В последние годы в практику цитогенетических исследований насекомых прочно вошли методы молекулярной цитогенетики. Один из них – метод FISH (флюоресцентая in situ гибридизация ДНК), с помощью которого осуществляется хромосомное картирования геномов, позволяющее определить положение отдельных генов и последовательностей ДНК непосредственно на цитологическом препарате.
Использование FISH особенно актуально для насекомых с голокинетическими хромосомами, каковыми являются клопы (Heteroptera). В хромосомах этих насекомых отсутствует локализованная центромера, а следовательно практически нет маркеров, позволяющих идентифицировать отдельные элементы кариотипа.
Одним из наиболее популярных маркеров является локализация в кариотипе кластеров рибосомальных генов. Данные о локализации гена, кодирующего 18S rRNA, имеются в настоящее время для 98 видов клопов, относящихся к 42 родам, 11 семействам [4], в том числе объекту нашего исследования, семейству клопов-кружевниц Tingidae [3]. Нами было установлено, что в этом семействе, характеризующемся кариотипом с 2n = 14 у самок, имеются дифференциальные отличия между видами по числу и локализации кластеров рибосомальных генов, в том числе между видами одного рода. У Tingis crispate крупные 18S rDNA кластеры находятся в половых хромосомах (в X и Y) (Рис. 1), в то время как у Tingis cardui – в аутосомах (Рис. 2). У Agramma femorale рибосомальные гены локализуются в Y хромосоме (Рис. 3), в то время как у Elasmotropis testacea в аутосомах (Рис. 4). Эти, пока еще немногочисленные данные показывают перспективность использования цито-молекулярных маркеров для изучения систематики и понимания механизмов эволюции кружевниц.
Рисунки 1-4. Локализация 18S rDNA кластеров в хромосомах клопов-кружевниц: 1 — Tingis crispate, 2 — Tingis cardui, 3 — Agramma femorale, 4 — Elasmotropis testacea. Кластеры 18S rDNA указаны стрелками. Масштаб 10 мкм.
Еще одним примечательным молекулярно-цитогенетическим маркером является последовательность нуклеотидов в теломерных районах хромосом. Теломеры – это концевые участки хромосом, имеющие важное значение, прежде всего для защиты хромосом от разрушения. ДНК теломерных участков образована короткими сочетаниями (мотивами) нуклеотидов, которые, появившись однажды в эволюции, остаются стабильными и маркируют таксоны и филогенетические ветви высокого ранга. У насекомых преобладает повтор TTAGG, который рассматривается как анцестральный не только для них, но и для членистоногих животных в целом [1], [2], [6]. Известно, что у некоторых насекомых повтор TTAGG был утерян и заменен какими-то другими последовательностями. В некоторых случаях этот повтор был утрачен таксонами высокого ранга. Еще недавно полагали, что его нет у клопов, однако в работе Кузнецовой с соавторами [5] теломерный повтор TTAGG был найден у представителей базального инфраотряда Nepomorpha. В наших молекулярно-цитогенетических исследованиях кружевниц, впервые было показано, что это семейство разделяет отсутствие теломерного повтора TTAGG с другими семействами Cimicomorpha. Полученные нами данные дали дополнительное подтверждение гипотезы [5], согласно которой теломерный мотив (TTAGG)n был утерян представителями эволюционно более молодых инфраотрядов, то есть в поздней эволюции Heteroptera.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 14-04-01051-а) и программы фундаментальных исследований ОБН РАН «Происхождение биосферы и эволюции гео-ботанических систем».
Литература
- Лухтанов, В.А. Что гены и хромосомы говорят о происхождении и эволюции насекомых и других членистоногих? [Текст] / В.А. Лухтанов, В.Г. Кузнецова. – Генетика. – 2010. – Том 46 № 9. – C. 1258–1265.
- Frydrychová, R. Phylogenetic distribution of TTAGG telomeric repeats in insects [Текст] / R. Frydrychová, Р. Grossmann, P. Trubac, M. Vitková, F.E. Marec // Genome. – 2004. – Vol. 47, N1. – P. 16–178.
- Golub, N.V. Variability of 18rDNA loci in four lace bug species (Hemiptera, Tingidae) with the same chromosome number [Текст] / N.V. Golub, V.B. Golub, V.G. Kuznetsova // Comp. Cytogen. – 2015. – Vol. 9, N4. – P. 513–522.
- Grozeva, S. Bed bugs (Hemiptera) [Текст] / S. Grozeva, B. Anokhin, V.G. Kuznetsova. In Sharachov I. (ed.): Protocols for Cytogenetic Mapping of Arthropod Genomes // CRC press, Taylor & Francis, Boca Raton, pp. 285-326.
- Kuznetsova, V.G. The first finding of (TTAGG)n telomeric repeat in chromosomes of true bugs (Heteroptera, Belostomatidae) [Текст] / V.G. Kuznetsova, S. Grozeva, B.A. Anokhin // Comp. Cytogen. – 2012. – Vol. 6, N4. – P. 341–346.
- Vitková, M. The evolutionary origin of insect telomeric repeats, (TTAGG)n [Текст] / M. Vitková, J. Kral, W . Traut, J. Zrzavy, F. Marec. – Chromosome Research. – 2005. – Vol. 13. – P. 145-156.[schema type=»book» name=»МОЛЕКУЛЯРНО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ В ХРОМОСОМНОМ АНАЛИЗЕ КЛОПОВ (HETEROPTERA)» description=»Методом FISH c 18S рибосомной и TTAGG теломерной пробами получены первые данные о молекулярно-цитогенетических маркерах хромосом клопов-кружевниц (Tingidae, Heteroptera). Изученные виды, характеризуются стабильным кариотипом с 2n = 14 у самок, однако демонстрируют дифференциальные отличия между видами по числу и локализации кластеров рибосомальных генов. Представители семейства разделяет отсутствие теломерного повтора TTAGG с другими семействами клопов инфраотряда Cimicomorpha. Полученные данные показывают перспективность использования молекулярно-цитогенетических маркеров в кариологических исследованиях клопов (Heteroptera).» author=»Голуб Наталья Викторовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-19″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_28.11.15_11(20)» ebook=»yes» ]