Новости

  Полный текст автореферата (PDF 517 Kb)

Московский государственный университет
имени М.В. Ломоносова
Биологический факультет

На правах, рукописи

ПОПАДЬИН
Константин Юрьевич

ЭВОЛЮЦИЯ БЕСПОЛЫХ ЛИНИЙ: ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ

03.00.16 экология и 03.00.15 генетика

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре Общей Экологии Биологического факультета Московского Государственного Университета
имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель:
     доктор биологических наук, профессор А.М. Гиляров

Официальные оппоненты:
     кандидат биологических наук, В.В. Алешин
     доктор биологических наук, профессор В.П. Щербаков

Ведущая организация: Институт биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН

Защита состоится 12 мая 2005 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д.501.001.55 при Московском Государственном Университете имени. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, д. 1, корп. 12, МГУ, Биологический факультет, ауд. 389.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 12 апреля 2005 г.

Отзыв в двух экземплярах просим направлять по адресу: 199992, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Биологический факультет, каф. гидробиологии, Диссертационный совет Д.501.001.55.
Факс (095) 939-4309

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Эволюционная теория в основном развивалась применительно к организмам, размножающимся половым путем, в результате чего многие формулируемые в ее рамках представления (например, концепция вида) не могут быть непосредственно распространены на бесполые организмы. Определяя эволюцию как процесс накопления благоприятных мутаций и элиминации вредных, необходимо изучить особенности его протекания в бесполых популяциях и нерекомбинирующих участках ДНК: как они накапливают благоприятные мутации, насколько эффективно очищаются от вредных, и каков сам по себе темп мутирования бесполых линий по сравнению с половыми? Ответы на данные вопросы должны объяснить все еще нерешенную загадку доминирования полового размножения - а именно, почему большинство эукариотических видов имеет половое, а не бесполое размножение?

Цель и задачи исследования. Цель работы - выявить эколого-генетические особенности, присущие древним бесполым видам и нерекомбинирующим участкам ДНК, и рассмотреть их возможный адаптивный смысл. Конкретные задачи сводились к следующему:

1. проанализировать распределение вредных мутаций в бесполых популяциях, произошедших от половой популяции при различных мутационных параметрах (темп мутирования, коэффициент отбора против мутаций, коэффициент эпистаза);
2. выявить эколого-генетические особенности древних бесполых организмов на примере коловраток класса Bdelloidea и пресноводных ракушковых рачков семейства Darwinulidae;
3. выявить особенности строения и молекулярной эволюции Y хромосомы и митохондриального генома млекопитающих.

Научная новизна работы. Проблема эволюции в отсутствии полового размножения достаточно давно и обстоятельно обсуждалась (Maynard Smith, 1978; Bell, 1982; Stearns, 1988), однако, большинство важных экспериментальных данных, относящихся к этой области, появилось лишь в самое последнее время. Поэтому мы получили возможность использовать новые экспериментальные данные в контексте давно известных эволюционных теорий.

На основе анализа литературных данных с применением численных методов была сформулирована гипотеза происхождения бесполых видов, базирующаяся на особенностях распределения вредных мутаций в половых и бесполых популяциях, и объясняющая происхождение высоко приспособленных бесполых видов.

Впервые проведен параллельный анализ древних бесполых видов и древних нерекомбинирующих участков ДНК, в результате чего выявлены их общие особенности и возможный адаптивный смысл.

При сравнении протеин-кодирующих генов митохондрий млекопитающих и их ортологов у б-протеобактерий (гомологичных последовательностей ДНК, разошедшихся в результате специализации), получены свидетельства достаточно эффективного удаления слабо-вредных мутаций из митохондриальных геномов. Также, обнаружена тесная связь экологических (масса тела, включение вида в Красную книгу) и генетических (dN/dS) характеристик млекопитающих, что согласуется с эффективно-нейтральной теорией молекулярной эволюции.

Практическое значение работы. Для понимания индивидуальной предрасположенности человека к современным болезням мы должны понимать наше генетическое прошлое, что является целью новой дисциплины - эволюционной медицины (Ruiz-Pesini et al., 2004). Практический аспект данного исследования связан с изучением характеристик мутационно-селективного равновесия нерекомбинирующих участков ДНК человека, таких как митохондриальный геном и специфичный для самцов регион Y хромосомы. Неэффективное удаление или накопление слабо-вредных мутаций на нерекомбинирующих участках будет говорить о падении приспособленности и, следовательно, о большом вкладе данных участков в детерминацию болезней человека. Также, в связи с отсутствием рекомбинации и пониженной эффективной численностью именно в митохондриальном геноме и Y хромосоме ожидается повышенная скорость накопления мутаций старения - то есть множества вредных в пострепродуктивный период аллелей, зафиксировавшихся в популяции человека (Cortopassi, 2002). Картирование сайтов митохондриального генома, находящихся под разным давлением отбора, поможет выявлять мутации, ассоциированные с болезнями человека.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 28-ом лимнологическом конгрессе (Melbourne, Australia, 2001), на 1-ом и 2-ом рабочем совещании группы по изучению партеногенеза (PARTNER-1: Wageningen, The Netherlands, 2003; PARTNER-2: Valencia, Spain, 2004), на семинаре МОИП (Москва, 2004) и на научных семинарах Биологического факультета МГУ 'Популяционная и системная экология' (Москва, 2002; 2004). По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех глав, двух приложений и выводов. Содержание работы изложено на 100 страницах и включает 10 таблиц, 34 рисунка и 4 вставки. Список литературы состоит из 171 названия, в том числе 159 на иностранных языках.