1. Хромосомные комплексы у разных видов сиговых рыб.
Лососевидные рыбы представляют собой особо ценную в промысловом отношении группу костистых рыб. Кариологический анализ является важным инструментом для целей систематики, в частности, для идентификации родственных видов и для разработки эволюционных проблем. Кариологический метод, использованный в рыбоводстве и селекции, может дать важные практические результаты. Поскольку многие лососевидные рыбы являются селекционными объектами, сравнительный кариологический анализ на уровне видов, подвидов, отдельных популяций и стад должен стать неотъемлемой частью рыбоводных и селекционных исследований. В случае естественной и искусственной гибридизации с помощью этого метода можно выявить гибридные и исходные родительские формы. Все это объясняет повышенный интерес исследователей к данной группе рыб. м
Особенности кариотипов лососевидных рыб связаны с их полиплоидным происхождением. Вопрос о полиплоидном происхождении этой группы рыб поднимался уже очень давно (Svardson, 1945; Simon, 1963; Викторовский 1969; Викторовский, Максимова, 1978). С. Оно с соавторами четко и убедительно охарактеризовали полиплоидное происхождение этой группы рыб (Ohno et al., 1968; Ohno et al., 1969; Ohno, 1970a, b). Эти авторы, а также и другие исследователи (Hinеgаrdеn, 1968; Ніnеgаrden, Rosen, 1972) обнаружили огромное разнообразие в размерах геномов рыб. При этом за 100% брали содержание ДНК в геномах человека и высших млекопитающих. Была выдвинута гипотеза о том, что такое разнообразие в размерах геномов рыб вызвано генными дупликациями, а также полиплоидией, которая не раз происходила в эволюции рыб в течение девонского периода и позднее. Наименьшие геномы среди позвоночных были обнаружены в различных отрядах костистых рыб – 20-30% ДНК от генома человека, тогда как двоякодышащие рыбы обладают геномом гигантского размера – в 35 раз превышающим размер генома человека.
Для всех видов лососей и сигов характерно высокое содержание ДНК в геномах – 80—90% от эталонного значения. Вероятно, непосредственный предок всех лососевидных рыб имел приблизительно 48 хромосом и объем генома около 40-43% после первой полиплоидизации, а затем произошло удвоение объема ДНК вследствие второй полиплоидизации. У общего для всей этой группы тетраплоидного предка должно было быть приблизительно 100 хромосом. В ана во 2 0S) Asi онангу но НЕ В ходе дивергенции различных семейств и родов внутри этой группы также шла дивергенция кариотипов, сопровождавшаяся вторичной диплоидизацией геномов. При этом лососевидные рыбы являются относительно молодой группой полиплоидных рыб, и процесс диплоидизациии у них еще не завершен. Как следствие этого процесса у большинства видов наблюдается изменчивость по числу хромосом в виде хромосомного полиморфизма и мозаицизма. Целью нашего исследования было изучение кариотипов нескольких видов и некоторых внутривидовых форм сигов p. Coregonus.
Сиги p. Coregonus долгое время оставались кариологически слабо изученными по сравнению с другими лососевидными рыбами надсемейства Salmonoidea. До начала 80-х гг. ХХ века преобладало мнение, что для сигов этого рода типичны диплоидные числа хромосом, близкие к 80 (Booke, 1968; Решетников, 1980). Это мнение было отчасти опровергнуто, когда исследования такого рода приняли более масштабный характер. Кариологические исследования, проведенные на сигах, проливают свет на их сложную систематику. За последние десятилетия было показано, что из этого ряда выпадают такие виды Сиговых, как с. паsus (чир), С. peled (пелядь), С. tugun (тугун) и C. muksun (муксун). Эти результаты были получены рядом авторов в разные годы (Кайданова, 1980,1981, 1983, 1988; Викторовский, Ермоленко, 1982; Викторовский и др., 1983; Пак, 2004). Остальные изученные виды и внутривидовые формы сиговых рыб действительно имеют диплоидное число хромосом 80, хотя и различаются числом хромосомных плеч (NF). Хі Р.М. Викторовским (1978) было предложено понятие продвинутости того или иного кариотипа у лососевидных рыб. Оно определяется количеством хромосомных перестроек, происшедших в ходе эволюции кариотипов различных видов от гипотетического кариотипа, общего для всей группы предка. Согласно этой гипотезе были сделаны соответствующие заключения о продвинутости хромосомных наборов изученных видов и внутривидовых форм сигов. Так, для формирования кариотипа чира от кариотипа предполагаемого предка потребовалось наибольшее количество хромосомных перестроек (в основном, центрических слияний), а для возникновения современного кариотипа тугуна – минимальное. По мнению И. Пак (2004), у чира не завершен процесс эволюционного преобразования кариотипа, встановлении которого важное место занимают парацентрические инверсии и транслокации. Для рода в целом характерна небольшая продвинутость кариотипов, а именно – большие числа хромосом, колеблющиеся около 80, и числа хромосомных плеч, колеблющиеся около 100.
Для всех видов лососевидных рыб, в том числе для сиговых, характерен хромосомный полиморфизм. Наиболее распространенным типом хромосомных перестроек, приводящих к хромосомному полиморфизму, являются так называемые робертсоновские перестройки, суть которых состоит в слиянии двух акроцентрических хромосом в районе центромеры, а также иногда разъединении в этом же районе одной метацентрической хромосомы с образованием двух акроцетрических. Потеря генетического материала, участвующего даже в множественных перестройках такого рода, является минимальной. Широкое распространение этого типа хромосомных перестроек не только среди рыб, но и у других позвоночных животных объясняется их незначительным влиянием на процессы мейоза (Ляпунова и др., 1988). В ходе мейоза наблюдаются практически полная конъюгация метацентрической хромосомы с двумя акроцентрическими у гетерозигот и полная конъюгация двух метацентрических хромосом, гомозиготных по робертсоновской транслокации. При гетерозиготности по нескольким робертсоновским перестройкам в мейозе образуются кольцевые или линейные мультиваленты, куда включаютСя хромосомы нескольких пар (Коломиец, Ляпунова, 1987; Wallace et al., 1992).
Эти перестройки в свое время привлекли внимание Оно с соавторами (Ohno et al., 1965; Ohno, 1970а) при исследовании кариотипа радужной форели в различных тканях. На большом материале они обнаружили изменчивость числа хромосом в широком диапазоне – от 58 до 65 при постоянном числе хромосомных плеч. Дальнейшие исследования хромосомного полиморфизма в различных популяциях радужной форели подтвердили эти данные (Кайданова, 1974; Thorgaard, 1976). Затем наличие подобного рода полиморфизма было обнаружено и у других видов лососевых и сиговых рыб, однако изменчивость числа хромосом в кариотипах не достигает такого размаха, ограничиваясь варьированием в 1-3 хромосомы. Радужная форель является в этом отношении скорее исключением, чем правилом.
Наряду с хромосомными перестройками робертсоновского типа, у сиговых рыб р. Coregonus в эволюции кариотипов важную роль играли перицентрические инверсии, сопровождающиеся изменением числа хромосомных плеч без изменения числа хромосом в наборах (Booke, 1968; Nygren et al., 1971; Викторовский, 1978; Викторовский, Ермоленко, 1982), их еще называют тандемными транслокациями. Это предположение основывалось на том, что большое число видов и внутривидовых форм вр. Coregonus имеют число хромосом в наборах, равное 80. Однако по мере появления новых данных в ходе углубленных современных исследований стало ясно, что это не совсем так. Наиболее сильно от такого представления отличается кариотип чира Coregonus nasus, который насчитывает 58-60 хромосом. Такая хромосомная изменчивость вызвана наличием небольшого полиморфизма робертсоновского типа с модальным числом хромосом 58 согласно данным разных авторов (Кайданова, 1981, 1983; Викторовский, Ермоленко, 1982; Викторовский др., 1983; Фролов, 1986).
означительной роли перицентрических инверсий или тандемных транслокаций в дифференциации кариотипов сигов свидетельствуют различия в числе хромосомных плеч. При этом разные числа хромосомных плеч в кариотипах при одинаковом диплоидном числе хромосом были обнаружены исследователями даже у внутривидовых форм полиморфного вида – сигa Coregonus lavаrеtus, таких, как С. lavаrеtus pidschian, С. lavaretus maraenoides и C. lavаrеtus ludoga (Кайданова, Ефанов, 1976; Рухкян, Аракелян, 1980; Викторовский, Ермоленко, 1982; Кайданова, 1983; Викторовский и др., 1983; Макоедов, 1998). Свидетельством тандемных транслокаций в ходе эволюции сиговых рыб является присутствие почти Во всех кариотипах очень крупных 1-2 пар акроцентрических хромосом, превосходящих по размеру в полтора-два раза другие акроцентрические хромосомы (Фролов, 2000).
В ходе хромосомных исследований сиговых рыб в некоторых случаях было обнаружено такое интересное явление, как добавочные или В-хромосомы у некоторых видов и форм сиговых рыб, а именно – наличие в хромосомных наборах очень мелких хромосом, настолько мелких, что в ряде случаев невозможно определить их морфологическую принадлежность и часть из них можно охарактеризовать как крошечные акроцентрики. Такие хромосомы присутствуют в некоторых популяциях чира из бассейнов Берингова и Охотского морей (Фролов, 1986,2000). Добавочные хромосомы были также обнаружены в популяции сибирской ряпушки С. sardinella и в популяциях европейского сигa с. lavаrеtus из Польши и Финляндии. В литературе имеются также данные о добавочных В-хромосомах в популяции сига С. lavаrеtus из р. Кереть бассейна . Белого моря (Ершов, Лайус, 1993). Изменчивость кариотипов по числу В-хромосом выражается у чира в виде внутрипопуляционного полиморфизма и мозаицизма. Также наблюдаются межпопуляционные различия по наличию или отсутствию добавочных хромосом, которые были выявлены не во всех исследованных популяциях чиpa (Фролов, 1986, 1991). Интересно также наблюдение автора, что в анадырcкoй популяции чира у самок только 5 клеток имеет добавочные хромосомы, тогда как у самцов они имеются во всех клетках.
Во всех случаях обнаружения B-хромосом у сиговых рыб разных видов обращает на себя внимание их морфологическое сходство. Это либо очень маленькие акроцентрические хромосомы, либо акроцентрики чуть побольше, сравнимые по размеру с самыми мелкими акроцентрическими хромосомами этого ряда (Ершов, Лайус, 1993). В редких случаях это могут быть крошечные метацентрики. Это обстоятельство заставляет предполагать, что морфологическое сходство добавочных хромосом объясняется сходством механизмов их возникновения в ходе эволюции соответствующих видов сиговых рыб. Скорее всего, столь малые по размерам В-хромосомы могли возникнуть как центрические фрагменты А-хромосом в ходе перестроек типа робертсоновских транслокаций между акроцентрическими или субтелоцентрическими хромосомами (Фролов, 1991,2000). Робертсоновские транслокации могут объяснить существование добавочных хромосом всех морфологических типов, обнаруженных у чира, сибирской ряпушки и сига
Интересным и мало изученным остается вопрос о половых хромосомах у рыб. У большинства исследованных видов лососевых рыб гетероморфные половые хромосомы не обнаружены. С другой стороны, в большинстве случаев не удалось выявить также и изоморфные хромосомы даже с помощью методов дифференциального окрашивания, в том числе и с помощью C-метода, эффективного для идентификации богатых гетерохроматином половых хромосом типа Y- (W-) (Ueda, 1983; Ueda, Ojima, 1983). Хотя лососевидные виды кариологически исследованы чуть ли не лучше рыб других систематических таксонов, данные о наличии у них цитогенетического механизма определения пола долгое время отсутствовали (Кирпичников, 1979), что позволяло предполагать существование изоморфных половых хромосом у лососевидных рыб, которые различаются только присутствием разных аллелей одного или нескольких, определяющих пол генов.
Однако более пристальные целенаправленные исследования четко разделенных по полу рыб, когда большинство кариотипов лососевидных рыб были уже описаны, дали положительные результаты. Применение методов С- и Q-окрашивания хромосом с целью выявления гетерохроматизации изоморфных хромосом в некоторых случаях привело к положительным результатам: в предполагаемых половых хромосомах были обнаружены гетероморфные гетерохроматиновые блоки. Эти данные в основном касаются некоторых видов лососевидных рыбр. Parasaiто поэтому мы не будем рассматривать их особо (Thorgaard, 1977, 1983; Gold, 1977; Uedo, Ojima, 1984). Макарование на города е ме напівмазна - В интересующем нас p. Coregonus система множественных половых хромосом по типу ХХ-Х??, была обнаружена у сибирской ряпушки С. sardinella (Фролов, 1990) с помощью метода С-окрашивания. Выявить систему половых хромосом у этого вида удалось потому, что у него самцы и самки имеют в кариотипе различное число двуплечих хромосом и, соответственно, различное число хромосомных плеч (NF). Помимо сибирской ряпушки наличие системы множественных половых хромосом было предположительно обнаружено у европейской ряпушки (Jankun et al., 1991), но в более поздней работе тех же авторов при проведении кариологического анализа особей строго по полам эти данные не подтвердились (Jankun et al., 1995).
. Суммируя полученные разными авторами данные по наличию или отсутствию половых хромосом у лососевидных рыб, можно сказать, что процесс дифференциации половых хромосом у них, а также их рыб из других таксонов существенно отличается от такового у других животных. Процесс протекает в филогенезе в два этапа. На первом происходит генетическая дифференциация изоморфных половых хромосом путем появления и фиксации в них разных аллелей одного гена или нескольких генов, определяющих пол. Если кариотип вида находится на этом этапе, то заметной гетерохроматизации половых хромосом в этом случае не происходит, и выявить их цитогенетическим путем или чрезвычайно трудно, или невозможно. Следующим этапом в эволюции половых хромосом у лососевых рыб является их морфологическая дифференциация. Она осуществляется путем однократных или нескольких мелких хромосомных перестроек типа делеций, что приводит к незначительным морфологическим различиям половых хромосом. Характерной чертой эволюции половых хромосом у лососевых рыб является ее независимость, что приводит к разнообразию систем определения пола не только в надвидовых таксонах, но и внутри одной внутриродовой системы. Об этом свидетельствуют уже полученные данные, о которых мы упоминали выше, у некоторых видов из разных родов лососевидных рыб (Фролов, 1990,2000).