Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kodomo.cmm.msu.ru/~Snegir/course1.doc Дата изменения: Sat Feb 25 14:54:40 2006 Дата индексирования: Mon Oct 1 23:39:12 2012 Кодировка: koi8-r

Курсовая работа



Студента второго курса факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им.
М.В. Ломоносова

Снегирёва Александра Викторовича


на тему:

«Эволюция числа ядрышкообразующих районов хромосом у животных»


Научный руководитель:
д.б.н. Зацепина О.В.





















Введение

Проблематика. Данная курсовая работа посвящена очень важным компонентам
клеточного ядра, без существования которых невозможен весь процесс синтеза
белка в эукариотической клетке, - ядрышкам (см. рис. 1). Ядрышки во
множестве производят рибосомы - клеточные «машины» синтеза белка. Как
известно, ядрышки образуются вокруг кластеров рибосомных генов (рДНК),
кодирующих основные классы рРНК (18 S, 5.8 S и 28S), которые получили
название ядрышковых организаторов или ядрышкообразующих районов хромосом
(ЯОР). Поэтому всестороннее изучение ядрышек является одним из ведущих
факторов развития современной биологии. Довольно много работ связано со
свойствами рибосомных генов, с функционально-морфологическими и
биохимическими аспектами их работы, с влиянием деятельности ядрышка на
жизнь клетки в целом и т.д., но крайне мало работ, в которых проводится
анализ изменения числа ЯОР у различных организмов разных таксономических
групп. Так, из лично мне известных работ по этой теме - это обзор Лонга и
Давида «Repeated genes in eukaryotes» двадцатипятилетней давности [1],
где представлены сводная таблица по числу и локализации рДНК и генов 5 S
РНК у ~ 30 различных видов живых организмов. Однако после этого обзора
новых работ об эволюции числа ЯОР у животных не было опубликовано ни в
отечественной, ни в зарубежной литературе. И это понятно: количество ЯОР
сильно варьирует не только у разных организмов, но и в клетках одного
организма, поэтому трудно находить соответствия между их числом и
свойствами определенных клеток и организмов в целом. Тем более необходимо
учитывать эволюционные моменты, например родственные отношения между
группами организмов разных видов, отделов, классов и т.д., степень сходства
их рибосомных генов. Предполагается, что межклеточные, межиндивидуальные и
межвидовые различия по числу и локализации ЯОР имеют важный биологический
смысл. Но до сих пор не удалось найти причины данного явления и решение
этой проблемы. В данном обзоре тоже нет ответов на эти вопросы, хотя
делаются предположения о путях дальнейших исследований в данной области,
сделаны попытки поиска корреляций между числом ЯОР и важным биологическими
параметрами видов, такими как продолжительность беременности, размеры
организма и др. Здесь в основном рассмотрены межклассовые (у позвоночных
животных) и межвидовые (на примере отряда Грызуны) различия в числе ЯОР, но
затронута и тема внутривидовых различий в числе ЯОР (на примере
лабораторных мышей).
Структура ядрышка. Для дальнейшего обсуждения проблемы необходимо знать
и понимать некоторые общие моменты, связанные с изучаемыми объектами.
Рассмотрим кратко структуру, свойства и функции компонентов ядрышек [2]. В
ядрышке выделяют три основные зоны: фибриллярный центр (ФЦ, в нём находится
неактивные гены рРНК ядрышка), плотный фибриллярный компонент (ПФК,
содержит транскрибируемую рДНК и созревающую рРНК) и гранулярный компонент
(ГК, где располагаются готовые субъединицы рибосом). Совокупностью ФЦ
ядрышка фактически соответствует ЯОР метафазных хромосом. ЯОР
располагаются во вторичных перетяжках хромосом, на которых в телофазе
происходит новообразование ядрышек интерфазного ядра. При новообразовании
ядрышки могут сливаться друг с другом, поэтому количество ядрышек обычно
меньше, чем число ЯОР. Получившиеся таким образом ядрышки имеют весь объём
генетической информации соединившихся ядрышек. ЯОР не является точечным
локусом хромосомы, а является множественным по своей структуре, содержит
несколько одинаковых генных участков, каждый из которых отвечает за
образование ядрышка (например, при разрыве хромосомы в области ЯОР каждая
из частей способна образовывать ядрышки). Число активных генов рРНК
постоянно на геном, оно не меняется в зависимости от уровня транскрипции
этих генов, при репликации ДНК происходит и удвоение числа генов рРНК.
Однако, существуют случаи, когда гены рРНК подвергаются избыточной
репликации для обеспечения продукции большего количества рибосом (если
необходимо быстро и сильно увеличить синтез белка), в результате образуются
экстрахромосомные рРНК, не связанные с ЯОР - происходит амплификация генов
рРНК (например, в ооцитах земноводных и других животных).
Структура рДНК. Синтез рРНК. При синтезе рРНК сначала образуется
молекула-предшественник 45S РНК, которая распадается на фрагменты (так
называемый процессинг): 28S, 18S и 5,8S РНК (молекула 5S РНК, тоже
участвующая в сборке рибосом, синтезируется независимо и локализация гена
5S рРНК не связана с ЯОР). С помощью электронного микроскопа удалось
увидеть рибосомные гены «в работе»: на депротеинизованных и сильно
распластанных препаратах ядрышек наблюдались структуры в виде «ёлочек»
(рис. 2). На нити рДНК располагаются молекулы фермента РНК-полимеразы I,
ответственные за синтез рРНК, от которых отходят нити-транскрипты из
синтезируемых молекул РНК. При этом самые длинные транскрипты находятся на
одной стороне «ёлочки» (соответствуют 45S РНК), а на противоположной
стороне транскрипция только начинается. Такой участок ДНК с транскриптами
называется транскрипционной единицей. Между транскрипционными единицами
находятся зоны спейсеров, имеющие нуклеосомное строение и не участвующие в
транскрипции. Такое чередование транскрипционных единиц со спейсерами и
определяет множественность рибосомных генов.
Активация ЯОР. В неактивной форме ЯОР представлен в виде одного
крупного фибриллярного центра, состоящего из рибосомных генов. В начале
активации ядрышка происходит деконденсация рибосомных генов на периферии
ФЦ, которые начинают транскрибироваться (синтезировать РНК). По мере
усиления транскрипции единый ФЦ распадается на ряд более мелких ФЦ,
связанных друг с другом декомпактизованными участками рДНК. При полной
активации ядрышка все ФЦ деконденсируются и получается, что зоны ПФК
содержат всю рДНК в активном состоянии. При инактивации ядрышка происходит
обратный процесс конденсации рДНК. Такое инактивированное ядрышко
структурно сходно с ЯОР в составе митотических хромосом. Процессы активации
и инактивации играют весомую роль при определении числа и местоположения
ЯОР.
Методы выявления ЯОР. Локализацию ЯОР можно довольно точно определить
на митотических хромосомах с помощью окраски солями серебра, имеющих
сродство к некоторым аргентофильным белкам ядрышка. Основными из них в
митозе являются РНК-полимераза I и ее специфический транскрипционный
фактор белок UBF. Этот метод получил название Ag-окраски или Ag-ЯОР окраски
хромосом. Показано, что аргентофильными свойствами обладают только ЯОР,
которые были активны в интерфазе, предшествующей митозу. Принято считать,
что максимальное число Ag-ЯОР соответствует общему числу ЯОР в кариотипе,
однако из этого правила есть многочисленные исключения. Более точным
является определение числа ЯОР методом молекулярной гибридизации in situ. В
первоначальном варианте для этого использовали метод радиоавтографии и
меченную тритием рРНК, которая при взаимодействии с денатурированной ДНК
в митотических хромосомах образует ДНК-рРНК-гибрид в тех местах, где
последовательности ДНК комплементарны рРНК. В этих участках и происходит
засвечивание фотографической эмульсии, т.е. появляются зерна
восстановленного серебра. Однако в настоящее время для молекулярной
гибридизации in situ используют нерадиографические методы и пробы рДНК,
меченные маленькими молекулами (биотином или дигоксигенином), которые
выявляются специфическими антителами, конъюгированными с флуорохромом. Этот
вариант гибридизации in situ получил название флуоресцентной гибридизации
(FISH). Сопоставление данных по окраске хромосом AgNO3 и FISH-метода
обнаружения рДНК показало, что Ag-окраска выявляет кластеры функционально-
активных рРНК генов, тогда как FISH-метод выявляет все ЯОР, включая
неактивные. Как увидим в дальнейшем, существование этих двух методов
является одной из причин несовпадения результатов по количеству и
локализации ЯОР.
Сборка рибосом. 60S рибосомная субъединица состоит из трёх фрагментов:
28S, 5,8S, 5S РНК. 40S рибосомная субъединица состоит из 18S РНК.
Субъединицы покидают ядрышко и через ядерные поры попадают в цитоплазму. Из
40S и 60S в цитоплазме образуется полная работающая 80S рибосома: сначала
40S субъединица связывается с иРНК, а затем и с большой субъединицей
(коэффициенты седиментации и механизм образования рибосом приведён для
эукариотических клеток).




[pic]
Рис. 1 Ультраструктура ядрышка




[pic]
Рис.2 Рибосомные гены



Цели и задачи

Главная цель данной работы - сделать некоторые предположения и выводы о
связи между числом ЯОР и общебиологическими различиями организмов, то есть
проследить эволюцию ЯОР на конкретных примерах организмов. Поэтому мы
выявили следующие основные задачи работы:
1. сравнение изменения числа ЯОР с изменением числа хромосом в диплоидном
наборе по классам организмов;
2. сравнение изменения числа ЯОР в эволюционном ряду: от беспозвоночных
до человека;
3. сравнение числа ЯОР в отдельно взятом отряде (Грызуны - в этом отряде
наибольший разброс числа ЯОР);
4. сравнение данных по числу ЯОР у домашней мыши Mus musculus.


Материалы и методы

В ходе работы была использована интернет база данных PubMed
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov). Все результаты, полученные в этой работе,
собраны из статей этой базы данных (см. список литературы). Также
использована некоторая дополнительная литература и статьи, указанные в
конце работы в списке литературы. В PubMed был произведен поиск по ключевым
словам: nucleolus (-ar) organizing (-er) region и некоторым другим,
связанным с ЯОР. При этом отбирались резюме статей, где указано число ЯОР в
конкретных видах или родах в нормальных (без патологий) клетках взрослых
животных. Как правило, число ЯОР производили в клетках костного мозга или
лимфоцитах, активированных к пролиферации. Метафазные пластинки хромосом
готовили по стандартной методике. Если в базе данных была ссылка на полную
бесплатную версию, то рассматривалась вся статья. Также во многих статьях
указывалась хромосомная локализация ЯОР, методы выявления ЯОР и число
хромосом на диплоидный набор. Данные о числе хромосом у разных видов также
вносили в таблицы.


Результаты и обсуждение

Полученные материалы (число ЯОР, локализация ЯОР, методы выявления ЯОР,
число хромосом в кариотипе вида, а также систематическое положение многих
организмов) были сведены в общую таблицу ? 1. Дадим необходимые пояснения к
этой таблице: ? - порядковый номер организма, введён для удобства; название
организма - в основном на латинском языке, иногда на английском, редко в
скобках указывается русское название рода или организма; метод - метод, с
помощью которого были получены результаты; число ЯО и ? хром. - число пар
хромосом с ЯОР или номера этих хромосом; число хром. - число хромосом на
диплоидный набор; ? статьи - номер, под которым следует искать источник
информации в списке литературы. Виды в таблице поделены согласно
таксономическим категориям: надкласс Рыбы, класс Земноводные, класс
Пресмыкающиеся, класс Млекопитающие, Беспозвоночные животные. Класс
Млекопитающие разделён на несколько отрядов.
Примечание. Отряды Парнокопытные (Artiodactyla) и Непарнокопытные
(Perissodactyla) и отряд Мозоленогие (Tylopoda) для удобства объединены под
названием Копытные животные.



Таблица ? 1. Число ЯОР у видов таксономических групп.

|? |название организма |метод |число ЯО (? ЯО- |Число |?статьи |
| | | |хромосом) |хром. | |
| | | | | | |
|Надкласс Рыбы (Pisces) |
|1 |Gymnotus carapo (гимнот) |Ag-окр. |1 | |17 |
|2 |Apteronotus albifrons |Ag-окр. |1 | |17 |
|3 |Sternopygus macrurus |Ag-окр. |1 | |17 |
|4 |Eigenmannia virescens |Ag-окр. |1 | |17 |
|5 |Salmo gairdneri |Ag-окр. |1 | |18, 24 |
| |(лососевые) | | | | |
|6 |Salmo brown trout |Ag-окр. |1-2 | |18 |
| |(лососевые) | | | | |
|7 |Salmo Atlantic salmon |Ag-окр. |1 | |18 |
| |(лососевые) | | | | |
|8 |Salvelinus fontinalis |Ag-окр. |4-6 | |18 |
|9 |Salvelinus lake trout |Ag-окр. |4-6 | |18 |
|10|Salvelinus arctic char |Ag-окр. |4-6 | |18 |
| |(голец) | | | | |
|11|Oncorhynchus tshawytscha |Ag-окр. |1 | |19 |
|12|Oncorhynchus kisutch |Ag-окр. |1 | |19 |
|13|Oncorhynchus keta (кета) |Ag-окр. |1 | |19 |
|14|Oncorhynchus nerka |Ag-окр. |1 | |19 |
| |(нерка) | | | | |
|15|Oncorhynchus gorbuscha |Ag-окр. |1 | |19 |
| |(горбуша) | | | | |
|16|Oncorhynchus masou |Ag-окр. |1 | |19 |
|17|Danio rerio |Ag-окр. |3 (? 1, 2, 8) |2n = 50|20 |
|18|Cobitis vardarensis |Ag и |2-5 |2n = 50|21 |
| |(вьюновые) |FISH | | | |
|19|Odontocheila confusa |Ag и |1-2 |2n = 22|22 |
| | |FISH | | | |
|20|Odontocheila nodicornis |Ag и |1-2 |2n = 36|22 |
| | |FISH | | | |
|21|Leporinus friderici |Ag-окр. |1 (? 2) |2n = 54|23 |
|22|Leporinus obtusidens |Ag-окр. |1 (? 2) |2n = 54|23 |
|23|Leporinus elongatus |Ag-окр. |1 (? 2) |2n = 54|23 |
|24|Umbra pygmaea |Ag и |4 |2n = 22|87 |
| |(евдошковые) |FISH | | | |
|25|Umbra limi (евдошковые) |Ag и |4 |2n = 22|87 |
| | |FISH | | | |
|26|Cobitis taenia (вьюновые)|Ag и |1 |2n = 48|38 |
| | |FISH | | | |
|27|Tinca tinca (линь) |Ag-окр. |1 (?3) | |84 |
|Класс Земноводные (Amphibia) |
|28|Odontophrynus |Ag-окр. |2 (?4,11) | |27 |
|29|Xenopus tropicalis |Ag-окр. |1 (?5) |2n = 20|26 |
|30|Xenopus epitropicalis |Ag-окр. |1 (?5) |2n = 20|26 |
|31|Rana blairi (лягушка) |Ag-окр. |1 (?10) |2n = 26|25 |
|Класс Пресмыкающиеся (Reptilia) |
|32|Coleodactylus amazonicus |Ag-окр. |1 |2n = 36|71 |
|Класс Млекопитающие (Mammalia) |
|Отряд Китообразные (Cetacea) |
|34|Tursiops truncatus |FISH |2 | | |
| |(афалина) | | | | |
|35|Stenella attenuata | |2 | |72 |
|36|Stenella longirostris | |2 | |72 |
|37|Stenella dubia | |2 | |72 |
|Копытные животные |
|38|Sus scrofa (свинья) |Ag и |2 (? 8,10) |2n = 38|73-79 |
| | |FISH | | | |
|39|Sus verrucosus |Ag-окр. |2 (? 8,10) | |77 |
|40|Sus celebensis |Ag-окр. |2 (? 8,10) | |77 |
|41|Sus salvanius |Ag-окр. |2 (? 8,10) | |77 |
|42|Indian muntjac |FISH |2 | |3 |
|43|Equus caballus (лошадь |Ag-окр. |3 (?1,26,31) |2n = 64|42 |
| |Пржевальского) | | | | |
|44|Bos taurus (бык) |Ag-окр. |5 (?2,3,4,11,29) |2n = 60|31 |
|45|Bubalus bubalus (буйвол) |Ag-окр. |5-6 |2n = 50|31, 32 |
| | | |(?3,4,6(8),23,24,(| | |
| | | |21)) | | |
|46|Swamp buffalo |Ag-окр. |5 (?4,8,20,22,23) |2n = 48|33 |
|47|Capra ibex (коза) |Ag-окр. |5 (?2,3,4,5,28) | |34 |
|48|Rupicapra rupicapra |Ag-окр. |5 (?1,2,4,5,28) | |34 |
| |(серна) | | | | |
|49|Bison bison (бизон) |Ag-окр. |5 (?2,3,4,11,28) | |34 |
|50|Lama glama (лама) |Ag-окр. |5 | |51 |
|51|Ovis aries (овца) |Ag-окр. |5 (?1,2,3,4(6),25)|2n = 54|61, 62, |
| | | | | |63 |
|Отряд Насекомоядные (Insectivora) |
|52|Talpa occidentalis (крот)|Ag и |1 (? 3) | |81 |
| | |FISH | | | |
|Отряд Сумчатые (Marsupialia) |
|53|Monodelphis domestica |Ag-окр. |1 (?Х, 5) |2n = 18|53 |
|54|Didelphidae (опоссумы) |Ag и |1 |2n = 14|40 |
| | |FISH | | | |
|55|Didelphidae (опоссумы) |Ag и |1 |2n = 18|40 |
| | |FISH | | | |
|56|Didelphidae (опоссумы) |Ag и |1 |2n = 22|40 |
| | |FISH | | | |
|57|Macropus rufogriseus |Ag-окр. |1 (?X) | |30 |
| |(гигантский кенгуру) | | | | |
|58|Potorous tridactylus (rat|FISH |1 (?X) |2n = 12|3, 13 |
| |kangaroo) | | | | |
|Отряд Рукокрылые (Chiroptera) |
|59|Artibeus lituratus |Ag и |3 (? 5,6,7) | |28 |
| | |FISH | | | |
|60|Artibeus jamaicensis |Ag и |3 (? 5,6,7) | |28 |
| | |FISH | | | |
|61|Artibeus fimbriatus |Ag и |3 (? 5,6,7) | |28 |
| | |FISH | | | |
|62|Artibeus cinereus |Ag и |3 (? 9,10,13) | |28 |
| | |FISH | | | |
|63|Desmodus rotundus |Ag и |1 (? 8) | |29 |
| |(вампиры) |FISH | | | |
|64|Diphylla ecaudata |Ag и |1 (? 13) | |29 |
| | |FISH | | | |
|65|Phyllostomus (копьенос) |Ag и |1 | |28 |
| | |FISH | | | |
|66|Phylloderma |Ag и |1 | |28 |
| | |FISH | | | |
|67|Trachops |Ag и |1 | |28 |
| | |FISH | | | |
|68|Tonatia |Ag и |1 | |28 |
| | |FISH | | | |
|69|Sturnira |Ag и |1 | |28 |
| | |FISH | | | |
|70|Platyrrhinus |Ag и |1 | |28 |
| | |FISH | | | |
|71|Glossophaga |Ag и |1 | |28 |
| | |FISH | | | |
|72|Fruit bat (Carollia |FISH |1 (?X) |2n = 20|3 |
| |perspicillata) | | | | |
|73|Carollia castanea |FISH |0 |2n = 22|3 |
|Отряд Приматы (Primates) |
|74|Gorillas (Gorilla |Ag-окр. |2 (?1,2) | |37 |
| |gorilla) | | | | |
|75|Orangutan (Pongo |Ag-окр. |8 | |37 |
| |pygmaeus) | |(?13,14,15,18,21,2| | |
| | | |2+2) | | |
|76|Gibbon (Hylobates |Ag-окр. |1 | |37 |
| |hoolock) | | | | |
|77|Human (Homo sapiens) |Ag-окр. |5 |2n = 46|43-49 |
| | | |(?13,14,15,21,(22)| | |
| | | |) | | |
|78|Orangutan (Pongo |Ag-окр. |9 (?11-17,22,23) |2n = 48|65 |
| |pygmaeus) | | | | |
|79|Tupaia glis |Ag-окр. |4 |2n = 60|7 |
|80|Tupaia belangeri |Ag-окр. |2 |2n = 62|7 |
|81|Tupaia chinensis |Ag-окр. |2 |2n = 62|7 |
|82|Chimpanzee (Pan |Ag-окр. |5 | |37 |
| |troglodytes) | |(?13,14,18,21,22) | | |
|83|Chimpanzee (Pan |FISH |9 (?15-23) | |37 |
| |troglodytes) | | | | |
|Отряд Зайцеобразные (Lagomorpha) |
|84|Oryctolagus cuniculus |Ag-окр. |4 (?13,16,20(21)) |2n = 44|60 |
| |(кролик) | | | | |
|Отряд Хищные (Carnivora) |
|85|Canis familiaris (собака)|Ag-окр. |2 (3+?Y) |2n = 78|35 |
|86|Canis familiaris (собака)|Ag-окр. |8 |2n = 78|36 |
| | | |(?5,8,14,16,19,21,| | |
| | | |32,37) | | |
|Беспозвоночные животные (Achordata) |
|87|Tapinoma nigerrimum |Ag и |1 (? 6) |n = 9 |82, 83 |
| | |FISH | | | |
|88|Tapinoma erraticum | |1-2 |n = 8 |83 |
|89|Melipona marginata |Ag-окр. |1 |2n = 18|52 |
| |(пчела) | | | | |
|90|Mellitobia australica |Ag-окр. |1 |2n = 12|52 |
| |(оса) | | | | |
|91|Cycloneda sanguinea |Ag-окр. |1 |2n = 18|52 |
|92|Euglossa sp. |Ag-окр. |5 |n = 21 |52 |
|93|Plebeia sp. |Ag-окр. |1 |2n = 34|52 |
|94|Parascaris univalens |Ag и |1 |2n = 2 |64 |
| |(нематода) |FISH | | | |
|95|Drosophila (плодовая |Ag-окр. |1 (? Х) | |41 |
| |муха) | | | | |
|96|Ixodes scapularis (клещ) |Ag-окр. |3 (? 7,10,Х) |2n = 28|50 |


На основании табличных данных можно сделать ряд наблюдений и выводов:
1. число хромосом с ЯО у рыб практически одинаково и равно одной паре
хромосом (хотя разброс даже до 6 пар хромосом), такое количество ЯОР
выявляется у 63% рассмотренных рыб. Как ни странно, но у рыб при
увеличении числа хромосом в диплоидном наборе количество ЯОР почти не
увеличивается, скорее можно было бы сказать, что оно уменьшается,
например, рыбы рода Leporinus (2n = 54) имеют 1 п.х. (пару хромосом) с
ЯО, тогда как рыбы рода Umbra (2n = 22) имеют 4 п.х. с ЯО, так что
соответствие общего числа ЯОР числу хромосом не прослеживается;
2. число хромосом с ЯОР у земноводных колеблется между одной и двумя
парами хромосом (у 75% - 1 п.х.), что-то определенное о корреляции
между числом ЯОР и хромосом сказать трудно из-за малого количества
материала по данной группе организмов;
3. единственный представитель рептилий в нашей подборке имеет одну пару
хромосом с ЯОР;
4. далее рассмотрим число ЯОР в отдельных отрядах млекопитающих:
1) отряд Китообразные: 2 п.х. с ЯОР;
2) у крупного рогатого скота 5 п.х. с ЯОР, у более мелких копытных
животных - 2 п.х. с ЯОР. Здесь, в общем, рассматриваемая тенденция к
увеличению числа ЯОР с увеличением генотипа тоже не прослеживается (у
крупных животных 2n = 48, 50, 54, 60, а число ЯОР остаётся постоянным),
так у лошади с самым большим хромосомным набором всего 3 п.х. с ЯОР;
3) у крота - 1 п.х. с ЯОР;
4) у сумчатых животных в основном 1 п.х. с ЯОР (80%);
5) у рукокрылых - от 0 до 3 п.х. с ЯОР, хотя одна п.х. с ЯОР встречается
в два раза чаще, чем другое число. Интересно, что у Carollia castanea
методом FISH не выявлено ни одной хромосомы с ЯОР. Поскольку организмы не
могут существовать без рДНК, транскрипция которой необходима для
образования рибосом, очевидно, данные об отсутствии ЯОР у данного вида
являются артефактом. Его появление можно объяснить сложностью выявления
ЯОР у Carollia castanea.
6) у приматов - от 1 до 8 (9) п.х. с ЯОР, рассматриваемая тенденция
прослеживается у высших приматов, у орангутана и шимпанзе число ЯОР
больше, чем у человека;
7) у кролика 3 п.х. с ЯОР;
8) у собаки - от 4 до 8 п.х. с ЯОР, с чем связан такой разброс
непонятно;

5. у беспозвоночных обычно одна п.х. с ЯОР (встречается у 70%), но их
число порой доходит до пяти (Euglossa, у которой самый большой генотип).
Итак, мы рассмотрели зависимость числа ЯОР от числа хромосом в
диплоидном наборе в разных таксономических группах. Почти с уверенностью
можно сказать, что строгой корреляции между числом ЯОР и хромосом не
наблюдается, а редкое её выполнение у некоторых групп организмов скорее
связано со случайными факторами.
Теперь решим задачи, поставленные во втором пункте раздела «Цели и
задачи»: сравним изменение ЯОР в эволюционном ряду организмов. На рис. 3
представлена схема, где показано среднее число ЯОР в крупных таксонах.
Если смотреть в общих чертах, то при осложнении организации животных
наблюдается увеличение числа ЯОР. Так, например, у млекопитающих их число
заметно больше, чем нижестоящих групп в эволюционной лестнице, а у
высокоорганизованных приматов их среднее число равно 5,4. Такое
увеличение ЯОР возможно связано с резким увеличением метаболических
процессов в клетках млекопитающих, в том числе синтезов белков на
рибосомах, связанное также с переходом данной группы к теплокровности.
Различия в отделах млекопитающих по числу ЯОР может быть результатом
широкого распространения этих животных, различия их ареалов и форм
обитания, активности их жизни, длительности беременности, частоты
размножения, размеров тела, численности потомства. Так у крупных Копытных
животных и приматов - самое большое среднее число ЯОР. В тоже время у не
менее крупных представителей отряда Китообразных их среднее число равно
2,0. Те же животные имеют самых длинных период беременности, хотя у
лошади этот период равен 11 месяцев, а число ЯОР тем не менее равно 3. У
хищных животных, ведущих активных образ жизни и также, в общем,
являющимися крупными животными, число ЯОР велико, а у неактивных
насекомоядных и рукокрылых - крайне мало. У активно размножающихся
животных (грызуны, кролики) число ЯОР занимает промежуточное значение, а
у редко размножающихся - крайние. Грызуны и кролики ещё являются и
мелкими животными, также как рукокрылые и насекомоядные. При этом
значение 6,0 числа ЯОР у хищных не следует воспринимать всерьёз, так как
оно получено как среднее арифметическое двух несовпадающих данных по
числу ЯОР у одного организма - собаки, но известно, что, например, у
кошки число ЯОР равно 2, так что средним числом ЯОР у хищных является что-
то между числом ЯОР у приматов и грызунов. Промежуточное положение хищных
по числу ЯОР подтверждает таблица ? 2.

Таблица ?2. Сравнение жизненных параметров и числа ЯО у отделов
млекопитающих.

|Отдел |Б |Р |А |ИР |ПЖ |ЯО |
|Насекомоядные|v |v |v |^ |v |1,0|
|Сумчатые |v |^v|v |^v |v |1,2|
|Рукокрылые |v |v |v |v |^ |1,5|
|Грызуны |v |v |^ |^ |v |2,7|
|Зайцеобразные|v |v |^ |^ |v |3,0|
|Хищные |^v|^v|^ |^v |^ |6? |
|Китообразные |^ |^ |v |v |^ |2,0|
|Копытные |^ |^ |v |v |^ |3,8|
|Приматы |^ |^ |v |v |^ |5,4|

Здесь Б - продолжительность беременности, Р - размер животного, А -
активность и подвижность, ИР - интенсивность размножения, ПЖ -
продолжительность жизни, ЯО - среднее число пар хромосом с ядрышковым
организатором.
Сопоставляя табличные данные можно выделить три группы организмов:
1. с высокой интенсивностью размножения и активностью: грызуны,
зайцеобразные.
2. с продолжительным периодом беременности и с крупными
размерами: копытные, приматы, китообразные, а также хищные -
переходная форма между 1. и 2.
3. все остальные, с малыми активностью, относительно коротким
периодом беременности и небольшими размерами.
При этом, как видно из таблицы, у животных 3-ей группы число ЯОР
колеблется от 1 до 1,5, то есть мало; у животных 1-ой группы оно
стремится к 2,5-3; у животных 2.-группы оно больше 3,8. Исключение
составляют китообразные, у которых два ЯОР, но, например, у свиньи,
кошки, некоторых приматов их тоже два, что только подтверждает правило о
том, что сравнение средних значений порой приводит к неполному
рассмотрению и пониманию картины. И, тем не менее, это дало вполне
наглядный результат без применения каких-либо сложных математических
формул. Как результат, мы получили не строгую, но наглядную и ясную
модель, где ряд параметров организма приводится в соответствие с числом
ЯОР. Конечно, можно было бы рассмотреть ещё некоторые параметры, но это
бы только усложнило восприятие информации. Здесь мы не станем вдаваться в
подробности насчёт изменения числа ЯОР у более низших позвоночных, так
как эта тема очень сложна, а информационная база недостаточна, чтобы
делать какие-либо выводы. Возможно, тут играют роль те же параметры, но
несколько изменённые (например, вместо периода беременности - период
созревания яйца), что и у млекопитающих.



[pic]
Рис. 3 Схематичное изображение таксономических групп и среднего значения
числа ЯОР в каждой группе.

Теперь перейдём к разбору отдела Грызуны с наиболее вариабельным числом
ЯОР. С чем же связана такая изменчивость? В первую очередь стоит
покритиковать методы выявления ЯОР: даже вроде бы аккуратный FISH-метод
может дать у разных исследователей разные результаты. Во-первых, у методов
существует ряд модификаций, что может быть причиной расхождений между
данными, полученными разными авторами. Особенно много модификаций у метода
серебрения, что делает этот и без того неточный метод (о неточности см. во
введении) ещё и очень вариабельным, что в полной мере проявляется при
анализе числа ЯОР у Грызунов. Очень сложно сравнивать такие данные, но
вероятно в этом виновны не только методы. Число ЯОР изменяется от 0 до 11
(см. таблицы ? 3 и ? 4). При этом стоит учесть, что в статьях иногда
описывают все хромосомы, на которых ЯОР выявляется в серии опытов, а разные
опыты могут показать ЯОР на разных хромосомах, а среднее число ЯОР указать
забывают. Так, 11 хромосом у мыши - результат такой забывчивости (конечно,
их не 11, а значительно меньше). Во-вторых, Ag-метод пользуется несравненно
большим спросом из-за своей простоты, быстроты и дешевизны, и мы должны
довольствоваться большей частью сомнительными результатами. В-третьих,
действительно, в разных клетках одного организма может выявляться разное
число ЯОР, но и данный феномен скорее есть методическая ошибка (все клетки
организма тотипотентны и содержат всю полноту генетической информации, в
том числе всю рДНК). Наиболее стабильны данные по числу ЯОР у крысы Rattus
norvegicus - все сходятся во мнении, что у неё 3 п.х. с ЯОР. Также 3 п.х.
с ЯОР имеют виды рода Mus (кроме Mus musculus, об этом позже) и кактусовый
хомячок (FISH), полёвки имеют 1 п.х. с ЯОР, сони и лемминги - 2 п.х. с ЯОР.
Расхождения в числе ЯОР обнаружены у двух видов хомячков - сирийского и
китайского. При выявлении ЯОР у китайского хомячка были использованы оба
метода: Ag-метод показал активные ЯОР на ? 4 и 5 хромосом, тогда как FISH-
метод в двух других случаях, кроме 4 и 5, показал также ЯОР на хромосомах 6
и X. У сирийского хомячка в одном случае Ag-методом было выявлено 5 п.х. с
ЯОР, а в другом - тоже 5 п.х. с ЯОР: ? 6, 9, 16, 17, 19, но в этом случае
иногда ЯОР выявлялись и на 2, 10 и 13 хромосомах. Результаты по грызунам
ещё раз подтверждают, что число ЯОР не зависит от числа хромосом в
диплоидном наборе: у Microtus agrestis (2n = 50) вообще не найдено ЯОР,
тогда как у Akodon arviculoides (2n = 14) они обнаружены на 4 п.х.



Таблица ?3. Число ЯОР у грызунов (Rodentia).

|? |Название организма |Метод |число ЯОР |число |?статьи|
| | | |(?ЯО-хромосомы) |хром. | |
| | | | | | |
|1 |Mus spretus | |3 (?4,13,19) | |56 |
|2 |Rattus norvegicus |Ag-окр. |3 (?3,11,12) |2n = 42|66,70 |
| |(крыса) | | | | |
|3 |Rattus norvegicus |Ag-окр. |3 |2n = 42|67,68,6|
| |(крыса) | | | |9 |
|4 |Chinese hamster |Ag-окр. |2 (?4,5) |2n = 22|5 |
| |(Cricetulus griseus) | | | | |
|5 |Eliomys quercinus |Ag-окр. |2 | |6 |
| |(садовая соня) | | | | |
|6 |Akodon arviculoides |Ag-окр. |4 (?3,4,5,X) |2n = 14|8 |
|7 |Chinese hamster |FISH |4 (?4,5,6,X) |2n = 22|13 |
| |(Cricetulus griseus) | | | | |
|8 |Syrian hamster |Ag-окр. |5 |2n = 44|12 |
| |(Mesocricetus auratus) | | | | |
|9 |Phodopus sungarus |Ag-окр. |4 |2n = 28|12 |
| |(джунгарский хомячок) | | | | |
|10|Myopus schisticolor |Ag и |2 (?5,12) | |15 |
| |(лемминг) |FISH | | | |
|11|Microtus |Ag-окр. |1 (?16) | |16 |
| |rossiaemeridionalis | | | | |
| |(полёвка | | | | |
| |восточноевропейская) | | | | |
|12|Microtus transcaspicus |Ag-окр. |1 (?11) | |16 |
| |(полёвка) | | | | |
|13|Mus platythrix | |3 (?5,8,12) |2n = 26|57 |
|14|Syrian hamster |Ag-окр. |5-8 |2n = 44|80 |
| |(Mesocricetus auratus) | |(?6,9,16,17,19 | | |
| | | |(2 10 13)) | | |
|15|Trichomys apereoides |Ag-окр. |1 (?1) |2n = 30|85 |
|16|Cricetulus migratorius |Ag-окр. |4 (?2,4,6,7,8) | |39 |
| |(армянский хомячок) | | | | |
|17|Microtus agrestis |FISH |0 |2n = 50|3 |
| |(тёмная полёвка) | | | | |
|18|Peromyscus eremicus |FISH |3 (?8,9,10) |2n = 48|3 |
| |(cactus mouse) | | | | |
|19|Chinese hamster |FISH |4 (?4,5,6,X) |2n = 22|3 |
| |(Cricetulus griseus) | | | | |
|20|Apodemus (wood mice) | |1- 2 | |86 |


Теперь отдельно изучим поведение числа ЯОР у мыши Mus musculus, где их
число колеблется от 3 до 11 (таблица ? 4). Как правило, при определении
числа ЯОР используют метод серебрения, что привносит дополнительные
трудности в оценку их числа. Но только ли в этом причина? Возможно, такие
несоответствия - это свойство самих рибосомных генов, которые относятся к
умеренно повторяющимся генам и подвержены генетической рекомбинации. Однако
это может быть связано с высокой плодовитостью мышей и другими характерными
для грызунов признаками.

Таблица ? 4. Лабильность ЯОР у мыши (2n = 40).

|? |Название |Метод |число ЯОР (? |?статьи|
| |организма | |ЯО-хромосом) | |
| | | | | |
|1 |Mus musculus |Ag-окр|11 |55 |
| | |. |(?4,8,9,10,11,12,15,16,1| |
| | | |7,18,19) | |
|2 |Mus musculus |Ag-окр|3 (?15,18,19) |11 |
| | |. | | |
|3 |Mus musculus |Ag-окр|4--7 |9 |
| | |. | | |
|4 |Mus musculus |Ag-окр|5 |10 |
| | |. | | |
|5 |Mus musculus |Ag-окр|6 (?12,15,16,17,18,19) |54 |
| | |. | | |
|6 |Mus musculus |Ag-окр|5 (?12,15,16,17,18) |58 |
| | |. | | |
|7 |Mus musculus | |8 (?5,6,9,12,17,18,19,X)|59 |
|8 |Mus musculus |Ag-окр|4 (?12,15,16,18) |35 |
| | |. | | |

























Рис. 4 Ag-ЯОР окраска метафазных пластинок хромосом, полученных из
фибробластов мыши линии L. - стрелками указаны 9 Ag-ЯОР.








































Рис. 5 Гибридизация in situ с пробами рДНК метафазных хромосом из
фибробластов мыши культуры L. Синий цвет - окраска хромосом ДАПИ, красный
цвет - FISH-сигналы. Стрелки - FISH-ЯОР, большая стрелка указывает на
хромосому с асимметричным ЯОР.


Выводы

На основании результатов и их обсуждения можно сделать выводы, то есть
дать ответы на задачи, поставленные вначале работы:
1. Число ЯОР не зависит от числа хромосом на клетку. Данный факт
доказан рядом примеров - прямого соответствия нет.
2. Число ЯОР, как правило, увеличено у организмов с более высокой
организацией и, очевидно, является эволюционно благоприятным
признаком.
3. Сравнение основных методов выявления ЯОР показало, что FISH -
более предпочтителен, поскольку позволяет выявлять все ЯОР в
кариотипе вида. При этом Ag-метод остаётся по-прежнему главным
методом выявления ЯОР у животных.
4. Сравнение ЯОР в отдельно взятом отряде показало, что даже в
небольших таксономических единицах число ЯОР может заметно
отличаться у разных видов.
5. У мыши вида Mus musculus по данным разных авторов число ЯОР
сильно различается. Определение их числа с помощью FISH может
являться предметом будущих исследований.



Литература

1. Eric O. Long, Igor B. Dawid (1980) Ann. Rev. Biochem. 49: 727-64
2. Ю.С. Ченцов «Введение в клеточную биологию», ИКЦ «Академкнига», 2004
3. Hsu TC, Spirito SE, Pardue ML. (1975) Chromosoma 53: 25-36
4. А.С. Графодатский, С.И. Раджабли «Хромосомы сельскохозяйственных и
лабораторных млекопитающих», «Наука», Новосибирск, 1988
5. Ray M. Cytobios. 1979;25(97):37-43
6. Zurita F, Jimenez R, Diaz de la Guardia R, Burgos M. Chromosome Res.
1999;7(7):563-70
7. Toder R, von Holst D, Schempp W. Cytogenet Cell Genet. 1992;60(1):55-9
8. Yonenaga-Yassuda Y, Assis Mde F, Kasahara S, L'Abbate M, Souza MJ.
Cytogenet Cell Genet. 1983;35(2):143-7
9. Chaudhuri A, Ghosh S. J Cancer Res Clin Oncol. 1983;106(3):192-4
10. Mirre C, Knibiehler B. J Cell Sci. 1982 Jun;55:247-59
11. Spence MA, Luthardt FW. Cytogenet Cell Genet. 1975;15(4):276-80
12. Bigger TR, Savage JR. Cytogenet Cell Genet. 1976;16(6):495-504
13. Blin N, Stohr M, Hutter KJ, Alonso A, Goerttler K. Chromosoma.
1982;85(5):723-33
14. Olmos S, Reinoso MF, Marquez MG, Roux ME. Metabolism. 2001
Sep;50(9):1025-9
15. Liu WS, Fredga K. Chromosome Res. 1999;7(3):235-40
16. Mazurok NA, Rubtsova NV, Isaenko AA, Nesterova TB, Meier MN, Zakiian
SM. Genetika. 1998 Aug;34(8):1073-80
17. Foresti F, Almeida Toledo LF, Toledo SA. Cytogenet Cell Genet.
1981;31(3):137-44
18. Phillips R, Ihssen PE. Can J Genet Cytol. 1985 Aug;27(4):433-40
19. Phillips RB, Zajicek KD, Utter FM. Can J Genet Cytol. 1986
Aug;28(4):502-10
20. Daga RR, Thode G, Amores A. Chromosome Res. 1996 Jan;4(1):29-32
21. Rabova M, Rab P, Ozouf-Costaz C. Genetica. 2001;111(1-3):413-22
22. Proenca SJ, Serrano AR, Collares-Pereira MJ. Genetica. 2002
Apr;114(3):237-45
23. Koehler MR, Dehm D, Guttenbach M, Nanda I, Haaf T, Molina WF, Galetti
PM Jr, Schmid M. Chromosome Res. 1997 Feb;5(1):12-22
24. Ueda T, Sato R, Kobayashi J. Jpn J Genet. 1988 Jun;63(3):219-26
25. Ward OG. Can J Genet Cytol. 1977 Mar;19(1):51-7
26. Tymowska J, Fischberg M. Cytogenet Cell Genet. 1982;34(1-2):149-57
27. Ruiz IR, Soma M, Becak W. Cytogenet Cell Genet. 1981;29(2):84-98
28. Santos N, Fagundes V, Yonenaga-Yassuda Y, De Souza MJ. Hereditas.
2002;136(2):137-43
29. Santos N, Fagundes V, Yonenaga-Yassuda Y, De Souza MJ. Hereditas.
2001;134(3):189-94
30. Dhaliwal MK, Pathak S, Shirley LR, Flanagan JP. Cytobios.
1988;56(224):29-38
31. Di Berardino D, Arrighi FE, Kieffer NM. J Hered. 1979 Jan-Feb;70(1):47-
50
32. Di Berardino D, Iannuzzi L, Bettini TM, Matassino D. Can J Genet
Cytol. 1981;23(1):89-99
33. Di Berardino D, Iannuzzi L. J Hered. 1981 May-Jun;72(3):183-8
34. Mayr B, Tesarik E, Auer H, Burger H. Genetica. 1987 Dec 15;75(3):207-
12
35. Pathak S, Van Tuinen P, Merry DE. Cytogenet Cell Genet. 1982;34(1-
2):112-8
36. Shibasaki Y, Poulsen BS, Johansen B, Ronne M. In Vivo. 1990 Jul-
Aug;4(4):243-6
37. Cavagna P, Marzella R, Rocchi M, Chiarelli B. Somat Cell Mol Genet.
1998 Sep;24(5):303-6
38. Boron A. Genetica. 1999;105(3):293-300
39. Pathak S, Lau YF, Drwinga HL. Chromosoma. 1979 Jun 21;73(1):53-60
40. Svartman M, Vianna-Morgante AM. Genetica. 2003 May;118(1):11-6
41. Privitera E. Chromosoma. 1980;81(3):431-7
42. Romagnano A, Richer CL, Messier PE, Jean P. Cytobios. 1987;49(196):23-
30
43. Verma RS, Rodriguez J, Shah JV, Dosik H. Mol Gen Genet.
1983;190(2):352-4
44. Martin AO. Stain Technol. 1985 Sep;60(5):275-84
45. Miller OJ, Miller DA, Dev VG, Tantravahi R, Croce CM. Proc Natl Acad
Sci U S A. 1976 Dec;73(12):4531-5
46. Tantravahi R, Miller DA, Dev VG, Miller OJ. Chromosoma. 1976 Jun
30;56(1):15-27
47. Mikelsaar AV, Schmid M, Krone W, Schwarzacher HG, Schnedl W. Hum
Genet. 1977 Jun 10;37(1):73-7
48. Goodpasture C, Bloom SE, Hsu TC, Arrighi FE. Am J Hum Genet. 1976
Nov;28(6):559-66
49. Ozen M, Hopwood VL, Pathak S. Am J Med Genet. 1995 Nov 6;59(2):225-8
50. Chen C, Munderloh UG, Kurtti TJ. J Med Entomol. 1994 May;31(3):425-34
51. Mayr B, Auer H, Schleger W, Czaker R, Burger H. J Hered. 1985 May-
Jun;76(3):222-3
52. Maffei EM, Pompolo SG, Silva-Junior JC, Caixeiro AP, Rocha MP, Dergam
JA. Cytobios. 2001;104(406):119-25
53. Merry DE, Pathak S, VandeBerg JL. Cytogenet Cell Genet. 1983;35(4):244-
51
54. Dev VG, Tantravahi R, Miller DA, Miller OJ. Genetics. 1977 Jun;86(2
Pt. 1):389-98
55. Suzuki H, Kurihara Y, Kanehisa T, Moriwaki K. Mol Biol Evol. 1990
May;7(3):271-82
56. Winking H, Nielsen K, Gropp A. Cytogenet Cell Genet. 1980;26(2-4):158-
64
57. Yosida TH. Cancer Genet Cytogenet. 1981 Apr;3(3):211-20
58. Oud JL, Reutlinger AH. Chromosoma. 1981;81(4):569-78
59. Rowe LB, Janaswami PM, Barter ME, Birkenmeier EH. Mamm Genome. 1996
Dec;7(12):886-9
60. Martin-DeLeon PA, Petrosky DL, Fleming ME. Can J Genet Cytol. 1978
Sep;20(3):377-82
61. Henderson LM, Bruere AN. Cytogenet Cell Genet. 1977;19(6):326-34
62. Di Meo GP, Iannuzzi L, Perucatti A, Ferrara L. Cytobios. 1993;75(302-
303):183-90
63. Fernandez-Garcia JL, Martinez-Trancon M, Rabasco A, Padilla JA. Genes
Genet Syst. 1998 Feb;73(1):45-50
64. Gonzalez-Garcia JM, Rufas JS, Antonio C, Suja JA. Chromosoma. 1995
Dec;104(4):287-97
65. Andrle M, Fiedler W, Rett A, Ambros P, Schweizer D. Cytogenet Cell
Genet. 1979;24(1):1-6
66. Kano-Tanaka K, Tanaka T. Int J Cancer. 1982 Oct 15;30(4):495-501
67. Zybina TG, Zybina EV. Tsitologiia. 1989 Nov;31(11):1292-305
68. Sasaki M, Nishida C, Kodama Y. Cytogenet Cell Genet. 1986;41(2):83-8
69. Miller OJ, Tantravahi R, Miller DA, Yu LC, Szabo P, Prensky W.
Chromosoma. 1979 Feb 21;71(2):183-95
70. de Lucca EJ, Dhaliwal MK, Furlong CL, Pathak S. Cytobios. 1990;62(250-
251):153-60
71. Dos Santos RM, Bertolotto CE, Pellegrino KC, Rodrigues MT, Yonenaga-
Yassuda Y. Cytogenet Genome Res. 2003;103(1-2):128-34
72. Stock AD. Cytogenet Cell Genet. 1981;31(2):91-100
73. Vagner-Capodano AM, Henderson AS, Lissitzky S, Stahl A. Biol Cell.
1984;51(1):11-22
74. Mellink CH, Bosma AA, De Haan NA. Hereditas. 1994;120(2):141-9
75. Schwarzacher T, Mayr B, Schweizer D. Chromosoma. 1984;91(1):12-9
76. Liu WS, Lu XZ, Qiu H. Anim Genet. 1995 Oct;26(5):293-8
77. Mellink CH, Bosma AA, de Haan NA, MacDonald AA. Anim Genet.
1992;23(3):231-9
78. Czaker R, Mayr B. Experientia. 1980 Dec 15;36(12):1356-7
79. Popescu CP, Boscher J, Malynicz GL. Ann Genet. 1989;32(3):136-40
80. Urmanova MA, Tsareva AA. Tsitologiia. 1996;38(6):646-9
81. Zurita F, Jimenez R, Burgos M, de la Guardia RD. J Cell Sci. 1998
May;111 ( Pt 10):1433-9
82. Lorite P, Aranega AE, Luque F, Palomeque T. Heredity. 1997 Jun;78 ( Pt
6):578-82
83. Palomeque T, Chica E, Cano MA, Diaz de la Guardia R. Genome. 1988
Apr;30(2):277-80
84. Padilla JA, Fernandez-Garcia JL, Rabasco A, Martinez-Trancon M,
Rodriguez de Ledesma I, Perez-Regadera JJ. Cytogenet Cell Genet.
1993;62(4):220-3
85. Souza MJ, Yonenaga-Yassuda Y. Cytogenet Cell Genet. 1982;33(3):197-203
86. Boeskorov GG, Kartavtseva IV, Zagorodniuk IV, Belianin AN, Liapunova
EA. Genetika. 1995 Feb;31(2):185-92
87. Rab P, Crossman EJ, Reed KM, Rabova M. Cytogenet Genome Res. 2002;98(2-
3):194-8