РАЗНООБРАЗИЕ ЖИЗНЕННЫХ ЦИКЛОВ И ИХ РОЛЬ В ЭВОЛЮЦИИ БАЗОВОГО ЧИСЛА ХРОМОСОМ ГАПЛОИДНЫХ ГЕНОМОВ У РАЗНЫХ ТИПОВ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

В работе представлены результаты сравнительного анализа базовых чисел хромосом гаплоидных геномов у видов четырех отделов голосеменных растений (Gymnospermae), трех семейств покрытосеменных растений (Anthophyta), трех подклассов млекопитающих (Mammalia), различающихся по типу их жизненного цикла. Результаты проведенного анализа показали, что виды голосеменных и покрытосеменных растений с чередованием гапло-диплоидных фаз, спорической мейотической редукцией, гермафродитным определением пола и доминированием спорофита имеют малые базовые числа хромосом (х= 7–4), а большинство их видов являются полиплоидами.

Виды разных подклассов млекопитающих с доминированием спорофита, гаметической мейотической редукцией, раздельнополых с хромосомным наследованием пола существенно различаются по базовому числу хромосом. Виды Monotremata (яйцекладущие) имеют малое базовое число хромосом (5–) и уровень плоидности 10х, размах изменчивости среди видов Marsupialia (сумчатые) равен х = 5–6, а у Euarchontoglires (плацентарные) –х= 3–1. У сумчатых и плацентарных полиплоиды не обнаружены.

С помощью дифференциального окрашивания хромосом и различных методов флюоресцентной гибридизации хромосомоспецифических проб установлено, что эволюция базового числа хромосом у покрытосеменных растений сопровождалась неоднократной гибридизацией и полиплоидизацией малохромосомных видов с последующей дисплоидизацией посредством слияния негомологичных хромосом и реципрокных транслокаций. Полагают, что базовое число прародителя покрытосеменных видов не превышало 3– хромосом.

Результаты молекулярных и цитологических исследований у плацентарных и сумчатых видов млекопитающих показали, что изменение базовых чисел хромосом у них также происходило посредством слияний негомологичных хромосом и реципрокных транслокаций. Полагают, что базовое число хромосом прародителя плацентарных было в пределах х= от 40 до 50, у сумчатых 16–0, а у яйцекладущих 5–. Наличие существенных различий базовых чисел хромосом у прародителей трех разных подклассов млекопитающих, разошедшихся в эволюции несколько десятков млн лет назад, позволяет предположить, что в эволюции базовых чисел хромосом у прародителей сумчатых и плацентарных имела место полиплоидия с последующей дисплоидией. У проанализированных видов живых организмов установлена определенная взаимосвязь между типом их жизненного цикла и базовым числом хромосом.

Результаты проведенных исследований указывают на то, что основным фактором обнаруженных различий по базовому числу хромосом у проанализированных видов , различающихся по типу жизненного цикла, являются генетические различия их в определении пола, и значительно меньшее влияние на этот процесс оказывает продолжительность гапло-диплоидных фаз.

1. Авдулов Н.П. Кариосистематическое исследование семейства злаков // Тр. по прикл. ботан., генет. и селекции. Приложение 44 Л.: ВАСХНИЛ. Ин-т растениеводства, 1931. 428 с.

2. Богданов Ю.Ф. Изменчивость и эволюция мейоза // Генетика. 2003. Т. 39. № 4. С. 453–473.

3. Болховских З.В., Гриф В.Г., Захарьева О.И., Матвеева Т.С. Хромосомные числа цветковых растений / Под ред. А.Н. Федорова. Л.: Наука, 1969. 920 с.

4. Голиченков В.А., Иванов Е.А., Никерясова Е.Н. Эмбриология. М.: Издат. центр «Академия», 2004. 224 с.

5. Курсанов Л.И., Комарницкий Н.А., Раздорский В.Ф., Уранов А.А. Анатомия и морфология растений. Т. 1. М.: Просвещение, 1966. 423 с.

6. Львова И.Н. Пол у растений. М.: Изд-во МГУ, 1963. 56 с.

7. Муратова Е.Н., Круклис М.В. Хромосомные числа голосеменных растений. Новосибирск: Наука, 1988. 120 с.

8. Поддубная-Арнольди В.А. Общая эмбриология покрытосеменных растений. М.: Наука, 1964. 482 с.

9. Райков И.Б. Ядро простейших. Морфология и эволюция. Л.: Наука, 1978. 327 с.

10. Райков И.Б. Новые данные о мейозе у простейших // Генетика, биохимия и цитология мейоза. М.: Наука, 1982. С. 75–80.

11. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. Т. 1. М.: Мир, 1990а. 347 с.

12. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. Т. 2. М.: Мир, 1990б. 344 с.

13. Соколов В.Е. Систематика млекопитающих. М.: Высш. шк., 1973. 432 с.

14. Цвелев Н.Н. Злаки СССР. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1976. 788 с.

15. Щапова А.И. Эволюция базового числа хромосом в семействе злаковых (Poaceae Barnh) // Вавилов. журн. генет. и селекции. 2011. Т. 15. № 4. С. 769–780.

16. Atlas of Mammalian Chromosomes / Eds. S.J. O’Brien, J.C. Menninger, W.G. Nash. Willey and Sons, 2006. 714 p.

17. Beklemisheva V.R., Romanenko S.A., Biltueva L.S. et al. Reconstruction of karyotype evolution in core Glires. I. The genome homology revealed by comparative chromosome painting // Chromosome Res. 2011. V. 19. P. 549–565.

18. Bennetzen J.L., Freeling M. The unifi ed glass genome: synergy in synteny // Genome Res. 1997. V. 7. P. 301–306.

19. De Leo A.A., Guedelha N., Toder R. et al. Comparative chromosome painting between marsupial order: relationships with a 2n = 14 ancestral marsupial karyotype // Chromosome Res. 1999. V. 7. P. 509–517.

20. Gaut B.S., Doebley J.F. DNA sequence evidence for the segmental allotetraploid origin of maize // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. P. 6808–6814.

21. Gomez M.I., Islam-Faridi M.N., Zwick M.S. et al. Tetraploid nature of Sorghum bicolor (L.) Moench // J. Hered. 1998. V. 89. P. 188–190.

22. Graphodatsky A.S., Yang F., O’Brien P.C.M. et al. A comparative chromosome map of the Arctic fox, red fox and dog defi ned by chromosome painting and high resolution G-banding // Chromosome Res. 2000a. V. 8. P. 253–263.

23. Graphodatsky A.S., Yang F., Serdukova N. et al. Dog chromosome-specifi c paints reveal evolutionary inter-and intrachromosomal rearrangements in the American mink and human // Cytogenet. Cell Genet. 2000b. V. 90. P. 275–278.

24. Grutzner F., Rens W., Tsend-Ayush F. et al. In the platypus a meiotic chain of ten chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes // Nature. 2004. V. 432. P. 913–917.

25. Guerra M. Chromosome numbers in plant cytotaxonomy: concepts and implication // Cytogenet. Genome Res. 2008. V. 120. P. 339–350.

26. Hipp A.I. Non uniform processes of chromosome evolution in sedges (Carex: Cyperaceae) // Evolution Int. J. Org. Evol. 2007. V. 61. P. 2175–2199.

27. Kowalski S.P., Lan Tien-Hung, Feldmann K.A., Paterson A.H. Comparative mapping of Arabidopsis thaliana and Brassica oleracea chromosomes reveals islands of conserved organization // Genetics. 1994. V. 138. P. 499–510.

28. Kulemzina A.I., Nie W., Trifonov V.A. et al. Comparative chromosome painting of four Siberian Vespertilionidae species with Aselliscus stoliczkanus and Human probes // Cytogenet Genome Res. 2011a. V. 134. P. 200–205.

29. Kulemzina A.I., Yang F., Trifonov V.A. et al. Chromosome painting in Tragulidae facilitates the reconstruction of Ruminantia ancestral karyotype // Chromosome Res. 2011b. V. 19. P. 531–539.

30. Lagercrantz U., Lydiate D.J. Comparative genome mapping in Brassica // Genetics. 1996. V. 144. P. 1903–1910.

31. Lysak M.A., Berr A., Pecinka A. et al. Mechanisms of chromosome number reduction in Arabidopsis thaliana and related Brassicaceae species // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. P. 5224–5229.

32. Maguire M.P. Evolution of meiosis // J. Theor. Biol. 1992. V. 154. P. 43–55.

33. Matsubara K., Nishida-Umehara C., Kuroiwa A. et al. Identification of chromosome rearrangements between the laboratory mouse (Mus musculus ) and the Indian spiny mouse (Mus platythrix) by comparative FISH analysis // Chromosome Res. 2003. V. 11. P. 57–64.

34. Moore G., Devos K.M., Wang Z., Gale M.D. Grasses, line up and form a circle // Curr. Biol. 1995. V. 5. P. 737–739.

35. O′Brien S.J., Menninger J.C., Nash W.G. Atlas of Mammalian Chromosomes // Canada: WILEY-LISS. 2006. P. 714.

36. Rambau R.V., Robinson T.J. Chromosome painting in the African four-striped mouse Rhabdomys pumili: Detection of possible murid specifi c contiguous segment combination // Chromosome Res. 2003. V. 11. P. 91–98.

37. Rens W., O′Brien P.C.M., Yang F. et al. Karyotype relationships between four distantly related marsupials revealed by reciprocal chromosome painting // Chromosome Res. 1999. V. 7. P. 461–474.

38. Rens W., O′Brien P.C.M., Yang F. et al. Karyotype relationships between distantly related marsupials from South America and Australia // Chromosoma. 2001. V. 9. P. 301–308.

39. Rens W., O′Brien P.C.M., Graves J.A.M., Ferguson-Smith M.A. Localization of chromosome regions in potoroo nuclei (Potorous tridactylus Marsupialia: Potoroinae) // Chromosoma. 2003. V. 112. P. 66–76.

40. Rens W., Grutzner R., O′Brien P.C.M. et al. Resolution and evolution of the duck-billed platypus karyotype with an X1Y1X2Y2X3Y3X4Y4X5Y5 male sex chromosome constitution // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. P. 16257–16261.

41. Trifonov V., Yang F., Ferguson-Smith M.A., Robinson T.J. Cross-species chromosome painting in the Perissodactyla: Delimitation of homologous regions in Burchells zebra (Equus burchelli) and the white (Ceratotherium simum) end black rhinoceros (Diceros bicornis) // Cytogenet. Genome Res. 2003. V. 1003. P. 104–110.

42. Tzvelev N.N. The system of grasses (Poaceae) and their evolution // Bot. Rev. 1989. V. 55. P. 141–204.

43. Volleth M., Bronner G., Go′’pfert M.C. et al. Karyotype comрarison and phylogenetic relationships of Pipistrellus-like bats (Vespertilionidae; Chiroptera; Mammalia) // Chromosome Res. 2001. V. 9. P. 25–46.

44. Volleth M., Heller K.-G., Pfeiffer R.A., Hameister H. A comparative ZOO-FISH analysis in bats elucidates the phylogenetic relationships between Megachiroptera and fi ve Microchiropteran families // Chromosome Res. 2002. V. 10. P. 477–497.

45. Whitkus R., Doebley J., Lee M. Comparative genome mapping of sorghum and maize // Genetics. 1992. V. 132. P. 1119–1130.

46. Wilkins A.S., Holliday R. The evolution of meiosis from mitosis // Genetics. 2009. V. 181. P. 3–12.

47. Yogeeswaran K., Frary A., York T.L. et al. Comparative genome analyses of Arabidopsis ssp.: Inferring chromosomal rearrangement events in the evolutionary history of A. thaliana // Genome Res. 2005. V. 15. P. 505–515.