birmaga.ru
добавить свой файл

1 2 ... 4 5
Статус доминирования признаков формы половых органов самцов в межвидовых скрещиваниях дрозофил группы virilis.


Куликов А.М., Лазебный О.Е., Мельников А.И., Горностаев Н.Г., Митрофанов В.Г.

Abstract Проведен анализ наследуемости формы основного видоспецифического морфологического признака у дрозофил группы virilis - полового органа самцов. Проанализированы гибридные самцы от скрещиваний D.virilis x D.lummei и D.virilis x D.novamexicana. Полученные результаты свидетельствуют о нарастании доли признаков с рецессивным статусом у эволюционно более молодых видов, роли половых хромосом в реализации доминантного или рецессивного статуса признака. Обсуждается роль аддитивной и эпистатической составляющих общей изменчивости в эволюции статуса доминирования, показанная в ряде известных теоретических моделей и подтверждаемая нашими данными. Обсуждаются литературные данные по стерилизации гибридных самцов в межвидовых скрещиваниях с позиции эволюции доминирования.

С момента опровержения Феодосием Добжанским в экспериментах с межвидовыми скрещиваниями «цитоплазматической» и «перестроечной» гипотез формирования межвидовой стерильности, и доказательства, что все эволюционные механизмы являются генетическими, прошло более 70 лет (Dobzhansky, 1934, 1936, 1937). Все эти годы межвидовые скрещивания были и остаются мощным инструментом для изучения генетических закономерностей формирования изоляционных барьеров. Совершенствование методической и вычислительной базы привело к тому, что в последнее десятилетие многие признаки, участвующие в формировании межвидовых барьеров, оказались объектами пристального внимания. Из всех проанализированных признаков наиболее впечатлительные изменения затрагивают признаки, связанные с половой системой (Civetta, Singh, 1995, 1998; Куликов и др., 2005; Jagadeeshan, Singh, 2006) и брачным поведением дрозофил (Hoikkala et al., 1982; Hoikkala, Lumme, 1987; Hoikkala, 1988; Routtu et al, 2007). Был проведен анализ огромного фактического материала, как отдельных признаков и генов, так и кроссгеномных сравнений экспрессионной активности и молекулярной дивергенции последовательностей. Полученные результаты привели к возникновению гипотезы о быстрой эволюции генов, связанных с полом и участвующих в формировании пре- и пост-копулятивных изолирующих барьеров, под действием дизруптивного отбора (Grimaldi, 1990; Coyne, Orr, 1997; Hosken, Stockley, 2004; Etges et al., 2006; Haerty et al., 2007; Kulathinal, Singh, 2008).


Исключительное удобство группы видов – двойников virilis, как объекта изучения эволюционных процессов, что связано с наличием широкого спектра механизмов изоляции и разнообразия форм и степени изоляции среди видов, отмечалось на протяжении многих лет такими эволюционистами, как Паттерсон и Стоун (Patterson J.T., StoneW.S., 1952), Трокмортон (Throckmorton, L.H., 1982), Спайсер (Spicer G., 1992) и др. Мы использовали межвидовые скрещивания D.virilis x D.lummei и D.virilis x D.novamexicana для анализа наследуемости формы основного видоспецифического морфологического признака у дрозофил группы virilis - полового органа самцов. Видовая специфика этих признаков, их внутри- и меж-линейная и видовая изменчивость, а так же хорошее соответствие средних дистанций по этим признакам между видами с филогенетическими оценками были обсуждены нами ранее (Куликов и др., 200Х). Отметим, что чрезвычайно изменчивый признак «форма крыла», обладающий выраженной межлинейной изменчивостью, тем не менее, не воспроизводит картины филогенетических отношений между видами (Бублий и др.2008). Значение формы полового аппарата , как мишени для стабилизирующего или направленного отбора, обсуждали Jagadeeshan и Singh в работе, посвященной связи еповедения близкородственных видов дрозофил при копуляции и форме внешних элементов половой системы самца (Jagadeeshan, Singh. 2006). Предположения о «соревновании» или даже «гонке вооружений» полов, приводящих к быстрому и заметному изменению формы полового аппарата самца, выдвигаются на основании накапливающегося материала по травматическому осеменению самок самцами у насекомых, в том числе и у дрозофил.

Так или иначе, но будучи самой эволюционно пластичной морфологической структурой, половой аппарат развивается и формируется на стадии куколки из одноименного имагинального диска, под действием множества генов. Впервые количественную природу признаков формы элементов полового аппарата строго доказала C.Lourie в серии работ по QTL-картированию признака posterior processes of genital arch (Liu et al., 1995, 1996; Zeng et al., 2000).


Для таких признаков межвидовых гибридов, как жизнеспособность и плодовитость, контролируемых также множеством генов (), работает правило Холдейна, но как правило, его действие ассиметрично – в одном направлении скрещивания стерильность и нежизнеспособность гетерогаметного пола развивается значительно заметнее, чем в обратном. В связи с этим интересно было посмотреть, как обстоит дело с наследованием количественных признаков формы, быстро эволюционирующих и участвующих в формировании изолирующих барьеров.

Материал и методы.

Для скрещиваний использованы линии D. lummei 200 (Москва, Серебряный бор) , 1100 (Kuopio, Finland) и 1109 (Kakesjoki, Sweden) дикого типа, D.novamexicana (Texas Univ., Prof. Stone (1965)) и линия D. virilis 160 с рецессивными маркерами по аутосомам: Cr.2 – broken (b), Cr.3 – gapped (gp), Cr.4 – cardinal (cd), Cr.5 – peach (pe), Cr.6 – glossy (gl). Первые два маркера проявляются как разрывы на 2-й поперечной жилке и жилке L2 соответственно, остальные – как хорошо визуализируемые цветовые варианты окраски глаз. Гибридные самцы F1 получены из скрещивания самец D.lummei (D.novamexicana) на самку D.virilis, и реципрокного скрещивания самец D.lummei на самку D.virilis, проведенного только для линии D. lummei 200. Для этой линии также получены самцы F2 из возвратного скрещивания гибридных самцов с самками D.virilis. Схемы скрещиваний приведены ниже.


  1. Прямое скрещивание

P ♂XLu(No)Y Lu(No), ALu(No) ALu(No) x ♀XVi XVi, AVi AVi

→ F1 ♂XVi Y Lu(No), AVi ALu(No) (сокращенно F1XViYLu 200)

♂ F1 XVi Y Lu200 AVi ALu200 х ♀XVi XVi, AVi AVi

→ F2 ♂XVi Y Lu200, AVi ALu200 (сокращенно F2XViYLu 200)


  1. Обратное скрещивание

P ♂ XVi YVi, AVi AVi х ♀ XLu200 ХLu200, ALu200 ALu200

→ F1 ♂ XLu200 YVi, AVi ALu200 (сокращенно F1XLu 200YVi)

♂ F1 XLu200 YVi, AVi ALu200 х ♀XVi XVi, AVi AVi

→ F2 ♂XVi YVi, AVi ALu200 (сокращенно F2XViYVi)

А-аутосомы.

Из возвратных скрещиваний для дальнейшего анализа были отобраны самцы, имеющие полностью гетерозиготный генотип по аутосомам.

Все скрещивания были проведены при температуре 25оC, на стандартной кормовой среде, в стеклянных пробирках диаметром 22 мм и плотности потомства 50-70 мух на пробирку.

Анализ морфологических структур: Орган препарировали тонкими стальными иглами в капле воды под бинокулярной лупой, при увеличении 12х8. От жировых структур препараты освобождали кипячением в 10%-ном растворе NaOH.

Для анализа было изготовлено 17 препаратов от самцов D.lummei 200, 25 препаратов от самцов D.lummei 1100, 15 препаратов от самцов D.lummei 1109, 10 препаратов от самцов D.novamexicana, 13 препаратов от самцов D.virilis 160, 25 препаратов от самцов F1 из скрещивания ♂D.lummei 200 x ♀D.virilis 160, 15 препаратов от самцов F1 из скрещивания ♂D.lummei 1100 x ♀D.virilis 160, 11 препаратов от самцов F1 из скрещивания ♂D.lummei 1109 x ♀D.virilis 160, 11 препаратов от самцов F1 из скрещивания ♂D.novamexicana x ♀D.virilis 160, 31 препарат от самцов F1 из скрещивания ♂ D.virilis 160 x ♀ D.lummei 200, 5 препаратов от самцов F2 с генотипом XVi YVi, AVi ALu200, 28 препаратов от самцов F2 с генотипом XViYLu200, AVi ALu200; всего 206 препаратов.


Морфометрический анализ проводили по фотографиям препаратов, сделанным в режиме сканирования на электронном микроскопе Jen-100C при ускоряющем напряжении 40 кV и аппаратном увеличении от 300 до 500. Изображение сагиттальной проекции фаллоса было условно рагделено на 4 области: тело фаллоса, лепестки гонитов, аподема и шип (cook). На изображение наносили коордиатную сетку, в качестве исходной лендмарки использовали условную точку соединения трех областей – фаллической части, гонитов и аподемы (в дальнейшем – центральная точка). Расстояния между точками пересечения линий координатной сетки друг с другом и с контуром изображения определяли величину анализируемых промеров (в дальнейшем МП – морфометрический параметр). Схема полученных измерений представлена на рис.1.

МП 1 связывает точку соединения эдеагуса, парамеров и аподемы, и точку основания шипа на вершине эдеагуса. МП 3 определяет длину шипа. Оси МП 4, 6, 8, 10 и 12 перпендикулярны оси МП 1, удалены от центральной точки на расстояние 93.75%, 75.0 %, 50.0%, 25.0% и 0.0% от длины МП 1 соответственно и определяют расстояние от оси МП1 до верхнего контура органа. МП 5, 7, 9, 11 совпадают с осями МП 4, 6, 8, 10 соответственно и определяют расстояние между верхним и нижним контурами фаллоса. Ось МП 2 расположена параллельно оси МП 1 на расстоянии полудлины МП4; этот МП определяет расстояние от фронтальной части контура фаллоса до оси МП 12. Оси МП 13, 17 и 20 расположены перпендикулярно оси МП 1 и определяют расстояние от нее до: самой высокой точки дорсальной части проекции эдеагуса, самой низкой точки S-образного изгиба вентральной части этой проекции, самой высокой точки S-образного изгиба вентральной части этой проекции соответственно. МП 15 проведен перпендикулярно оси МП 1 к точке “перелома” линии контура, связанного с началом резкого снижения от относително ровного и наиболее высокого участка дорсальной части проекции эдеагуса к шипу. МП 14, 16, 18 и 19 определяют расстояние от проекций осей МП 13, 15, 17 и 20 на ось МП 1 до центральной точки. МП 21 определяет ширину парамеров у их основания. МП 23 опускается из фронтальной точки прикрепления гонита к фаллической части, перпендикулярно оси МП 1, до пересечения с контуром гонита. Из этой точки проводится МП 24, параллельный оси МП 1 и характеризующий длину вентральной части лепестка парамера. МП 22 опускается из середины МП 24 до пересечения с контуром парамера и определяет кривизну проекции нижней части лепестка парамера. МП 25 расположен параллельно оси МП 24, выше него на половину длины МП 21, и характеризует длину парамера от его фронтальной части до оси МП 21. Ось МП 26 совпадает с осью МП 25, сам МП 26 проведен от переднего до заднего края контура парамера и характеризует его наибольшую длину. Сходным образом МП 27 характеризует наибольшую ширину парамера. МП 28 определяет длину аподемы, а МП 29–34 проведены сходным образом с МП 6-11 для фаллической части и определяют ширину и положение аподемы. Признаки, характеризующие отклонение шипа и аподемы (оси МП 2 и 28) от оси МП 1, выражены в радианах и включены в анализ под названиями α и β.


Рис.1. Схема морфометрических промеров полового органа самцов дрозофил группы virilis.

4


5

3


7


6

11


10


12

16


9


8

14


18


20

15


13


19

21


22


23

2


1

24

α

32

31

30

29

28

27

25

17

26

β

34

33

ю

Для исключения фактора размерности органа использовали индексы МП (в дальнейшем ИМП, или индексы), в соответствии с методом, используемым ранее при оценке меж- и внутривидовой изменчивости половых органов у дрозофил группы virilis (1). Мы определяли индексы полученных МП как отношение их к МП 1. Нумерация ИМП соответствует номеру нормируемого МП. Исключение составляют три индекса, полученные нормированием МП 25 на МП 27, МП 13 и 15 на МП 14 и 16 соответственно. Данные индексы включены в анализ под соответствующими дробными номерами. Признаки, выраженные в радианах, включены в анализ без изменений.

Статистическая обработка результатов проводилась с использованием программы Statistica 6.1. Оценку доминирования признаков в межвидовых скрещиваниях проводили сопоставлением изменчивости признака в группах особей из родительских линий и гибридов, достоверность различий определяли с помощью дисперсионного анализа, разбиение на независимые группы по данному признаку проводили с использованием Post-hoc сравнений, критерия Фишера H3P. Для оценки совместной изменчивости признаков использовали факторный анализ. Влияние половых хромосом и материнского и отцовского эффектов с скрещиваниях D.virilis x D.lummei определяли с помощью множественной регрессии.


Результаты.

ИМП формы полового аппарата дрозофил имеют нормальное распределение и не несут ограничений в применении методов анализа (подробно см. Куликов и др., 2005), поэтому для сравнения выборок мы использовали однофакторный дисперсионный анализ. Результаты сравнения ИМП самцов из родительских линий и потомков от скрещиваний этих линий представлены в табл.1.

Табл.1 Доминирование признаков формы фаллоса в межвидовых скрещиваниях дрозофил.

ИМП

No x Vi XViYNo

Lu200 x Vi XViYLu

Lu1109 x Vi XViYLu

Lu1100 x Vi XViYLu

Lu200 x Vi XLuYVi

Lu200 x Vi XViYVi

F

Post-hoc

F

Post-hoc

F

Post-hoc

F

Post-hoc

F

Post-hoc

F

Post-hoc

2.


1.0

ns

3.3

N, ns f1< f2,v,l

11.9***

N f1

0.7

ns

14.3***

N f1

0.3

ns

3.

0.3

ns

1.0

ns

0.1

ns

0.5

ns

1.0

ns

0.1

ns

4.

4.8*

N f1

8.9***

DLu f1,l,f2

43.3***

DLu l,f1

36.8***

ID l1

11.9***

DLu l,f1

6.6**

DLu f2,l

5.

16.1***

N f1

13.2***

DLu f2,f1,l

62.7***

DLu l,f1

36.5***

DLu l,f1

17.2***

DLu f1,l

7.5**

DLu f2,l

6.

23.7***

DNo n,f1

18.4***

ID l≤f1≤f2

101***

ID l1

75.6***

ID l1

27.3***

DLu l,f1

19.5***

DLu l,f2

7.

12.7***

DNo n,f1

17.3***

DLu l,f1,f2

64.8***

ID l1

45.0***

DLu l,f1

38.6***

DLu f1,l

20.1***

DLu f2,l

8.

32.4***

ID n1

15.8***

DVi l1,f2

83.1***

ID l1

63.1***

DVi l1

15.7***

DVi l1

37.2***

ID l2

9.

14.7***

DVi n1

12.2***

sDVi l≤v≤f21

18.0***

DVi l1,v

2.3

ns

7.7***

sDVi l≤v≤f1

5.7**

DLu f2,l

10.

58.0***

ID v1

39.8***

ID v21,l

32.3***

ID v1

116***

ID v1

44.2***

DLu v1,l

31.2***

ID v2

11.

91.6***

ID v1

31.8***

DLu v2≤l≤f1

27.7**

ID v1

53.4***

ID v1

21.8***

DLu v1,l

19.8***

DVi v,f2

12.

25.8***

DVi v,f1

5.8***

ID v≤f2,f1≤l

5.2**

DVi f1,v

11.4***

DVi f1,v

5.8**

ID v≤f1

4.4***

DVi f2,v

13.

3.1

ns

2.2

N, ns l,f2,v ≤ f1

4.5*

DLu f1≤l≤v

2.3

ns

2.4

ns

3.4*

DVi f2,v≤l

14.

55.0***

ID n1

47.0***

ID l2,f1

95.2***

ID l1

102***

ID l< f1

54.4***

ID l1

50.6***

DLu l,f2

15.

467***

DVi n1

2.6*

N l,v ≤f2,f1

5.1*

ID l≤f1≤v

1.0

ns


3.3*

N l,v≤f1

0.9

ns

16.

67.1***

N f1

47.5***

ID l12

103***

ID l1

170***

ID l< f1

64.4***

ID l1

76.3***

ID l2

17.

109***

DVi v,f1

11.8***

DVi,ID v,f21

35.5***

DVi v,f1

69.9***

sDVi f1

14.6***

DVi v,f1

6.5**

DVi v,f2

18.

528***

ID n1

14.0***

DLu,ID f1,l2


9.1***

DLu f1,l

8.2***

ID l≤f1≤v

8.1***

DLu l,f1

8.7**

DVi l2

19.

42.2***

DVi n1,v

9.5***

DLu l,f2,f1

5.5**

DLu l,f1

2.3

ns

7.0***

DVi l1,v

8.7**

DVi l2,v

20.

35.2***

sDVi n1

8.5***

DVi v,f1,f2

1.9

ns

15.3***

DVi f1,v

19.8***

DLu v1,l


12.8***

DLu v2,l

21.

59.8***

DVi v,f1

2.7*

DLu l,f1,f2

13.8***

sDLu f1

7.9**

N f1

4.4**

DLu l,f1

4.4*

ID l≤f2≤v

22.

58.2***

DVi f1,v

0.7

ns

1.8

ns

7.6**

DVi v,f1

2.0

ns

0.1

ns

23.

13.8***

sDVi n1

4.2**

DVi l≤f1,f2,v

7.8**

DVi f1,v

2.2


sDVi l≤v≤f1

3.2*

ID l≤f1≤v

12.5***

N l,v2

24.

0.5

ns

8.0***

DLu l,f2≤f1≤v

11.3***

DVi l1

5.5**

DLu l,f1

5.8**

DVi l1,v

8.7**

DLu l,f2

25.

47.2***

ID n1

42.1***

ID l21

59.0***

ID l1

45.5***

ID l1

46.5***

ID l1

53.8***

ID l2

26.

25.8***

sDVi f1

58.4***

ID l21

74.9***

ID l1

62.4***

ID l1

68.2***

ID l1

67.6***

ID l2

27.

51.3***

DVi n1

2.1

ns

2.1

ns

3.9*

DLu f1,l

2.3

ns

1.6

ns

28.

144***

ID n1

8.0***

DLu,ID f2,l≤f1≤v

9.2***

DLu l,f1

6.1**

DLu f1,l

5.9

DLu f1,l

2.7

ns

29.


9.3***

DVi v,f1

2.0

ns

2.7

ns

5.5**

DVi f1≤v≤l

1.9

ns

1.9

ns

30.

4.8*

DNo f1,n

7.4***

N,ns f2≤l,f1,v

3.5*

ID l≤f1≤v

3.2*

N f1

5.8**

ID l≤f1≤v

2.0

ns

31.

7.3**

DVi v,f1

1.6

ns

2.7

DVi f1≤v≤l

5.4*

DVi f1≤v≤l

1.9

ns

1.4

ns

32.

4.4*


DNo n,f1

11.8***

N,ns f21

0.01

ns

10.3**

DVi f1,v

8.1***

N f1

0.8

ns

33.

870***

DVi v,f1

3.8**

DVi l2,f1,v

0.2

ns

2.3

ns

4.1**

N l,v≤f1

6.8**

DLu f2,l

34.

54.2***

DVi f1,v

12.2***

N,ns f21,l

0.8

ns

18.3***

DVi f1,v

13.2***

DVi f1,v

2.2

ns

α


180***

ID n1

37.9***

DVi l2≤v,f1

36.5***

sDVi l1

81.5***

DVi l1

131***

sDVi l1

65.3***

ID l2

β

1.1

ns

8.0***

DVi,DLu l,f21

2.8

ns

0.8

ns

4.0*

DLu l,f1

5.8**

ID l≤f2≤v

25/27

3.9*

DNo f1≤n≤v

18.9***

ID l1,f2

55.3***

DVi l1,v

13.1***

DVi l1,v


22.9***

ID l1

28.0***

DLu l,f2

13/14

49.0***

DVi v,f1

21.8***

ID v2,f1

53.3***

ID v1

51.9***

ID v1

24.5***

ID v1

14.8***

DVi v,f2

15/16

270***

sDVi n1

22.9***

ID v2,f1

23.6***

ID v1

70.6***

ID v1

30.4***

ID v1

26.9***

DVi v,f2



следующая страница >>