СТАТЬИ
ДЕЙСТВИЕ ХРОНИЧЕСКОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
НА ЧАСТОТУ ДОМИНАНТНЫХ ЛЕТАЛЬНЫХ МУТАЦИЙ
В ПОПУЛЯЦИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЛИНИЙ
DROSOPHILA MELANOGASTER И. Юранева
Научные интересы: генетические эффекты раздельного и сочетанного действия факторов радиационной и нерадиационной природы на биологические системы Исследование эффектов действия малых доз радиации на биологические системы является одной из актуальных проблем современной биологии. В настоящее время исследования многих авторов [1, 2, 6, 7, 9] показывают, что в природных популяциях животных и растений, испытывающих воздействие малых доз радиации, наблюдается генетическая нестабильность, которая проявляется в виде изменений многих генетических показателей, в том числе и доминантных летальных мутаций. Однако в природных популяциях помимо облучения на динамику генетической нестабильности оказывают влияние другие факторы окружающей среды, вклад каждого из которых определить практически невозможно. Оценить, насколько определенный стрессирующий агент (в нашем случае – низкие дозы хронического гамма-излучения) влияет на уровень генотипической изменчивости популяций и какова роль генотипа в этом процессе позволяют исследования на экспериментальных популяциях в контролируемых внешних условиях. Цель настоящего исследования состоит в выявлении роли генотипа и цитотипа в формировании реакции экспериментальных популяций Drosophila melanogaster на хроническое воздействие малых доз ионизирующей радиации по показателю «доминантные летальные мутации». При изучении динамики частоты доминантных летальных мутаций экспериментальных популяций Drosophila melanogaster в условиях хронического облучения использованы линии дрозофилы, различающиеся по цитотипу, а именно по типам мобильных генетических элементов (МГЭ) систем гибридного дисгенеза: Oregon-R (имеет H-цитотип, содержит активные hobo-элементы [12]), Canton-S (имеет I-цитотип, содержит I-элементы [11]). Популяции Canton-S и Oregon-R получены от пары особей соответствующей линии, потомки которых подвергались тесному инбридингу в течение 30-ти поколений (одно поколение – 14 дней). Контрольные и опытные популяции дрозофилы содержали в одинаковых условиях (температура 25.0±0.1 °С и 12-часовой режим освещения) на дрожжевой питательной среде [5]. Питательную среду в популяционных ящиках (объем 10 дм3) меняли каждые 14 дней. Для хронического гамма-облучения использовали источник 226Ra, мощность экспозиционной дозы составила 0.25 мГр/ч. В экспериментах по оценке генотипической изменчивости экспериментальных популяций Drosophila melanogaster, индуцированной хроническим облучением, изучали уровень доминантных летальных мутаций. В нашей работе использован тест определения частоты доминантных леталей, описанный Н.И. Иващенко с сотрудниками [3]. Проводили скрещивания между виргинными 4-5-дневными контрольными самками и 2-3-дневными исследуемыми самцами. 5-6-дневные оплодотворенные самки F1 в течение четырех часов откладывали яйца на питательную среду, приготовленную без дрожжей с повышенным содержанием агар-агара, чтобы вышедшие из них личинки I возраста не могли в нее проникнуть. После удаления мух подсчитывали количество отложенных яиц и в течение 72 ч определяли число неразвившихся яиц. Частота доминантных леталей выражена долей неразвившихся яиц от общего числа отложенных яиц. Статистическую обработку результатов проводили с использованием стандартных методов [4]. Изучение динамики уровня доминантных летальных мутаций позволяет оценить чувствительность популяций к воздействию неблагоприятных факторов. Рассмотрим результаты изучения динамики уровня доминантных летальных мутаций популяций Drosophila melanogaster в ряду облученных и постоблученных поколений. Показано [2], что спонтанный уровень смертности эмбрионов Drosophila melanogaster для линий дикого типа не превышает 15 %. В наших экспериментах варьирование частоты доминантных летальных мутаций отмечено в течение первых десяти поколений в контрольной популяции Canton-S и 15-ти – Oregon-R (см. рисунок). Следовательно, по уровню доминантных летальных мутаций популяция Canton-S восстанавливается быстрее. При хроническом облучении 28 поколений популяции Canton-S отмечено достоверное превышение частоты доминантных летальных мутаций (см. рисунок) до восьмого поколения и снижение величин этих показателей до контрольных значений в последующих поколениях. Иная динамика прослеживается в хронически облучаемой популяции Oregon-R: достоверное увеличение уровня доминантных леталей выявлено на протяжении всего периода облучения (см. рисунок). Таким образом, видно, что популяции Canton-S и Oregon-R, различающиеся по генотипу, по-разному реагируют на действие хронического гамма-излучения по показателю «доминантные летальные мутации». Для изучения динамики генотипической изменчивости экспериментальных популяций дрозофилы в пострадиационных поколениях популяции Canton-S и Oregon-R были сняты с хронического облучения на 20 поколении. В постоблученных популяциях также зафиксировано различие между популяциями по динамике частоты доминантных летальных мутаций. Так, в популяции Canton-S снижение частоты доминантных летальных мутаций до уровня контрольных величин происходит в следующем поколении (7.20 ± 1.17 %, Fф = 0.8), а в популяции Oregon-R лишь к пятому поколению (7.20 ± 1.15 %) (табл. 1). Итак, результаты показали, что действие хронического гамма-излучения индуцирует нестабильность генома популяций Drosophila melanogaster, что выражается в изменении динамики уровня доминантных летальных мутаций облученных популяций по сравнению с контрольными. При анализе генетической нестабильности в хронически облучаемых популяциях необходимо учитывать, что кроме повреждающего действия ионизирующие излучения индуцируют процесс радиоадаптации [8], связанный с микроэволюционными процессами перестройки генотипа. При этом под явлением радиоадаптации понимается феномен увеличения радиоустойчивости особей к дополнительному облучению высокими дозами [10]. Для того, чтобы установить, происходит ли изменение радиочувствительности популяций Canton-S и Oregon-R в результате действия ионизирующей радиации в малых дозах в течение 30 поколений, контрольные и хронически облучаемые популяции данных линий подвергли острому гамма-излучению. Для острого облучения мух использовали гамма-установку Рокус-М (60Co) при мощности экспозиционной дозы 30 Гр/ч. Поглощенная доза острого гамма-облучения мух составила 30 Гр. При остром облучении в дозе 30 Гр уровень доминантных леталей в хронически облучаемой популяции Canton-S достоверно (р меньше 0.05) ниже, а в популяции Oregon-R достоверно (р меньше 0.05) выше данного показателя в контроле после острого гамма-излучения (табл. 2). Следовательно, при действии дополнительного гамма-излучения в дозе 30 Гр в хронически облучаемой популяции Canton-S к 30 поколению наступает радиоадаптация, что доказывает ее стабилизация по уровню доминантных леталей к восьмому поколению (табл. 2). Хронически облучаемая популяция Oregon-R чувствительна к облучению до 28 поколения и реакция радиоадаптации на 30 поколении по показателю доминантные летали не выявлена (табл. 2). Таким образом, можно констатировать, что только у линии Canton-S, имеющей I-фактор (LINE-подобный элемент дрозофилы), наблюдается реакция радиоадаптации, тогда как у Oregon-R, отличающейся наличием в геноме копии полноразмерного hobo-элемента, этот эффект не обнаружен. Повышенная резистентность облучавшейся популяции Canton-S обусловлена перестройками ее генетической структуры. Отсюда понятно, что действие малых доз хронического гамма-излучения приводит к формированию нового радиорезистентного генотипа линии Canton-S и этот процесс связан с активацией мобильных элементов. Наши исследования показали, что популяция Oregon-R более чувствительна к малым дозам облучения – достоверное (р меньше 0.05) превышение частоты доминантных леталей у нее отмечено на протяжении всего периода облучения (28 поколений), тогда как в популяции Canton-S только до восьмого поколения. Поскольку обе популяции содержались в строго идентичных условиях, можно утверждать, что степень проявления генетической нестабильности Drosophila melanogaster на действие малых доз хронического облучения зависит от генотипа и цитотипа исследуемой линии. Так как линии Canton-S и Oregon-R различны лишь по паттернам мобильных генетических элементов, можно полагать, что именно индукция мобильных элементов облучением и вызывает дестабилизацию генома. В результате наших исследований было показано, что о феномене радиоадаптации можно с уверенностью сказать в отношении только линии Canton-S, поскольку в хронически облучаемой популяции Canton-S после дополнительного острого гамма-излучения в дозе 30 Гр было отмечено достоверное снижение уровня доминантных леталей. А это свидетельствует о формировании нового радиорезистентного генотипа. Однако в популяции Oregon-R, отличающейся по паттернам МГЭ, радиоадаптация не наблюдается: ее генотип даже к 30 поколению остается чувствительным к облучению. Анализ результатов собственных экспериментальных исследований и данные литературы позволяют сделать заключение о том, что хроническое облучение в малых дозах может вызывать существенные изменения генотипа, приводящие к появлению новых адаптационных возможностей, микроэволюционным преобразованиям в популяциях организмов. Однако для подтверждения этого предположения потребуется проведение дополнительных экспериментальных исследований и теоретических изысканий. ЛИТЕРАТУРА 1. Анализ цитогенетических последствий хронического облучения в малых дозах посевов сельскохозяйственных культур / С.A. Герaськин, В.Г. Дикарев, А.А. Удалова и др. // Радиац. биол. Радиоэкол., 1998. Т. 38, вып. 3. С. 367-374. 2. Зайнуллин В.Г. Генетические эффекты хронического облучения в малых дозах ионизирующего облучения. СПб.: Наука, 1998. 100 с. 3. Иващенко Н.И., Гришаева Т.М., Богданова Ю.Ф. Влияние g-облучения на гониальные клетки Drosophila melanogaster в разных условиях гибридного дисгенеза // Генетика, 1990. Т. 26, № 11. С. 1969-1978. 4. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с. 5. Медведев Н.Н. Практическая генетика. М.: Наука, 1966. 238 с. 6. Моссэ И.Б. Радиация и наследственность: генетические аспекты противорадиационной защиты. Минск, 1990. 208 с. 7. Нестабильность генома после воздействия радиации в малых дозах (в 10-километровой зоне аварии на ЧАЭС и в лабораторных условиях) / И.И. Пелевина, В.Я. Готлиб, О.В. Кудряшова и др. // Радиац. биология. Радиоэкол., 1996. Т. 36, вып. 4. С. 546-560. 8. Чережанова Л.В., Алексахин Р.М. О биологическом действии повышенного фона ионизирующих излучений и процессах радиоадаптации в популяциях травянистых растений // Журн. общ. биол., 1975. Т. 36, № 2. С. 303-311. 9. Шевченко В.А. Радиационная генетика природных популяций // Генетические механизмы селекции и эволюции. М.: Наука, 1986. С. 131-141. 10. Шевченко В.А., Померанцева М.Д. Генетические последствия действия ионизирующих излучений. М.: Наука, 1985. 279 с. 11. Servomaa K., Rytomaa T. UV light and ionizing radiations cause programmed death of rat chlorleukemia cells by inducing retropositions of a mobile DNA element (L1Rn) // Int. J. Radiat. Biol., 1990. Vol. 57, № 2. P. 331-343. 12. Transposable elements are stable strurtural components of Drosophila melanogaster heterochromatin / S. Pimpinelli, L. Berloco, L. Fanti et al. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1995. Vol. 92, № 9. P. 3804-3808.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3450 посещений с 03.12.2002 |