Влияние у-облучения на проявление количественных признаков и нестабильность признака Bar у Drosophila melanogaster Meig Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Скоробагатько Д. А., Страшнюк В. Ю., Мазилов А. А.

Досліджували вплив поглинених доз 8 Гр та 25 Гр у-випромінювання на життєздатність, частоту нерівного кросинговеру в нестабільному локусі Bar та експресивність ознаки Bar у Drosophila melanogaster . Отримані дані свідчать, що вплив високих доз у-опромінювання призводить до підвищення рівня нестабільності ознаки Bar, а також до зниження виходу імаго та експресивності ознаки

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Скоробагатько Д. А., Страшнюк В. Ю., Мазилов А. А.

Bar у дрозофіли.Иследовали влияние поглощенных доз 8 Гр и 25 Гр у-излучения на жизнеспособность , частоту неравного кроссинговера в нестабильном локусе Bar, и экспрессивность признака Bar у Drosophila melanogaster . Полученные данные свидетельствуют о том, что действие высоких доз у-облучения приводит к повышению уровня нестабильности признака Bar, а также к снижению выхода имаго и экспрессивности признака Bar у дрозофилы.In the modern world people are more exposed to the influence of various radiation sources because of the increasing role of nuclear technologies in industry. That's why radiation risks, related to probability of genetic damages at living organisms, increase. And there are thorny questions of genetic safety and protection of biogeocenosises. At the present time great attention is paid to the unstable elements of genome studying mutagenesis. One of the factors of genetic instability is an unequal crossing-over, or nonreciprocal homologous recombination. The result of unequal crossing-over is an emergence of shortages or, vice versa, duplication of separate areas of genome. There are many examples, indicating the prevalence of this phenomenon and his significant contribution to the evolution of genomes. The purpose of the work was a studying of the influence of different gamma-radiation doses on viability, frequency of unequal crossing-over in unstable lokuse Bar and expressivity of Bar sign of D. Melanogaster. The researches are executed at the classic object of genetic researches fruit fly Drosophila Melanogaster Mg. There was used non selective Bar line in the work. Bar (B) mutation (1 57,0) is a tandem duplication of the area 16А1-16А7 of X-chromosome. It phenotypically shows up in reduction of eyes to the narrow vertical bar with the amount of facets about 90 for males and 80 for females. The sign differs in a varying expressivity that depends on the genetic background of line and external conditions. Bar is an unstable mutation, reversing to the wild type with frequency 1 on 1000-2000 individuals and mutating in Ultrabar with analogical frequency. Flies were irradiated on a linear electron accelerator KUT-1, developed and created in NSC KIPT. The irradiation was conducted by bremsstrahlung gamma-rays, forming by the interaction of the electron beam with a thick aluminum target. Energy of electrons was 12 MeV current of beam 450 mkA, frequency of parcels was 200 Hz, duration of impulses 3,8 mks. There was studied the influence of absorbed doses of "sharp" gamma-radiation 8 Gr and 25 Gr on viability of line individuals, frequency of unequal crossing-over and expressivity of Bar sign. Viability was estimated as the index of imago output calculating on 1 pair of parents. An expressivity was estimated on two indexes: there was determined the middle amount of eye facets and share of individuals with the maximum expression of sign for every variant of experiment. Frequency of unequal crossing-over in Ь^сє Bar of D. Melanogaster was determined as a relation of the numbers of mutant individuals +Д B/+, Bb/y, Bb/b to the total amount of the analyzed individuals of line before and after irradiation. Dependent on dose, reduction of viability of Bar line of D. Melanogaster in the first generation after irradiation, and also viability recovery in the second generation is shown. Irradiation in doses 8 and 25 Gr leads to decrease of expressivity of mutant sign. There takes place at absorbed dose 25 Gr a significant increase of frequency of unequal crossing-over in locus Bar, that indicates the increase of genetic instability of Bar sign under influence of radiation.

Текст научной работы на тему «Влияние у-облучения на проявление количественных признаков и нестабильность признака Bar у Drosophila melanogaster Meig»

УДК 539. 122. 047: : 631. 523. 4+575. 224

Д. А. Скоробагатько, В. Ю. Страшнюк, А. А. Мазилов*

ВЛИЯНИЕ у-ОБЛУЧЕНИЯ НА ПРОЯВЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ И НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ПРИЗНАКА BAR У DROSOPHILA MELANOGASTER MEIG

Харьковский Национальный университет им. В. Н. Каразина (г. Харьков)

* ННЦ «Харьковский физико-технический институт» (г. Харьков)

Исследование выполнено в соответствии с планом научно-исследовательских работ отдела генетики НИИ биологии Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина в рамках теми: «Дослідження особливостей адаптивної відповіді на електромагнітні поля та інші стресові навантаження на рівні клітини», № гос. регистрации 0112U008335.

Вступление. В связи с возрастающей ролью ядерных технологий в промышленности, в современном мире человек все более подвергается воздействию разнообразных источников радиации. Это происходит вследствие проведенных испытаний ядерного оружия, техногенных катастроф (Чернобыль, Фукусима), использования ядерных взрывов при разработке полезных ископаемых. Некоторые территории отличаются избыточным естественным радиационным фоном. Источником радиационного излучения являются также гранитсодержащие материалы.

Лучевая терапия применяется в медицине, различные виды излучений используются в селекции при радиационном мутагенезе. В связи с этим повышаются радиационные риски, связанные с вероятностью генетических повреждений у живых организмов, остро стоят вопросы генетической безопасности и охраны биогеоценозов.

В настоящее время при изучении мутагенеза большое внимание уделяется нестабильным элементам генома. У дрозофилы так называемые спонтанные мутации на 80 % вызваны перемещением по геному мобильных генетических элементов (МГЭ) [2]. МГЭ являются также одним из факторов повышения мутабильности при действии стрессовых факторов, включая у-облучение [14]. Известен радиобиологический феномен «радиационно-индуци-руемой нестабильности генома», проявляющийся в том, что часть клеток, выживших после облучения, может давать функционально измененное потомство, в котором с высокой частотой на протяжении многих поколений возникают de novo аберрации хромосом и генные мутации [5].

Одним из факторов генетической нестабильности является неравный кроссинговер, или нере-ципрокная гомологичная рекомбинация. Это явление рассматривается в одном ряду с подвижными элементами генома, такими как транспозоны и

ретропозоны [3]. Следствием неравного кроссинго-вера является возникновение нехваток или, наоборот, дупликаций отдельных участков генома [11, 13]. Дупликации открывают возможность возникновения новых генов и образования семейств генов. Неравный кроссинговер лежит в основе лабильности гетерохроматиновых районов хромосом, а также задействован в некоторых механизмах репарации генов. Существует много примеров, свидетельствующих о распространенности этого явления и его существенном вкладе в эволюцию геномов [3, 16, 21].

Целью работы было изучение влияния различных доз у-облучения на жизнеспособность, частоту неравного кроссинговера в нестабильном локусе Bar и экспрессивности признака Bar у D. melanogaster.

Объект и методы исследования. Исследования выполнены на классическом объекте генетических исследований - плодовой мушке Drosophila melanogaster Mg. В работе использовали неселектируемую линию Bar из коллекции кафедры генетики и цитологии Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина. Мутация Bar(B) (1 - 57,0) является тандемной дупликацией области 16А1-16А7 Х-хромосомы, фенотипически проявляется в редукции глаз до узкой вертикальной полосы с количеством фасеток около 90 у самцов и 80 у самок, в отличие от нормального количества фасеток: около 740 и 780 у самок и самцов соответственно [23]. Признак отличается варьирующей экспрессивностью, которая зависит от генетического фона линии и внешних условий [7, 19]. Bar - нестабильная мутация, ревертирующая к дикому типу с частотой 1 на 1000-2000 особей и мутирующая в Ultrabar с аналогичной частотой [25].

Мух выращивали на стандартной сахаро-дрожжевой питательной среде при температуре 21±1°С. Культуры дрозофилы развивались в стаканчиках объемом 20 мл. Объем питательной среды в каждом стаканчике достигал 5 мл. Учитывая низкую плодовитость в линии, в каждый стаканчик помещали по 5-6 родительских пар.

Мух облучали на линейном ускорителе электронов КУТ-1, разработанном и созданном в ННЦ ХФТИ для научно-технических исследований. Облучение проводили тормозными гамма-квантами,

образующимися при взаимодействии электронного пучка с толстой алюминиевой мишенью. Энергия электронов составляла 12 МэВ, ток пучка - 450 мкА, частота посылок - 200 Гц, длительность импульсов - 3,8 мкс. Измерение доз тормозного гамма-излучения выполнено термолюминесцентными детекторами из фтористого лития, активированного кальцием, магнием и титаном. Детекторы представляют собой поликристаллические таблетки диаметром 3,5±0,3 мм и толщиной 2±0,2 мм, которые помещаются в кассеты из тканеэквивалентной пластмассы с алюминиевым фильтром толщиной 1 мм, служащим для снижения зависимости показаний от энергии фотонов. Термолюминесцентный метод регистрации доз основан на способности некоторых твердых кристаллических веществ-люминофоров запасать и длительное время сохранять часть поглощенной энергии ионизирующего излучения. При нагревании облученный люминофор испускает свет-термолюминесценцию, интенсивность которой пропорциональна дозе излучения. Время облучения составляло 5 с (доза 8 Гр) и 16 с (доза 25 Гр). Спустя 2 ч облученных самок помещали к необлученным самцам.

Изучали влияние поглощенных доз острого у-излучения 8 Гр и 25 Гр на жизнеспособность особей линии, частоту неравного кроссинговера и экспрессивность признака Bar.

Жизнеспособность оценивали по показателю выхода имаго в расчете на 1 пару родительских особей. Данный показатель зависит от плодовитости особей родительского поколения и выживаемости потомков на предимагинальных стадиях развития и, таким образом, является одним из интегральных показателей приспособленности.

Экспрессивность признака Bar оценивали путем подсчета количества глазных фасеток у мух обоих полов. Размер выборки составлял 28-30 особей в каждом варианте опыта. Данные анализиовали по двум показателям: определяли среднее количество глазных фасеток и долю особей с максимальным выражением признака для каждого варианта опыта - не более 80 фасеток.

Нестабильность локуса Bar ограничена самками и связана с неравным кроссинговером. В результате

рекомбинации между неправильно спаренными копиями генов в пределах дупликации Bar образуются нереципрокные рекомбинантные хромосомы с тремя и одной копиями гена [18, 23]. Особи с не-реципрокными рекомбинантными хромосомами имеют мутантный (B/+, BB/Y, BB/B) и нормальный (+/Y) фенотип. Самки B/+ содержат около 350 фасеток и имеют выемку на переднем крае глаза. У мутантов Double Bar количество глазных фасеток уменьшено приблизительно до 45 у гетерозигот и до 25 у гемизигот [23].

Частоту неравного кроссинговера в локусе Bar у D. melanogaster. определяли по отношению числа мутантных особей +/Y, B/+, BB/Y, BB/B к общему числу проанализированных особей линии в поколениях F, и F2 (при поглощенной дозе 25 Гр) после облучения.

Проведен статистический анализ полученных данных: для каждого признака рассчитывали среднюю арифметическую величину, значение стандартной ошибки, дисперсию. Для проверки нулевой гипотезы использовали критерий Стьюдента с учетом поправки Йейтса на непрерывность для малых долей. В работе принят уровень значимости не ниже р<0,05 [10].

Результаты исследований и их обсуждение. Данные о жизнеспособности линии Bar до (контроль) и после облучения представлены на рис. 1. В контроле максимальный выход имаго приходился на 2-4 день вылета. В дальнейшем количество потомков постепенно снижалось. Среднее количество потомков на 1 пару родительских особей в контроле составляло 69,7 особей. При действии поглощенной дозы 8 Гр количество данный показатель снизился до 33,2 особей. При поглощенной дозе 25 Гр выход имаго в поколении F, после облучения наблюдали только первые 3 дня вылета мух, и он составил 2,78 потомка на 1 пару родительских особей. В поколении F2 после у-облучения в дозе 25 Гр показатель был на уровне контроля и составлял 66,6 особей.

Таким образом, показано зависимое от дозы снижение жизнеспособности линии BarD. melanogaster в первом поколении после у-облучения, а также восстановление жизнеспособности во втором поколении.

Рис. 1. Жизнеспособность в линии Bar дрозофилы после у-облучения: а) динамика выхода имаго;

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎