Генетические механизмы коадаптации гомеологичных геномов отдаленных гибридов рыб в раннем развитии Слынько Е.Е., Столбунова В.В., Слынько Ю.В. Институт. - презентация

1 Генетические механизмы коадаптации гомеологичных геномов отдаленных гибридов рыб в раннем развитии Слынько Е.Е., Столбунова В.В., Слынько Ю.В. Институт билогии внутренних вод им И.Д. Папанина РАН, Борок, Россия.

2 Ключевым вопросом в понимании эволюционной и экологической значимости межвидовой гибридизации является вопрос эффективной коадаптации геномов скрещивающихся видов. Это касается не только ядерных чужеродных геномов, но и их ядерно-цитоплазматических взаимодействий. Известно, что сочетание в гибридном геноме мтДНК одного вида и ядерной ДНК другого может сообщать эволюции последнего дополнительную направленность. Это позволяет рассматривать гибридов в качестве живой модели для изучения проблемы согласования работы разных геномов в онтогенезе, особенно в таком его критическом периоде, как раннее развитие.Ключевым вопросом в понимании эволюционной и экологической значимости межвидовой гибридизации является вопрос эффективной коадаптации геномов скрещивающихся видов. Это касается не только ядерных чужеродных геномов, но и их ядерно-цитоплазматических взаимодействий. Известно, что сочетание в гибридном геноме мтДНК одного вида и ядерной ДНК другого может сообщать эволюции последнего дополнительную направленность. Это позволяет рассматривать гибридов в качестве живой модели для изучения проблемы согласования работы разных геномов в онтогенезе, особенно в таком его критическом периоде, как раннее развитие.

3 Принципиальная схема индивидуальных скрещиваний по получению потомства F 1 чистых видов и реципрокных межвидовых гибридов В условиях прудового стационара ИБВВ РАН «Сунога» поставлены серии экспериментов по получению гибридов леща и плотвы первого и последующих поколений

4 Анализировались особенности морфогенеза, экспрессии генов, кодирующих изоферменты с ранней и поздней активацией и особенности наследования фрагментов рДНК и мтДНК на ранних стадиях развития: зигота, гаструляция, эмбрион перед вылуплением, личинка на этапе эндогенного питания, личинка на этапе экзогенного питания и сеголеткаАнализировались особенности морфогенеза, экспрессии генов, кодирующих изоферменты с ранней и поздней активацией и особенности наследования фрагментов рДНК и мтДНК на ранних стадиях развития: зигота, гаструляция, эмбрион перед вылуплением, личинка на этапе эндогенного питания, личинка на этапе экзогенного питания и сеголетка Плотва Лещ Лещ х Плотва Плотва х Лещ

5 Схема включения материнского и отцовского геномов для ферментов с ранней и поздней активацией у гибридов F1. В результате было установлено: синхронный характер экспрессии ферментов с поздней активацией и асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией, подчиняющийся материнскому эффекту и сохраняющийся только до вылупления, после чего экспрессия приобретает синхронный характер.

6 Временные параметры прохождения морфогенетических стадий развития лещом, плотвой и их реципрокными гибридами F1 (t = 13,5-19 C). Выявлена связь между скоростью морфогенеза и последовательностью экспрессии материнских и отцовских генов в раннем развитии гибридов рыб. Установлено, что матроклинный характер скорости морфогенеза гибридов первого поколения на ранних этапах развития имеет в своей основе асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией.

7 Соотношение количества гибридов ЛП с одним ITS1 фрагментом на разных стадиях индивидуального развития. После бластуляции в потомстве наблюдалось расщепление: часть эмбрионов и личинок утрачивали один из родителских вариантов ITS1. Как правило, элиминировался отцовский вариант, однако, на стадии «эмбрион перед выклевом» у одной особи отмечена элиминация материнского варианта. Особи с одним родительским ITS1 фрагментом оказались гибридами с нетипичным наследованием ядерных рибосомных генов. Остальные потомки были гетерозиготами, содержащими один материнский и один отцовский ITS1 фрагменты.

8 Отклонения в наследовании ITS1 маркера в направлении скрещивания самки леща с самцом плотвы. При скрещивании гибридной самки ( ЛП3 ) с элиминацией лещового фрагмента с самцом чистого вида (ПП), когда самка и самец имели мтДНК разных видов, в потомстве выявлено единообразие: оба класса бэккроссов имели ITS1 фрагмент плотвы и мтДНК леща.

9 Элиминация рибосомных генов леща у гибридной самки ЛП имеет влияние на формирование морфологических признаков бэкроссов ЛП*Л лещ ЛП ЛП*П ЛП плотва

10 ВЫВОДЫ 1. Впервые у отдаленных гибридов выявлены основные закономерности экспрессии ферментов: установлен асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией, подчиняющийся материнскому эффекту и синхронный характер экспрессии для ферментов с поздней активацией. 1. Впервые у отдаленных гибридов выявлены основные закономерности экспрессии ферментов: установлен асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией, подчиняющийся материнскому эффекту и синхронный характер экспрессии для ферментов с поздней активацией. 2. Для ферментов с асинхронной активацией запуск отцовских генов осуществляется только после полной экспрессии материнского генов. 2. Для ферментов с асинхронной активацией запуск отцовских генов осуществляется только после полной экспрессии материнского генов. 3. На ранних этапах развития матроклинный характер скорости морфогенеза гибридов F1 имеет в своей основе асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией. 3. На ранних этапах развития матроклинный характер скорости морфогенеза гибридов F1 имеет в своей основе асинхронный характер экспрессии ферментов с ранней активацией. 4. В первом поколении межвидовых гибридов леща и плотвы у части потомков происходит элиминация кластера рибосомных генов одного из родительских видов. Установлено, что начиная с гаструлы и на всех последующих стадиях онтогенеза, наблюдается наличие трех типов потомков F1 по ITS1 региону: «гибридный» - присутствие обоих видоспецифических фрагментов ITS1 плотвы и леща, «лещовый» - присутствие только лещевого ITS1 фрагмента, «плотвиный» - присутствие только плотвиного ITS1 фрагмента. 4. В первом поколении межвидовых гибридов леща и плотвы у части потомков происходит элиминация кластера рибосомных генов одного из родительских видов. Установлено, что начиная с гаструлы и на всех последующих стадиях онтогенеза, наблюдается наличие трех типов потомков F1 по ITS1 региону: «гибридный» - присутствие обоих видоспецифических фрагментов ITS1 плотвы и леща, «лещовый» - присутствие только лещевого ITS1 фрагмента, «плотвиный» - присутствие только плотвиного ITS1 фрагмента. 5. При интеграции молекулярных и морфологических данных показано, что в скрещиваниях, когда самка и самец имели мтДНК разных видов, потомство наследовало гибридный морфотип, по типу F1. В скрещиваниях, когда мтДНК самки и самца совпадали, потомки имели морфотип близкий к одному из родительских типов. По морфологическим признакам показано, что элиминация рибосомных генов одного из родительских видов на начальных стадиях развития у гибрида F1 также оказывает влияние на морфотип. 5. При интеграции молекулярных и морфологических данных показано, что в скрещиваниях, когда самка и самец имели мтДНК разных видов, потомство наследовало гибридный морфотип, по типу F1. В скрещиваниях, когда мтДНК самки и самца совпадали, потомки имели морфотип близкий к одному из родительских типов. По морфологическим признакам показано, что элиминация рибосомных генов одного из родительских видов на начальных стадиях развития у гибрида F1 также оказывает влияние на морфотип.