CC BY
66
К.Е. Усов, И.Э. Вассерлауф, В.Н. Стегний
АРХИТЕКТУРА ЯДЕР ТРОФОЦИТОВ ЯИЧНИКОВ DROSOPHILA SANTOMEA И DROSOPHILA YAKUBA НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ЭНДОРЕПЛИКАЦИИ
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 04-04-48175), целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008)» (проект РНР.2.2.1.1.2038) и НШ- 4283.2006.4.
Архитектура ядер трофоцитов яичников у Drosophila santomea и Drosophila yakuba на разных стадиях эндорепликации является в общих чертах сходной. У Drosophila santomea характерно более длительное прохождение эндомитотического цикла, чем у Drosophila yakuba. У обоих видов на определённых стадиях эндорепликации происходит разобщение плеч хромосом 2 и 3, что связано с функционированием ядрышка.
В 2000 г. был обнаружен новый вид - Drosophila santomea [1]. Оказалось, что этот вид принадлежит к подгруппе D. melanogaster. D. santomea найдена в западно-экваториальной Африке на острове Sao Tome, одном из островов Г винейского залива. Несмотря на то что остальные 8 видов подгруппы D. melanogaster морфологически сходны, за исключением терминальных участков брюшка, новый вид морфологически отличается от всех остальных жёлтым цветом тела у обоих полов без чёрной брюшной исчерченности [1].
Таким образом, D. Lachaise с соавторами дополнили филогенетическую систему подгруппы melanogaster, включив в неё новый вид - D. Santomea [1].
Данные, полученные при изучении политенных хромосом, митотических хромосом, гена period, аллозимов, а также терминальных участков брюшка D. Santomea, показали, что этот вид является гомосеквентным D. yakuba, с которым он сосуществует на острове Sao Tome [1].
Ранее был проведён детальный анализ архитектуры ядер трофоцитов яичников у восьми представителей подгруппы D. melanogaster [2]. На основании полученных данных была построена схема реорганизации взаимного расположения хромосом в ядрах в процессе сальтационного видообразования. Было сделано предположение, что эволюция архитектуры ядер шла от локального хромоцентра к диффузному и к полному его исчезновению, к прикреплению прицентромерных или теломерных хромосомных плеч к оболочке ядра [2].
В связи с обнаружением нового вида, принадлежащего к комплексу yakuba [1], возник интерес к проведению сравнительного анализа архитектуры ядер трофоцитов яичников двух гомосеквентных видов - D. santomea и D. yakuba - на разных стадиях эндорепликации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Были отобраны 0,5-, 1-, 1,5-, 2-суточные самки лабораторных линий D. yakuba и D. santomea.
Цитологические препараты: яичники 1-1,5-
суточных самок Drosophila выделяли в физрастворе 0,7% NaCl и фиксировали в этанол-уксусной смеси (3:1). Воздушно-сухие давленые препараты готовили по стандартной методике [3], в которую были внесены некоторые изменения, подобранные для используемого объекта экспериментально.
Ag-окраска. В работе был использован упрощенный метод Ag-окрашивания с использованием только инкубации в растворе азотнокислого серебра. Для анализа окрашенных препаратов и регистрации результатов
использовали микроскоп ЬаЪоуа1 (увеличение 10x100), фотонасадку и фотокамеру 01утрш.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Был проведён сравнительный анализ архитектуры ядер трофоцитов яичников О. santomea и О. yakuba на разных стадиях эндорепликации, начиная от первичных ретикулярных ядер (рис. 1, А, А') (ранние стадии эндорепликации) и заканчивая вторичными ретикулярными ядрами (рис. 4, К, К') (поздние стадии эндорепликации).
В результате была изучена динамика изменения морфологии первичных политенных хромосом ядер трофоцитов яичников О. santomea и О. yakuba, которая оказалась в общих чертах сходной у данных двух видов: на ранних стадиях эндорепликации ядер трофоцитов яичников выявляются первичные ретикулярные ядра (см. рис. 1, А, А'), на последующих стадиях эндорепликации происходит образование «удлинённых» первичных политенных хромосом (рис. 1, В, В', С, С', О, О'), затем - постепенная компактизация первичных поли-тенных хромосом и образуются «компактные» первичные политенные хромосомы (рис. 2, Е, Е, Е, Р, G, G'; рис. 3, Н, Н'). Далее происходит распад «компактных» первичных политенных хромосом (рис. 3, I, /; рис. 4, 3, ./), затем образуются вторичные ретикулярные ядра трофоцитов (рис. 4, К, К').
Подобные результаты были получены на Б. me1anogaster [4]. Ранее была проведена аналогичная работа на некоторых представителях семейства Ca11iphoridae [5]. Были изучены разные стадии эндорепликации хроматина в ядрах трофоцитов яичников у четырёх видов отряда Diptera (Calliphora erythrocephala, Protophormia terraenovae, Lucilia sp. и Sar-cophaga sp.) [5]. У Calliphora erythrocephala, Proto-phormia terraenovae и Lucilia sp. продолжительность эндомитотического цикла занимает от 4 до 6 сут [5], в то время как у О. santomea и О. yakuba - от 1 до 1,5 сут. Кроме того, у всех вышеперечисленных видов Ca11iphoridae четко выявляется стадия сборки первичных политенных хромосом [5], а у О. santomea и О. yakuba данная стадия не визуализируется, так как, вероятно, стадия сборки первичных политенных хромосом у О. santomea и О. yakuba проходит очень быстро и поэтому выявить ее не удается. Отмечают, что у С. erythrocephala, Р. terraenovae, Lucilia sp. эндоми-тотический цикл в ядрах трофоцитов яичника и в пределах одного фолликула протекает более или менее синхронно [5], а для О. santomea и О. yakuba харак-
терна выраженная асинхронность в протекании дан- сокой степенью асинхронности эндомитотического
ного процесса в ядрах трофоцитов разных фоллику- цикла в ядрах трофоцитов яичника [5], что является
лов. В тоже время Sarcophaga sp. характеризуется вы- общей чертой с D. santomea и D. yakuba.
Рис. 1. Архитектура ядер трофоцитов яичников от первичных ретикулярных ядер до стадии эндорепликации с «удлинёнными» политенными хромосомами: Drosophila yakuba (A, B, C, D); Drosophila santomea (A', B', C', D')
Рис. 2. Архитектура ядер трофоцитов яичников на разных стадиях эндорепликации с «компактными» политенными хромосомами:
Drosophila yakuba (E, F, G); Drosophila santomea (E, F, G')
(С - центромерные районы; стрелками указаны участки расхождения плеч хромосом)
2ІЗ
Рис. З. Архитектура ядер трофоцитов яичников на стадии эндорепликации с «компактными» политенными хромосомами и на стадии распада «компактных» политенных хромосом: Drosophila yakuba (H, I); Drosophila santomea (H, I)
Рис. 4. Архитектура ядер трофоцитов яичников на стадии распада «компактных» политенных хромосом и вторичных ретикулярных ядер: Drosophila yakuba (J, K); Drosophila santomea (J, K)
Было обнаружено, что у самок Drosophila santomea в возрасте І2 ч выявляются только первичные ретикулярные ядра трофоцитов яичников, тогда как у самок Drosophila yakuba - ядра трофоцитов как с первичной ретикулярной структурой, так и ядра трофоцитов с «удлинёнными и «компактными» первичными политенными хромосомами.
Это свидетельствует о том, что, вероятно, у D. san-tomea скорость эндорепликации на данной стадии развития ниже, чем у D. yakuba. Подобные результаты были выявлены у различных видов Calliphoraidae, ко-
торые также отличаются по скорости эндорепликации на определенных стадиях развития imago [5].
У D. yakuba и D. santomea были выявлены стадии эндорепликации, когда встречаются ядра трофоцитов с разобщенными плечами хромосом (см. рис. 2, E, F); это связано с декомпактизацией прицентромерных гетерохроматиновых блоков хромосом З и 2. Можно предположить, что выявленная нами стадия имеет функциональную значимость, характерную для питающих клеток ооцита, которая, возможно, связана с образованием ядрышкового материла, необходимого для питания ооцита.
Для выявления ядрышка в ядрах трофоцитов яичников Б. yakuba и Б. santomea было проведено Ag-окрашивание. На стадии «удлиненных» первичных политенных хромосом отчетливо выявлялось небольшое ядрышко в центромерном районе хромосомы ХЬ (рис. 5, А). С ростом эндорепликации размер ядрышка постепенно увеличивается (рис. 5, В). На определенных стадиях эндорепликации выявляются ядра трофоцитов, где плечи хромосом разобщены (рис. 5, Б, Е, .Р). Происходит декомпактизация при-центромерных блоков хромосомы 3, и плечи разобщаются с образованием второго ядрышка (рис. 5, С). На последующих стадиях происходит увеличение и слияние ядрышек, образованных хромосомами ХЬ и 3 (рис. 5, Б, Е). Гетерохроматиновые прицентромер-
ные блоки хромосомы 2 также декомпактизуются и прицентромерными тяжами контактируют с ядрышком (рис. 5, Е). Следует отметить, что разобщение плеч у хромосомы 3 визуализируется более чётко, чем у хромосомы 2. На стадии «компактных» первичных политенных хромосом происходит конденсация прицентромерного гетерохроматина хромосом
2 и 3, ядрышко на этой стадии также отчетливо выявляется (рис. 5, G).
На стадии распада «компактных» первичных поли-тенных хромосом (рис. 5, Н, I) первой распадается ядрышкообразующая Х-хромосома. На стадии вторичных ретикулярных ядер (рис. 5, 7) выявляется ядрышко, заполняющее весь объем ядра, а деспирализованный хроматин «лежит» на ядрышке.
Рис. 5. Архитектура ядер трофоцитов яичников на разных стадиях эндорепликации Drosophila yakuba: A, B, C, D, E - «удлиненные» первичные политенные хромосомы;
F, G - «компактные» первичные политенные хромосомы;
H, I - распад «компактных» первичных политенных хромосом;
J - вторичное ретикулярное ядро; XL, 2, 3 - хромосомы; N - ядрышко
Таким образом, на определенной стадии эндоредупликации прицентромерный гетерохроматин хромосом 2 и
3 деконденсируется, так как, вероятно, в этой области находится рДНК, которая транскрибируется, образуя ядрышко. Известно, что у D. melanogaster в прицентромер-ном гетерохроматине хромосом обнаружены тандемные повторы генов рРНК [6].
По мнению И.И. Кикнадзе, только Х-хромосома является ядрышкообразующей в соматических клетках у Drosophila melanogaster [7]. Таким образом, потенциальные возможности развития ядрышка, скрытые, как правило, в соматических клетках, широко раскрываются при его функционировании в трофоцитах яичников Drosophila.
Поскольку Drosophila относится к животным с алиментарным типом оогенеза [7, 8], то функцию снабжения ооцита рибосомной РНК берут на себя питающие клетки. Так как ооцит требует для своего дальнейшего развития большого количества рибосомной РНК, то только одной Х-хромосомы в качестве ядрышкообразующей в трофо-цитах уже недостаточно, и поэтому гетерохроматиновые прицентромерные районы хромосом 2 и 3 также начинают участвовать в образовании ядрышка, тем самым являясь, подобно Х-хромосоме, ядрышкообразующими.
В заключение можно сказать следующее. Сравнительный анализ архитектуры ядер трофоцитов на разных стадиях эндоредупликации у Drosophila santomea и D. ya-
kuba позволил выявить отличительную черту в прохождении этих стадий: у самок D. yakuba скорость эндоредупликации первичных политенных хромосом трофоцитов яичников на определенной стадии развития (imago в возрасте 12 ч) выше, чем у самок D. santomea.
На определенных стадиях эндоредупликации у D. santomea и D. yakuba выявляются ядра трофоцитов, где плечи хромосом разобщены. На основании прове-
денного цитогенетического анализа Ag-окрашенных препаратов первичных политенных хромосом ядер трофоцитов яичников Б. santomea и Б. уакиЬа можно предположить, что разобщение плеч хромосом на определенных стадиях эндоредупликации может быть связано с функционированием ядрышка; возможно, хромосомы 2 и 3, подобно ХЬ хромосоме, являются ядрышкообразующими.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lachaise D., Benassi V. Evolutionary novelties in islands: Drosophila santomea, a new melanogaster sister species from Sao Tome // Evolution. Janu-
ary. 2000. P.1487-1495.
2. Стегний В.Н. Архитектоника генома, системные мутации и эволюция. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1993. 110 с.
3. Стегний В.Н., Вассерлауф И.Э. Межвидовые отличия коориентации первично политенных хромосом трофоцитов у Drosophila melanogaster,
Drosophila simulans, Drosophila mauritiana // Генетика. 1991. Т. 27, № 7. С. 1169-1172.
4. Kimberley J. Dej., Spradling Allan C. The endocycle controls nurse cell polytene chromosome structure during Drosophila oogenesis // Development.
1999. Vol. 126. P. 293-303.
5. Ведерников А.Е., Ананьина Т.В., Питер О.С., Стегний В.Н. Эндоредупликация хроматина в ядрах питающих клеток яичников у представите-
лей сем. Calliphoridae (Diptera) - Calliphora, Protophormia, Lucilia и Sarcophagidae (Diptera) // Вестник ТГУ. 2004. № 30. С. 50-57.
6. Свердлов Е.Д. Проблемы и перспективы молекулярной генетики. М.: Наука, 2003. 372 с.
7. Кикнадзе И.И. Функциональная организация хромосом. Л.: Наука, 1972. 210 с.
8. Айзенштадт Т.Б. Цитология оогенеза. М.: Наука, 1984. 247 с.
Статья поступила в редакцию журнала 20 июля 2006 г., принята к печати 25 ноября 2006 г.
