Костенко В.В., Алейникова А.А.

Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина

Анализ влияния гетерозиготности генетического фона на формирование признаков приспособленности линий D.melanogaster

Гетерозис, или гибридная мощность организмов, проявляющийся в превосходстве гибридов над лучшей родительской формой, уже более 100 лет привлекает к себе внимание исследователей как мощный резерв повышения продуктивности и улучшения других хозяйственно полезных признаков организма. Интересным представляется обнаружение эффекта гетерозиса на признаки приспособленности организмов. Приспособленность организмов является интегральным признаком, включающим в себя многие количественные характеристики вида, как локомоторная активность, половое поведение, яйцепродукция, продолжительность жизни и др., которые тесно связаны между собой и вносят разный вклад в общую приспособленность.

Благодаря знанию устройства генома и организации генетического контроля большинства физиологических процессов дрозофила является классическим объектом в исследованиях по генетике количественных признаков.

Поэтому целью данной работы было изучить влияние гетерозиготности генетического фона гибридов первого поколения F₁ мутантных линий дрозофилы, отличающиеся аллелями локуса white.

Материалы и методы. В качестве исходного материала для исследований были использованы следующие линии из коллекции кафедры генетики и цитологии ХНУ: Canton-S (C-S), Oregon (Or) – линии дикого типа и мутантные линии: white (w¹), white^tinged (w^t), white^apricot (w^a) и white^satsuma (w^sat), которые различаются по степени пигментации глаз (w¹<w^t<w^a<w^sat).

Для изучения влияния данных мутаций на признаки приспособленности проводили насыщающие скрещивания в условиях направленного отбора на маркерную мутацию [1].

Для каждой исходной мутантной линии было проведено по 12 насыщающих скрещиваний с линией C-S и с линией Or. Таким образом, линии были выровнены по генотипу (далее по тексту М_C-S – линия, в которой мутация переведена на генетический фон дикого типа C-S; М_Or – линия, в которой мутация переведена на генетический фон дикого типа Or). В результате были получены выровненные по генотипу линии (w_c-s,w^t_c-s,w^a_c-s, w^sat_c-s; w_or, w^t_or, w^a_or, w^sat_or), что позволило корректно оценить вклад аллелей данного локуса в проявление количественных признаков.

Влияние уровня гетерозиготности генетического фона изучали у гибридов мутантных линий по локусу white первого поколения F₁ прямых и реципрокных скрещиваний: ♀M_C-S× ♂M_Or и ♀М_Or × ♂M_C-S, а также гибридов F₁ линий дикого типа.

Жизнеспособность линии определяли по количеству потомков, доживших до стадии имаго, полученных от одной пары особей. Плодовитость линии определяли как общее количество пупариев в потомстве одной родительской пары. Гибель на стадии куколки оценивали по проценту пупариев, их которых не вышли мухи, на момент завершения периода выхода имаго [2].

Полученные результаты были обработаны статистически. Для оценки влияния особенностей генотипа на компоненты приспособленности использовали дисперсионный анализ. Силу влияния оценивали по методу М. Снедекора. Для статистической обработки данных использовали программу STATISTICA 10.0.

Результаты. Для получения выравненных по генотипу линий нами были выбраны две линии дикого типа С-S и Or, которые отличаются между собой по ряду количественных признаков поведения (локомоторная активность, половое поведение, фототаксис) [3]. Как видно из таблиц 1 и 2 данные линии дикого типа также являются контрастными и по признакам приспособленности (p<0,05).

Интересен вопрос о влиянии аллелей локуса white на компоненты приспособленности. По всей видимости, нарушениe в транспорте гуанина и триптофана, которое влечет за собой недостаток накопления в головном мозгу данных линий необходимого количества гистамина, серотонина, дофамина и других нейроактивных веществ, а также накопление токсических метаболитов данных аминокислот, активирует процессы, ведущие не только к снижению продолжительности жизни организма, но и к снижению полноценного воспроизведения им потомства. К тому же, это затрагивает важные поведенческие реакции, и именно поэтому особи с мутациями w, w^t и w^a, а также их гибриды ♀M_C-S×♂M_Or обладают низкими значениями жизнеспособности.

Таблица 1.

Жизнеспособность исследуемых линий и гибридов D.melanogaster

Гибрид	Р1			Р2			F1
	самки	самцы	общая	самки	самцы	общая	самки	самцы	общая
C-S x Or	27,4± 3,4	26,5± 3,07	53,9± 6,09	37± 3,41	46,4± 3,54	83,4± 6,67	44,7± 3,85	43± 4,51	87,7± 7,98
Or x C-S	37± 3,41	46,4± 3,54	83,4± 6,67	27,4± 3,4	26,5± 3,07	53,9± 6,09	39,2± 6,96	34,6± 6,34	73,8± 12,92
wcs x wor	31,4± 6,95	31,3± 6,95	62,7± 13,87	36± 4,32	36,2± 4,18	72,2± 8,41	36,2± 8,25	32,9± 7,17	69,1± 15,2
wor x wcs	36± 4,32	36,2± 4,18	72,2± 8,41	31,4± 6,95	31,3± 6,95	62,7± 13,87	44,9± 3,37	41,9± 2,56	86,8± 5,39
w^tcs x w^tor	25± 4,22	22± 2,74	47± 6,75	41,6± 3,73	40,3± 2,66	81,9± 4,15	42,2± 3,72	40,6± 2,72	82,8± 5,92
w^tor x w^tcs	41,6± 3,73	40,3± 2,66	81,9± 4,15	25± 4,22	22± 2,74	47± 6,75	44,7± 1,7	40± 2,65	84,7± 3,42
w^acs x w^aor	28,6± 1,88	29,8± 1,49	58,4± 1,93	36,1± 1,52	39,8± 1,56	75,9± 2,26	42,5± 1,75	39,9± 1,56	82,4± 2,8
w^aor x w^acs	36,1± 1,52	39,8± 1,56	75,9± 2,26	28,6± 1,88	29,8± 1,49	58,4± 1,93	36,6± 4,93	34,3± 3,39	70,9± 8,09
w^satcs x w^sator	39,5± 1,89	39± 2,41	78,5± 3,71	29,6± 3,34	33,1± 4,17	62,7± 6,71	44,4± 5,89	40± 5,17	84,4± 10,54
w^sator x w^satcs	29,6± 3,34	33,1± 4,17	62,7± 6,71	39,5± 1,89	39± 2,41	78,5± 3,71	44,1± 2,66	47,9± 2,01	92± 3,27

Р1 – показатель изучаемого признака для первого родителя гибрида F1; P2 - показатель изучаемого признака для второго родителя гибрида F1; F1 – показатель изучаемого признака, полученного для гибрида первого поколения.

Поэтому снижение плодовитости данных линий может быть рассмотрено еще и с той точки зрения, что, вероятно, данные мутации нарушают и половое поведение, что не может не сказываться на данном показателе.

В результате анализа такого признака приспособленности как плодовитость нами было установлено, что линии М_C-S имеют статистически значимо более низкие значения данного показателя относительно результатов, полученных для линий М_Or (табл.2.).

Таблица 2.

Плодовитость и % леталей на стадии метаморфоза исследуемых линий и гибридов D.melanogaster

Гибрид	Плодовитость			% леталей на стадии метаморфоза
	P1	P2	F1	P1	P2	F1
C-S x Or	66,2±7,66	90,3±6,95	91±8,25	17,74±3,25	7,87±1,01	3,63±0,64
Or x C-S	90,3±6,95	66,2±7,66	77,1±13,48	7,87±1,01	17,74±3,25	3,53±0,79
wcs x wor	77,5±17,1	82,7±9,74	74,1±16,55	13,38±3,05	11,11±2,27	4,45±1,45
wor x wcs	82,7±9,74	77,5±17,1	93,7±5,81	11,11±2,27	13,38±3,05	7,5±0,93
w^tcs x w^tor	56,7±7,91	89,9±4,19	88,2±6,03	15,44±2,77	9,08±0,84	6,34±1,04
w^tor x w^tcs	89,9±4,19	56,7±7,91	90,3±3,73	9,08±0,84	15,44±2,77	6,12±0,91
w^acs x w^aor	73,8±3,47	87,4±2,76	88,6±2,69	20,06±2,46	13,04±1,27	7,06±0,83
w^aor x w^acs	87,4±2,76	73,8±3,47	76,6±8,45	13,04±1,27	20,06±2,46	7,06±1,61
w^satcs x w^sator	90,6±3,94	73,1±6,83	88,5±11,28	13,43±1,71	15,62±1,97	4,13±0,83
w^sator x w^satcs	73,1±6,83	90,6±3,94	96,9±3,61	15,62±1,97	13,43±1,71	4,99±0,56

При анализе признака плодовитость для гибридов первого поколения установлено, что гибриды реципрокных скрещиваний ♀М_Or × ♂M_C-S превышают значения, полученные для второго родителя. Анализ % леталей на стадии метаморфоза показал, что наибольшей смертностью на данном этапе развития организма характеризуются особи с мутациями w, w^t и w^a на генетическом фоне C-S (табл.2.). Однако при получении гетерозиготного организма наблюдается резкое снижение данного показателя.

Полученные нами данные трехфакторного дисперсионного анализа показывают достоверное влияние совместного действия генотипа матери и отца на все изученные нами признаки приспособленности (табл.3.). Однако влияние данного фактора разное по своей силе на формирование тех или иных признаков приспособленности.

Таблица 3.

Оценка силы влияния особенностей генотипа на компоненты приспособленности исследуемых линий и гибридов D.melanogaster

Фактор	Плод-ть		Жиз-ть ♀		Жиз-ть ♂		Жиз-ть общ.		% леталей
	F	p	F	p	F	p	F	p	F	p
Аллель	0,365	0,833	0,381	0,821	0,92	0,4531	0,567	0,687	2,440	0,048
Генотип матери (Г.м.)	2,661	0,104	2,100	0,149	7,97	0,005	4,964	0,027	6,522	0,011
Генотип отца (Г.о.)	1,997	0,159	2,253	0,135	6,55	0,011	4,513	0,035	12,165	0,0006
Ал.+Г.м.	1,064	0,375	1,718	0,147	0,69	0,593	1,287	0,276	2,643	0,035
Ал.+Г.о.	2,828	0,026	1,849	0,121	4,90	0,0008	3,458	0,009	1,453	0,218
Г.м.+Г.о.	3,980	0,045	20,55	0,0011	8,35	0,0043	15,78	0,0013	113,257	0,001
Ал.+Г.м.+Г.о.	0,436	0,782	0,133	0,970	0,679	0,607	0,319	0,865	1,188	0,317

Жирным шрифтом показано статистически значимое влияние исследованных факторов на признаки приспособленности.

Таким образом, было показано, что приведение организмов к гетерозиготному состоянию генетического фона увеличивает основные показатели приспособленности и уменьшает процент смертности. Это говорит о том, что гетерозиготные особи являются лучше адаптированными к геномным и экологическим факторам влияния, чем гомозиготные за счет более высокой стабильности развития.

Литература:

1. Костенко В.В., Воробьева Л.И. Влияние аллелей локуса white и генетического фона на локомоторную активность имаго Drosophila melanogaster // Вісник Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна. Серія: біологія. – Вып.16. – 2012. – с. 90-96.

2. Тихомирова М. М. Генетический анализ. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1990. – 280 с.

3. Волкова Н.Є., Григор’єв Д.С., Костенко В.В., Воробйова Л.І. Вплив штучних перебудов генотипу на адаптивно значущі ознаки поведінки Drosophila melanogaster // Вестник Харьковского университета имени В.Н.Каразина. Серия: биология. – 2011. – Вып.14, №971.