КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-24-00285
НазваниеЭволюция криптических видов: исследования мейоза и механизмы диверсификации подземнороющих грызунов с широкой хромосомной изменчивостью
РуководительМатвеевский Сергей Николаевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2023 г. |
Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-101 - Зоология
Ключевые словаМейоз, синаптонемный комплекс, мейотическая хромосома, митотическая хромосома, половая хромосома, слепушонка, слепыш, Ellobius, Nannospalax, хромосомные формы, хромосомный полиморфизм
Код ГРНТИ34.23.23
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Роющие грызуны представляют собой особую группу млекопитающих, поскольку обладают рядом специфических биологических особенностей: стабильные условия среды обитания, низкая миграционная подвижность, режим гипоксии, ограниченные возможности размножения, высокий уровень инбридинга и, что очень важно, многие представители обладают хромосомной изменчивостью. Подземнороющих грызунов часто называют криптическими видами или криптовидами, так как они морфологически имеют большое сходство, практически неразличимы, но генетически или кариотипически имеют различия. В этом контексте будут изучены подвиды (цитотипы/хромосомные формы) высоко полиморфных видов грызунов - малого слепыша Nannospalax leucodon, ареал которого расположен на большей части Балканского полуострова и обитающий в том числе на всей территории Болгарии, и алайской слепушонки Ellobius alaicus, эндемика алайской долины Киргизии и Таджикистана. Оба вида имеют изменчивость кариотипа на своем ареале за счет сложных перестроек, в том числе меняющих не только количество хромосом, но и количество хромосомных плеч. В ходе выполнения проекта мы планируем получить новые данные о степени цитогенетической дифференциации двух видов подземнороющих грызунов, выявить различия кариотипов в разных локалитетах, сравнить процессы хромосомного синапсиса, мейотической рекомбинации у разных хромосомных форм, определить типы хромосомных перестроек у обнаруженных гетерозиготных особей, идентифицировать возможные различия в процессах мейоза у гомо- и гетерозигот и каким образом это может отразиться на их фертильности, а также детально исследовать особые мейотические контакты негомологичных хромосом, выявленные нами ранее у алайской слепушонки.
Ожидаемые результаты
Исследования в 2022 и 2023 годах приведут нас следующим результатам:
-- Предполагаем, что у обнаруженных в природе гибридов слепушонок в профазе I мейоза будут сформированы цепочки хромосом, которые могут частично или полностью нарушать сперматогенез. Предполагаем, что исследования обнаруженных нами ранее контактов негомологичных хромосом в профазе I мейоза позволят ответить на актуальные вопросы по организации теломерных участков в зоне контактов негомологичных хромосом, детали взаимодействия коротких плеч акроцентрических хромосом, особенности организации хроматина в области контактов и архитектоники мейотических ядер, специфика репарации двунитевых разрывов в таких хромосомах, и географические границы таких слепушонок, тем самым подтвердить/опровергнуть реалистичность этих данных в контексте моделей формирования робертсоновских транслокаций;
-- Предполагаем, что у разных хромосомных форм малого слепыша в профазе I мейоза будут сформировано разное количество акроцентрических, субметацентрических и метацентрических хромосом (тип хромосом определяется локализацией центромер с помощью антител к кинетохорам – CREST), что позволит предположить вероятный тип хромосомных перестроек. Также будет определены особенности строения половых хромосом в мейозе у цитотипов малого слепыша и сопоставлена с другими видами (N. ehrenbergi, N. nehringi, опубликованные и неопубликованные данные имеются у участников Проекта). Сравнение гомозиготных и гетерозиготных слепышей позволит выявить их различия в мейотических процессах: в особенностях синапсиса хромосом, мейотической рекомбинации и транскрипционной инактивации хроматина. В результате исследования будут расширены представления о степени дивергенции изучаемых объектов и, таким образом, уточнен их систематический статус.
Хромосомная изменчивость широко представлена в природе среди животных и растений, а виды животных с широким хромосомным полиморфизмом являются интереснейшими объектами изучения. В этом случае хромосомные перестройки представляют собой благодатный материал для изучения не только вопросов бесплодия человека и животных, но и для исследования различных эволюционных аспектов такие как, например, формо- и видообразование, оценка репродуктивной изоляции, формирование кариотипов и другие. Млекопитающие, гетерозиготные по перестройкам, могут проявлять сниженную фертильность или даже полную стерильность. Роющие грызуны, несомненно, являются адекватными объектами для изучения хромосомной изменчивости и мейоза. В рамках предлагаемого проекта для оценки таксономического статуса форм / видов нами будет предпринято сравнительное цитогенетическое исследование мейоза на основе электронно-микроскопического и иммуноцитохимического анализа распластанных ядер сперматоцитов, полученных от слепушонок из Алайской долины и слепышей из разных локалитетов в Болгарии. Также будут детально будут исследованы особые мейотические контакты негомологичных хромосом, выявленные нами ранее у алайской слепушонки.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Хромосомная изменчивость широко представлена в природе среди животных и растений, а виды животных с широким хромосомным полиморфизмом являются интереснейшими объектами изучения. В этом случае хромосомные перестройки представляют собой благодатный материал для изучения не только вопросов бесплодия человека и животных, но и для исследования различных эволюционных аспектов такие как, например, формо- и видообразование, оценка репродуктивной изоляции, формирование кариотипов и другие. Примером хромосомной изменчивости могут быть «мозаичные» алайские слепушонки, у которых были выявлены примерно в 50% сперматоцитов особые мейотические контакты негомологичных хромосом. Такие межбивалентные контакты были исследованы в рамках гранта. Основные результаты могут быть суммированы в следующих тезисах:
1. Установлено, что два типа контактов имеются уже начиная со средней-поздней зиготены и сохраняются вплоть до средней диплотены, пока визуализируется белок SYCP3. Контакт по типу «слияние» есть только в пахитене.
2. В межбивалентные контакты вступают разные хромосомы, так как их длина всегда варьирует.
3. В районах мейотических контактов не выявляются маркеры транскрипционной инактивации, а сами хромосомы, вступающие в такой контакт, имеют классическое распределение белка незавершенной репарации Rad51 и белка ранней рекомбинации MLH1. Тем самым, зоны контактов не проявляют специфичных паттернов в процессах, протекающих в хроматине и структуре СК.
4. Негомологичные взаимодействия хромосом по типу «слияние» показывают непрерывную локализацию белка центрального элемента SYCP1 в зоне контакта двух СК-бивалентов, что позволяет утверждать либо о крайне близком сближении как центрального, так и латеральных элементов контактирующих бивалентов, либо об истинном их слиянии.
5. В районе контакта бивалентов выявлены три точечных сигнала RAP1 (белок шелтеринового комплекса, находящегося в теломерных участках хромосом), что косвенно может указывать на слияние теломер тех осевых элементов, которые формируют SYCP3-мост. Этот важнейший вывод может указывать на ведущую роль теломер в формировании робертсоновских хромосом.
6. Конститутивный H3K9me3-позитивный гетерохроматин может способствовать (облегчать) формирование зон контактов негомологичных хромосом, но не является критичным для этого. Некоторые межбивалентные контактные зоны расположены вне границ H3K9me3-доменов.
Таким образом, результаты, полученные в ходе выполнений грантовых исследований в 2022 году, позволяют сделать вывод о том, что зоны мейотических контактов негомологичных хромосом в сперматоцитах E. alaicus представляют собой эксклюзивные специализированные хромосомные регионы, которые могут способствовать формированию двуплечих хромосом (из одноплечих) и их закреплению в популяциях слепушонок. Вероятно, наше исследование продвинулось в объяснении причин существования широкой хромосомной изменчивости робертсоновского типа у алайской и восточной слепушонок.
Публикации
1. Матвеевский С.Н., Баклушинская И.Ю., Тамбовцева В., Ацаева М.М., Гришаева Т.М., Богданов А.С., Коломиец О.Л. Nonhomologous Chromosome Interactions in Prophase I: Dynamics of Bizarre Meiotic Contacts in the Alay Mole Vole Ellobius alaicus (Mammalia, Rodentia) Genes (изд-во MDPI), Номер 13. Том 12. Стр. 2196 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/genes13122196
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Хромосомная изменчивость широко представлена в природе среди животных и растений, а виды животных с широким хромосомным полиморфизмом являются интереснейшими объектами изучения. В этом случае хромосомные перестройки представляют собой благодатный материал для изучения не только вопросов бесплодия человека и животных, но и для исследования различных эволюционных аспектов такие как, например, формо- и видообразование, оценка репродуктивной изоляции, формирование кариотипов и другие. Примером хромосомной изменчивости могут быть малые слепыши, у которых выявлен широкий полиморфизм и «мозаичные» алайские слепушонки, у которых были выявлены примерно в 50% сперматоцитов особые мейотические контакты негомологичных хромосом, а также обыкновенные бурозубки с исключительной хромосомной изменчивостью. Основные результаты 2023 года могут быть суммированы в следующих тезисах:
1. Установлено, что в профазе I мейоза слепыша присутствуют синаптические аберрации;
2. Среди мейотических отклонений у слепышей выявлен случай анеуплоидии (трисомия по одной из аутосом);
3. Особый случай отклонений – аутотетраплоидия мейоцитов (была выявлена как для малого слепыша, так и алайской слепушонки);
4. В гибридных сперматоцитах бурозубки выявлен сложный хромосомный мультивалент, который, вероятно, успешно сегрегировал, так как были выявлены подвижные и морфологически нормальные многочисленные сперматозоиды. Этот факт предполагает, что такие бурозубки являются фертильными.
5. Отклонения, обнаруженные на уровне мейоза, не оказываются существенного влияния на фертильность исследуемых животных.
Публикации
1. Матвеевский С.Н., Коломиец О.Л., Щипанов Н.А., Павлова С.В. Natural male hybrid common shrews with a very long chromosomal multivalent at meiosis appear not to be completely sterile Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, Volume 342; Pages 1-14 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1002/jez.b.23232
Возможность практического использования результатов
---