ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. В.Н. КАРАЗІНА

ВОЛКОВА Наталя Євгенівна

УДК: 575.1: 591.551: 595.773.6

ГЕНЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ КОМПОНЕНТІВ СТАТЕВОЇ ПОВЕДІНКИ

Drosophila melanogaster Meig.

03.00.15 – генетика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Харків - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: | кандидат біологічних наук, доцент

Воробйова Людмила Іванівна,

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України,

завідувач кафедри генетики і цитології.

Офіційні опоненти: |

доктор біологічних наук, професор

Федоренко Віктор Олександрович,

Львівський національний університет імені Івана Франка,

завідувач кафедри генетики та біотехнології;

кандидат біологічних наук, доцент

Козерецька Ірина Анатоліївна,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

доцент кафедри загальної та молекулярної генетики.

Захист відбудеться “10” січня 2008 р. о 1515 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К .051.21 Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, біологічний факультет, ауд. III-15.

З дисертацією можна ознайомитися у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4.

Автореферат розісланий “ 10 ” грудня 2007 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 64.051.21 О. М. Федота

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Статева поведінка - складна фізіолого-біохімічна ознака, що складає важливу компоненту пристосованості для більшості організмів, і один з передкопуляційних ізоляційних механізмів (Эрман Л., Парсонс П., 1984). Так, більшість досліджуваних ознак статевої поведінки мають полігенну природу (Moehring A.J., Mackay T.F.C., 2004; Mackay T.F.C., et al., 2005). В той же час, встановлено одиничні гени, які плейотропно на них впливають (Hall J.C., 1994). Мутації в цих генах призводять до змін програми шлюбної поведінки, а особини, які їх несуть, є стерильними або мають знижену плодючість (Hall1994; Taylor B.J., et al., 1994) та, можливо, є менш адаптивними. Імовірно, що морфологічні мутації також будуть впливати на статеву поведінку Drosophila melanogaster і, разом з тим, на інші компоненти пристосованості, оскільки під час залицяння між самицею та самцем відбувається обмін сенсорною інформацією різної модальності (Yamamoto D., Nakano1999; Жимулёв И.Ф., 1997). Успадковуються ознаки статевої поведінки згідно різних моделей (Huttunen S., Aspi J., 2003): материнський чи батьківський типи успадкування, ефект домінування, різні типи взаємодії генів. Тим не менше, практично відсутні дослідження, у яких вивчали б зв’язки цих ознак між собою, а також їх внесок у загальну пристосованість. На статеву поведінку, як і кожну іншу ознаку, під час формування в онтогенезі впливає ціла низка факторів внутрішнього середовища організму та оточуючого середовища. Актуальним є вивчення дії таких екологічно та еволюційно значущих факторів як щільність популяції та вік батьків на статеву поведінку нащадків. Вплив цих факторів на молекулярному, клітинному, популяційному рівнях та рівні окремого організму (наприкл.: Раушенбах И.Ю., 1990, 1997; Harbison S.T., et al., 2004; Blanco Lizana G., Sanchez Prado J., 1994) досліджений у достатній мірі, але відсутні роботи, що присвячені змінам генетично детермінованих програм поведінки у зв’язку з їх дією. Мало вивченими лишаються також особливості онтогенетичного розвитку та адаптивні можливості біонтів зі штучно синтезованими генотипами, хоча використання у генетиці, селекції та суміжних галузях науки генетично модифікованих організмів та форм із заміщеними хромосомами поширюється. Відомо, що у визначенні цілої низки ознак, що мають важливе для пристосованості значення (тривалість життя, плідність, тощо (Tanaka T., Yamazaki1990)), суттєву роль відіграє загальний генний баланс (Тоцький В.М., Хаустова Н.Д., 1996), а його порушення можуть бути наслідками будь-яких втручань у структуру генотипу (Левчук Л.В., Тоцький В.М., 1998): введення у генотип чужорідних генів, заміщення окремих хромосом, зміни кількості хромосом чи їх ізогенізації. У зв’язку з вищесказаним, вивчення особливостей генетичного контролю кількісних ознак статевої поведінки D. являє собою актуальне, теоретично й практично значуще завдання, вирішення якого буде сприяти розширенню уявлень про ступінь та механізми генетичної детермінації складних ознак поведінки, а також отриманню нових свідчень про можливість їх штучного модулювання шляхом направлених генетичних маніпуляцій.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано на кафедрі генетики і цитології Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна. Вона є складовою частиною наукових досліджень кафедри за темою № 28-16-06 “Вивчити генетичну природу спадковості і мінливості кількісних ознак і розробити методи її прогнозування”, номер держреєстрації – 0103U004270.

Мета дослідження. Визначити внесок генетичних факторів та факторів середовища у формування кількісних ознак статевої поведінки D. та оцінити зв’язок цих ознак із загальною пристосованістю виду.

Завдання дослідження.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Об’єкт дослідження. Ознаки статевої поведінки D. melanogaster.

Предмет дослідження. Особливості генетичного контролю ознак статевої поведінки D.; генетично детерміновані розбіжності мінливості ознак статевої поведінки у відповідь на штучну зміну генотипу та під дією факторів щільності популяції та віку батьків.

Методи дослідження: методи генетичного аналізу (гібридологічний метод, метод заміщення окремих пар хромосом, метод насичуючих схрещувань в умовах спрямованого добору на маркерну мутацію); методи кількісного оцінювання ознак статевої поведінки; методи визначення плодючості та життєздатності ліній; метод обліку домінантних летальних мутацій на ранніх стадіях ембріогенезу; статистичний аналіз.

Наукова новизна. У роботі вперше на одному і тому ж генетичному матеріалі проведено генетичний аналіз одночасно декількох складних кількісних ознак поведінки дрозофіли. Вперше аналізуються часові характеристики парування з урахуванням умов конкуренції (парування у групах), що, імовірно, є більш притаманним природнім популяціям комах, а у експериментах з постановкою індивідуальних парувань, які переважно використовувалися до цього часу, лишається неврахованим. Результати дослідження поглиблюють уявлення про високе пристосувальне значення ознаки статевої активності самців та свідчать про можливість її використання у якості критерію загальної пристосованості. Вперше проаналізовано зв’язки між різними кількісними ознаками статевої поведінки дрозофіли та їх зв’язок з показниками загальної пристосованості, та науково обґрунтовано необхідність урахування показників статевої поведінки при селекції за іншими адаптивно значущими ознаками. Отримані нові дані щодо впливу низки морфологічних мутацій на статеву поведінку дрозофіли, які розширюють уявлення про можливі плейотропні ефекти даних генів. Уперше отримані докази впливу штучних перебудов генотипу (насичуючих схрещувань, ізогенізації та комбінування хромосом) на адаптивно значущі ознаки поведінки об’єкту, що обґрунтовує необхідність ретельного вивчення та контролювання віддалених наслідків спрямованого втручання у генотип.

Теоретичне значення. Вивчення закономірностей та механізмів формування пристосованості має загальнобіологічний характер та важливе практичне та теоретичне значення. Специфіка модельного об’єкту дозволяє вивчати адаптивно значущі ознаки поведінки як суто біологічне явище, тобто за виключення соціального фактору. З’ясування особливостей генетичного контролю кількісних ознак, що характеризують поведінку D., доповнюють уявлення, які вже існують, про їх полігенну природу та щодо ролі системи генотипу у формуванні таких ознак. Дослідження впливу факторів щільності популяції та віку батьків на статеву поведінку нащадків в теоретичному плані розширюють уявлення про загальні закони функціонування надорганізмових біологічних систем. Результати дослідження роблять внесок у створення загальної еколого-генетичної теорії контролю динаміки чисельності популяцій комах.

Практичне значення. У процесі роботи отримані нові лінії D. з синтезованими генотипами, які можуть бути використані у якості модельного об’єкту для вивчення взаємодії генів та відстеження віддалених наслідків генетичних маніпуляцій. Отримані у дослідженні результати та ряд висновків слід враховувати при розробці стратегій та комплексів заходів з керування та раціонального використання популяцій комах, а також при створенні популяцій з бажаними біологічними властивостями, які характеризуються максимальною продуктивністю та життєздатністю. Вони можуть бути використані при розробці теорії прогнозування динаміки чисельності популяцій комах. Результати, що свідчать про вплив штучних перебудов генотипу на ознаки статевої поведінки як адаптивно значущі, необхідно враховувати при створенні нових для селекції форм тварин, при здійсненні направленого переносу та комбінування генів.

Особистий внесок дисертанта. Добір та аналіз літератури за темою роботи проведений автором самостійно. Визначення загальних концепцій та завдань дослідження, а також обговорення та інтерпретацію отриманих результатів здійснювали разом з науковим керівником. Уся експериментальна частина, статистичний аналіз, а також написання тексту дисертації та оформлення роботи виконані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були представлені та обговорені на наукових конференціях (Conference for Young Scientists, Ph.D. Students and Students on Molecular Biology and Genetics, dedicated to the golden jubilee of the double helix of the DNA and 30 anniversary of the Institute of molecular biology and genetics NAS of Ukraine (Kyiv, 2003); Наукова конференція молодих учених, яка присвячена 200-річчю заснування університету “Актуальні проблеми біології в дослідженнях молодих учених Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна” (Харків, 2003); 5 Міжнародна, міждисциплінарна науково-практична конференція “Сучасні проблеми науки та освіти” (Алушта, 2004); ІІІ З’їзд Всеросійського товариства Генетиків і селекціонерів “Генетика в ХХI веке: современное состояние и перспективы развития” (Москва, 2004); Конференція, яка присвячена 70-річчю кафедри генетики і цитології Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна “Генетика в современном обществе” (Харків, 2004); І - ІІІ Міжнародна конференція студентів та аспірантів “Молодь і поступ біології” (Львів, 2005; 2006; 2007); V Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів “Біологічні дослідження молодих учених в Україні” (Київ, 2005); 7-th International EMBL PhD Student Symposium “Biology at Work” (Heidelberg, 2005); Наукова конференція, присвячена 100-річчю з дня народження Семененко Г.І. (Харків, 2006); Міжнародна конференція “Генетика в России и мире”, яка присвячена 40-річчю Інституту загальної генетики ім. М.І. Вавилова РАН (Москва, 2006 г.); VIII З’їзд Українського товариства генетиків і селекціонерів ім. М.І. Вавилова (Алушта, 2007)).

Публікації. Матеріал, що наведений у дисертаційній роботі опубліковано у 18 наукових роботах, з них 7 – статті (з яких 6 - у фахових виданнях) та 11 – тези доповідей, що представлені на наукових конференціях.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація викладена на 188 сторінках комп’ютерного тексту, містить наступні розділи: вступ; огляд літератури; об’єкти, матеріали і методи дослідження; результати дослідження та обговорення; заключення; висновки. Перелік посилань нараховує 213 джерел (59 – кирилицею; 154 – латиницею). У тексті дисертації міститься 21 таблиця та 28 рисунків. 18 таблиць та 5 рисунків винесені у додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури складається з 3 підрозділів, у яких описано морфологію статевої поведінки дрозофіли, нервово-гуморальну її регуляцію, детально викладені особливості успадкування ряду компонентів статевої поведінки D. та деяких інших видів роду, а також вплив мутацій на їх прояв. Розглянуто еволюційну роль ознак статевої поведінки дрозофіли у контексті процесів видоутворення та адаптації.

Об’єкти, матеріали та методи дослідження. У якості вихідного матеріалу використовували лінії D. melanogaster з колекції кафедри генетики і цитології ХНУ ім. В.Н. Каразіна: Canton-S (C-S), Oregon (Or) – інбредні лінії дикого типу та y (1 – 0.0) – жовте тіло, w (1 - 1.5) – білі очі, wa (1 - 1.5) – абрикосові очі, B (1 - 57.0) – смужкоподібні очі, dp (2 - 13.0) – скошені крила, b (2 – 48.5) – чорне тіло, cn (2 - 57.5) – кіноварні очі, vg (2 - 67.0) – рудиментарні крила, bw (2 – 104.5) – коричневі очі – аутбредні мутантні лінії. Для проведення заміщення окремих хромосом використовували лінії зі збалансованими леталями Muller-5 і Cy/Pm; D/Sb. Лінії та гібриди утримували у культуральних склянках (висота 10 см; діаметр 2,0 см; об’єм поживного середовища у кожній склянці – 5 мл) на стандартному дріжджовому середовищі у термостаті (t=23±1°С). У експеримент брали лише віргіних статевозрілих особин (вік – 3 доби). У експерименті з вивчення впливу щільності культури щільність культури завдавали кількістю пар батьківських особин (імаго) на одну склянку (варіанти: 1 пара, 3 пари, 5 пар и 7 пар). Період відкладання яєць склав 5 діб. У якості умовного контролю для інбредних ліній був прийнятий варіант щільності культури з 1 батьківською парою, а для аутбредних – з 3 батьківськими парами. У експерименті з вивчення впливу віку батьків ознаки оцінювали у нащадків першого покоління (F1) від батьків, що одночасно старіють (вік батьків – від 1 до 21 діб з інтервалом у 2 доби). До досягнення необхідного віку самців та самиць утримували окремо. Статеву активність самців визначали за кількістю останніх, які здійснили парування упродовж 1 години (Полэ И.Р., 1979; Субочева Е.А. и др., 2003). Для цього особин поміщали до тестерної камери (хімічно чиста пробірка об’ємом 20 см3 без поживного середовища) у співвідношенні 2n++: n>>, де n – кількість особин (5±2), та фіксували відсоток особин чоловічої статі, які здійснили парування упродовж 1 години. Аналіз статевої рецептивності самиць проводили аналогічно, але особин брали у співвідношенні n++: 2n>> та фіксували долю самиць, які здійснили парування упродовж 1 години. Варіанти, коли жодна з пар у копуляцію не вступила, приймали за “0”. Загальний час спостереження – 60 хв. Тривалість копуляції вимірювали від моменту початку акту копуляції до його завершення. Затримку копуляції визначали як час від моменту розміщення особин у тестерній камері до вступу пари у копуляцію (Moehring A.J., Mackay T.F.C., 2004; Basso da Silva I., Valente V.L.S., 2000). Враховували всі пари, які здійснили копуляцію. Використовували такі показники: затримка копуляції (для кожної пари окремо), затримка копуляції (1) (для першої пари у групі), затримка копуляції (сер.) (середнє по групі). У варіантах, коли жодна пара не вступила у копуляцію, тривалість копуляції приймали за “0”, а затримку копуляції - за “60 хв.”. Часові характеристики парування аналізували з урахуванням умов конкуренції (залежно від того, чи у групі завдано надлишок самиць, чи самців). Експерименти повторювали тричі. Усього використано 51179 самиць та 53281 самців. Плодючість визначали за кількістю яєць, що відкладені 1-єю заплідненою самицею за 3 доби (Кайданов Л.З., 1979). Всього проаналізовано плідність 330 самиць та враховано 5130 яєць. Життєздатність ліній визначали за кількістю імаго – нащадків 1 пари батьків (Кайданов Л.З., 1979). Всього враховано 11229 нащадків від 165 батьківських пар. Для виявлення особливостей успадкування ознак статевої поведінки використовували метод гібридологічного аналізу: проводили реципрокні схрещування між контрастними за статевою поведінкою лініями. Для вивчення впливу окремих локусів на компоненти статевої поведінки попередньо проводили насичуючі схрещування мутантних ліній с лінією C-S та з лінією Or в умовах направленого добору на маркерну мутацію та отримали вирівняні за генотипом мутантні лінії. При вивченні впливу окремих пар хромосом на компоненти статевої поведінки використовували лінії зі збалансованими леталями для заміщення хромосом у генотипі однієї лінії на хромосоми іншої лінії (Ashburner M., 2005; Пасюкова Е.Г. и др., 1984). У результаті отримали дві лінії: 1) +А1; В2; В3 і >А1/YB; B2; B3 – особини мають Х-хромосому з лінії C-S, а всі інші хромосоми з лінії Or (далі у тексті позначається як A;;; 2) +B1;;і >B1/YA;;– особини мають Х-хромосому з лінії Or, а всі інші – з лінії C-S (B;;Як критерій вікових змін, що відбуваються у гаметах імаго, використовували показник частоти домінантних летальних мутацій (ДЛМ) на ранніх стадіях ембріогенезу. (Тихомирова М.М., 1990). Частоту ДЛМ визначали як співвідношення яєць, що не розвинулися, до загальної їх кількості у кладці. Всього враховано 17166 яєць. Використовували методи статистичного аналізу: дисперсійний аналіз кількісних ознак (силу впливу (hx2) оцінювали за методами М. Снедекора та М.О. Плохінського); розраховували коефіцієнт успадковуваності (h2) ознак поведінки; для оцінки зв’язків між ознаками використовували коефіцієнт кореляції Пірсона (r) та коефіцієнт кореляції рангів К.Спірмена (rs) (Плохинский Н.А., 1978; Рокицкий П.Ф., 1978; Лакин Г.Ф., 1990). При виконанні розрахунків використовували програмне забезпечення STATISTICA 6.0.

Результати дослідження та обговорення. Міжлінійні розбіжності за ознаками статевої поведінки та загальної пристосованості D. melanogaster. Використані у експерименті інбредні лінії дикого типу C-S і Or, достовірно відрізняються за всіма вивченими параметрами (Табл. 1., Табл. 2.). Найбільш низькі значення статевої активності самців виявлені для ліній b і y, які є мутантними за кольором тіла.

Таблиця 1.

Міжлінійні розбіжності за статевою активністю самців, статевою рецептивністю самиць, плодючістю та життєздатністю D. (X±SX)

Лінія | Статева активність самців (%) | Статева рецептивність самиць (%) | Плодючість

(кіл-ть яєць) | Життєздатність

(кіл-ть імаго)

C-S | 58,27±8,73 | 76,61±4,42 | 64,14±12,18 | 85,2±16,2

Or | 23,75±5,11 | 47,52±7,08 | 42,44±5,07 | 50,7±6,0

y | 20,40±6,21 | 16,95±4,37 | 19,17±5,06 | 15,8±5,9

w | 42,33±7,20 | 29,00±7,46 | 84,72±3,95 | 88,3±30,9

w a | 30,77±10,14 | 38,53±5,34 | 61,22±8,91 | 51,5±13,0

Bar | 29,49±7,89 | 52,33±7,23 | 27,50±3,82 | 50,0±7,8

dp | 49,74±5,29 | 70,83±5,53 | 73,00±4,16 | 64,0±22,0

b | 9,65±5,88 | 60,55±6,62 | 8,64±1,00 | 136,0±17,9

cn | 56,73±7,20 | 64,53±5,95 | 46,20±10,54 | 48,0±17,9

vg | 27,55±7,62 | 66,67±6,33 | 56,50±28,38 | 81,4±14,0

bw | 60,87±6,53 | 27,27±6,26 | 76,63±4,53 | 112,0±21,3

Таблиця 2.

Міжлінійні розбіжності за часовими характеристиками парування D. з урахуванням умов конкуренції (X±SX)

Лінія | Затримка копуляції (сер.) (хв.) | Затримка копуляції (1) (хв.) | Тривалість копуляції (хв.)

надл. самиць | надл. самців | надл. самиць | надл. самців | надл. самиць | надл. самців

C-S | 18,11±3,63 | 16,07±2,39 | 13,14±4,13 | 10,53±2,57 | 22,16±1,87 | 22,51±1,29

Or | 37,73±4,93 | 23,98±3,49 | 36,00±5,13 | 17,80±4,16 | 10,18±2,01 | 14,06±1,23

y | 43,92±4,35 | 39,82±5,17 | 44,44±4,22 | 37,89±5,69 | 9,56±2,50 | 11,47±2,97

w | 26,47±4,18 | 31,95±4,59 | 17,38±5,17 | 28,46±5,03 | 22,29±2,91 | 15,56±2,55

w a | 49,08±5,25 | 32,75±4,36 | 49,04±5,25 | 28,75±5,03 | 6,96±2,51 | 12,83±2,17

Bar | 42,62±4,74 | 31,97±4,37 | 42,70±5,56 | 25,78±5,24 | 11,97±3,08 | 13,07±2,03

dp | 30,18±3,42 | 12,32±1,28 | 25,47±3,86 | 5,71±1,03 | 15,57±1,65 | 18,00±0,64

b | 53,07±3,83 | 18,83±3,95 | 52,49±4,17 | 13,24±4,49 | 3,82±2,09 | 20,10±1,96

cn | 21,40±4,42 | 18,01±3,33 | 20,29±5,66 | 12,76±3,64 | 20,77±2,07 | 18,60±1,50

vg | 32,75±5,52 | 24,59±4,47 | 30,64±5,93 | 16,85±5,19 | 13,86±2,73 | 19,70±1,95

bw | 18,12±2,77 | 34,53±4,38 | 12,85±3,07 | 32,48±4,80 | 22,15±0,96 | 14,31±2,40

Цим лініям притаманна також низька плодючість, а лінії y - і життєздатність. Самиці лінії y демонструють і найнижчу статеву рецептивність. Самці лінії bw найбільш високо активні, а статева рецептивність самиць bw нижча (t=2,1; p<0,05) за таку низько рецептивної лінії дикого типу Or. Самці ліній dp та cn характеризуються відносно високою статевою активністю, а для лінії w виявлені проміжні у порівнянні з обома лініями дикого типу значення даного показника. Самиці dp, b, cn та vg також порівняно високо рецептивні. Загалом, лініям з мутацією у Х-хромосомі властиві порівняно більш низькі значення як статевої активності самців, так і статевої рецептивності самиць. Статева активність самців залежить від генотипу на 18 % (p<0,05), а статева рецептивність самиць - на 29 % (p<0,001). Часові характеристики парування вивчали з урахуванням різниці в умовах конкуренції (Табл. 2.): при надлишку самців між ними виникає конкуренція за самицю та, як припущення, може змінюватися затримка парування, як для першого самця у групі, так і середнє значення по групі, а також її тривалість. Очікувано, мінімальні значення затримки копуляції (сер.) відмічені для ліній, які характеризуються високою статевою активністю самців, наприклад, C-S чи cn, а максимальні – для ліній з низькою статевою активністю самців. Відзначимо, що порядок отриманих результатів може бути зіставлений з такими, які відомі з літератури (Moehring A.J., Mackay T.F.C., 2004; Ashburner M., 2005), але, значення показника затримки копуляції при індивідуальних паруваннях (Moehring A.J., Mackay T.F.C., 2004) певною мірою занижені у порівнянні з отриманими у даній роботі, тобто, фактор конкуренції необхідно враховувати при вивченні статевої поведінки. Часові показники парування залежать від генотипу особин, від умов конкуренції та від взаємодії цих факторів. Сила впливу генотипу на затримку копуляції (сер.), затримку копуляції (1) та тривалість копуляції - 11,5(p<0,01), 12 % (p<0,01) та 11 % (p<0,01) відповідно. Сила впливу фактору конкуренції на ті самі ознаки – 5,7(p<0,01), 7 % (p<0,01) та 1 % (p<0,05), а взаємодії двох контрольованих експериментально факторів – 13,5 % (p<0,01), 16 % (p<0,01) та 13(p<0,01).

Виявлено, за деякими виключеннями, тісний зв’язок між досліджуваними ознаками статевої поведінки. Це може бути підставою для вибору лише деяких з них при подальшому вивченні та описі ліній і популяцій. Даний факт слід враховувати при проведенні добору за якоюсь із вказаних ознак. Для усіх без виключення ліній виявлений прямий зв’язок (r = 0,64 – 1; p <0,05 – <0,001) між показниками затримки копуляції (сер.) та затримки копуляції (1), незалежно від умов конкуренції, отже загострення конкуренції за статевого партнера дійсно стимулює інших особин до вступу у парування. Тривалість копуляції, за деякими виключеннями, зворотньо зв’язана з затримкою копуляції (r-0,52 – -0,99; p <0,05 – <0,001), незалежно від умов конкуренції, та прямо – зі статевою активністю самців (r = 0,71 – 0,98; p <0,05 – <0,001) та статевою рецептивністю самиць (r = 0,58 – 0,87; p <0,05 – <0,001). Затримка копуляції зворотньо пов’язана зі статевою активністю самців (r = -0,55 – -0,85; p <0,05 – <0,001) та зі статевою рецептивністю самиць (r = -0,59 – -0,88; p <0,05 – <0,001). Прямий зв’язок виявлено між статевою активністю самців та компонентами пристосованості (rs=0,71; p<0,05; rs=0,73; p<0,05, для плідності та життєздатності), тобто найбільш активні особини чоловічої статі мають більше шансів залишити чисельніше і життєздатніше потомство. Зв’язок часових характеристик парування з ознаками загальної пристосованості виявлений лише для плідності в умовах надлишку самиць (rs= -0,70; p<0,05 – з показником затримки копуляції (сер.); rs= - 0,77; p<0,01 - з показником затримки копуляції (1); rs=0,78; p<0,01 – з показником тривалості копуляції). Отже, чим швидше та точніше буде виконане залицяння самцем, тим більше самиць він потенційно може запліднити (при їх надлишку), тим більший буде його генетичний внесок у наступне покоління. Стосовно життєздатності, більш очевидним буде її зв’язок з якістю генетичного матеріалу переданого наступному поколінню обома батьками, а також з умовами культивування.

Наявність міжлінійних розбіжностей за тими чи іншими кількісними ознаками сама по собі ще не доводить впливу на них конкретного мутантного локусу та потребує вирівнювання загального генетичного фону, що й було зроблено на наступному етапі даної роботи.

Особливості успадкування ознак статевої поведінки D. На підставі тестування 11 ліній D. melanogaster за ознаками статевої поведінки були відібрані 3 (C-S, Or і y), які характеризувались високою контрастністю ознак, що вивчалися, для з’ясування особливостей їх успадкування. Так, самці-гібриди F1 від схрещування контрастних за статевою активністю ліній дикого типу (Рис. 1.) демонструють гетерозисний ефект за даною ознакою, як і самиці-гібриди F1 від схрещування більш рецептивної лінії дикого типу C-S з менш рецептивною Or за статевою рецептивністю. Нащадки від реципрокного схрещування за даним показником не відрізняються від батьківської лінії, самиці у якій більш рецептивні. Гібридам F1 від схрещування y x C-S (Рис. .) властиві найнижчі значення як статевої активності самців, так і статевої рецептивності самиць. При реципрокному схрещуванні виявляється материнський ефект за показником статевої активності самців, а у гібридних самиць – проміжні значення статевої рецептивності у порівнянні з батьківськими лініями. Гібриди від реципрокних схрещувань між лініями дикого типу (Табл. 3.) за тривалістю копуляції не розрізняються (t=0,82; p>0,05) і демонструють проміжний тип успадкування. Розбіжностей у затримці копуляції (1) між реципрокними гібридами від схрещувань ліній дикого типу також не виявлено (t=0,29; p>0,05). Але у порівнянні з батьківськими лініями вони значно швидше вступають у парування. При схрещуванні особин ліній C-S та y за обома часовими показниками спостерігаються розбіжності між реципрокними гібридами та чіткий материнський ефект. Доведено залежність усіх вивчених ознак від генотипу (Табл. 4.). Їм властиві і порівняно високі значення коефіцієнтів успадковуваності (h2): від 0,56 до 0,91, тобто за даними ознаками можливе проведення добору. Прикладом (Кайданов Л.З., 1979) може бути успішний добір за статевою активністю самців, результатом якого стало виведення контрастних за багатьма показниками пристосованості ліній ВА і НА, які використовуються для вивчення механізмів контролю цілої низки ознак (Кайданов Л.З. и др., 1997).

Наявність чіткого материнського ефекту у ряді випадків обумовила перевірку припущення щодо впливу окремо материнського та батькового генотипу на вивчені ознаки. Виявлено вплив генотипу матері на статеву активність самців (сила впливу - 84%; p<0,01), статеву рецептивність самиць (75%; p<0,01), тривалість копуляції (47%; p<0,01), та на її затримку (79%; p<0,01). Генотип батька також істотно впливає на статеву активність самців (48%; p<0,01) та статеву рецептивність самиць (80%; p<0,01). Для ознаки тривалості копуляції встановлений лише вплив комбінації факторів генотипу батька та конкуренції з силою 12(p<0,05), а для ознаки затримки копуляції (1) – вплив генотипу батька та конкуренції з силою 11% (p<0,05) та 7% (p<0,05) відповідно. Відмічено, що присутність у гібридному генотипі хромосомного набору з лінії y, незалежно материнського чи батькового походження, призводить до зниження статевої активності самців, рецептивності самиць та тривалості копуляції, та до збільшення затримки копуляції. У той же час, негативний вплив хромосомного набору лінії Or на статеву поведінку гібридів, або менш виражений, або взагалі не виявлений, що імовірно пов’язане з підвищенням рівня гетерозиготності нащадків від схрещування особин інбредних ліній Or і C-S. У випадку схрещування особин y з особинами C-S ефект може бути обумовлений дією самої мутації (самці y не здатні у достатній мірі стимулювати самиць при залицянні (Эрман Л., Парсонс П., 1984)), або взаємодією гену y з іншими генами, адже, дана мутація по-різному впливає на ознаки статевої поведінки при переведенні на генетичний фон лінії C-S і на генетичний фон лінії Or (Волкова Н.Е., Воробьёва Л.И., 2005).

Рис. 1. Статева активність самців та статева рецептивність самиць ліній дикого типу та гібридів першого покоління від реципрокних схрещувань між ними | Рис. 2. Статева активність самців та статева рецептивність самиць ліній yellow та дикого типу Canton-S, та гібридів першого покоління від реципрокних схрещувань між ними

Таблиця 3.

Результати гібридологічного аналізу часових характеристик парування ліній (X±SX)

Генотип

Ознака | C-S | Or | y | C-S x Or | Or x C-S | C-S x y | y x C-S

Затримка копуляції (1) (хв.) | 7,81±1,27 | 11,52±2,05 | 33,81±4,30 | 2,89±0,57 | 1,89±0,40 | 18,33±6,02 | 47,50±5,56

Тривалість копуляції (хв.) | 24,00±0,44 | 19,42±0,62 | 14,69±2,02 | 23,67±0,66 | 21,99±0,51 | 25,28±1,61 | 10,38±3,82

Таблиця 4.

Вплив генотипу на ознаки статевої поведінки D. melanogaster

Варіант схрещувань

Ознака | C-S x Or, Or x C-S | C-S x y, y x C-S

F | p | hx2±Shx2 | p | h2 | F | p | hx2±Shx2 | p | h2

Статева активність самців | 16,71 | <0,01 | 0,53±0,002 | <0,01 | 0,79 | 7,20 | <0,01 | 0,3±0,03 | <0,01 | 0,61

Статева рецептивність самиць | 10,68 | <0,01 | 0,27±0,04 | <0,01 | 0,58 | 42,22 | <0,01 | 0,78±0,01 | <0,01 | 0,91

Тривалість копуляції | 10,98 | <0,01 | 0,18±0,01 | <0,05 | 0,72 | 11,98 | <0,01 | 0,18±0,02 | >0,05 | 0,72

Затримка копуляції (1) | 6,01 | <0,01 | 0,18±0,02 | >0,05 | 0,56 | 20,49 | <0,01 | 0,29±0,02 | <0,05 | 0,83

Примітка: у варіанті схрещувань C-S x y, y x C-S виявлено вплив фактору надлишку особин тієї чи іншої статі на часові характеристики парування (для тривалості копуляції F=4,40; p<0,05; а для затримки копуляції - F=8,48; p<0,01). Так, при надлишку самиць затримка копуляції збільшується, а її тривалість зменшується.

Внесок окремих мутантних локусів у прояв ознак статевої поведінки D. Для Вивчення впливу деяких мутантних локусів на прояв ознак статевої поведінки дрозофіли були проведені насичуючі схрещування. В результаті 9 мутацій (y, w, wa, B, dp, b, cn, vg, bw) були переведені на генетичний фон лінії C-S та лінії Or, що дозволяє вичленити внесок кожної з зазначених мутацій у прояв досліджуваних ознак і адекватно порівняти дію мутацій на різному генетичному фоні. Наявність у генотипі мух мутації з морфологічним проявом у низці випадків істотно впливає на статеву поведінку особин (Табл. 5.). При цьому напрямок впливу різних мутацій на статеву активність самців та статеву рецептивність самиць відрізняється: 7 з 9 вивчених мутацій єдиноспрямовано впливають на статеву активність самців та статеву рецептивність самиць на різному генетичному фоні, а характер впливу мутацій wa, vg і bw не залежить від нього.

Виявлено вплив фактору присутності мутації в генотипі особини на статеву активність самців та статеву рецептивність самиць, а також спільну дію на них мутації та генетичного фону. Для ознаки статевої активності самців відзначено також достовірний вплив загального генетичного фону лінії. Генетичні фактори здебільшого (на 98,8визначають варіабельність за ознакою статевої активності самців, що більш ніж удвічі перевищує силу їх впливу на статеву рецептивність самиць. Кожна мутація (Табл. 6.), або як самостійний фактор, або у комбінації з іншими генами | Таблиця 5.

Показники статевої поведінки вирівняних за генотипом мутантних ліній та вихідних ліній дикого типу

Лінія

Статева активність самців (%)

Статева рецептивність самиць (%)

X±SX

t(ГФ)

р (ГФ)

X±SX

t(ГФ)

р (ГФ)

C-S

55,68 ± 7,31

-

-

79,04 ± 3,58

-

-

Or

23,75 ± 4,07

-

-

47,19 ± 5,83

-

-

yC-S

81,83 ± 3,91

3,15

<0,01

75,33 ± 3,13

0,78

> 0,05

yOr

15,83 ± 3,21

0,75

> 0,05

77,50 ± 2,42

4,80

<0,001

wC-S

24,56 ± 4,02

3,73

<0,001

33,33 ± 5,05

7,38

<0,001

wOr

56,57 ± 0,77

8,91

<0,001

41,67 ± 5,79

0,67

> 0,05

waC-S

45,99 ± 6,34

1,00

> 0,05

59,52 ± 3,70

3,79

<0,001

waOr

8,10 ± 1,11

2,75

<0,01

37,00 ± 4,76

1,35

> 0,05

BC-S

27,74 ± 2,07

3,68

<0,001

28,25 ± 5,40

7,84

<0,001

BOr

33,33 ± 7,83

1,55

> 0,05

56,67 ± 6,59

1,08

> 0,05

dpC-S

76,39 ± 3,98

2,5

<0,05

78,76 ± 3,62

0,05

> 0,05

dpOr

21,67 ± 0,44

0,48

> 0,05

37,90 ± 0,72

1,58

> 0,05

bC-S

54,14 ± 7,44

0,15

> 0,05

38,33 ± 7,04

5,15

<0,001

bOr

83,34 ± 3,09

12

<0,001

68,89 ± 1,80

3,55

<0,001

cnC-S

53,33 ± 7,81

0,22

> 0,05

64,11 ± 6,61

1,98

<0,05

cnOr

86,67 ± 3,50

12

<0,001

70,22 ± 4,37

3,16

<0,001

vgC-S

23,00 ± 3,79

4

<0,001

23,33 ± 4,60

9,56

<0,001

vgOr

17,83 ± 2,03

2,1

<0,05

17,11 ± 2,08

4,86

<0,001

bwC-S

99,53 ± 0,26

5

<0,001

88,09 ± 2,18

2,16

<0,05

bwOr

93,20 ± 1,57

17

<0,001

76,00 ± 2,23

4,61

<0,001

Примітка: ГФ – генетичний фон; t - критерій Ст’юдента; р – рівень значущості.

загального генетичного фону лінії впливає на статеву поведінку. Особливо виражений моногенний ефект мають мутації bw на статеву активність самців (62%) та vg - на статеву рецептивність самиць (53%).

Мутації w та wa є різними алелями одного гену (Lindsley D.L., Grell E.H., 1968), що дозволяє проаналізувати вплив алельного стану гену w і його взаємодії з загальним генетичним фоном на ознаки статевої поведінки. Встановлено, що алельний стан досліджуваного локусу може бути самостійним фактором впливу, як на статеву активність, так і на статеву рецептивність самиць. При цьому сила впливу складає 6,6 % и 15,6 % відповідно.

При оцінці впливу хромосомної локалізації мутацій (локалізації у хромосомі 1 чи 2) виявлено, що 10,4 % від загального варіювання ознаки статевої активності самців зумовлено саме цим фактором (p<0,001).

Таблиця 6.

Вплив генетичних факторів на ознаки статевої поведінки D. (F; p)

Маркерний

локус лінії | Статева активність самців | Статева рецептивність самиць

Мутація | Ген. фон | Комбінація | Мутація | Ген. фон | Комбінація

y | 4,31;<0,05 | 118,29;<0,001 | 8,29;<0,01 | 6,18;<0,05 | 12,12;<0,001 | 15,94;<0,001

w | 0,14;>0,05 | 0,48;>0,05 | 59,52;<0,001 | 28,13;<0,001 | 4,7;<0,05 | 13,87;<0,001

wa | 5,19;<0,05 | 53,92;<0,001 | 0,002;>0,05 | 13,54;<0,001 | 31,77;<0,001 | 0,89;>0,05

B | 2,11;>0,05 | 8,13;<0,01 | 14,63;<0,001 | 17,14;<0,001 | 0,08;>0,05 | 28,03;<0,001

dp | 4,99;<0,05 | 105,01;<0,001 | 3,24;>0,05 | 3,32;>0,05 | 75,64;<0,001 | 1,24;>0,05

b | 27,13;<0,001 | 0,64;>0,05 | 34,73;<0,001 | 5,58;<0,05 | 0,01;>0,05 | 35,54;<0,001

cn | 27,75;<0,001 | 0,18;>0,05 | 36,81;<0,001 | 0,05;>0,05 | 5,47;<0,05 | 11,98;<0,001

vg | 16,04;<0,001 | 22,31;<0,001 | 12,97;<0,001 | 102,83;<0,001 | 17,59;<0,001 | 7,91;<0,01

bw | 191,58;<0,001 | 28,94;<0,001 | 14,88;<0,001 | 15,9;<0,001 | 29,13;<0,001 | 5,79;<0,05

Крім того, усі досліджувані мутації були розділені на 3 групи за ознакою органної приналежності морфологічного ефекту: мутації, які змінюють око (w, wa, B, cn, bw); мутації, які впливають на пігментацію кутикулярних покривів (y, b); мутації, які змінюють морфологію крила (dp, vg), що дозволило виявити вплив фактору органної приналежності морфологічного ефекту мутації на прояв статевої поведінки D.. Сила його впливу на статеву активність самців складає 8,1 % (p<0,05), а на статеву рецептивність самиць – 11 % (p<0,05).

Аналіз внеску окремих хромосом у прояв ознак статевої поведінки D.За показником статевої активності (Табл. 7.) самці синтезованих ліній суттєво перевершують таких з обох вихідних ліній.

Статева рецептивність самиць обох синтезованих ліній значно вища лише у порівнянні з самицями лінії Or, які характеризуються низькою рецептивністю. На статеву активність самців впливають усі контрольовані у експерименті фактори, а саме: “Х-хромосома”, “хромосоми 2, 3 и Y (у самців)”, та комбінація цих факторів. При | Таблиця 7.

Статева активність самців та статева рецептивність самиць вихідних та синтезованих ліній (X±SX)

Генотип

Статева активність самців (%)

Статева рецептивність самиць (%)

C-S

58,27±8,73

76,61±4,42

Or

23,75±5,11

47,52±7,08

A;;

99,02±0,98

80,49±3,90

B;;

100,00±0,00

85,00±4,64

цьому сила впливу складає 54% (p<0,05), 6,5% (p<0,05) та 35% (p<0,05) відповідно. На статеву рецептивність самиць впливає лише фактор “хромосоми 2, 3 і Y (у самців)”, сила впливу якого - 9% (p<0,05).

За показниками затримки копуляції (Табл. 8.) як середньої, так і для першої пари, синтезовані ізогенні лінії здебільшого схожі на гібриди, ніж на особин вихідних ліній. Експериментально контрольовані генетичні фактори дійсно впливають на часові показники парування. Затримка копуляції визначається взаємодією Х-зчеплених та аутосомних генів (Табл. 9.), а її тривалість на 27 % залежить від генів Х-хромосоми.

Таблиця 8.

Часові характеристики парування особин інбредних ліній та нащадків з гібридними генотипами (X±SX; N)

Лінії | Затримка копуляції (сер.) (хв.) | Затримка копуляції (1) (хв.) | Тривалість копуляції (хв.)

надл. самиць | надл. самців | надл. самиць | надл. самців | надл. самиць | надл. самців

C-S (А;А;А) | 18,11±3,63; 22 | 16,07±2,39; 22 | 13,14±4,13; 22 | 10,53±2,57; 22 | 22,16±1,87; 22 | 22,51±1,29; 22

Or (В; В;В) | 37,73±4,93*; 20 | 23,98±3,49*; 23 | 36,00±5,13*; 20 | 17,80±4,16*; 23 | 10,18±2,01; 20 | 14,06±1,23; 23

C-S х Or | 4,46±1,34; 20 | 5,97±1,64; 20 | 2,67±1,12; 20 | 2,86±0,62; 20 | 24,69±1,65; 20 | 22,7±0,5; 20

Or х C-S | 3,25±0,92; 20 | 5,37±0,76; 20 | 1,5±0,34; 20 | 2,55±0,45; 20 | 21,80±1,16; 20 | 21,92±0,62; 20

А;В;В | 4,51±0,25; 17 | 3,50±0,45; 17 | 1,97±0,20; 17 | 2,12±0,27; 17 | 20,36±0,41; 17 | 20,18±0,48; 17

В;А;А | 3,96±0,72; 10 | 3,02±0,46; 10 | 2,00±0,33; 10 | 1,6±0,23; 10 | 19,69±0,84; 10 | 17,30±0,81; 10

Примітка: N – кількість протестованих груп;