CC BY
70
Труды ИБВВ РАН, 2017, вып. 80(83)
Transactions of IBIW RAS, 2017, issue 80(83)
УДК 575.8+597-115
ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ОТДАЛЕННЫХ ГИБРИДОВ
КАРПОВЫХ РЫБ
Ю. В. Слынько, Е. Е. Слынько
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742, п. Борок, Ярославской области, Некоузскогорайона, e-mail: [email protected]
Впервые осуществлены масштабные анализирующие скрещивания самцов лабораторно полученных реципрокных гибридов Fj плотвы, леща и синца. Получены и выращены генерации бэккроссов. Проведен детальный морфологический, генетико-биохимический и цитогенетический анализ по обширному комплексу признаков гибридов Fj и BC. Обнаружены ранее не известные эффекты наследования генов, гаметической сегрегации гаплоидных геномов и поликлональности потомства гибридов. На примере гибридов плотвы, леща и синца описана и экспериментально подтверждена принципиально новая система размножения - проапомиксис. Предполагается, что она присуща всей категории отдаленных гибридов "от случая к случаю".
Ключевые слова: карповые рыбы, гибриды, система размножения, скрещивания, эффекты наследования, изменчивость количественных и качественных признаков.
ВВЕДЕНИЕ
Межвидовая гибридизация нередко определяется, как наиболее существенный и реальный фактор эволюции, наряду с воздействием мутаций, гомогенизации и отбора [Robles е! al., 2005]. У межвидовых гибридов в первом поколении наблюдаются весьма существенные отклонения от закономерного менделеевского наследования, в том числе, последовательностей рДНК. Эти отклонения связывались большинством авторов с нарушением механизмов согласованной эволюции [Челомина и др., 2008 (Chelomina et al.); Skalska et al., 2003]. При анализе изменчивости количественных признаков в комплексе скрещиваний "Плотва-Лещ" в генерациях родительских видов и их реципрокных гибридов первого поколения была сходна. Ни в одном случае не выявлено достоверных различий в коэффициентах вариации: ни между разными генерациями на внутривидовом уровне, ни между родительскими видами, ни между генерациями гибридов первого поколения, в том числе между ре-ципрокными вариантами, ни между родительскими видами и гибридами (рис. 1, табл. 1). В дискретных группах возвратных гибридов данного комплекса скрещиваний, напротив, отмечалось значительное снижение изменчивости по подавляющему большинству количественных признаков. По числу ветвистых лучей, всем пластическим признакам, количеству отверстий в frontale и dentale изменчивость в той или иной степени снижалась практически во всех дискретных группах восстановленных видов и восстановленных гибридов F1. По количеству позвонков и отверстий в nasale снижение изменчивости было незначительным или отсутствовало в некоторых отдельных группах восстановленных видов или восста-
новленных гибридов F1, как правило, в сравнении с наименее изменчивой по этим признакам плотвой. Для триплоидов, порядка половины всех проанализированных признаков характеризовались уровнями изменчивости, сопоставимыми с родительскими видами и гибридами первого поколения. Тем не менее, в целом имело место достоверное снижение суммарной морфологической изменчивости количественных признаков практически во всех группах бэккроссов (рис. 1, табл. 1).
В наибольшей степени изменчивость понижалась в диплоидных группах восстановленных родительских видов, более, чем на 50% в сравнении с родительскими видами и F1. В диплоидных группах восстановленных F1 изменчивость в среднем понижалась более, чем на 30%, а в группах триплоидов суммарная морфологическая изменчивость снижалась на 20-30%. Триплоиды, таким образом, обладали наибольшем уровнем изменчивости среди всех групп бэккроссов. В ряде случаев, их изменчивость достоверно превышала изменчивость в других группах возвратных гибридов, или достоверно не отличалась от некоторых генераций родительских видов и гибридов первого поколения. Тем не менее, триплоиды по уровню изменчивости в основном значимо уступали родительским видам и гибридам первого поколения и даже в тех случаях, когда различия были недостоверны, изменчивость по-прежнему была более низкой. В комплексе скрещиваний "Плотва-Синец" наблюдалась почти аналогичная ситуация (табл. 2, рис. 2). Уровни изменчивости в генерациях сибсов родительских видов и гибридов первого поколения были сходны и не имели достоверных различий. Исключение составила только гене-
рация СхП 1993 г., уровень изменчивости количественных признаков, в которой значимо превышал изменчивость во всех других генерациях. Во всех дискретных генерациях бэк-кроссов отмечено в основном значимое снижение изменчивости по сравнению с родительскими видами и гибридами первого поколения. Также, как и в комплексе скрещиваний "Плотва-Лещ", наиболее низкой изменчивостью характеризовалась дискретная группа восстановленного вида ("плотва"), в среднем на 40-50% ниже, чем у родительских видов и гибридов первого поколения (без учета генерации СхП 1993 г.).
Рис. 1. Морфологическая изменчивость в выборках генераций плотвы, леща и их гибридов. CV, % -средний коэффициент вариации по сумме 11 счетных и 6 пластических признаков. 1, 2 - генерации плотвы 1990 и 1993 гг.; 3, 4 - генерации леща 1986 и 1989 гг.; гибриды первого поколения: 5, 6 - Лещ х Плотва 1989 и 1994 гг.; 7, 8 - Плотва х Лещ 1990 и 1993 гг.; бэккроссы: восстановленные гибриды в генерациях: 9 - Лещ х Лещ-Плотва, 1997 г., 10 -Лещ х Плотва-Лещ, 1996 г., 11 - Лещ х Лещ-Плотва, 1998 г.; восстановленный лещ в генерациях: 12 - Лещ х Плотва-Лещ, 1996 г., 13 - Лещ х Лещ-Плотва, 1997 г., 14 - Лещ х Лещ-Плотва, 1998 г.; 15 - восстановленная плотва в генерации Плотва х Плотва-Лещ, 1996 г.; триплоидные гибриды в генерациях: 16 - Плотва х Плотва-Лещ, 1996 г., 17 - Лещ х Лещ-Плотва, 1997 г.
Fig. 1. Morphological variability in the samples of generations of roach, bream and hybrids. CV,% - the average coefficient of variation of the sum of 11, counting and 6 plastic signs. 1, 2 - generation of roach in 1990 and 1993; 3, 4 - generation of bream in 1986 and 1989; the first generation of hybrids: 5, 6 - Bream x Roach 1989 and 1994; 7, 8 - Bream x Roach 1990 and 1993; backcrosses: the restored hybrids in generations: 9 - Bream x Bream-Roach, 1997, 10 - Bream x Roach-Bream, 1996, 11 - Bream x Bream-Roach, 1998; restored bream in the generation of 12: Bream x Roach-Bream, 1996, 13 - Bream x Bream-Roach, 1997, 14 - Bream x Bream-Roach, 1998; 15 - restored of roach in the generation of Roach x Roach-Bream, 1996; triploid hybrids in the generations: 16 - Roach x Roach-Bream, 1996, 17 - Bream x Bream-Roach, 1997.
У триплоидов уровень изменчивости был несколько выше, чем у восстановленной "плотвы" и в среднем на 20-30% ниже, чем у родительских видов и гибридов Fi. В основном снижение изменчивости было достоверным, хотя в сравнении с отдельными генерациями (Синец 1993 г. и ПхС 1993 г.) снижение оказалось незначимым. Подобно возвратным гибридам системы скрещиваний "Плотва-Лещ" достоверность различий по разным признакам варьировала, по некоторым признакам различия оказывались недостоверными, однако эти колебания изменчивости по признакам носили случайный характер - отсутствие повторяемости по генерациям и по категориям признаков. Можно констатировать, что наблюдаемое значимое снижение уровней изменчивости количественных признаков в дискретных группах бэккроссов обоих комплексов скрещиваний является закономерным процессом. Как правило, при скрещивании сортов, линий и близкородственных видов для бэккроссов и F2 характерно, скорее, не значимое понижение количественной изменчивости, а ее повышение, что является следствием рекомбинационных процессов [Рокицкий, 1978 (Rokitsky,1978); Жученко, Король, 1985 (Zhuchenko, Korol', 1985); Мазер, Джинкс, 1985 (Mather, Jinks, 1985)]. Достоверным падением количественной изменчивости в поколениях post-F1 характеризуются только полуклоны и клоны у однополых видов гибридного происхождения, что рассматривается в качестве надежного подтверждения клонального типа наследования, в частности, при однополом размножении у межвидовых гибридов Poeciliopsis [Vrijenhoek, 1984, 1994].
Анализ аллозимной изменчивости проводили по полиморфным для обоих видов ло-кусам, кодирующим ферменты клеток мышечных тканей - пероксидаза (Pxd), лактатдегид-рогеназа (Ldh) и аспартатаминотрансфераза (Aat) (рис. 3). По локусам Pxd и Aat плотва и лещ сходны по одному аллелю и различаются по трем, по локусам Ldh они сходны по одному аллелю и различны по двум. Следовательно, хотя бы часть из образующихся при гибридизации фенотипов является специфичной для гибридов. В принципе, в условиях полностью контролируемого эксперимента по проведению индивидуального скрещивания, описание генотипов получаемых вариантов не составляет сложности даже в условиях взаимодействия сходных аллелей скрещиваемых видов. Анализ производителей родительских особей и их потомства первого поколения показал, что у гибридов формируются фенотипы, полностью
соответствующие ожидаемым вариантам исходя из аллельных вариантов родительских особей и закономерностей кодоминантного наследования мономерных (PXD), димерных (AAT) и тетрамерных (LDH) изоферментов. Представленность генотипов в случае поливариантных картин была приблизительно равно-
вероятной (табл. 3). Именно из этих генераций гибридов первого поколения отбирались самцы для проведения возвратных скрещиваний. Электрофоретические варианты рассматриваемых полиморфных локусов, формирующиеся у особей бэккроссов прежде всего подтвердили дискретный характер потомства (табл. 4).
Таблица 1. Оценка достоверности различий коэффициента вариации количественных признаков в генерациях леща, плотвы, гибридов первого поколения и дискретных групп бэккроссов
Table 1. An assessment of the difference significance in variability of quantitative and qualitative characteristics in the generation of bream, roach, F1 hybrids and discrete groups of backcrosses
L1 L2 P1 P2 PXL1 PXL2 LXP1 LXP2 F97 F6 F8 L96 L97 L98 P96 T96
L2 0.2
P1 0.2 0.4
P2 0.8 0.8 0.5
PXL1 1.2 1.1 1.2 1.3
PXL2 1.5 1.6 1.6 1.6 0.7
LXP1 1.0 1.3 0.4 0.0 2.0 2.0
LXP2 0.0 0.2 0.3 0.5 1.5 1.6 1.0
F97 7.3 6.8 5.3 5.1 51 46 4-9 53
F96 64 57 44 49 51 5.3 4-0 50 0.1
F98 49 5.0 49 42 47 45 3-9 4.7 1.1 0.9
L96 46 46 40 3.6 52 47 4-0 4J 1.8 1.7 0.9
L97 40 4.1 42 40 45 46 37 3-9 1.9 1.9 1.1 0.6
L98 5.0 5.0 44 41 46 46 37 4-2 1.0 1.0 .1 .8 1.1
P96 4.7 5.3 5.9 4.5 4.5 4.4 3.6 4.6 0.3 0.1 1.8 1.6 1.8 1.4
T96 23 23 29 2.5 27 29 1.8 2^2 0.9 0.9 1.7 1.6 23 1.5 0.9
T97 4.3 3.5 2.2 2.1 4.2 3.8 3.0 3.1 2.3 1.9 2.1 3.5 2.9 1.8 1.4 0.4
Таблица 2. Оценка достоверности различий коэффициента вариации количественных признаков в генерациях синца, плотвы, гибридов первого поколения и дискретных группах бэккроссов
Table 2. An assessment of the difference significance in variability of quantitative and qualitative characteristics in the generation of blue bream, roach, F1 hybrids and discrete groups of backcrosses
S1 S2 P1 P2 PXS1 PXS2 SXP1 SXP2 P96 T94 T96
S2 0.6
P1 0.2 0.1
P2 0.6 0.4 0.5
PXS1 0.6 0.9 0.6 0.9
PXS2 1.0 1.3 0.9 1.2 0.4
SXP1 2.1 26 2.1 2.0 1.5 1.6
SXP2 23 25 24 25 24 2:2 1.5
P96 28 27 34 3.3 26 М 3.3 34
T94 25 24 24 1.9 22 ^ 3.9 3.5 1.9
T96 27 29 27 1.9 22 М 47 37 1.4 0.8
TS96 2.4 2.1 2.0 1.7 2.3 2.8 4.0 4.1 1.1 0.8 0.3
Все особи, определенные, как диплоидные восстановленные родительские виды имели спектры, представленные только аллелями родительских видов; все особи, описанные как диплоидные гибриды типа Fl, имели соответствующие спектры, присущие гибридам первого поколения, а все особи, отнесенные к классу триплоидных, характеризовались соответствующими гибридными спектрами. В случае контаминации полностью различных аллелей электрофоретический спектр содержал новообразования, которые никогда не отмеча-
лись ни у родительских особей, ни у гибридов первого поколения, и не могли бы определяться четвертичной структурой соответствующего изофермента в диплоидном состоянии: генотипы а/сМ по локусу Pxd (6-ти полосочный спектр) и а/сМ по локусу Аat (5-ти полосочный спектр) в классе триплоидов генерации ЛхЛ-П, 1997 г. (рис. 4). Характер этих спектров по количеству и распределению полос полностью соответствовал принципам конформационных взаимодействий п-п цепей при формировании четвертичной структуры. Подобная картина
могла возникнуть только при взаимодействии продукта аллеля родительского вида и всего гетерозиготного спектра гибрида первого поколения. Различающиеся аллели, родительских видов, сформировавших гетерозиготный спектр у гибрида первого поколения, наследовались сцеплено, гетерозиготность приобретала характер константной.
Рис. 2. Морфологическая изменчивость в выборках генераций плотвы, синца и их гибридов. СУ, % -
средний коэффициент вариации по сумме 11 счетных и 6 пластических признаков; 1, 2 - плотва 1990 и 1993 гг.; 3, 4 - Синец 1989 и 1993 гг.; гибриды первого поколения: 5, 6 - Плотва х Синец, 1990 и
1993 гг.; 7, 8 - Синец х Плотва, 1990 и 1993 гг.; бэккроссы: 9 - восстановленная Плотва в генерации Плотва х Синец-Плотва 1996 г.; триплоидные гибриды в генерациях: 10 - Плотва х Плотва-Синец
1994 г., 11 - Плотва х Синец-Плотва 1996 г., 12 -Синец х Синец-Плотва 1996 г.
Fig. 2. Morphological variability in the samples of the generations of roach, blue bream and their hybrids. CV, % - average coefficient of variation on the sum of 11 calculating and 6 plastic signs; 1, 2 - Roach 1990 and 1993; 3, 4 - Blue bream 1989 and 1993; F1 hybrids: 5, 6 - Roach x Blue bream, 1990 and 1993; 7, 8
- Blue bream x Roach, 1990 and 1993; backcrosses: 9
- the restored Roach in the generation Roach x Blue bream-Roach 1996; triploid hybrids in the generations: 10 - Roach x Roach - Blue bream 1994, 11 - Roach x Blue bream - Roach 1996, 12 - Blue bream x Blue bream-Roach 1996.
A).
лещ bream
+
cc dd ff cd df cf
плотва roach
aa
bb ab
B).
-плотва roach
+
aa bb ab
- плотва roach
aa bb ab
лещ bream
cc dd cd
C).
лещ bream
cc dd ff cd df cf
Рис. 3. Электрофоретические фенотипы локусов Pxd (A), Ldh (B) и Aat (C) плотвы и леща. aa, bb, cc и т.д. -условные наименования генотипов.
Fig. 3. Electrophoretic phenotypes of loci Pxd (A), Ldh (B) and Aat (C) of roach and bream. aa, bb, cc etc. - Code names of genotypes.
Таблица 3. Генотипы полиморфных локусов в генерациях гибридов первого поколения плотвы и леща 1989 г. Table 3. Genotypes of polymorphic loci in the generation in F1 hybrids of roach and bream in 1989
№ Гибрид PXD LDH AAT
Hybrid Генотип Genotype f Генотип Genotype f Генотип Genotype f
1 ^Плотва х б'Лещ a/a c/f a/a c/c a/a d/d
ПхЛ a/c a/f 0.44 0.56 a/c 1.00 a/d 1.00
2 $Лещ х ^Плотва c/d a/a c/c a/b c/f a/a
ЛхП a/c 0.52 a/c 0.46 a/c 0.59
a/d 0.48 b/c 0.54 a/f 0.41
Такого рода новообразования возникают, как правило, при кратном увеличении пло-идности и рассматриваются в качестве прямых доказательств полиплоидии [Малецкий, Полякова, 1977 (Ма^ку, Ро1уакоуа, 1977); Серов, 1977 (8егоу, 1977)]. У плотвы и синца, отсутствует столь отчетливая межлокусной дифференциация по различающимся аллелям (рис. 5). В локусах Pxd и Аа1 все аллели у обоих видов сходны. По локусам Ldh синец мо-номорфен и сходен с быстрым аллелем Ldh у
плотвы, т.е. имеются различия только по одному аллелю. Поэтому генотипическая интерпретация спектров у их гибридов возможна только при анализе потомства от индивидуальных скрещиваний при установленных генотипах родительских особей. Генотипы и их распределение у гибридов первого поколения тех генераций, особи из которых использовались при проведении возвратных скрещиваний приведены в табл. 5.
Таблица 4. Генотипы полиморфных локусов в дискретных группах бэккроссов комплекса скрещиваний "Плотва-Лещ"
Table 4. The genotypes of polymorphic loci in discrete groups of backcrosses' complex "Roach - Bream"
Генерация Generation Родители, потомство Parents, generation Плоидность Ploidy PXD LDH AAT
Генотип Genotype f Генотип Genotype f Генотип Genotype f
ПхП-Л, 1996 Самка Самец 2n 2n a/a a/c a/a a/c a/a a/d
ВС "П" 2n a/a 1.00 a/a 1.00 a/a 1.00
"Т" 3n a/a/c 1.00 a/a/c 1.00 a/a/d 1.00
ЛхП-Л, 1996 Самка Самец 2n 2n d/f a/f c/c a/c c/c a/d
ВС "Л" 2n d/f f/f 0.40 0.60 c/c 1.00 c/d 1.00
"F1" 2n a/d a/f 0.44 0.56 a/c 1.00 a/c 1.00
ЛхЛ-П, 1997 Самка Самец 2n 2n c/d a/d c/c b/c c/d a/f
ВС "Л" 2n c/d d/d 0.67 0.33 c/c 1.00 c/f d/f 0.33 0.67
"F1" 2n a/c a/d 0.47 0.53 b/c 1.00 a/c a/d 0.40 0.60
''Г' 3n a/c/d a/d/d 0.33 0.67 c/c/b 1.00 a/c/f a/d/f 0.50 0.50
ЛхЛ-П, 1998 Самка Самец 2n 2n c/d a/c c/c a/c d/f a/f
BC "Л" 2n c/c c/d 0.72 0.28 c/c 1.00 d/f f/f 0.43 0.57
"F1" 2n a/c a/d 0.44 0.56 a/c 1.00 a/d a/f 0.33 0.67
В тех случаях, когда у гибридов наличествовало по два фенотипических варианта, их
соотношение соответствовало распределению 1:1. Дискретность у возвратных гибридов в
целом прослеживалась по генотипам данных локусов (табл. 6). Во всяком случае, все особи, идентифицированные ранее, как диплоидная восстановленная плотва имели спектры присущие плотве, а триплоидные особи характеризовались гетерозиготными спектрами. Только в одном случае, по локусу Аа1 в генерации ПхС-П 1996 г., не было возможности дифференцировать дискретные группы, все потомство было представлено идентичными гетерозиготными спектрами. Таким образом, и для полиморфных локусов мы можем констатировать сцепленный характер наследования в поколениях бэккроссов. Более того, локусы не только сцеплены между собой, но и демонстрируют, по характеру расщепления, как сцепление с мономорфными моногенными ло-кусами, так и с полигенными признаками. Геномы родительских видов у гибридов первого поколения не рекомбинируют, они сегрегированы и наследуются при размножении гибридов клонально. В норме, на внутривидовом уровне, использованные в анализе полиморфные локусы наследуются независимо друг от друга. Аллельная изменчивость, которая возникает внутри дискретных групп, является следствием этой независимости локусов и представленные результаты свидетельствуют, что она вносится исключительно самкой родительского вида, использованной в конкретном
a).
ac ad af cd df = ■ = = ■ acd aac add v J
2n у V 3n
б).
■ ■ ■ ■ ■
- ac ad af cd df cf aad acf adf
2n 3П
Рис. 4. Гетерозиготные спектры у диплоидных и триплоидных бэккроссов комплекса скрещиваний плотвы и леща: а) - по локусу PXD, б) - по локусу ААТ.
Fig. 4. Heterozygous spectra in diploid and triploid backcrosses' complex at crossbreeding of roach and bream: a) -locus PXD, b) - AAT locus.
скрещивании. По этой же причине не происходит и полной утраты морфологической изменчивости, чего можно было бы ожидать в случае полного клонирования. Поскольку наследование генома у гибридов первого поколения клональное, то, следовательно, данные по изменчивости дают все основания утверждать, что получаемые в потомстве возвратного скрещивания дискретные группы представляют собой полуклоны. Характер ал-лозимной и морфологической изменчивости и тип наследования аллелей полиморфных и мо-номорфных локусов и полигенных морфологических признаков у гибридов плотвы, леща и синца фактически такие же, как и при скрещивании самок РоееШор818 топаска-1иаёа с самцами Р. топаска [УгуепЬоек, 1984, 1994]. Основное отличие нашей ситуации заключается в том, что у гибридов комплекса Poeciliopsis клонируется только материнский по происхождению геном топаска, а в нашем случае клонируются оба родительских генома, независимо от их происхождения.
Результаты проведенных экспериментов оказались не соответствующими теоретическим моделям, наследования нескольких моногенных несцепленных признаков, так и количественных полигенных признаков (модель множественных факторов).
A).
- плотва roach синец blue bream
+
B).
aa bb ab
плотва roach с
+
aa bb ab
cc dd cd
инец blue bream
cc
+
C).
плотва roach синец blue bream
aa bb ab
cc dd cd
Рис. 5. Электрофоретические фенотипы локусов PXD (A), LDH (B) и AAT (C) плотвы и синца. aa, bb, cc и т.д. -условные наименования генотипов.
Fig. 5. Electrophoretic phenotypes of loci PXD (A), LDH (B) and AAT (C) blue bream and roach. aa, bb, cc etc. -Code names of genotypes.
Таблица 5. Генотипы полиморфных локусов в генерациях гибридов первого поколения плотвы и синца 1990 г. Table 5. The genotypes of polymorphic loci at generation F1 hybrids of roach and blue bream 1990
№ PXD LDH AAT
Генотип f Генотип f Генотип f
1 Çплотва х б'Синец ПхС a/a h/h a/h 1.00 a/b f/f a/f b/f 0.58 0.42 a/a h/h a/h 1.00
2 Ç Синец х ^Плотва СхП g/h a/a a/g=a/h 1.00 f/f a/a a/f 1.00 g/h b/b b/g=b/h 1.00
Обозначения: "=" - при различной генотипической структуре электрофоретические спектры идентичны Key: "=" - electrophoretic spectra are identical at different genotypic structure
Таблица 6. Генотипы полиморфных локусов в дискретных группах бэккроссов комплекса скрещиваний "Плотва-Синец"
Table 6. The genotypes of polymorphic loci in discrete groups of backcrosses' complex at crossbreeding "Roach-Blue bream"
Генерация Generation Родители, потомство Parents, generation Плоидность Ploidy PXD LDH AAT
Генотип Genotype f Генотип Genotype f Генотип Genotype f
ПхП-С, 1994 Самка Самец 2n 2n a/a a/h a/a a/f a/a a/h
ВС "П" 2n a/a 1.00 a/a 1.00 a/a 1.00
"Т" 3n a/a/h 1.00 a/a/f 1.00 a/a/h 1.00
ПхС-П, 1996 Самка Самец 2n 2n a/a _______a/g_(a/h.)_______ a/a a/f a/a b/g(b/h)
ВС "П" 2n a/a 1.00 a/a 1.00 a/b ?
"Т" 3n -/a/g (a/a/h) 1.00 -/a/f 1.00 a/b/g (a/b/h) ?
СхС-П, 1996 Самка Самец 2n 2n h/h a/g(a/h) f/f a/f g/h b/g(b/h)
ВС "Т" 3n a/g/h (a/h/h) 1.00 a/f/f 1.00 b/g/g. (b/h/g. b/h/h) 1.00
В первом случае, постулируется присутствие в F2 или ВС широкого спектра рекомби-нантных типов, включая родительские типы, а изменчивость отдельных полиморфных локу-сов будет обусловлена комбинацией всех различающихся аллелей обоих родительских особей; во втором - менделевское расщепление по нескольким или многим адоминантным генам с аддитивными эффектами, максимальная генетическая дисперсия F2 и ВС и гальтоновское непрерывное распределение частот фенотипов, пропорциональное числу генетических факторов [Li, 1978 (Ли, 1978); Мазер, Джинкс, 1985 (Mather, Jinks, 1985); Камптон, 1991 (Kampton, 1991)]. Чем больше пар генов участвуют в расщеплении, тем меньше в F2 и ВС доля особей, фенотипически сходных с родительскими формами [Рокицкий, 1978 (Rokitsky, 1978)]. При наличии паратипической компоненты изменчивости обнаружить дискретную изменчивость невозможно даже по одному признаку, контролируемому парой несцепленных генов и тем более невозможно выявить дискретную изменчивость по большому числу признаков, контролируемых большим количеством генов. Изменчивость использованных в представленном материале морфологических признаков, судя по имеющимся данным [Кирпичников, 1987 (Kirpichnikov, 1987)], определяется десятками аддитивно действующих генов и содержит значительную паратипическую компоненту. Однако в генетических экспериментах, как правило, анализируются не отдельные гены, а эффективные факторы (группы сцепления), максимальное число которых равно числу хромосом гаплоидного набора совместно с количеством хиазм на геном.
Известно, что количественные признаки дрозофилы, как и других изученных в этом отношении объектов, контролируются полигенами, локализованными во всех хромосомах и рекомбинация в любой паре хромосом непосредственно влияет на изменчивость этих признаков. Современными исследованиями установлено принципиальное сходство систем генетической регуляции онтогенеза у насекомых и позвоночных и выдающейся роли этих систем в эволюции обоих групп [Carrol, 1995]. Оказалось возможным не только идентифицировать несколько общих семейств так называемых генов развития (D-генов), но и установить гомологию каждого из генов дрозофилы с многократно дуплицированными генами позвоночных. Наиболее изученным и наиболее важным в функциональном отношении является семейство гомеотических генов (#ох-гены), контролирующих дифференцировку сегментов
насекомых и сомитов позвоночных вдоль оси тела. Последовательность расположения гомеотических генов в хромосоме соответствует последовательности их зон действия по оси тела. В онтогенезе каждый из этих генов регулирует активность большого числа генов-мишеней (порядка 100-200), расположенных во всех хромосомах. В число мишеней, помимо структурных генов входят и регуляторные гены других семейств, тоже воздействующие на свои специфические мишени. Таким образом формируется регуляторная мультигенная сеть, организованная по иерархическому принципу и интегрирующая в процессе развития всю функциональную часть генома. Полагается, что число Нох-генов весьма консервативно. У карповых рыб насчитывается 38 Hox-генов, столько же, сколько и в других классах позвоночных, однако в последнее время показана их дифференциальная специфичность для разных родов и видов этого семейства [Zardoya et al., 1996]. В целом эти исследования позволили существенно конкретизировать представления классической генетики о взаимодействии главных и полимерных генов - в роли последних выступают многочисленные структурные гены-мишени, эффект мутаций в каждом из которых пренебрежимо мал.
Все это дает веские основания полагать, что использованные нами в анализе признаки контролируются регуляторными системами практически всех Нох-генов у рассматриваемых видов. Только общее число генов -регуляторов, локализованных в разных хромосомах превышает 100.
Использованные нами в анализе локусы, кодирующие изоферменты, также вероятней всего расположены в разных хромосомах, о чем свидетельствуют, как наши собственные данные о независимом характере наследования этих полиморфных локусов в естественных популяциях плотвы, леща и синца [Слынько, 1993, 1997 (Slynko, 1993, 1997)] и данные по индивидуальным скрещиваниям, так и данные по группам сцепления биохимических генов у других видов рыб [Кирпичников, 1987 (Kirpichnikov, 1987); Morizot, Siciliano, 1984] и результаты генетического картирования у мыши и человека. У мыши локусы Sod, Ldh-A, Ldh-B, Est и Pxd расположены соответственно в 16 (17), 7, 6, 9 и 2 хромосомах, а у человека - соответственно в 21q (6p), 12p, 11p, 11q, 11p хромосомах [Арефьев, Лисовенко, 1995 (Arefev, Li-sovenko, 1995)].
Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что данные по всей совокупности полигенных и моногенных признаков надежно
репрезентатируют весь геном. Отсюда следует, что наблюдаемое в наших экспериментах восстановление всех признаков родительских фенотипов (от формы костей черепа до размеров эритроцитов) возможно только при полном отсутствии менделевской рекомбинации гомологичных хромосом, и в качестве единицы наследования (группы сцепления) выступает весь геном или гаплотип [Мазер, Джинкс, 1984 (Mather, Jinks, 1984)]. В этом случае возможны только два варианта "неменделевского" расщепления: i. Полная сегрегация и раздельное клонирование обоих родительских гаплотипов по схеме ЛВ ^ Л+В и восстановление родительских и гибридных генотипов при бэккрос-сировании по схеме ЛЛ х ЛВ = ЛЛ + ЛВ (ВВ х ЛВ = ВВ + ЛВ), где Л и В гаплотипы родительских видов.; 2. Неполная сегрегация (по-ликлональность), при котором должна реализоваться схема образования гамет ЛВ ^ Л + В + ЛВ и образования генотипов потомства ЛЛ х ЛВ = ЛЛ + ЛВ + ЛЛВ (ВВ х ЛВ = ВВ + ЛВ + ЛВВ). Три других возможных варианта исхода экспериментов фальсифицируют гипотезу: 3. Рекомбинативное (менделевское) расщепление; 4. Отсутствие сегрегации родительских геномов и образование только диплоидных гамет ЛВ и триплоидных потомков типа ЛЛВ и ЛВВ; 5. Расщепление по типу гибридогенеза с потерей отцовского по происхождению генома (ЛВ ^ Л), при котором результаты возвратных скрещиваний несимметричны (ЛЛ х ЛВ = АЛ и ВВ х ЛВ = ЛВ). Варианты спонтанной инактивации ядра яйцеклетки, ведущей к андрогенезу при оплодотворении диплоидным спермием, или спонтанной диплоидиза-ции, ведущей к гиногенезу маловероятны ввиду чрезвычайной редкости этих процессов. Ни для одного из использованных в настоящей работе видов неизвестны случаи спонтанного гино- или андрогенеза. Среди всего европейского комплекса карповых рыб спонтанная диплоидизация помимо широко известной естественной гиногенетической формы серебряного карася обнаружена только у линя (Tinca tinca L.) [Flajshans et al., 1995], единственного представителя монотипического подсемейства Tincinae с неясными филогенетическими связями и особым таксономическим статусом [Богуцкая, 1986 (Bogutskaya, 1986)].
Известно, что оба варианта клонального наследования реализуются только при однополом размножении у живородящих карпозубых рыб и у зеленых лягушек [Berger, 1976; 1977; Боркин, Даревский, 1980 (Borkin, Darevskij, 1980); Moore, 1984; Vrijenhoek, 1984; Dawley,
1989; Vrijenhoek, 1994]. При гиногенезе Poecilia formoza клонируются и развиваются без оплодотворения яйцеклетки, содержащие полный геном, в результате чего потомство генетически идентично родительской особи и наблюдается только паратипическая изменчивость количественных признаков. При гибри-догенезе диплоидных Poeciliopsis monacha-lucida клонируются яйцеклетки, содержащие только материнский по происхождению гапло-тип monacha, что при скрещивании с родительскими видами дает два различных результата - с самцом P. monacha восстанавливается фенотип "monacha", а с самцом P. lucida восстанавливается фенотип гибрида "monacha-lucida", поскольку отцовский по происхождению геном lucida элиминируется в мейозе [Cimino, 1972]. В первом случае все потомство гомозиготно, а во втором гетерозиготно по всем фиксированным у родительских видов аллелей независимых локусов, изменчивость по полиморфным локусам обусловлена только рекомбинантной изменчивостью самцов. Изменчивость по количественным признакам снижается более, чем наполовину. То есть потомство в обоих случаях представлено полуклонами. При гибридогенезе стабилизированной формы гибридного происхождения Rana esculenta наблюдается фактически "анце-стральное разнообразие" способов клонирования геномов: элиминация одного из гаплоти-пов, независимое клонирование обоих гапло-типов, клонирование нередуцированного гибридного генома [Gunter, 1975; Tunner, 1974; Бергер, 1976 (Berger, 1976); Боркин, Тихенко (Borkin, Tikhenko, 1979, 1979); Боркин, Даревский, 1980 (Borkin, Darevskij, 1980); Виноградов и др., 1988 (Vinogradov et al., 1988); Lada et al., 1995]. Самки R. esculenta клонируют, как гаплоидный геном "ridibunda", так и диплоидный геном "ridibunda-lessonae", а самцы - и геном "ridibunda", и геном "lessonae". Единственное общее свойство обеих форм гибридо-генеза, обеспечивающее клонирование - элиминация отцовского по происхождению генома, у R. esculenta оказывается интерполярным и факультативным. При этом, наряду с по-уклонами в бэккроссных потомствах, в случае внутригибридного скрещивания потомство будет представлено полными клонами. Недавно было установлено, что у гибридов, как R. ridibunda, так и R. esculenta с двумя другими видами зеленых лягушек (R. shqiperia, R. epei-rotica) вообще не наблюдается премейотиче-ского исключения в гаметогенезе геномов этих видов, однако при этом отмечены факты рекомбинации [Guerrini et al., 1997]. Это обстоятельство, по-видимому, допустимо рассматри-
вать в качестве дополнительного свидетельства в пользу "анцестральности" гибридогене-за у зеленых лягушек, с одной стороны, а с другой, учитывая, что эти два вида (R. shqiperia, R. epeirotica) являются близкородственными для Rana ridibunda, вполне вероятно, что их геномы недостаточно дивергирова-ли, чтобы работали цитогенетические механизмы сегрегации геномов. Премейотическая сегрегация родительских геномов полагается в качестве исходного механизма, определяющего возможность последующей (в ходе мейоза) элиминации одного из родительских геномов и клонирования оставшегося [Uzzell, 1970; Ci-mino, 1972; Tunner, 1974; Vrijenhoek, 1979]. Существенным свидетельством в пользу реальности данного механизма явилась оригинальная работа М. Беннета [Bennet, 1986] по обнаружению пространственного разобщения гаплоидных геномов родительских видов на препаратах митотических метафазных пластинок межродовых гибридов ржи и ячменя. Причем расположение гаплоидных наборов характеризуется высокой степенью упорядоченности - разобщение гаплоидных наборов не зависит от общего сходства последовательностей ДНК. Гомологи, обладающие наибольшим сходством последовательностей, в среднем больше удалены друг от друга, чем негомологичные хромосомы с менее сходными последовательностями. Был высказан ряд принципиальных предположений, в которых сделана попытка обосновать, что такое упорядоченное расположение хромосомных наборов может, во-первых, обуславливать тенденцию к формированию устойчивых временных ассоциаций генов, находящихся в гетерологичных хромосомах, а, во-вторых, представляется вполне вероятным, что сходный порядок хромосом в двух гаплоидных геномах является основной предпосылкой при реализации механизма распознавания при конъюгации хромосом в мейозе у диплоидов. Особо подчеркивается, что такого рода пространственная упорядоченность, вероятно характерна не только для гибридов, но и для нормальных диплоидных видов, определяя такое общее свойство хромосом эукариот при конъюгации, как распознавание по принципу "свой - чужой". Только в случае видов, это распознавание реализуется в виде "узнавания" своего гомолога, так как пространственно разобщены комплексы гомологичных хромосом, а в случае гибридов пространственно разобщены комплексы негомологов, или родительских геномов, и распознавание "своего-чужого" реализуется в виде вербальной формулы "ближе "чужой" негомолог, но из "своего" генома, чем "свой"
гомолог, но из "чужого" генома". Эти представления напрямую перекликаются со взглядами Б.Ф. Чадова [(Chadov, 1981)] о существовании генетической программы системного ответа в ответ на структурные преобразования генома. А более сильной структурной реорганизации генома естественной природы, чем отдаленная гибридизация, когда сталкиваются совершенно чужеродные геномы, трудно предположить [Augros, Stanciu, 1987; Foutdevila, 1987; Potts, Reid, 1988; Petit et al., 1999]. Потомства гибридных самцов, как Плотва-Лещ и Лещ-Плотва, так и Плотва-Синец и Синец-Плотва от скрещивания с самками родительских видов обладают всеми характерными признаками полуклонов - существенным снижением количественной изменчивости, отсутствием рекомбинантных типов по совокупности мономорфных и полиморфных локусов, а изменчивость по отдельным полиморфным локусам возникает только за счет самки родительского вида, в случае ее гетерозиготности. Принципиальная особенность результатов нашего эксперимента заключается в том, что в отличие от самок Poeciliopsis monacha-lucida гибридные самцы, как плотвы и леща, так и плотвы, и синца воспроизводят не один, а три типа сперматозоидов, приводящие к формированию жизнеспособного потомства - гаплоидные гаметы плотвы (R), гаплоидные гаметы леща (A) и диплоидные гаметы с нередуцированным хромосомным набором гибрида первого поколения (RA).
Известно, что самки гибрида карась-карп могут продуцировать, как гаплоидные, так и диплоидные яйца [Черфас и др., 1981; (Cherfas et al., 1981); Черфас, 1987 (Cherfas; 1987); Ojima et al., 1975], аналогичная гаметная продукция была недавно обнаружена у самок гибридов Phoxinus eos-neogaeus [Goddard et al., 1998]. Наличие триплоидов надежно подтверждено и в потомстве самок Rana esculenta [Berger et al., 1978]. Вместе с тем у самцов гибридов рыб случаи полиморфизма спермиев по плоидности (или по размерам) не описывались.
В отношении рассматриваемой нами пары видов (лещ-плотва), несмотря на регулярные обнаружения в природе самок и самцов гибридов на IY и даже Y стадии зрелости, тем не менее, общепринятым было мнение, что частично фертильны только самки, а самцы по преимуществу стерильны [Николюкин, 1952 (Nikolyukin, 1952)]. Так, по собственным экспериментальным данным Н.И. Николюкина [Николюкин, 1952, 1972 (Nikolyukin, 1952, 1972)] удачными были только возвратные скрещивания самки гибрида с плотвой. Экспе-
рименты по анализирующим и внутригибрид-ным скрещиваниям гибридов плотвы и леща из британского водохранилища Grafham Water, засвидетельствовали фертильность, как самок, так и самцов гибридов [Wood, Jordan, 1987]. В этих экспериментах были осуществлены два возвратных скрещивания природных гибридов с плотвой (ТПлотва х UFi и TFi х ЦПлотва) и одно внутригибридное скрещивание, получив достаточно представительные по числу экземпляров потомства на стадии личинки (соответственно по 600 и 54 личинки бэккроссов и 24 -F2). Поскольку морфологическая изменчивость изучалась только у личинок и только по одному признаку (число лучей в анальном плавнике), то дискретные группы фенотипов не были установлены. Однако, повышения изменчивости в потомствах ВС и F2 не наблюдалось, а значения признака в потомствах обеих генераций ВС примерно соответствовало значениям этого же признака в наших генерациях ВС по совокупности всех дискретных групп. Аналогичны и данные в эксперименте Н.И. Николю-кина - из 9 полученных им мальков у 6 экз. число лучей в А соответствовало значениям числа лучей у гибридов F1, а у трех - значениям нашей промежуточной группы триплоидов.
Мы не исключаем, что при гаметогенезе возникают также анеуплоидные гаметы. В качестве последних могут быть интерпретированы гаметы среднего размерного класса. Среди икринок гибридов карпо-карасей описывались аналогичные по размерам, содержащие, как было установлено, анеуплоидные наборы хромосом [Черфас, Емельянова, 1986 (Cherfas, Emelyanova,1986)]. Производство анеуплоид-ных гамет отмечалось и у самцов диплоидных Rana esculenta [Gunter, 1975]. Однако, судя по характеру жизнеспособного потомства бэк-кроссов в нашем случае все анеуплоидные формы элиминируются, что подтверждается и кариологическими данными.
Таким образом, редукция числа хромосом при производстве гаплоидных гамет с не-рекомбинировавшими геномами осуществляется не за счет избирательной элиминации отцовского по происхождению генома, а за счет сегрегации обоих родительских гаплотипов. Отсутствие любых рекомбинантных типов во всех пяти фенотипических классах в комплексе скрещиваний "Плотва-Лещ", полученных в возвратных скрещиваниях с самками обоих родительских видов, свидетельствует о том, что все эти пять типов жизнеспособных зигот (RR, AA, RA(=AR), RRA, AAR) возникли в
результате комбинаторики родительских гап-лотипов (рис. 6):
ЯЯ X ЛЯ (ЯЛ) = ЯЯ + ЯЛ + ЯИЛ АА х ЛЯ (ЯЛ) = ЛЛ + ЛЯ + ЛЛЯ,
где R, А - гаплоидные геномы соответственно плотвы и леща.
В наших экспериментах классы RR и АА составляют дискретную фенотипическую группу диплоидных особей и представляют собой восстановленную плотву (RR) в генерациях ПхП-Л, 1996 г. и восстановленного леща (АА) в остальных генерациях ВС комплекса "Плотва-Лещ". Классы RA, AR составляют дискретную диплоидную группу и представляют собой восстановленных гибридов первого поколения. Классы RRA и AAR составляют дискретную триплоидную группу и представляют особей, промежуточных между гибридом и соответствующим родительским видом.
Следует заметить, что в некоторых начальных экспериментах с гибридами рыб указывалось, что, например, при реципрокных возвратных скрещиваниях гибридов карпо-карасей с карасем и карпом до половины и более потомства составляли соответственно чистые караси или чистые карпы, а остальные экземпляры имели частично вид гибридов первого поколения, а частично занимали промежуточное положение между гибридом первого поколения и соответствующим родительским видом.
При внутригибридном скрещивании в потомстве были представлены и чистые караси, и чистые карпы, и карпо-караси [КпаиШе, 1893]. К сожалению, результаты этих экспериментов представлены в сжатом виде без изложения морфологических описаний. Аналогичные результаты К. Кнауте представлял и по гибридам уклеи и верховки [КпаиШе, 1893, 1895]. Помимо того, что эти данные могут, с известной долей осторожности, приниматься в качестве подтверждения общего характера выявленного нами эффекта, они свидетельствуют, в совокупности со сведениями о неоднократно отмеченном полиморфизме гамет самок гибридов, что предлагаемая нами схема присуща не только самцам гибридов, но и самкам. В экспериментах комплекса скрещиваний "Плотва-Синец" результат был не столь отчетливый - реально было получено всего три фе-нотипических класса (RR, RRA и AAR), а доля триплоидов во всех трех вариантах скрещиваний составляла не менее 50%.
Rutilus rutilus Abramisbrama
Рис. 6. Результаты анализирующих скрещиваний гибридов плотвы и леща и схема взаимодействия их геномов. R - гаплоидный геном плотвы, А - гаплоидный геном леща;"+" - обнаруженные и "-" - отсутствующие биотипы по каждому варианту скрещивания.
Fig. 6. The results of test crossing at hybrids of roach and blue bream and the scheme of their genomes' interaction. R - haploid genome of roach. В - haploid genome bream;"+" -found and "-" - missing biotypes of each crossbreeding.
Значительное же усиление асимметрии по представленности и объему фенотипических классов, вероятно, может диктоваться двумя обстоятельствами: 1. гибриды плотвы и синца, в отличие от гибридов плотвы и леща, относятся к категории искусственных, никогда не возникающих в природе, 2. плотва и синец более дистанцированы друг от друга в филогенетическом отношении, чем плотва и лещ, вследствии чего их геномы имеют более высокий уровень негомологии, чем геномы плотвы и леща. Возможно, что при нарастании негомологичности геномов они все в меньшей степени оказываются способными нормально воспроизвести весь механизм мейоза. Это нарушение, прежде всего, будет сказываться на процессах редукции числа хромосом после удвоения, что и приводит к возрастанию доли диплоидных гамет, а соответственно к возрастанию доли триплоидов в потомстве. То, что геном плотвы тем не менее демонстрирует способность к независимому прохождению мейоза и воспроизводству в виде гаплоидных гамет, может свидетельствовать, по нашему мнению, о другой стороне рассматриваемого процесса, определяемой самой спецификой данного вида. Плотва, будучи видом, чье эволюционное развитие происходило, по-видимому, в поле перманентной гибридизации с большим количеством разных видов, вполне могла приобрести ряд свойств, в том числе структурного характера, защищающего целостность генома от повреждающих воздействий при взаимодействии с негомологичными геномами, что и может обуславливать обнаруживаемую в наших экспериментах с синцом способность генома плотвы воспроизводится в гаплоидном виде. Основное наше предположение сводится к тому, что именно совместное действие этих механизмов и проявление имеющихся свойств приводит к тому, что в гаметогенезе гибридов плотвы и синца преимущественно воспроизводятся нередуцированный диплоидный набор гибрида и гаплоидный набор плотвы. Гаплоидный набор синца, по-видимому, воспроизводится в значительно меньшем количестве гамет, о чем свидетельствуют соотносительные доли размерных классов ядер сперматозоидов плотвы и синца в гаметном пуле гибридов - сперматозоидов размерного класса плотвы в два-три раза больше, чем сперматозоидов размерного класса синца, тогда как, к примеру, в гаметном пуле гибридов плотвы и леща, встречаемость сперматозоидов размерных классов плотвы и леща приблизительно одинакова, иногда у леща даже выше. Вероятно, что по этим же причинам и доля анеуплоидных, несбалансированных гамет у гибридов плотвы и синца гораздо выше. Тем не менее, и в комплексе скрещиваний "Плотва-Синец" мы видим отсутствие преимущественной элиминации отцов-
ского по происхождению генома, т.к. и в потомстве ПхП-С и в потомстве ПхС-П восстанавливаются генотипы и фенотипы плотвы (ЯЯ). Поэтому предложенная для комплекса "Плотва-Лещ" формула комбинирования полных геномов справедлива и по отношению к комплексу скрещиваний "Плотва-Синец" (рис. 7). Что особенно важно, принципиальная согласованность по основным позициям (отсутствие менделев-ской рекомбинации, клональность наследования и отсутствие преимущественной элиминации отцовского по происхождению генома) характера размножения, как естественно, так и искусственно гибридизирующих видов служит серьезным основанием для суждений, с одной стороны, о типичности этого механизма, во всяком случае применительно к гибридам ельцовым, а, с другой, о том, что данный механизм является непосредственным отражением степени гомоло-гичности геномов скрещивающихся видов.
Таким образом, именно комбинаторика гаплотипов является прямым результатом гете-роспермии гибридных самцов: гигантские сперматозоиды содержат нередуцированный диплоидный набор хромосом гибрида, а два выявляемых размерных класса мелких гамет содержат гаплоидные наборы родительских видов.
Возвратные скрещивания самцов гибридов первого поколения с самками родительских видов характеризуются двумя уникальными и принципиальными особенностями: 1. Полным восстановлением фенотипов и генотипов родительских видов и гибридов первого поколения. 2. Появлением двух дискретных классов трипло-идных особей, фенотипически промежуточных между сответствующим родительским видом и гибридом первого поколения.
Возвратные скрещивания самцов гибридов первого поколения с самками родительских видов характеризуются двумя уникальными и принципиальными особенностями: 1. Полным восстановлением фенотипов и генотипов родительских видов и гибридов первого поколения. 2. Появлением двух дискретных классов триплоид-ных особей, фенотипически промежуточных между сответствующим родительским видом и гибридом первого поколения.
Ни один из известных способов полового или однополого размножения не может дать подобного результата. Он становится возможным, как свидетельствуют представленные данные, только в случае полного отсутствия менде-левской рекомбинации, реализации клонального характера наследования обоих родительских геномов с сохранением, однако, таких признаков полового размножения, как синкария и способности к воспроизводству значительного количества гаплоидных гамет.
Rutilus rutilus Abramis ballerus
Рис. 7. Результаты анализирующих скрещиваний гибридов плотвы и синца и схема взаимодействия их геномов. R - гаплоидный геном плотвы, В - гаплоидный геном синца;"+" - обнаруженные и "-" - отсутствующие биотипы по каждому скрещиванию.
Fig. 7. The results of test crossing at hybrids of roach and blue bream and the scheme of their genomes' interaction. R - haploid genome of roach. В - haploid genome blue bream; "+" - found and "-" - missing biotypes of each crossbreeding.
В случае триплоидов - наследование также клональное, и также сохраняется синка-рия, но диплоидный хромосомный набор гибрида нередуцируется. Полиплоидия при размножении гибридов достаточно обычна, однако считается, что она может быть достигнута только путем диплоидизации яйцеклеток у самок гибридов и оплодотворения ее гаплоидным сперматозоидом самца родительского вида [White, 1973]. Клональное же наследование гаплоидного набора, как мы уже упоминали выше, возможно только при однополом размножении самок, в случае элиминации отцовского по происхождению гаплотипа [Cimino, 1972; Schultz, 1977; Vrijenhoek, 1984]. Так, уже в первом поколении у части потомков от межвидовой гибридизации леща и плотвы наблюдается полная элиминация одного из родительских ITS1 фрагментов. Подобный феномен полной элиминации одного из родительских вариантов ITS1 ранее не был обнаружен ни у растительных, ни у животных межвидовых гибридов. Как правило, формирование гибридного генома при отдаленных скрещиваниях сопровождается целым комплексом неортодоксальных генетических и эпигенетических изменений, влияющих нетолько на уровень генетического разнообразия, но и на генную экспрессию, рекомбинации и т.п. [Adams, 2007; Pikaard, 2003; Челомина и др., 2008 (Che-lomina et al., 2008)]. В нашем случае это тем более актуально, поскольку рассматриваемый кластер рибосомных генов, и в частности ITS1 фрагмент, непосредственным образом связан с процессами инициации сплайсинга и формирования зрелой ядерной ДНК образованного гибрида. Существенным подтверждением того, что мы наблюдаем процесс согласования работы геномов, служит тот факт, что до завершения бластулы у всех гибридов присутствуют оба родительских ITS1 фрагмента. Полная элиминация одного из родительских вариантов ITS1 наблюдается, только начиная со стадии гаструлы. По этой причине, большинство эпигенетических механизмов репрессиодного из родительских геномов, и прежде всего в результате мимикрирующего действия миниге-нов и белков, содержащихся в ооците маловероятны. Известно, что именно на этапе бласту-ляции происходит включение собственного ядерного генома зародыша и запуск морфогенеза [Корочкин, 2002 (Korochkin, 2002)]. Именно поэтому наблюдаемые эффекты по устранению одного из родительских ITS1 вариантов, вероятней всего являются результатом необходимой гомогенизации структуры гомеологичных пар высоко видоспецифичных
генов рДНК при согласовании работы разно-видовых геномов. Такая гомогенизация может обуславливаться несколькими альтернативными процессами [Сингер, Берг, 1998 (Singer, Berg, 1998)]. Во-первых, неравный кроссинго-вер, который обеспечил бы гомогенизацию генов рДНК по крайней мере в нескольких геномах. Во-вторых, новые делеции в генах, происходящие вслед за амплификациями. В-третьих, генная конверсия. Мы также не исключаем полностью и возможного эпигенетического механизма устранения одного из родительских рДНК в результате метилирования и гистонового деацетилирования фрагмента, допускавшегося в ряде случаев для гибридов растений [Pikaard, 2003]. Впервые обнаруженный феномен полной элиминации одного из родительских вариантов ITS 1 фрагмента уже в первом поколении межвидовых гибридов леща и плотвы, несомненно, является следствием согласования работы контаминированных чужеродных геномов на этапе инициации ядерного генома гибридного зародыша.
Система размножения, сочетающая основные признаки полового размножения и апомиксиса может быть выделена в особый, промежуточный тип размножения, названный нами "проапомиксисом" (рис. 8).
Способ размножения, в виде которого реализуется данная система размножения, мы предлагаем называть, учитывая справедливую терминологическую коррективу Л.Я. Боркина и И.С. Даревского, [Боркин, Даревский, 1980 (Borkin, Darevskij, 1980)] - эукредитогенезом. Отличие от предложенного ими термина "кре-дитогенез", как более правильного наименования гибридогенеза, заключается в требовании обязательного возвращения кредита. При кре-дитогенезе, во всяком случае у Poeciliopsis, возврату подлежит только одолженный гибриду геном monasha, а геном lucida одалживается без возврата. Налицо отчетливый "сексуальный паразитизм" в отношении бисексуального вида P. lucida [Schultz, 1971]. У Rana esculenta уже прослеживаются элементы возвращения обоих геномов.
В нашем же случае геномы не только обязательно возвращаются, но и как будет указано ниже, возвращаются с "процентами". Что и дает нам основания обозначать этот способ размножения, как "настоящий кредитогенез". Из всех известных до сих пор способов апо-миктического размножения у позвоночных в наибольшей степени сходен с обнаруженным у гибридов плотвы, леща и синца - кредитогенез (гибридогенез) Rana esculenta. При обоих способах имеет место полиморфизм гамет, спо-
собность к размножению обоих полов гибрида и поликлональность. Однако система размножения гибридов, возникших в результате случайной гибридизации, отличается от систем регулярного апомиксиса любых однополых форм отсутствием специализированных цито-генетических механизмов клонирования. Все
единичные акты мейоза у всех однополых форм жестко унифицированы. Любая особь способна клонировать только материнский геном одного типа - диплоидный или трипло-идный в случае гиногенеза, гаплоидный - в случае гибридогенеза.
Ь)._В).
Рис. 8. Принципиальная схема проапомиксиса (А) в сравнении со схемами гибридогенеза (Б) и гиногенеза (В). Схемы гибридо- и гиногенеза приведены из: [Vrijenhoek, 1984].
Fig. 8. Schematic diagram of proapomiksis (A) compared with the patterns of hibridogenesis (Б) and gynogenesis (B). Hybrid- and gynogenesis schemes are given from: [Vrijenhoek, 1984].
Даже у Rana esculenta наблюдаются имеются однополо-женские популяции, а кло-
вполне отчетливые признаки специализации: нирование в норме обеспечивается элимина-
цией отцовского генома. Более того, сама R. esculenta представляет собой стабилизированную гибридную форму, чье возникновение связывается с событиями последнего ледникового периода [Боркин, Даревский, 1980 (Borkin, Darevskij, 1980); Lada et al., 1995)]. Это дает основания говорить, что эукредито-генез случайных гибридов является наиболее примитивной, неспециализированной формой апомиксиса. Система размножения зеленой лягушки выступает в качестве эволюционной переходной формы от проапомиксиса к системе регулярного апомиксиса.
Интрогрессия, возникающая при половом размножении, и однополое размножение обычно рассматриваются, как два противоположные результата гибридизации. Интрогрес-сия всегда влияет на приспособленность взаимодействующих видов. Инкорпорация генов одного вида в генофонд другого, с одной стороны, повышает адаптивные возможности вида, а с другой может привести к появлению несбалансированных генотипов, устраняемых отбором. Однополое размножение исключает интрогрессию и всякую возможность воздействия гибрида на генетическую структуру взаимодействующих популяций родительских видов. Однако, в случае облигатного партеногенеза гибрид выступает в роли конкурента родительских видов, обладающего двойным преимуществом в скорости размножения и более высоким адаптивным потенциалом [Смит, 1981 (Smith, 1981); Williams, 1975]. В случае гиногенеза и гибридогенеза, как это имеет место у рыб, это двойное преимущество достигается за счет снижения репродуктивного потенциала родительских видов и гибрид выступает по отношению к ним в роли сексуального паразита [Vrijenhoek, 1984]. В случае эукредито-генеза гибридов плотвы и леща, гибрид участвует в воспроизводстве обоих родительских видов. При этом, обеспечивается надежная изоляция генофондов этих видов. Однако появляются два фактора, которые могут значительно и быстро повысить приспособленность взаимодействующих популяций родительских видов. Вспышки массовой гибридизации, как правило, наблюдаются при резком изменении экологических условий местобитаний. Гибриды, обладающие повышенной приспособленностью в нарушенных местообитаниях, способствуют тем самым сохранению конкретных геномов обоих родительских видов. Тиражирование родительских геномов при размножении гибрида создаетвозможность группового
отбора не по отдельным группам сцепления или генным ассоциациям, что резко повышает приспособленность видов, пребывающих в экстремальных условиях. Явление гаметиче-ской интеграции широко распространено в по-пуляцияхбисексуальных видов и явно выступает в качестве одного из наиболее значимых факторов формирования и поддержания высоких уровней приспособленности [Левонтин, 1978 (Levontin, 1978); Животовский, 1984 (Zhivotovskij, 1984)]. Более того, согласно предположению Р. Левонтина [Левонтин, 1978 (Levontin,1978)], наиболее эффективно адаптационное и, возможно, эволюционное значение гаметическая интеграция будет приобретать в том случае, если в состав генной ассоциации вовлекался бы весь гаплоидный геном. Поскольку при бисексуальном апомиксисе гапло-типы клонируются и возвращаются родительским видам, то вполне вероятным будет допущение, что естественная отдаленная гибридизация является одним из основных механизмов процесса гаметической интеграции. Возможно, что способность к отдаленной гибридизации может поддерживаться неограниченно длительное время именно, как эволюционно важный фактор гаметической интеграции.
Также было установлено, что в результате отдаленной гибридизации происходит ин-трогрессия чужеродной мтДНК в геном другого вида, что в свою очередь может рассматриваться в качестве причины парафилии, обнаруженной у 23% животных при анализе 2319 филогенетических деревьев отдельных видов [Funk, Omland, 2003; Hayden at al., 2014]. Предполагается, что сочетание в гибридном геноме мтДНК одного вида и ядерной ДНК другого может корректировать коадаптацию ядерных геномов скрещивающихся видов и сообщать эволюции последнего дополнительную направленность. Исследования комбинаторики на уровне морфотипов у бэккроссов леща и плотвы позволили установить, что формируются три дискретные группы потомства: особи с морфотипом гибридов первого поколения, особи с признаками одного из родительских видов и особи с промежуточными значениями морфологических признаков [Яковлев и др., 2000 (Yakovlev et al., 2000); Wood, Jordan, 1987; Pitts et al., 1997; Hayden et al., 2010]. Как правило, доля морфологически идентичных одному из родительских видов возрастала, если гибрид по матери был представлен тем видом, c которым производилось возвратное скрещивание.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проапомиксис, как система размножения гибридов плотвы, леща и синца, несомненно, представляет собой наиболее примитивную, наиболее генерализованную и наиболее эволю-ционно эквипотентную форму апомиксиса у позвоночных животных. Потомки возвратного скрещивания гибридов полностью воспроизводят генетическую структуру агамных комплексов (оба родительских вида, диплоидные гибриды и две триплоидные формы), а потомки межгибридного скрещивания будут иметь ту же структуру с добавлением еще тетраплоидной формы. Теоретически, каждая из этих гибридных форм может приобрести независимое существование путем перехода к однополому размножению (гибридогенез и гиногенез). Вероятно, такой переход к гибридогенезу мы наблюдаем в случае кредитогенеза Яапа escu-¡еМа. Тетраплоиды же могут дать начало тетра-плоидным бисексуальным видам, минуя стадию однополости. Однако, судя по всему, все эти возможности чрезвычайно редко оказываются востребованными эволюцией. Среди европей-
ских и североамериканских ельцовых нет ни одного полиплоидного вида. Что же касается однополых форм в этой группе, то они, как правило, оказываются эфемерными и эволюционно бесперспективными, как это и предполагается классической теорией. По нашему мнению, и однополость и полиплоидность являются только эпифеноменом вышеописанной системы апомиктического размножения гибридов. Последняя представляет взаимодействующим видам те же адаптивные преимущества, что и факультативный апомиксис растений и беспозвоночных. Система размножения гибридов плотвы и леща, типичных и массовых представителей ельцовых рыб, как нам представляется, является обычной для всей этой группы и вероятно будет обнаружена при более тщательном изучении естественной гибридизации "от случая к случаю" у других рыб и тетрапод. Правомочность этого предположения значительно подкрепляется аналогичной системой размножения лабораторных гибридов плотвы и синца.
БЛАГОДАРНОСТИ
Выражаем глубокую благодарность нашему учителю и наставнику Владимиру Николаевичу Яковлеву, а
также всем сотрудникам лаборатории эволюционной экологии ИБВВ РАН, помогавших все эти годы
накапливать и содержать уникальный материал по гибридам рыб.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо-русский толковый словарь генетических терминов. М.: Изд-во ВНИРО, 1995. 407 с.
Беннетт М.Д. Нуклеотипическая основа пространственной упорядоченности хромосом эукариот и ее значение для эволюции генома и фенотипической изменчивости // Эволюция генома, М.: Мир, 1986. C. 234-256.
Бергер Л. Является ли прудовая лягушка Rana esculenta L. обыкновенным гибридом? М.: Экология, 1976. Т. 2. С. 37-43.
Богуцкая Н.Г. К вопросу о положении линя Tinca tinca (L.) в системе карповых рыб (Cyprinidae) // Труды Зоол. ин-та АН СССР. 1986. № 154. С. 49-65.
Боркин Л.Я., Тихенко Н.Д. Некоторые аспекты морфологической изменчивости, полиморфизма окраски, роста, структуры популяции и суточной активности Rana lessonae на северной границе ареала // Труды Зоол. ин-та АН СССР. 1979. № 89. С. 18-54.
Боркин Л.Я., Даревский И.С. Сетчатое (гибридогенное) видообразование у позвоночных // Журн. общ. биол. 1980. Т. XLI, № 4. С. 485-505.
Виноградов А.Е., Розанов Ю.М., Цауне И.А., Боркин Л.Я. Элиминация генома одного из родителей до премейотического синтеза ДНК у гибридогенного вида Rana esculenta // Цитология. 1988. Т. 30, № 6. С. 691-698.
Животовский Л.А. Интеграция полигенных систем в популяциях. М.: Наука, 1984. 183 с.
Жученко А.А., Король А.Б. Рекомбинация в эволюции и селекции. М.: Наука, 1985. 400 с.
Камптон Д.Э. Естественная гибридизация и интрогрессия у рыб. (Методы обнаружения и генетическая интерпретация) // Популяционная генетика и управление рыбным хозяйством. М.: Агропромиздат, 1991. С. 199-233.
Кирпичников В.С. Генетика и селекция рыб. Л.: Наука, 1987. 520 с.
Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития (генетический аспект). М.: Изд-во МГУ, 2002. 264 с.
Левонтин Р. Генетические основы эволюции. М.: Мир, 1978. 352 с.
Ли Ч. Введение в популяционную генетику. М.: Мир, 1978. 555 с.
Мазер К., Джинкс Дж. Биометрическая генетика. М.: Мир, 1985. 463 с.
Малецкий С.И., Полякова Е.В. Генетика изоферментов растений // Генетика изоферментов. М.: Наука, 1977. С. 250-275.
Николюкин Н.И. Межвидовая гибридизация рыб. Саратов: Саратовское областное государственное издательство, 1952. 312 с.
Николюкин Н.И. Отдаленная гибридизация осетровых и костистых рыб. М.: Пищ. пром-ть, 1972. 335 с.
Рокицкий П.Ф. Введение в статистическую генетику. М.: Высшая школа, 1978. 448 с.
Серов О.Л. Механизмы образования гибридных изоферментов как модель изучения взаимодействия генов // Генетика изоферментов. М.: Высшая школа, 1977. С. 187-198.
Сингер М., Берг П. Гены и геномы. М.: Мир. 1998. С. 377-394.
Слынько Ю.В. Распределение рыб в масштабе крупных географических областей // Экологические факторы пространственного распределения и перемещения гидробионтов. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1993. С. 259-279.
Слынько Ю.В. Генетическая структура и состояние рыб Рыбинского водохранилища // Современное состояние рыбных запасов Рыбинского водохранилища. Ярославль: Изд-во ЯрТГУ, 1997. С. 153-177.
Смит Дж.М. Эволюция полового размножения. М.: Мир, 1981. 271 с.
Чадов Б.Ф. Поведение хромосом в митозе и мейозе и хромоцентральная организация ядра у Drosophila melano-gaster // Молекулярные основы генетических процессов. М.: Наука, 1981. C. 463-474.
Челомина Г.Н., Рожкован К.В., Рачек И.Е., Журавлев Ю.Н. Повышение генетического разнообразия 18S pflHK в F1 гибридах (Acipenser schrenckii х A.baerii, A. schrenckii х Huso dauricus) осетровых рыб // ДАН. 2008. Т. 421. C. 845-849.
Черфас Н.Б. Гиногенез у рыб // Кирпичников В.С. Генетика и селекция рыб. Л.: Наука, 1987. С. 309-335.
Черфас Н.Б., Гомельский Б.И., Емельянова О.В., Рекубратский А.В. Триплоидия у возвратных гибридов серебряного карася с карпом // Генетика. 1981. Т. 17, № 6. С. 1136-1139.
Черфас Н.Б., Емельянова О.В. Роль отдаленной гибридизации в возникновении однополо-женских комплексов у рыб (результаты исследований природных популяций и гибридизационных экспериментов) // Биология развития и управление наследственностью. М.: Наука, 1986. C. 82-105.
Яковлев В.Н., Слынько Ю.В., Гречанов И.Г., Крысанов Е.Ю. Проблема отдаленной гибридизации у рыб // Вопросы ихтиологии. 2000. Т. 40, № 3. С. 312-326.
Adams K.L. Evololution of duplicate gene expression in polyploid and hybrid plants // J. Heredity. 2007. Vol. 98. P. 136-141.
Augros R., Stanciu G. 1987. Systematic differentiation. A new evolutionary synthesis // Biol. Forum. Vol. 80, № 4. P. 551-556.
Berger L. 1977 Systematics and hybridization in the Rana esculenta complex // The reproductive biology of amphibians. N.-Y. - London: Plenum Press. P. 367-388.
Berger L., Roguski H., Uzzell T. Triploid F2 progeny of water frogs (Rana esculenta complex). Krakow: Folia Biol. 1978. Vol. 26, № 3. 135 p.
Carroll S.B. 1995. Homeotic genes and the evolution of arthropoda and chordates // Nature. Vol. 376. P. 479-485.
Cimino M.C. 1972. Egg-production, polyploidization and evolution in a diploid all-female fish of the genus Poeciliop-sis // Evolution. Vol. 26. P. 294-306.
Dawley R.M. 1989. An introduction to unisexual vertebrates. Evolution and ecology of unisexual vertebrates // Albany: New York State Museum Bulletin. Vol. 466. P. 1-18.
Flajshans M., Linhart O., Kvasnicka P. 1995. Spontaneous triploidy in tench, Tinca tinca (Linnaeus, 1758) // Pol. Arch. Hydrob. Vol. 42, № 1/2. P. 147-148.
Foutdevila A. 1987. The unstable genome: an evolutionary approach // Genet. Iber. Vol. 39, № 3/4. P. 315-343.
Funk D. J., Omland K. E. 2003. Species-level paraphyly and polyphyly: Frequency, causes, and consequences, with insights from animal mitochondrial DNA // Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics. Vol. 34. P. 397-423.
Goddard K.A., Megwinoff O., Wessner L.L., Giaimo. 1998. Confirmation of gynogenesis in Phoxinus eos-neogaeus (Pisces: Cyprinidae) // J. Hered. Vol. 89. P. 151-157.
Guerrini F., Bucci S., Ragghianti M., Mancino G., Hotz H., Uzzell T., Berger L. 1997. Genomes of two water frog species resist germ line exclusion in interspecies hybrids // J. Exp. Zool. Vol. 279, № 2. P. 163-176.
Gunter R. 1975. Untersuchungen der meiose bei mannchen von Rana ridibunda Pall., Rana lessonae Cam. und der bastardform "Rana esculenta" L. // Biologisches Zentalblatt. Vol. 94, № 3. P. 277-294.
Hayden B., Pulcini D., Kelly-Quinn M., CTGrady M. et al. 2010. Hybridisation between two cyprinid fishes in a novel habitat: genetics, morphology and life-history traits // Evolutionary Biology. Vol. 10. P. 169-180.
Hayden B., Harrod C., Kahilainen K.K. 2014. Lake morphometry and resource polymorphism determine niche segregation between cool -and cold-water-adapted fish // Ecology. 95. P. 538-552.
Knauthe K. 1893. Uber einer neuen fortpflanzunge fahigen Cypriniden aus Mittelschlesien Alburnus leydigii mibi sp.n. // Zool. Anz. 16. P. 448-450.
Knauthe K. Ichthyologische Mitteilungen 1895 // Zool. Garten Frankfurt a M. 33, Jahrg. 7. 221 p.
Lada G.A., Borkin L.J., Vinogradov A.E. 1995. Distribution, population systems and reproductive behavior of green frogs (hybridogenetic Rana esculenta complex) in the central chernozem territory of Russia // Russ. J. Herpetol. Vol. 2. № 1. P. 46-57.
Moore W.S. 1984. Evolutionary ecology of unisexual fishes // Evolutionary genetics of fishes. N.Y. -London: Plenum Press, P. 329-398.
Morizot D.C., Siciliano M.J. 1984. Gene mapping in fishes and other vertebrates // Evolutionary genetics of fishes. N.Y.-London: Plenum Press, P. 173-234.
Ojima J., Hayashi M., Ucho K. 1975. Triploidy appeared in the back-cross offspring from funa-carp crossing // Proc. Japan. Acad. Vol. 51, № 8. P. 702-711.
Petit C., Bretagnolle F., Felber F. 1999. Evolutionary consequences of diploid-polyploid hybrid zones in wild species //
Elsevier Science. Vol. 14, № 8. P. 306-311. Pikaard C.S., Grummt I. 2003. Epigenetic silencing of RNA polymerase I transcription // Nature Reviews Molecular
Cell Biology. Vol. 4 (8). P. 641-649 Pitts C.S., Jordan D.R., Cowx I.G., Jones N.V. 1997. Controlled breeding studies to verify the identity of roach and
common bream hybrids from a natural population // Journal of Fish Biology. Vol. 51. P. 686-696. Potts B.M., Reid J.B. 1988. Hybridization as a dispersal mechanism // Evolution (USA). Vol. 42, № 6. P. 1245-1255. Robles F., de la Herra'n R, Ludwig A., Ruiz-Rejo'n C., Ruiz-Rejo'n M, Garrido-Ramos M. 2005. Genomic organization and evolution of the 5S ribosomal DNA in the ancient fish sturgeon // Genome. Vol. 48, № 1. P. 18-28. Skalska K., Lim K.Y., Matyasek R., Koukalova B., Leitch F.R., Kovarik A. 2003. Rapid evolution of parental rDNA in
a synthetic tobacco allotetraploid line // American Journal of Botany. Vol. 90, № 7 P. 988-996. Schultz R.J. 1971. Special adaptive problems associated with unisexual fish // Amer. Zool. 11. P. 351-360. Schultz R.J. 1977. Evolution and ecology of unisexual fishes // Evolutionary Biology. N.Y.: Plenum Press. Vol. 10. P. 277-331.
Tunner H.G. 1974. Die klonale structure einer Wasserfroschpopulation // Z. Zool. Syst. and Evolutionsforsch. Vol. 12, № 4. P. 308-314.
Uzzell T.M. 1970. Meiotic mechanisms of naturally occuring unisexual vertebrates // Amer. Natur. 104. P. 433-445. Vrijenhoek R.C. 1979. Factors affecting clonal diversity and coexistence. // Amer. Zool. Vol. 19, № 3. P. 787-797. Vrijenhoek R.C. 1984. The evolution of clonal diversity in Poeciliopsis // Evolutionary genetics of fishes. N.Y. - London: Plenum Press. P. 399-430. Vrijenhoek R.C. 1994. Unisexual fish: Model systems for studying ecology and evolution // Annual Review of Ecology
and Systematics. Vol. 25. P. 71-96. White M.J.D. 1973. Animal cytology and evolution. Cambridge: University Press. 961 p. Williams G.C. 1975. Sex and evolution. Princeton: Univ. Press. 201 p.
Wood A.B., Jordan D.R. 1987. Fertility of roach x bream hybrids, Rutilus rutilus (L.) x Abramis brama (L.) and their
identification // J. Fish Biol. № 30. P. 249-261. Zardoya R., Abouheif E., Meyer A. 1996. Evolutionary analyses of hedgehog and Hoxd-10 genes in fish species closely related to the zebrafish // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. № 93. P. 1036-1041.
REFERENCES
Adams K.L. Evololution of duplicate gene expression in polyploid and hybrid plants // J. Heredity. 2007. Vol. 98. P. 136-141.
Arefev V.A., Lisovenko L.A. 1995. Anglo-russkij tolkovyj slovar' geneticheskikh terminov [English-Russian explanatory dictionary of genetic terms]. M.: Izd-vo VNIRO. 407 s. [In Russian] Augros R., Stanciu G. 1987. Systematic differentiation. A new evolutionary synthesis // Biol. Forum. Vol. 80, № 4. P. 551-556.
Bennett M.D. 1986. Nukleotipicheskaya osnova prostranstvennoj uporyadochennosti khromosom ehukariot i ee znachenie dlya ehvolyutsii genoma i fenotipicheskoj izmenchivosti [Evolyutsiya genoma Nucleotypic basis of spatial orderliness of eukaryote chromosomes and its value for evolution of a genome and phenotypical variability // Evolution of a genome]. M.: Mir. S. 234-256. [In Russian] Berger L. 1976. Yavlyaetsya li prudovaya lyagushka Rana esculenta L. obyknovennym gibridom? [Whether the pond
frog of Rana esculenta L is. an ordinary hybrid?] [In Russian] Berger L. 1977 Systematics and hybridization in the Rana esculenta complex // The reproductive biology of amphibians. N.-Y. - London: Plenum Press. P. 367-388. Berger L., Roguski H., Uzzell T. Triploid F2 progeny of water frogs (Rana esculenta complex). Krakow: Folia Biol. 1978. Vol, 26. № 3. 135 p.
Bogutskaya N.G. 1986. K voprosu o polozhenii linya Tinca tinca (L.) v sisteme karpovykh ryb (Cyprinidae) [To a question of position of a tench of Tinca tinca (L.) in Cyprinidae] // Trudy Zool. In-ta AN SSSR. № 154. S. 49-65. [In Russian]
Borkin L.Y., Darevskij I.S. 1980. Setchatoe (gibridogennoe) vidoobrazovanie u pozvonochnykh [Network (hybridgene)
speciation at vertebrata] // Zhurn. obshh. biol. T. XLI. № 4. S. 485-505. [In Russian] Borkin L.Y., Tikhenko N.D. 1979. Nekotorye aspekty morfologicheskoj izmenchivosti, polimorfizma okraski, rosta, struktury populyatsii i sutochnoj aktivnosti Rana lessonae na severnoj granitse areala [Some aspects of morphological variability, polymorphism of coloring, body height, structure of population and daily activity of Rana lessonae on northern border of an area] // Trudy Zool. In-ta AN SSSR. № 89. S. 18-54. [In Russian] Carroll S.B. 1995. Homeotic genes and the evolution of arthropoda and chordates // Nature. Vol. 376. P. 479-485. Chadov B.F. 1981. Povedenie khromosom v mitoze i mejoze i khromotsentral'naya organizatsiya yadra u Drosophila melanogaster // Molekulyarnye osnovy geneticheskikh protsessov [Behavior of chromosomes in a mitosis and meio-sis and the chromocentral organization of a core at Drosophila melano-gaster // Molecular bases of genetic processes]. M.: Nauka. S. 463-474. [In Russian] Chelomina G.N., Rozhkovan K.V., Rachek I.E., Zhuravlev Yu.N. 2008. Povyshenie geneticheskogo raznoobraziya 18S pDNK v F1 gibridakh (Acipenser schrenckii х A.baerii, A. schrenckii х Huso dauricus) osetrovykh ryb [Increase in a
genetic variety 18S RDNK in F1 hybrids (Acipenser schrenckii x A.baerii, A. schrenckii x Huso dauricus) of sturgeon fishes] // DAN. T. 421. C. 845-849. [In Russian] Cherfas N.B. 1987. Ginogenez u ryb // Kirpichnikov V.S. Genetika i selektsiya ryb [Ginogenez at fishes // Kirpichnikov
V. S. Genetics and selection of fishes]. L.: Nauka. 7. S. 309-335. [In Russian] Cherfas N.B., Emel'yanova O.V. 1986. Rol' otdalennoj gibridizatsii v vozniknovenii odnopolo-zhenskikh kompleksov u ryb (rezul'taty issledovanij prirodnykh populyatsij i gibridizatsionnykh ehksperimentov) // Biologiya razvitiya i up-ravlenie nasledstvennost'yu [Role of the remote hybridization in emergence of same-sex and female complexes at fishes (results of researches of natural populations and the gibridizatsionnykh of experiments) // Biology of development and management of heredity]. M.: Nauka. S. 82-105. [In Russian] Cherfas N.B., Gomel'skij B.I., Emel'yanova O.V., Rekubratskij A.V. 1981. Triploidiya u vozvratnykh gibridov serebry-anogo karasya s karpom [Triploidiya at returnable hybrids of a silver crucian with a carp] // Genetika. T. 17. № 6. S. 1136-1139. [In Russian]
Cimino M.C. 1972. Egg-production, polyploidization and evolution in a diploid all-female fish of the genus Poeciliop-
sis // Evolution. Vol. 26. P. 294-306. Dawley R.M. 1989. An introduction to unisexual vertebrates. Evolution and ecology of unisexual vertebrates // Albany:
New York State Museum Bulletin. Vol. 466. P. 1-18. Flajshans M., Linhart O., Kvasnicka P. 1995. Spontaneous triploidy in tench, Tinca tinca (Linnaeus, 1758) // Pol. Arch.
Hydrob. Vol. 42, № 1/2. P. 147-148. Foutdevila A. 1987. The unstable genome: an evolutionary approach // Genet. Iber. Vol. 39, № 3/4. P. 315-343. Funk D. J., Omland K. E. 2003. Species-level paraphyly and polyphyly: Frequency, causes, and consequences, with insights
from animal mitochondrial DNA // Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics. Vol. 34. P. 397-423. Goddard K.A., Megwinoff O., Wessner L.L., Giaimo. 1998. Confirmation of gynogenesis in Phoxinus eos-neogaeus
(Pisces: Cyprinidae) // J. Hered. Vol. 89. P. 151-157. Guerrini F., Bucci S., Ragghianti M., Mancino G., Hotz H., Uzzell T., Berger L. 1997. Genomes of two water frog species resist germ line exclusion in interspecies hybrids // J. Exp. Zool. Vol. 279, № 2. P. 163-176. Gunter R. 1975. Untersuchungen der meiose bei mannchen von Rana ridibunda Pall., Rana lessonae Cam. und der bastardform "Rana esculenta" L. // Biologisches Zentalblatt. Vol. 94, № 3. P. 277-294. Hayden B., Harrod C., Kahilainen K.K. 2014. Lake morphometry and resource polymorphism determine niche segregation between cool -and cold-water-adapted fish // Ecology. 95. P. 538-552. Hayden B., Pulcini D., Kelly-Quinn M., CTGrady M. et al. 2010. Hybridisation between two cyprinid fishes in a novel
habitat: genetics, morphology and life-history traits // Evolutionary Biology. Vol. 10. P. 169-180. Kampton D.E. 1991. Estestvennaya gibridizatsiya i introgressiya u ryb. (Metody obnaruzheniya i geneticheskaya inter-pretatsiya) [Natural hybridization and introgression at fishes. (Methods of detection and genetic interpretation) // Populational genetics and management of fishery // Populyatsionnaya genetika i upravlenie rybnym khozyajstvom]. M.: Agropromizdat. S. 199-233. [In Russian] Kirpichnikov V.S. 1987. Genetika i selektsiya ryb [Genetics and fish breeding]. L: Nauka. 520 s. [In Russian] Knauthe K. 1893. Uber einer neuen fortpflanzunge fahigen Cypriniden aus Mittelschlesien Alburnus leydigii mibi sp.n.
// Zool.Anz. 16. P. 448-450. Knauthe K. Ichthyologische Mitteilungen 1895. // Zool. Garten Frankfurt a M. 33, Jahrg. 7. 221 p. Korochkin L.I. 2002. Biologiya individual'nogo razvitiya (geneticheskij aspekt) [Ontogeny biology (genetic aspect)].
M.: Izd-vo MGU. 264 s. [In Russian] Lada G.A., Borkin L.J., Vinogradov A.E. 1995. Distribution, population systems and reproductive behavior of green frogs (hybridogenetic Rana esculenta complex) in the central chernozem territory of Russia // Russ. J. Herpetol. Vol. 2, № 1. P. 46-57.
Levontin R. 1978. Geneticheskie osnovy ehvolyutsii [Genetic bases of evolution]. M.: Mir. 352 s. [In Russian]
Li Ch. 1978. Vvedenie v populyatsionnuyu genetiku. [Introduction to population genetics]. M.: Mir. 555 s. [In Russian]
Maletskij S.I., Polyakova E.V. 1977. Genetika izofermentov rastenij // Genetika izofermentov [Genetics of isoenzymes
of plants // Genetics of isoenzymes]. M.: Nauka. S. 250-275. [In Russian] Mather K., Jinks J. 1985. Biometricheskaya genetika [Biometric genetics]. M.: Mir. 464 s. [In Russian] Moore W.S. 1984. Evolutionary ecology of unisexual fishes // Evolutionary genetics of fishes. N.Y. -London: Plenum Press. P. 329-398.
Morizot D.C., Siciliano M.J. 1984. Gene mapping in fishes and other vertebrates // Evolutionary genetics of fishes.
N.Y.-London: Plenum Press. P. 173-234. Nikolyukin N.I. 1952. Mezhvidovaya gibridizatsiya ryb [Trans-species hybridization of fishes]. Saratov: Saratovskoe
oblastnoe gosudarstvennoe izdatel'stvo. 312 s. [In Russian] Nikolyukin N.I. 1972. Otdalennaya gibridizatsiya osetrovykh i kostistykh ryb [Remote hybridization of sturgeon and
bony fishes]. M.: Pish. promyshlennost. 335 s. [In Russian] Ojima J., Hayashi M., Ucho K. 1975. Triploidy appeared in the back-cross offspring from funa-carp crossing. // Proc.
Japan. Acad. Vol. 51, № 8. P. 702-711. Petit C., Bretagnolle F., Felber F. 1999. Evolutionary consequences of diploid-polyploid hybrid zones in wild species. //
Elsevier Science. Vol. 14, № 8. P. 306-311. Pikaard C.S., Grummt I. 2003. Epigenetic silencing of RNA polymerase I transcription // Nature Reviews Molecular Cell Biology. Vol. 4 (8). P. 641-649
Pitts C. S., Jordan D. R., Cowx I. G., Jones N. V. 1997. Controlled breeding studies to verify the identity of roach and
common bream hybrids from a natural population // Journal of Fish Biology. Vol. 51. P. 686-696. Potts B.M., Reid J.B. 1988. Hybridization as a dispersal mechanism // Evolution (USA). Vol. 42, № 6. P. 1245-1255. Robles F., de la Herra'n R, Ludwig A., Ruiz-Rejo'n C., Ruiz-Rejo'n M, Garrido-Ramos M. 2005. Genomic organization and evolution of the 5S ribosomal DNA in the ancient fish sturgeon // Genome. Vol. 48, № 1. P. 18-28. Rokitsky P.F. 1978. Vvedeniye v statisticheskuyu genetiku [Introduction to statistical genetics]. M.: Vysshaya shkola. 448 s. [In Russian]
Schultz R.J. 1971. Special adaptive problems associated with unisexual fish // Amer. Zool. 11. P. 351-360. Schultz R.J. 1977. Evolution and ecology of unisexual fishes // Evolutionary Biology. N.Y.: Plenum Press. Vol. 10. P. 277-331.
Serov O.L. 1977. Mekhanizmy obrazovaniya gibridnykh izofermentov kak model' izucheniya vzaimodejstviya genov // Genetika izofermentov [Mechanisms of formation of hybrid isoenzymes as model of studying of interaction of genes // Genetics of isoenzymes]. M.: Vysshaya shkola. S. 187-198. [In Russian] Singer M., Berg P. 1998. Geny i genomy [Genes and genomes]. M.: Mir. S. 377-394. [In Russian] Skalska K., Lim K.Y., Matyasek R., Koukalova B., Leitch F.R., Kovarik A. 2003. Rapid evolution of parental rDNA in
a synthetic tobacco allotetraploid line // American Journal of Botany. Vol. 90, № 7. P. 988-996. Slynko Yu.V. 1993. Raspredeleniye ryb v mashtabe krupnyh geografisheskih oblastei // Ekologicheskiye factory pros-transtvennogo raspredeleniya i peremeshcheniya gidrobiontov [Distribution of fish on the scale of large geographical areas // Environmental factors of spatial distribution and movement of aquatic organisms // Sankt-Peterburg: Gidrometeoizdat. S. 259-279. [In Russian] Slynko Yu.V. 1997. Geneticheskaya struktura i sostoyaniye ryb Rybinskogo vodohranilishcha // Sovremennoye sos-toyaniye zapasov Rybinskogo vodohranilishcha [Genetic structure and status of fishes in Rybinsk reservoir // The current state of the fish stocks of Rybinsk reservoir. Yaroslavl: Russia: Izd-vo YGTU. S. 153-178. [In Russian] Smith J. M. 1981. Evolyutsiya polovogo razmnozheniya [Evolution of sexual manifolding]. M: Mir. 271 p. [In Russian] Tunner H.G. 1974. Die klonale structure einer Wasserfroschpopulation // Z. Zool. Syst. and Evolutionsforsch. Vol. 12, № 4. P. 308-314.
Uzzell T.M. 1970. Meiotic mechanisms of naturally occuring unisexual vertebrates // Amer. Natur. 104. P. 433 -445. Vinogradov A.E., Rozanov Yu.M., Tsaune I.A., Borkin L.Y. 1988. Eliminatsiya genoma odnogo iz roditelej do premejoticheskogo sinteza DNK u gibridogennogo vida Rana esculenta [Elimination of a genome of one of parents before premeyotic synthesis of DNA at a hybridgene type of Rana esculenta] // Tsitologiya. T. 30, № 6. S. 691-698. [In Russian]
Vrijenhoek R.C. 1979. Factors affecting clonal diversity and coexistence. // Amer. Zool. Vol. 19, № 3. P. 787-797. Vrijenhoek R.C. 1984. The evolution of clonal diversity in Poeciliopsis // Evolutionary genetics of fishes. N.Y. - London: Plenum Press. P. 399-430. Vrijenhoek R.C. 1994. Unisexual fish: Model systems for studying ecology and evolution // Annual Review of Ecology
and Systematics. Vol. 25. P. 71-96. White M.J.D. 1973. Animal cytology and evolution. Cambridge: University Press. 961 p. Williams G.C. 1975. Sex and evolution. Princeton: Univ. Press. 201 p.
Wood A.B., Jordan D.R. 1987. Fertility of roach x bream hybrids, Rutilus rutilus (L.) x Abramis brama (L.) and their
identification // J. Fish Biol. № 30. P. 249-261. Yakovlev V.N., Slyn'ko Yu.V., Grechanov I.G., Krysanov E.Yu. Problema otdalennoj gibridizatsii u ryb [The problem
of distant hybridization in fish] // Voprosy ikhtiologii. 2000. T. 40, № 3. S. 312-326. [In Russian] Zardoya R., Abouheif E., Meyer A. 1996. Evolutionary analyses of hedgehog and Hoxd-10 genes in fish species closely
related to the zebrafish // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. № 93. P. 1036-1041. Zhivotovskij L.A. 1984. Integratsiya poligennykh sistem v populyatsiyakh [Integration of polygenic systems in populations]. M.: Nauka. 183 s. [In Russian] Zhuchenko A.A., Korol' A.B. 1985. Rekombinatsiya v ehvolyutsii i selektsii [Rekombination in evolution and selection] M.: Nauka. 400 s. [In Russian]
FEATURES OF REPRODUCTION SYSTEM DISTANT HYBRIDS OF CYPRINID FISH
Yu. V. Slynko, E. E. Slynko
Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences, 152742 Borok, Russia, e-mail:[email protected], fax: (485) 472-4042
For the first time an extensive test crossing of laboratory carried out reciprocal F1 hybrids of roach, bream and blue bream are received. The generations of backcrosses are obtained and grown. The detailed morphological, genetic and biochemical and cytogenetic analysis on a vast complex of signs F1 hybrids and BC is done. Previously unknown gene inheritance effects, germline segregation of haploid genomes and polyclonal hybris' generation are revealed. For example, hybrids of roach, bream and blue bream are described and experimentally verified a fundamentally new system of reproduction - proapomiksis. It is assumed that it is inherent in all categories of distant hybrids "from case to case."
Keywords: cyprinide fish, hybrids, reproduction system, crossbreeding, effects of inheritance, variability of quantitative and qualitative characteristics
