosophila melanogaster // Генетика. 1985б. Т. 21. № 8. С. 1290 1297.

23. Голубовский М.Д., Волошина М.А., Захаров И.К., Юрченко Н.Н. Взаимоотношение мобильных элементов P и mdg3 у Drosophila melanogaster: генетический аспект // Генетика. 1986. Т. 22. № 10. С. 2452 2458.

24. Голубовский М.Д., Захаров И.К., Соколова О.А. Анализ нестабильных аллелей гена yellow, выделенных из природной популяции дрозофил в период вспышки мутабильности // Генетика. 1987. Т. 23. № 9. С. 1595 1603.

25. Юрченко Н.Н., Захаров И.К. Возможная роль мобильных элементов в эволюции// В кн.: Проблемы макроэволюции / М.: Наука. 1988. С. 32 33.

26. Захаров И.К., Юрченко Н.Н. Мутационная изменчивость в природных популяциях Drosophila melanogaster // В кн.: Проблемы макроэволюции / М.: Наука. 1988. С. 56.

27. Захаров И.К., Юрченко Н.Н. О причинах мутационного процесса в природных популяциях Drosophila melanogaster // Известия СО АН CCCP, сер. Биол., вып. 2. 1989. С. 52.

28. Захаров И.К., Голубовский М.Д. Вспышки мутаций в природе и генетический анализ нестабильности в локусе yellow у Drosophila melanogaster // В кн.: Всесоюзн. совещ. по проблемам биологии и генетики дрозофилы. Одесса, 1989, Тез. докл. / Одесса. 1989. С. 36 37.

29. Захаров И.К., Юрченко Н.Н., Иванников А.В. Концентрация и спектр видимых мутаций в природных популяциях Drosophila melanogaster // В кн.: Всесоюзн. совещ. по проблемам биологии и генетики дрозофилы. Одесса, 1989, Тез. докл. / Одесса. 1989. С. 37.

30. Юрченко Н.Н., Захаров И.К. Модели рекомбинационных событий, опосредованных транспозоном у дрозофилы // В кн.: Молекулярные механизмы генетических процессов / М.: Наука. 1990. С. 46 55.

31. Захаров И.К., Иванников А.В. Генетический мониторинг природных популяций Drosophila melanogaster // В кн.: Экологическая генетика растений, животных, человека / Кишинев: Штиинца. 1991. С. 458.

32. Захаров И.К., Иванников А.И., Скибицкий Е.Э. и др. Генетическая изменчивость природных популяций Drosophila melanogaster // В кн.: 1 Всесоюзная конференция по генетике насекомых / М.: Наука. 1991. С. 44.

33. Golubovsky M.D., Sokolova K.B., Zakharov I.K. et al. Lethal alleles of l(2)gl anti-oncogene: wide distribution in nature and heterozygots advantage / In: 12th European Drosophila Res. Conf., Mainz, Late Abstract Book. 1991. P. 7

34. Иванников А.В., Захаров И.К. Пониженная MR-активность среди хромосом с летальной мутацией в природной популяции Drosophila melanogaster // Доклады Академии наук. 1992. Т. 324. № 2 . С. 436 438.

35. Захаров И.К., Баласов М.П., Беляева Е.С. и др. Мутации и мутагенез в популяциях Drosophila melanogaster Алтая. Оценка мутагенности продуктов питания // В кн.: Генетические эффекты антропогенных факторов среды / Новосибирск. ИЦиГ СО РАН. 1993. С. 44 61.

36. Захаров И.К., Скибицкий Е.Э. Динамика и свойства вспышек мутаций в природных популяциях Drosophila melanogaster // Генетика. 1994. Т. 30 (приложение). С. 54.

37. Иванников А.В., Голубовский М.Д., Коромыслов Ю.А., Захаров И.К. MR-хромосомы в Евразийских популяциях Drosophila melanogaster // Генетика. 1995. Т. 31. № 2. С. 209 211.

38. Юрченко Н.Н., Захаров И.К. Мутабильная Х^Z-хромосома, выделенная из природной популяции Drosophila melanogaster // Генетика. 1995. Т. 31. № 3. С. 422 426.

39. Вайсман Н.Я., Захаров И.К. Взаимодействие генов Mos и mwh, проявляющих свое действие в соматических клетках Drosophila melanogaster // Генетика. 1995а. Т. 31. № 3. С. 358 362.

40. Вайсман Н.Я., Захаров И.К. Генетический анализ мутантных хромосом 3 со сходным спектром фенотипического действия из географически удаленных популяций Drosophila melanogaster // Генетика. 1995б. Т. 31. № 7. С. 932 938.

41. Weisman N.Ya., Koryakov D.E., Zakharov I.K. New geographical allelic variants of the Drosophila melanogaster genes rotuned and roughened eye // Drosophila Inform. Serv. 1995. No. 76. P. 103 106.

42. Захаров И.К., Иванников А.В., Скибицкий Е.Э., Чурашов К.В., Юрченко Н.Н., Волошина М.А., Голубовский М.Д.. Генетические свойства аллелей генов Х-хромосомы, выделенных из природных популяций Drosophila melanogaster в период вспышки мутаций // Доклады Академии наук. 1995. Т. 341. № 1. C. 126 129.

43. Захаров И.К., Скибицкий Е.Э. Генетика нестабильных аллелей генов Х-хромосомы, выделенных в период вспышки уеllow-мутаций 1982-1991 годов в природной популяции Drosophila melanogaster Умани // Генетика. 1995. Т. 31. № 8. С. 1079 1084.

44. Юрченко Н.Н., Коряков Д.Е., Захаров И.К. Возникновение рецессивных летальных мутаций в производных от нестабильной X^Z-хромосомы Drosophila melanogaster // Генетика. 1995. Т. 31. № 9. С. 1218 1224.



Подписано к печати 31.10.1995

Формат бумаги 60х90 1/16. Печ.л. 3, уч.изд.л. 2,1.

Тираж 110 экз. Заказ 59.

___________________________________________________

Ротапринт Института цитологии и генетики СО РАН

630090, Новосибирск, пр. академика М.А. Лаврентьева, 10.