CC BY
23
Труды ИБВВ РАН, 2017, вып. 80(83) Transactions of IBIW RAS, 2017, issue 80(83)
УДК 597.553.2.591.392
ВРЕМЯ АКТИВАЦИИ РОДИТЕЛЬСКИХ ГЕНОВ В РАННЕМ ЭМБРИОГЕНЕЗЕ РЕЦИПРОКНЫХ ГИБРИДОВ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ ЛЕЩА (ABRAMIS BRAMA L.) И ПЛОТВЫ (RUTILUS RUTILUS L.)
Е. Е. Слынько, Е. Н. Пакунова, Ю. В. Слынько
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: [email protected]
Изучена экспрессия изоферментов различных биохимических классов, синтезированных под контролем материнских и отцовских генов плотвы и леща в эмбриогенезе гибридов первого поколения. Показано, что для ферментов с ранней активацией характерен асинхронный характер экспрессии, для изоферментов с поздней активацией экспрессия носила синхронный характер. Во всех случаях асинхронной экспрессии имела место связь с наличием в зародыше значительных запасов желтка. Отмечено, что синхронный (единовременный) характер экспрессии приходится на завершающие стадии эмбрионального и личиночного периодов, что указывает на достижение согласованности в работе родительских генов. Результаты исследований позволили предположить последовательную смену и согласованное взаимодействие в раннем развитии регуляторных систем двух типов - материнской и зародышевой. В итоге вылупившаяся личинка гибрида обладает значительным потенциалом для выживания и активного освоения внешней среды.
Ключевые слова: гибриды, эмбриогенез, выражение, материнские и отцовские аллели, изоферменты с ранней и поздней активации, лещ и плотва.
ВВЕДЕНИЕ
Закономерности генетической регуляции, происходящие в организме развивающегося зародыша, являются консервативными и универсальными практически для всех групп животных. Эти закономерности включают в себя взаимодействие генов в развитии, организацию генных систем, контролирующих эмбриональное и постэмбриональное развитие. Понимание особенностей взаимодействия генов в ходе развития организма возможно через изучение дифференциальной экспрессии генов, которая носит сложный и многоступенчатый характер. Для исследования процессов дифференциальной экспрессии генетических локусов в раннем развитии наиболее плодотворным признан гибридологический подход [Хедрик, 2003 (Hedrik, 2003); Hewitt, 2001]. Он подразумевает создание нового генотипа, совмещающего в себе эволюционно дивергиро-вавшие и различающиеся по некоторым проявляемым признакам, параметрам и свойствам материнские и отцовские гены. Анализ же генетических локусов потомства от внутривидовых скрещиваний не позволяет определить, чьим генотипом контролировался синтез белков (запасены белки в ходе развития ооцита или синтезированы под контролем зародышевого генома) по причине совпадений характе-
ристик исследуемых вариантов белков. В случае межродовых гибридов, появление в элек-трофоретическом спектре отцовских изозимов будет свидетельством начала экспрессии зародышевых генов. На первых этапах развития зародыша гибрида процессы синтеза в цитоплазме, как правило, идут на материнских матрицах [Коломбет, 1977 (Kolombet, 1977); Кирпичников, 1987 (Kirpichnikov, 1987); Wright, Subtelny, 1971; Engel, Kreutz, 1973]. Но некоторые данные показывают на наличие транскрипции с зародышевых генов уже на этапах дробления. [Hawang Sheng-Ping et al., 1997]. Кроме того, сразу после оплодотворения имеет место активация митохондриальных генов материнского происхождения [Костомарова, Ротт, 1970 (Kostomarova, Rott, 1970); Kafiani, 1971]. У костистых рыб считается, что начало экспрессии генов самого зародыша, как правило, приходится на стадию бластулы и гаструлы [Конюхов, 1980 (Konyuhov, 1980); Корочкин, 1999 (Korochkin, 1999)], вследствие чего "материнские" белки начинают постепенно заменяться зиготическими [Кирпичников, 1987 (Kirpichnikov, 1987); Neyfakh, 1971]. С этого момента контроль над синтезом белкового материала практически полностью осуществляется зародышевым геномом.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ В качестве объектов исследования ис- (Abramis и Rutilus) подсемейства Leuciscinae
пользовались реципрокные гибриды первого поколения Fj леща Abramis brama L. и плотвы Rutilus rutilus L. - представителей 2 родов
семейства Cyprinidae. В результате экспериментальных скрещиваний были получены реципрокные гибриды F1 (ПхЛ, ЛхП) и чистые
виды (ПхП, ЛхЛ). Производителей плотвы и леща в стадии зрелости гонад отлавливали в период нереста в районе Волжского плеса Рыбинского водохранилища. Скрещивания проводили сразу после доставки рыбы. Гонадо-тропная стимуляция не применялась. Оплодотворение проводили сухим способом по стандартной рыбоводной методике [Рябов, 1981 (Ryabov, 1981]; Слынько, 2000 (Slynko, 2000)). Оплодотворенную икру высевали в кристаллизаторы, подсчитывали количество икринок и инкубировали при температуре, максимально приближенной к температуре природного водоема. На всем протяжении эмбрионального развития контролировали условия водообмена, кислородного режима и рН воды. Отбор проб для генетико-биохимического анализа проводился на следующих стадиях развития: образование перивителлинового пространства и бластодиска, дробление, бластула, окончание эпиболии, начало сегментации (3-5 сегментов), разгар сегментации тела (18-23 митомов),
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕД<
В естественных популяциях для плотвы характерен полиморфизм по локусу В, представленный двухаллельной системой. У леща крайне редко встречается полиморфизм по ло-кусу А, также представленный двухаллельной системой [Слынько, 1987, 1991, 1993, 1997 (Slynko, 1987, 1991, 1993, 1997)]. В проводимых нами скрещиваниях родительские особи леща были гомозиготны по локу-сам А и В. Производители по плотве также были гомозиготами по обоим локусам Ldh.
В потомстве плотвы, гомозиготной по быстрому аллелю локуса В, изоферментный спектр LDH со стадии образования перивител-линового пространства и бластодиска до стадии окончания сегментации включительно был представлен двумя полосами, соответствующими по электрофоретической подвижности изозимам B4 и B3A родительских мышечных спектров плотвы. Полный пятиполосочный спектр был выявлен на стадии выхода личинки из яйцевых оболочек.
В потомстве гомозиготного по Ldh-B леща электрофоретический спектр со стадии образования перивителлинового пространства и бластодиска до стадии разгара сегментации (18-22 сегмента) был представлен одной полосой, совпадающий по электрофоретической подвижности с гомополимером B4 родительского мышечного спектра. Появление второй полосы, соответствующей гетерополимеру B3A выявлено на стадии окончания сегментации и подготовки зародыша к вылуплению. На
установление кровообращения и окончание сегментации (43-48 миотомов), вылупление, переход личинки на смешанный тип питания, этап "свободного" эмбриона, окончание рассасывания желточного мешка и полный переход на внешнее питание. Определение стадий проводили по Крыжановскому [Крыжановский, 1949 (Kryzhanovsky, 1949)]. Для исследования закономерностей наследования и процессов внутриклеточного метаболизма в раннем развитии реципрокных гибридов и чистых видов анализировали 5 ферментов различных биохимических классов: оксидоредуктазы - лактат-дегидрогеназа (LDH), супероксиддисмутаза (SOD), НАДФ-зависимая малатдегидрогеназа (NADF-MDH) или малик-энзим (ME); гидролазы - неспецифическая или ß-нафтил-зависимая эстераза (ß-EST); трансферазы -аспартатаминотрансфераза (AAT) [Калинин и др., 1971 (Kalinin et al., 1971)].
1Я И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
стадии вылупления в потомстве чистого леща изоферментный спектр LDH состоял из четырех полос (B4, B3A, BA3, А4), после массового вылупления (на этапе свободного эмбриона) нами выявлен полностью сформированный пяти 5 -ти полосочный спектр, характерный для половозрелых особей чистого леща (B4, B3A, B2A2, BA3, А4).
У гибридов ЛхП изоферментный спектр с момента после оплодотворения до стадии разгара сегментации (18-22 сегмента) был представлен одной полосой, совпадающей по электрофоретической подвижности с гомопо-лимером B4, выявленным в мышечных пробах леща, выступавшего в скрещиваниях в качестве матери. На стадии окончания сегментации и подготовки зародыша к выходу из яйцевых оболочек у гибридов ЛхП появляется второй «лещовый» гетерополимер А1В3. На момент вылупления в гибридной группе ЛхП, совпадавшему по времени с чистым лещом, дополнительно появляются еще два белковых компонента материнского типа - A4 и А3В1. В итоге, в период массового вылупления у гибридов ЛхП формируется практически полный, за исключением гетерополимера А2В2, лещовый изоферментный спектр. После выхода личинок из яйцевых оболочек - на этапе "свободного эмбриона" наблюдается постепенное формирование гибридного двенадцати-полосочного спектра, обусловленного включением в работу отцовских аллелей Ldh.
У зародышей гибридов ПхЛ, родительская плотва, выступающая в скрещиваниях в качестве матери, была гомозиготна по медленному аллелю (В) локуса Ldh-В, а отец - лещ был гомозиготен по быстрому аллелю (В) ло-куса Ldh-В. У зародышей гибридов ПхЛ изо-ферментные спектры LDH до стадии окончания сегментации включительно состояли из гомополимера В4 и гетерополимера В3АЬ по электрофоретической подвижности соответствующим изозимам материнской плотвы. C момента вылупления доформировывается полный материнский "плотвиный" спектр и появляются слабовыраженные гетеромеры, свидетельствующие об активации отцовских аллелей локуса Ldh-B. Этап "свободного эмбриона" в гибридной группе ПхЛ характеризуется завершением формирования полного две-надцатиполосочного гетерозиготного спектра.
Генетический контроль супероксиддис-мутазы осуществляется двумя неаллельными генами. Все лещи и плотвы, участвующие в скрещиваниях были мономорфны. Для леща характерен фенотип, представленный быстрой изоформой SOD - 2, для плотвы - медленной изоформой SOD - 1, поэтому родительские спектры SOD были видоспецифичны и различались по электрофоретической подвижности [Слынько, 1987, 1997 (Slynko, 1987, 1997)].
У чистых видов леща и плотвы появление однополосочных, видоспецифичных по электрофоретической подвижности спектров супероксиддисмутазы наблюдалось с первых стадий эмбриогенеза. Изменений в составе изоферментного спектра SOD леща и плотвы на всем протяжении эмбрионального и постэмбрионального развития не наблюдалось.
У гибридов ПхЛ и ЛхП со стадии образования перивителлинового пространства до этапа "свободного эмбриона" включительно спектр супероксиддисмутазы был представлен только одной, материнской по происхождению, белковой полосой. С этапа смешанного питания у личинок каждой гибридной группы появлялась вторая полоса, соответствующая гетеродимеру - ферменту, состоящему из материнских и отцовских субъединиц. Данный двухполосочный спектр SOD у гибридов ПхЛ и ЛхП, не менялся до этапа экзогенного питания включительно. На электрофореграммах по мышечным пробам сеголетков гибридов F1 присутствует ожидаемый трехполосочный спектр супероксиддисмутазы.
У зародышей леща и плотвы со стадии после оплодотворения и до стадии завершения гаструлы - начала сегментации выявлена ß-эстераза в виде диффузноокрашенного пятна.
Затем, со стадии начала сегментации до стадии окончания сегментации включительно у эмбрионов леща и со стадии начала сегментации до стадии разгара сегментации включительно у плотвы, активность р-эстеразы не выявлена. Формирование видоспецифичных, характерных для леща двух полосочных спектров приходилось на стадию массового вылупления, у плотвы раньше - на стадию окончания сегментации и подготовки зародыша к вылуплению.
В ранних зародышах гибридов Б] ЛхП и ПхЛ до стадии окончания гаструлы и начала сегментации тела (стадия 3-5 сегментов) активность р-эстераз была представлена в виде диффузно окрашенного пятна. В спектрах гибридов ЛхП слабо различимые полосы эстераз появляются со стадии массового вылупления, в спектрах гибридов ПхЛ - на стадии окончания сегментации и подготовки зародыша к вы-луплению. По завершению стадии массового выхода из яйцевых оболочек у личинок в обеих гибридных группах наблюдались полные изозимные спектры, характерные для мышечных проб половозрелых гибридов ПхЛ и ЛхП. Необходимо отметить, что временной интервал падения эстеразной активности у гибридов ЛхП совпадал с таковой у леща. Аналогичная ситуация наблюдалась у гибридов ПхЛ: по стадиям в эмбриогенезе падение активности р-эстеразы совпадало с группой чистой плотвы.
В проводимых нами скрещиваниях про-изодители по лещу и плотве отличались по 1 аллелю локуса Aat: все родительские особи леща были гомозиготны и представлены "быстрым" аллелем Аа1>3, все родительские особи плотвы были представлены "медленным" ал-лелем АаИ. В раннем развитии чистых видов леща и плотвы практически на всем протяжении эмбриогенеза активность ААТ не выявлена. Начало экспрессии по аллелям Aat у леща приходилось на стадию массового вылупле-ния. У плотвы несколько раньше - на стадии окончания сегментации и подготовки зародыша к вылуплению. Экспрессия по локусу Аа1 у чистых видов характеризовалась появлением видоспецифичных гомодимерных белковых полос. В раннем развитии реципрокных гибридов Б] (ЛхП и ПхЛ) так же фактически на всем протяжении эмбрионального развития экспрессия ААТ не обнаружена. Первое появление изозимов в группе ЛхП наблюдалось на стадии вылупления, в группе ПхЛ - на стадии окончания сегментации. Нами отмечена важная особенность: у всех гибридов первого поколения на тот момент обнаруживался трех полосочный гетерозиготный спектр, состоящий из двух гомодимеров (отцовский и мате-
ринский изозимы) и одного гибридного гете-родимера, что свидетельствовало о начале синхронной экспрессии материнских и отцовских аллелей. Причем, экспрессия аспартата-минотрансферазы в гибридных группах была приурочена к тем же стадиям развития, что и в группах чистых видов, выступавших в скрещиваниях в качестве матери. В последующем развитии изоферментный спектр AAT у личинок реципрокных гибридов F1 не менялся, что подтвердили данные, полученные на сеголетках.
NADF-зависимая малатдегидрогеназа или малик-энзим кодируется двумя независимыми генетическими локусами Mod-1 и Mod-2 (нумерация от катода к аноду) [Слынько, 1987, 1993, 1992, 1997 (Slynko, 1987, 1993, 1992, 1997)]. Производители по лещу, участвующие в экспериментах, были гетерозиготны по локу-су Mod-1 и гомозиготны по локусу Mod-2. Плотва была гомозиготна по обоим локусам малик-энзима - Mod-1 и Mod-2. С момента оплодотворения до этапа свободного эмбриона экспрессии малик-энзима во всех опытных вариантах скрещивания не наблюдалась. Начало экспрессии малик-энзима в группе чистых видов и гибридов F1 приходилось на этап свободного эмбриона и сопровождалось появлением гомодимера в зоне Mod-2. На следующих этапах личиночного развития: смешанного питания и полного перехода на внешнее питание, составляющая изоферментного спектра NADF-зависимой малатдегидрогеназы во всех опытных группах не менялась.
Данные по "чистой" плотве и "чистому" лещу демонстрируют полностью сформированные видоспецифичные спектры, соответствующих половозрелым производителям, на стадии сеголетка. Фенотип сеголетка леща был представлен гетерозиготой по локусу Mod-1 и гомозиготой по локусу Mod-2, сеголетка плотвы - гомозиготой по обоим локусам Mod-1 и Mod-2. В группах гибридах ЛхП и ПхЛ также на стадии сеголетка были выявлены ожидаемые гетерозиготные трехполосочные спектры по локусу Mod-1 и гомозиготный однополо-сочный спектр по локусу Mod-2. Нами отметить, что показатели активности экспрессии локусов Mod на стадии сеголетка во всех экспериментальных группах рыб сопоставимы с таковыми показателями активности у родительских особей.
Вследствие того, что нормальное протекание раннего развития у гибридов обеспечивается скоординированностью в работе родительских генов, данная согласованность также подчиняется закономерностям. У гибридов Fi в первой половине эмбриогенеза наблюдалась
выраженная асинхрония в экспрессии ферментов с ранней активацией, подчиняющаяся материнскому эффекту. Например, в ходе формирования изоферментных спектров LDH у реципрокных гибридов ЛхП и ПхЛ материнский эффект выражался через первоочередную последовательную активацию аллелей локусов A и B матери, и только по ее завершению включением в работу локуса B отца. Экспрессия ß-эстеразы и SOD также подчинялась материнскому эффекту, заключавшемуся для эс-тераз в последовательности формирования изозимного спектра и распределении ферментативной активности по материнскому типу, для супероксиддисмутазы - в структурных показателях спектра, состоящего из материнского гомодимера и гибридного гетеродимера. В ходе эмбрионального развития матроклин-ный характер экспрессии ферментов с ранней активацией постепенно исчезает, и в итоге родительские гены начинают работать синхронно. Дополнительным подтверждением тому являлся синхронный характер экспрессии ферментов с поздней активацией - AAT и малик-энзима.
Синхронизация родительских генов, по нашему мнению, напрямую зависит от количества запасенных в оогенезе внутриклеточных и желточных белков в организме гибрида. По мере развития эмбриона происходит расходование этих компонентов, ферментативная активность желтка угасает, что по времени согласуется с появлением соответствующей активности в зародыше. Данный факт подразумевает существование регуляторных механизмов координации процессов деградации в желтке компонентов материнского типа и синтеза в развивающемся организме компонентов зародышевого типа [Лапушкина, 2002 (Lapushkina, 2002)].
Таким образом, комплексный подход к изучению раннего развития гибридов позволил предположить, что матроклиния на самых ранних его этапах объясняется цитоплазмати-ческой природой, в основе которой лежит асинхронная экспрессия ферментов. Отцовский же эффект, выявленный на более поздних этапах развития, обусловлен ядерной природой и имеет наследственный характер. В его основе лежит синхронная экспрессия родительских локусов.
Некоторые авторы, говоря о совмещении в гибридном организме различных по происхождению систем генов-регуляторов, предполагают в ряде случаев невозможность прогнозирования результатов их совместной работы [Корочкин, 1983, 1999 (Korochkin, 1983,
1999)]. Поэтому не исключено, что в ряде случаев асинхронность экспрессии родительских генов обусловлена неполной совместимостью механизмов генетической регуляции обоих видов, а в более общем понимании - "несоответствием сложных регуляторных процессов, регулирующих активность гена у скрещиваемых форм, и чем более отдаленным является скрещивание, тем больше вероятность таких отклонений от нормы" [Нейфах, Тимофеева, 1978 (Neyfah, Timofeeva, 1978); Корочкин, 1983 (Korochkin, 1983); Gavaia et al., 2006; Burt et al., 2008].
У гибридов первого поколения, объединяющих в себе по одному набору хромосом, полученному от каждого из родителей, соответствующий структурный ген будет подчиняться "своей" регуляторной системе. Следовательно, наличие синхронной экспрессии родительских аллелей свидетельствует о согласовании генов-модификаторов. Последнее обстоятельство предполагает определенную степень близости скрещиваемых видов, хотя некоторые активаторы раннего развития имеют невидоспецифичный характер [Нейфах, Тимофеева, 1978 (Neyfah, Timofeeva, 1978)].
Полученные нами результаты по синхронизации экспрессии ферментных локусов в развитии реципрокных гибридов Fi могут существенно дополнить имеющиеся на сегодняшний день данные о регуляторных механизмах согласования работы чужеродных генов. Это касается участия в регуляции синхронизации работы родительских генов как материнских (желток в широком смысле слова), так и зародышевых регуляторов. Так, примером регуляции экспрессии ферментов материнскими факторами в раннем развитии может служить экспрессия малик-энзима. Отсутствие активности малик-энзима в клетках зародыша не свидетельствует об отсутствии этого важного фермента в организме гибрида. Малик-энзим, поставляющий эквиваленты НАДФ-Н+ для восстановительных синтезов, идущих в клетках зародыша, жизненно необходим для развивающегося организма, но его отсутствие до вылупления в клетках самого зародыша скомпенсировано наличием малик-энзима в желтке. Расходование желтка и постепенное угасание в нем активности малик-энзима совпадает по времени с синхронной экспрессией родительских локусов этого фермента в клетках зародыша. Возможно, это объясняется действием регуляторного механизма, обеспечивающего синхронность угасания активности фермента в желтке и экспрессии этого же фермента в клетках зародыша.
Первоочередное формирование у гибридов Fj материнских спектров LDH, мы полагаем, также обусловлено регуляторными механизмами материнского происхождения и полностью им подчинено до момента активации отцовского аллеля. После активации материнских по происхождению локусов В и А и формирования материнских спектров LDH у реци-прокных гибридов, наступает этап повторного включения локуса В, только отцовского типа. Этот факт, не подчиняющийся логике функциональной целесообразности последовательного включения локусов Ldh у гибридов F1, можно объяснить только исходя из действия и процессов согласования регуляторных механизмов леща и плотвы, синхронизирующих во времени работу родительских чужеродных геномов. Это подтверждается аналогичным порядком включения локусов у чистых видов.
Исходя из вышеизложенного, можно предположить, что в основе раннего развития реципрокных гибридов первого поколения лежит работа и динамика регуляторных механизмов разного характера, причем, регуляторы материнского происхождения по мере развития зародыша гибрида сменяются собственными (зародышевыми) регуляторами.
Интегрируя закономерности, выявленные при изучении экспрессии ферментных ло-кусов, можно выделить важный рубеж в раннем развитии реципрокных гибридов первого поколения - период от подготовки зародыша к вылуплению до этапа перехода личинки на полное внешнее питание. На этом участке развития помимо адаптации эмбриона к внешней среде идут два основных процесса - деградация материнского материала и активный синтез собственных белков.
В раннем морфогенезе превалирующую роль играют цитоплазматических факторы, причем, действие цитоплазматических факторов рассматривается не только как механизм функционального насыщения развивающегося организма, но и как активатор ядерных генов направленного и селективного действия [Белоусов, 1987 (Belousov, 1987); Инге-Вечтомов, 1989 (Inge-Vechtomov, 1989)].
В позднем эмбриогенезе и на последующих этапах личиночного развития с одной стороны резко возрастает деградация оогене-тического материала (резорбция желточного мешка), с другой стороны резко возрастает количество белковых компонентов, синтезированных на матрицах самого организма. Таким образом, развитие гибридов приобретает по ходу времени устойчивость и по морфобиоло-гическим показателям: скорость морфогенеза,
выживаемость на отдельных его этапах, жизнеспособность при воздействиях внешних факторов, имеющей в своей основе постепенную синхронизацию работы чужеродных родительских генов. Полная согласованность в работе родительских генов и как следствие устойчивый характер морфогенеза должна быть достигнута к этапу экзогенного питания.
В результате личинка гибрида будет обладать реальным потенциалом для выживания и активного освоения окружающего пространства на последующих этапах развития. Все установленные закономерности наследования для ферментов с ранней и поздней активацией подтверждены на гибридах плотвы и леща (см. рисунок).
гп
щ
I —> (( S
Бластула Эпиоолия Ранний Поздний
органогенез органогенез
Личинка после вылупления
ФЕРМЕНТЫ С ПОЗДНЕЙ АКТИВАЦИЕИ
«материнский» фермент «отцовский» фермент
Рис. Схема включения материнского и отцовского геномов для ферментов с ранней и поздней активацией у гибридов Fj.
Fig. The scheme of inclusion of maternal and paternal genomes for enzymes with early and late activation in F, hy-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ полученных данных на реци-прокных гибридах р! по всем исследованным локусам позволил сформулировать следующие закономерности:
1) установлен асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией и синхронный характер экспрессии ферментов с поздней активацией.
2) асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией подчиняется материнскому эффекту и сохраняется до выхода личинки из яйцевых оболочек. После чего, асинхронность (материнский эффект) исчезает, и экспрессия ферментов приобретает синхронный характер. Синхронный (единовременный) характер экспрессии ферментов с поздней активацией приурочен к завершающим этапам эмбрионального и личиночного периодов, что указывает на достижение согласованности в работе родительских генов.
3) во всех случаях асинхронной экспрессии имела место связь с наличием в зародыше значительных запасов желтка. Синхронный характер экспрессии ферментов имел место на
стадиях развития либо с меньшим количеством желтка, либо с полным его исчерпанием.
Результаты исследований позволили предположить последовательную смену и согласованное взаимодействие в раннем развитии регуляторных систем двух типов -материнской и зародышевой. Нормальное функционирование таких генетических регуляторных механизмов обеспечило полную согласованность работы структурных генов, что определило достижение устойчивости по метаболическим и морфогенетическим показателям к вылуплению. Вылупившаяся личинка гибрида первого поколения обладает значительным потенциалом для выживания и активного освоения внешней среды, поскольку этот потенциал - не что иное, как эндогенные материнские ресурсы и синхронизированная к моменту вылупления работа родительских генов. В совокупности эти два фактора обеспечивают гибридный организм
собственными белками как на данный момент развития, так и на последующих его этапы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Белоусов Л.В. Биологический морфогенез. М: Изд-во МГУ, 1987. 239 с.
Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М.: Высшая школа, 1989. 591 с.
Калинин Ф.Л., Лобов В.П., Жидков В.А. Справочник по биохимии. Киев: Наукова Думка, 1971. 1013 с
Кирпичников В.С. Генетика и селекция рыб. Л: Наука, 1987. 520 с.
Коломбет Л.В. Последовательность включения локусов лактатдегидрогеназы в раннем эмбриональном
развитии мыши // Онтогенез. Т. 8, № 3. 1977. С. 269-275. Конюхов Б.В. Генетика развития позвоночных. М.: Наука, 1980. 291 с.
Корочкин Л.И. Некоторые молекулярные аспекты регуляции экспрессии генов у рыб и других эукариот //
Биологические основы рыбоводства: генетика и селекция. Л.: Наука, 1983. С. 34-51. Корочкин Л. И. Введение в генетику развития. М.: Наука, 1999. 253 с.
Костомарова А.А., Ротт Н.Н. Авторадиографическое исследование синтеза ядерных РНК у диплоидных и гаплоидных зародышей вьюна // Клеточное ядро и его ультраструктуры. М.: Наука, 1970. С. 258-262. Крыжановский С.Г. Эколого-морфологические закономерности развития карповых, вьюновых и сомовых рыб // Тр. Ин-та морфол. живот. АН СССР. 1949. Т. 1. С. 3-332. Лапушкина Е. Е. Эколого-генетический анализ раннего развития отдаленных гибридов F1 леща (Abramis brama
L.), плотвы (Rutilus rutilus L.) и синца (Abramis ballerus L.) // Дисс. ... канд. биол. наук. Борок. 2002. 145 с. Нейфах А. А., Тимофеева М.Я. Проблемы регуляции в молекулярной биологии развития. М.: Наука, 1978. 307 с. Рябов И. Н. Методы гибридизации рыб на примере семейства карповых // Исследование размножения и
развития рыб. М.: Наука, 1981. С. 195-215. Слынько Ю.В. Коэффициенты инбридинга и структура вида Abramis brama L. // Информ. Бюл. Биол. внутр. вод.
Л.: Наука. № 75. 1987. С. 39-43. Слынько Ю.В. Полиморфизм мышечных изоферментов карповых рыб СССР. I. Лактатдегидрогеназа // Информ.
Бюл. Биология внутренних вод. С.-Пб.: Наука, 1991. № 90. С. 75-84. Слынько Ю.В. Полиморфизм мышечных изоферментов карповых рыб. III. Малик-энзим // Информ. Бюл. Биол.
внутр. вод. С.-Пб.: Наука, 1992. № 95. С. 64-72. 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 ЯрГТУ, 1997. С. 153-178. Слынько Ю.В. Система размножения межродовых гибридов плотвы (Rutilus rutilus L.), леща (Abramis brama L.) и синца (Abramis ballerus L.) (LEUCISCINAE: CYPRINIDAE) // Дисс. ... канд. биол. наук. Санкт-Петербург. 2000. 186 с.
Хедрик Ф. Генетика популяций. М.: Техносфера, 2003. 592 с.
Burt A., Trivers R. 2008. Genes in conflict // The Biology of Selfish Genetic Elements. Harvard University Press: Cambridge. MA. USA. 536 p.
Engel S., Kreutz J. 1973. LDH isoenzymes in the mammalian egg: investigations by micro discelectrophoresis in 15 species of the orders Rodentia, Lagomorpha, Carnivora, Artiodactile and in man // Humangenetik. Bd. 19, № 3/4. P. 253-260.
Gavaia P. J., Simes D. C., Ortiz-Delgado J. B., Viegas C. S. B., Pinto J. P., Kelsh R. N., Sarasquete M.C., Cancela M.L. 2006. Osteocalcin and matrix Gla protein in zebrafish (Danio rerio) and Senegal sole (Solea senegalensis): comparative gene and protein expression during larval development through adulthood // Gene Expression Patterns. Vol. 6, № 6. P. 637-652.
Hewitt M.G. 2001. Speciation, hybrid zones and phylogeography or seeing in space and time // Molec. Ecol. Vol. 10. P. 537-549.
Hwang S.P., Tsou M.F., Lin Y.C., Liu C.H. 1997. The zebrafish BMP4 gene: sequence analysis and expression pattern
during embryonic development // DNA Cell Biol. Vol. 16, № 8. P. 1003-1011. Kafiani C. 1970. Genome transcription in fish development // Adv. Morphogenesis. Vol. 8. P. 209-284. Neyfakh A.A. 1971. Steps of realization of genetic information in early development // Curr. Top. Develop. Biol. Vol. 6. P. 45-77.
Wright D.A., Subtelny S. 1971. Nuclear and cytoplasmic contributions to dehydrogenase phenotypes in hybrid frog embryos // Develop. Biol. Vol. 24. P. 119-140.
REFERENCES
Belousov L.V. 1987. Biologicheskii morfogenez [Belousov L.V. Biological morphogenesis]. M.: Izd-vo MGU. 239 s. [In Russian]
Inge-Vechtomov S.G. 1989. Genetika s osnovami selektsii [Genetics with the basics of breeding]. M: Vysshaya shkola. 591 s. [In Russian]
Kirpichnikov V.S. 1987. Genetika i selektsiya ryb [Genetics and fish breeding]. L: Nauka. 520 s. [In Russian] Kolombet L.V. 1977. Posledovatel'nost' vklyucheniya lokusov laktatdegidrogenazy v rannem embrional'nom razvitii myshi [Lactate dehydrogenase loci sequencing in early fetal mouse development] // Ontogenez. Т. 8, № 3. S. 269275. [In Russian]
Konyukhov B.V. 1980. Genetika razvitiya pozvonochnyh [Genetics of vertebrate development]. M.: Nauka. 291 s. [In Russian]
Korochkin L.I. 1983. Nekotorye molekulyarnyye aspecty regulyatsii ekspressii genov u ryb i drugih eukariot [Some molecular aspects of regulation of gene expression in fish and other eukaryotes] // Biologicheskiye osnovy rybolovstva: genetika i selektsiya. L.: Nauka. S. 34-51. [In Russian] Korochkin L.I. 1999. Vvedeniye v genetiku razvitiya [Introduction to genetics of development]. M.: Nauka. 253 s. [In Russian]
Kostomarova A.A., Rott N. N. 1970. Avtoradiograficheskoe issledovaniye sinteza yadernyh RNK u diploidnyh i gaploidnyh zarodyshei v'yuna // Kletochnoye yadro i ego ul'trastruktury [Autoradiography study of nuclear RNA synthesis in diploid and haploid embryos of loach // The cell nucleus and its infrastructure]. M.: Nauka. 1970. S. 258-262. [In Russian]
Kryzhanovsky S.G. 1949. Ekologo-morfologicheskiye zakonomernosti razvitiya karpovyh, b'yunovyh i somovyh ryb [Ecological and morphological patterns of carp, catfish and loaches fish] // Trudy Instituta morfologii zhivotnyh. AN SSSR. T. 1. S. 3-332. [In Russian] Lapushkina E.E. 2002. Ekologo-geneticheskii analiz rannego razvitiya otdalyonnyh gibridov F1 leshcha (Abramis brama L.), plotvy (Rutilus rutilus L.) i sintsa (Abramis ballerus L.) // Dissertatsiya na soiskanie uch. st. kandidata biologicheskih nauk. Borok. 145 p. [Ecological and genetic analysis of the early development of remote F1 hybrids of bream (Abramis brama L.), roach (Rutilus rutilus L.) and blue bream (Abramis ballerus L.) // Thesis for the degree of Ph. D. Borok. 145 p. [In Russian] Neyfah A.A., Timofeeva M.Y. 1978. Problemy regulyatsii v molekulyarnoi biologii razvitiya [Regulation Problems in
molecular biology of development]. M.: Nauka. 307 s. [In Russian] Ryabov I.N. 1981. Metody gibridizatsii ryb na primeresemeistva karpovyh // Issledovaniye razmnozheniya i razviriya ryb [The methods of fish hybridization by the example of the Cyprinidae family // Study of reproduction and development in fish]. M.: Nauka. S. 195-215. [In Russian] Slynko Yu.V. 1987. Koefitsenty inbridinga i struktura vida Abramis brama L. [The coefficients of inbreeding and the
structure of the type Abramis brama L.] // Inform. Byul. Biol. vnutr. vod. L: Nauka. № 75. S. 39-43. [In Russian] Slynko YuV. 1991. 1991. Polimorfizm myshechnyh izofermentov karpovyh ryb USSR. I. Laktatdegidrogenaza. [Polymorphism of muscle enzymes in carp fish of USSR. I. Lactate dehydrogenizes] // Inform. Bil. Biologiya vnutrennih vod. Sankt-Peterburg: Nauka. № 90. S. 75-84. [In Russian] Slynko Yu.V. 1992. Polimorfizm myshechnyh izofermentov karpovyh ryb. III. Malik-enzim [Polymorphism of muscle enzymes in carp fish. Malik-enzyme] // Inform. Byul. Biol. vnutr. vod. Sankt-Peterburg: Nauka. № 95. S. 64-72. [In Russian]
Slynko Yu.V. 1993. Raspredeleniye ryb v mashtabe krupnyh geografisheskih oblastei // Ekologicheskiye factory prostranstvennogo 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 sostoyaniye 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] Slynko Yu.V. 2000. Dissertatsiya na soiskaniye uch. st. kandidata biologicheskih nauk. [Slynko Yu.V. The system of breeding i inntergeneric hybrids of roach (Rutilus rutilus L.), bream (Abramis brama L.) and blue bream (Abramis ballerus L.) (LEUCISCINAE: CYPRINIDAE). Sankt-Peterburg. 186 s. [In Russian] Hedrik. F. 2003. Genetika populyatsii [Genetics of populations]. M.: Tehnosfera. 592 s. [In Russian] Burt A., Trivers R. 2008. Genes in conflict // The Biology of Selfish Genetic Elements. Harvard University Press: Cambridge. MA. USA. 536 p.
Engel S., Kreutz J. 1973. LDH isoenzymes in the mammalian egg: investigations by micro discelectrophoresis in 15 species of the orders Rodentia, Lagomorpha, Carnivora, Artiodactile and in man // Humangenetik. Bd. Vol. 19, № 3/4. P. 253-260.
Gavaia P.J., Simes D.C., Ortiz-Delgado J.B., Viegas C.S.B., Pinto J.P., Kelsh R.N., Sarasquete M.C., Cancela M.L. 2006. Osteocalcin and matrix Gla protein in zebrafish (Danio rerio) and Senegal sole (Solea senegalensis): comparative gene and protein expression during larval development through adulthood // Gene Expression Patterns. Vol. 6, № 6. P. 637-652.
Hewitt M.G. 2001. Speciation, hybrid zones and phylogeography or seeing in space and time // Molec. Ecol. Vol. 10. P. 537 - 549.
Hwang S.P., Tsou M.F., Lin Y.C., Liu C.H. 1997. The zebrafish BMP4 gene: sequence analysis and expression pattern
during embryonic development // DNA Cell Biol. Vol. 16, № 8. P. 1003-1011. Kafiani C. 1970. Genome transcription in fish development // Adv. Morphogenesis. Vol. 8. P. 209-284. Neyfakh A.A. 1971. Steps of realization of genetic information in early development // Curr. Top. Develop. Biol. Vol. 6. P. 45-77.
Wright D.A., Subtelny S. 1971. Nuclear and cytoplasmic contributions to dehydrogenase phenotypes in hybrid frog embryos // Develop. Biol. Vol. 24. P. 119-140.
THE TIME OF ACTIVATE OF PARENTAL GENES IN EARLY EMBRYOGENESIS RECYPROCLY HYBRIDS OF FIRST GENERATION FROM BREAM (ABRAMIS BRAMA L.)
AND ROACH (RUTILUSRUTILUS L.)
E. E. Slynko, E. N. Pakunova, Yu. V. Slynko
Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences, 152742 Borok, Russia, e-mail: [email protected], fax: (485) 472-4042
The expression of isoenzymes different biochemical classes, synthesized under the control of maternal and paternal genes roach and bream in the embryogenesis of the first generation hybrids is investigated. It has been shown that the enzyme with an early activation of the asynchronous nature of the typical expression for the isoenzymes with late activation of the expression was of the nature of synchronous. In all cases, the expression of an asynchronous communication took place with the presence of significant reserves in the embryo yolk. It is noted that a synchronous (one time) necessary for the expression pattern of the final stages of embryonic and larval period, indicating consistency in achievement of the parental genes. The researched results allowed to suggest a consistent shift and coordinated interaction in the early development of regulatory systems of two types - the maternal and embryonic. As a result, the hybrid hatched larva has a significant potential for survival and the active development of the external environment.
Keywords: hybrids, embryogenesis, expression, maternal and paternal alleles, isoenzymes with early and late activation, bream and roach
