1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 57, № 6, 2021

Генетика, 2021, T. 57, № 6, стр. 674-681

Цитогенетическая дифференциация популяций мышей Apodemus peninsulae Северного и Южного Прибайкалья по добавочным хромосомам

Ю. М. Борисов 1, А. А. Калинин 1, З. З. Борисова 1, И. В. Крищук 2, Б. И. Шефтель 1, *

1 Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук
119071 Москва, Россия

2 Научно-производственный центр по биоресурсам, Национальная академия наук Беларуси
220072 Минск, Беларусь

* E-mail: borissheftel@yahoo.com

Поступила в редакцию 15.05.2020
После доработки 25.12.2020
Принята к публикации 12.01.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Проведено исследование кариологической изменчивости мышей Apodemus peninsulae в ряде новых пунктов Иркутской обл. и в Бурятии. Выявлены различия по вариантам систем макро- и микро- В‑хромосом между мышами данного вида с территории Иркутской обл. и из Бурятии. Это позволило отнести их к разным популяциям со своей историей происхождения. Результаты работы подтверждают, что при цитогенетической дифференциации популяций A. peninsulae определяющее значение имеют вариации по числу микро-В-хромосом.

Ключевые слова: кариотип, добавочные хромосомы, Apodemus peninsulae, Республика Бурятия, Иркутская обл.

Первые сведения о добавочных хромосомах появились в начале XX в. В 1906 г. Е. Уильсоном [1] было открыто наличие в кариотипах насекомых “экстра хромосом”. Позднее в исследовании на кукурузе был предложен термин “В-хромосомы” [2], чтобы отличить их от А-хромосом. В-хромосомы особенно хорошо и полно изучены у насекомых и растений.

В ранних обзорах зарубежных авторов даются подробные сведения о видовом разнообразии растений и животных (главным образом, беспозвоночных), несущих в кариотипах В-хромосомы [3–5]. С продолжением цитогенетических изучений число видов, имеющих дополнительные структуры, постоянно пополняется. К настоящему времени В-хромосомы описаны в большинстве таксонов эукариот.

У млекопитающих они отмечены у 85 видов. Одиннадцать видов из них показывают различия в размере и морфологии B-хромосом [6, 7]. В хромосомных наборах многих видов встречаются точечные (или микро) В-хромосомы с неясной морфологической структурой, поскольку они столь малы, что невозможно различить положение центромеры. Например они выявлены в кариотипах мышей A. peninsulae [8–10], лисиц Vulpes vulpes [11], крыс рода Thomomys [12]. У млекопитающих чаще всего отмечены мелкие и средние добавочные хромосомы. В зависимости от положения центромеры, по морфологии различают: мета-, субметацентрические и акроцентрические В-хромосомы.

У Perognatus baileyi выявлен сложный внутри- и межпопуляционный хромосомный полиморфизм [13]. В пяти исследованных популяциях этого вида диплоидное число хромосом изменялось в пределах 46–48, 46–49, 48–50, 49–54, 49–55 за счет непостоянного числа (1–10) мелких акро- и метацентрических В-хромосом и 1–2 средних субметацентрических В-хромосом. Межпопуляционный полиморфизм по В-хромосомам описан у американских хомячков Reithrodontomys megalotis [14, 15]. Число мелких В-хромосом у них варьирует от ноля до семи, и диплоидные числа соответственно изменяются от 42 до 49. Наименьшее число добавочных хромосом найдено в популяциях на юго-западе США, наибольшее – в Юте и прибрежных районах Калифорнии.

Большая часть видов млекопитающих с добавочными хромосомами принадлежит к отряду грызунов (Rodentia) – 55 видов. Например из 20-ти видов мышей рода Apodemus дополнительные В‑хромосомы выявлены у шести видов [6, 7]. Одним из них является восточно-азиатская мышь A. peninsulae. Этот вид распространен на Алтае, в Сибири, Прибайкалье и Забайкалье, в Хабаровском крае, в Приморье, на о-вах Сахалин и Хоккайдо, на северо-востоке Казахстана, в Северной Монголии, в Корее, в Северо-Восточном и Центральном Китае до Цинхай-Тибетского плато на западе и провинции Юньнань на юге [16, 17].

В индивидуальных кариотипах большинства особей этого вида отмечены добавочные хромосомы, исключения редки [10]. Они имеют разные формы и количество: их число может доходить до 30 [10]. В настоящее время известно, что только у восточноазиатских мышей, обитающих на Сахалине и на о-ве Стенина (залив Петра Великого, Приморский край) в кариотипе нет B-хромосом [9], однако на о. Хоккайдо (Япония) B-хромосомы у восточно-азиатских мышей есть [8]. Наибольшее число В-хромосом (до 30) выявлено у зверьков этого вида, обитающих в Сибири [9, 10]. У этого вида найдено три типа изменчивости по В-хромосомам: межпопуляционной, межиндивидуальной и внутрииндивидуальной (мозаицизм). Эти положения обусловливают перспективность использования восточноазиатских мышей в качестве модельного объекта при исследовании феномена В-хромосом в кариотипах млекопитающих. Это может внести ясность в понимание природы, роли и происхождения этих загадочных элементов геномов эукариот [10, 18, 19].

Регион Байкала представляет собой уникальный научный полигон для исследований разнообразия, а также стабильности и изменчивости систем В-хромосом Аpodemus peninsulae в различных эколого-географических провинциях Прибайкалья [20]. Ранее нами была изучена изменчивость макро- и микро-В-хромосом на южном побережье оз. Байкал и в Северной Монголии [20], но северная часть региона оставалась практически не изученной, особенно окрестности г. Северо-Байкальска (бассейн Верхней Ангары). Здесь наблюдаются значительные эколого-климатические отличия от южного побережья Байкала с его умеренным и влажным климатом [21].

Цель настоящей работы – анализ кариотипических особенностей и в первую очередь системы добавочных В-хромосом восточноазиатских мышей, обитающих в окрестностях оз. Байкал.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В 2016–2017 гг. были отловлены 68 восточноазиатских мышей в девяти пунктах Иркутской обл. и Республики Буртия. Номера пунктов указаны на карте (рис. 1). Отловы в основном проводились в 2017 г., а в окрестностях дер. Сарма (пункт 4) – в 2016 г. Семь пунктов отлова находятся на берегу оз. Байкал, а два пункта – в Иркутской обл., в долине р. Ангара, были удалены от него. Пункт №1 – окрестности пос. Илир Братского р‑на Иркутской обл. (с.ш. 55°09′18′′, в.д. 100°35′34′′) был расположен в 480 км от побережья Байкала, пункт №2 – окрестности пос. Барда, Эхирит-Булагатский р-н, Иркутская обл. (с.ш. 52°49′51′′, в.д. 104°24′33′′) находился в 90 км от Байкала. Три пункта были расположены на северном и северо-западном берегах Байкала: пункт №3 – окрестности пос. Душкачан, побережье Ангарского Сора, Северо-Байкальский р-н, Иркутская обл. (с.ш. 55°51′06′′, в.д. 109°40′58′′); пункт №4 – дер. Сарма, Ольхонский р-н, Иркутская обл. (с.ш. 53°06′02′′, в.д. 106°50′09′′); пункт №5 – пос. Голоустное (с.ш. 52°02′23′′, в.д. 105°24′37′′) и пос. Нижний Кочергат (с.ш. 52°08′15′′, в.д. 105°16′26′′) Иркутского р-на Иркутской обл. Четыре пункта были расположены на Южном Берегу Байкала: пункт №6 – окрестности г. Байкальск, Иркутская обл. (с.ш. 51°31′02′′, в.д. 104°09′22′′), пункт №7 – окрестности пос. Танхой, Кабанский р-н, Республика Бурятия (с.ш. 51°33′16′′, в.д. 105°06′54′′); пункт №8 – окрестности г. Бабушкин, Кабанский р-н, Республика Бурятия (с.ш. 51°43′, в.д 105°52′); пункт №9 – окрестности пос. Истомино, Кабанский р-н, Республика Бурятия (с.ш. 52°07′57′′, в.д. 106°17′45′′). Количество экземпляров восточноазиатских мышей, отловленных в каждом пункте, приведено в табл. 1.

Рис. 1.

Пункты отлова Apodemus peninsulae в Байкальском регионе. 1 – окрестности с. Илир, Братский р-н, Иркутская обл.; 2 – дер. Барда, Эхирит-Булагатский р-н, Иркутская обл.; 3 – окр. пос. Душкачан, Северо-Байкальский р-н, Бурятия; 4 – пос. Сарма, Ольхонский р-н, Иркутская обл.; 5 – окр. пос. Б. Голоустное и пос. Нижний Кочергат, Иркутская обл.; 6 – окр. г. Байкальск, Иркутская обл.; 7 – окр. пос. Танхой-Выдрино, Кабанский р-н, Бурятия; 8 – окр. г. Бабушкин, Кабанский р-н, Бурятия; 9 – окр. пос. Истомино, Кабанский р-н, Бурятия.

Таблица 1.

Формулы вариантов системы B-хромосом (Bs) Apodemus peninsulae Байкальского региона

№ пункта № особи Пол 2n Bs Формула Bs
1  1 ♀ 51 3 3.0.0.0.0
2 ♂ 51 3 2.0.0.1.0
2     3 ♂ 51 3 3.0.2.1.0
4 ♀ 51 3 0.0.1.2.0
5 ♀ 51 3 0.0.1.2.0
6 ♀ 54 6 0.0.2.1.0
7 ♀ 51 3 0.0.3.0.0
3    8 ♂ 50 2 0.0.2.0.0
9 ♂ 49 1 1.0.0.0.0
10 ♀ 51 3 1.0.1.1.0
11 ♂ 51 3 0.1.1.1.0
4      12 ♂ 50 2 2.0.0.0.0
13 ♂ 49 1 1.0.0.0.0
14 ♀ 50 2 1.0.0.1.0
15 ♀ 50 2 1.0.0.1.0
16 ♀ 51 3 0.0.1.2.0
17 ♀ 51 3 0.0.1.2.0
5       18 ♂ 51 3 0.0.3.0.0
19 ♂ 49 1 0.0.0.1.0
20 ♂ 49 2 1.0.0.1.0
21 ♀ 50 2 0.0.0.2.0
22 ♀ 50 2 0.0.0.2.0
23 ♂ 50 2 0.0.1.1.0
24 ♀ 50 2 0.0.0.2.0
6                      25 ♀ 53 5 0.2.0.0.3
26 ♂ 54 6 0.1.0.0.5
27 ♀ 54 6 0.1.2.0.3
28 ♀ 54 6 0.2.0.0.4
29 ♀ 55 7 0.2.0.0.5
30 ♀ 56 8 0.1.0.0.7
31 ♀ 59 11 0.0.1.0.10
32 ♂ 61 13 0.1.0.0.10
33 ♀ 60 12 0.0.0.0.12
34 ♂ 60 12 0.1.1.0.10
35 ♂ 60 12 0.2.1.0.9
36 ♂ 61 13 0.1.1.0.11
37 ♂ 55 7 0.2.0.0.5
38 ♂ 57 9 0.0.2.0.7
39 ♂ 58 10 0.1.1.0.8
40 ♂ 58 10 0.2.0.0.8
41 ♂ 58 10 0.2.0.0.8
42 ♂ 59 11 0.0.3.0.8
43 ♀ 59 11 0.0.3.0.8
44 ♂ 59 11 0.1.2.0.8
45 ♀ 54 6 0.2.3.0.1
46 ♀ 60 12 0.2.0.0.10
7         47 ♂ 52 4 0.2.0.0.2
48 ♀ 52 4 0.3.0.0.1
49 ♀ 57 9 0.2.0.0.7
50 ♂ 58 10 0.2.0.0.8
51 ♂ 54 6 0.0.1.0.5
52 ♂ 57 9 0.0.1.0.8
53 ♂ 58 10 0.0.1.0.9
54 ♂ 58 10 1.0.1.1.7
55 ♀ 59 11 0.0.2.0.9
8         56 ♀ 53 5 0.1.1.0.3
57 ♀ 54 6 0.2.0.0.4
58 ♂ 55 7 0.0.1.0.6
59 ♂ 57 9 0.2.1.0.6
60 ♀ 59 11 0.0.0.0.11
61 ♀ 59 11 0.0.1.0.10
62 ♀ 59 11 0.1.0.0.10
63 ♀ 60 12 0.1.0.0.11
64 ♀ 60 12 0.2.0.0.10
9    65 ♂ 59 11 0.1.1.0.9
66 ♂ 60 12 0.2.1.0.9
67 ♂ 59 11 0.2.1.0.8
68 ♂ 54 6 0.0.1.0.5

Примечание. Локализацию мест сбора см. на рис. 1.

Хромосомные препараты готовили прямым методом из клеток костного мозга мышей с предварительным введением внутрибрюшинно 0.5 мл 0.04%-ного раствора колхицина [22]. Препараты делали также из клеток селезенки с применением технических приемов, предложенных Е.Ю. Крысановым с коллегами [23]. Для характеристики кариотипа каждого животного использовали анализ не менее, чем 20 метафазных пластинок. Работа с препаратами осуществлялась с помощью микроскопа “Leica D-500”. Подсчет хромосом выполняли в программе LAS V3.8. При обработке материала собственных и литературных данных мы учитывали только вариант с модальным числом В-хромосом мышей, отловленных в различных пунктах Байкальского региона (табл. 1). В таблице приведены формулы вариантов системы B-хромосом (Bs) кариотипов изученных мышей Apodemus peninsulae Байкальского региона.

В настоящей работе нами использована система классификации В-хромосом и формула цифрового кодирования [10]. Для сопоставления индивидуальных характеристик набора В-хромосом мышей их разделяли по размерно-морфологическим классам и записывали для каждой особи в виде формулы цифрового кодирования (табл. 1). Таким образом было выделено пять классов В‑хромосом по их размерам и морфологическим характеристикам. Согласно данной формуле: I класс – двуплечие крупные В-хромосомы, равные по размерам 1–8 парам А-хромосом; II класс – двуплечие В-хромосомы средних размеров, равные 9–16 парам А-хромосом; III класс – мелкие двуплечие В-хромосомы, равные 17–23 парам А-хромосом; IV класс – мелкие акроцентрические В‑хромосомы, равные 17–23 парам А-хромосом; V класс – точечные (или микро) В-хромосомы с неясным положением центромеры, в несколько раз мельче самых мелких А-хромосом набора. B‑хромосомы I–IV классов мы объединяли в группу макрохромосом, а B-хромосомы V класса вошли в группу микрохромосом.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

У всех 68 особей A. peninsulae был определен основной стабильный набор А-хромосом данного вида. Он представлен 23 парами акроцентрических аутосом и двумя половыми хромосомами: крупной акроцентрической Х-хромосомой и мелкой акроцентрической Y-хромосомой (рис. 2). Вариабельная часть кариотипа у этих мышей представлена 1–12 дополнительными В-хромосомами, среди них: 1–4 макрохромосом и 1–11 микрохромосом (табл. 1, рис. 2–4). Таким образом, кариотипы исследованных восточноазиатских мышей имеют от 55 до 62 хромосом. Кариотипы мышей, отловленных в двух пунктах, удаленных от оз. Байкал, объединяет отсутствие микрохромосом (класс V) и наличие отдельных особей с тремя большими двуплечими В-хромосомами (класс I), такие особи не были встречены в пунктах, расположенных на берегу Байкала. В кариотипах зверьков, отловленных в пунктах, расположенных на северном и северо-западном берегах Байкала (№ 3–5), также не найдены микрохромосом (класс V), но у всех особей выявлено от одной до трех макрохромосом (I–IV классов). Таким образом, в кариотипах 24-х восточноазиатских мышей, отловленных к северу от Байкала, микро-В-хромосомы не встречены.

Рис. 2.

Кариотип особи № 9 из пункта 3: а – 48 акроцентрических хромосом основного набора, б – крупная метацентрическая В-хромосома I класса.

Рис. 3.

Кариотип особи № 8 из пункта 3: а – 48 акроцентрических хромосом основного набора, б – две мелкие метацентрические В-хромосомы III класса.

Рис. 4.

Кариотип особи № 65 из пункта 9: а – 48 акроцентрических хромосом основного набора, б – одна средняя, одна мелкая метацентрические В-хромосомы III класса и девять микро-В-хромосом.

Напротив, в кариотипах всех 44-х особей, отловленных в четырех пунктах (№ 6–9) на южном берегу Байкала, отмечено от одной до двенадцати микрохромосом (V класс). Причем у подавляющего большинства (36 особей) найдено пять и больше таких В-хромосом (табл. 1). Кроме того, у всех этих особей, кроме одной, выявлены от одной до трех макро-В-хромосом всех классов.

Ранее нами [20] уже были описаны кариотипы 30 особей A. peninsulae из трех пунктов Южного Прибайкалья, из окрестностей г. Байкальск (1984, 1988 гг.), г. Танхой (2002, 2003 гг.) и г. Бабушкин (1984 г.). То есть исследования проводились в тех же самых пунктах, что и теперь (рис. 1, пункты 6–8). Все эти особи имели от 1–2 макро- и до 10 микро-В-хромосом [20]. То есть, формула В-хромосом в одних и тех же пунктах, не смотря на значительный временной интервал между исследованиями принципиально не менялась. Это дает нам основание предполагать, что формула В‑хромосом – это устойчивый признак, характеризующий географические популяции.

В настоящей работе мы выявили значительные отличия по вариантам системы В-хромосом у мышей A. peninsulae северного Прибайкалья и бассейна Ангары от мышей южного Забайкалья. Это позволяет отнести их к разным популяциям со своей историей происхождения. Популяция Южного Прибайкалья A. peninsulae сходна по своей структуре макро- и микро-В-хромосом с еще более южной популяцией бассейна Селенги (окрестности монастыря Амар-Хийд, Северная Монголия) [20]. А популяции Прибайкалья и бассейна Ангары, в которых выявлены только макро-В-хромосомы, сходны с популяцией A. peninsulae из окрестностей пос. Новоангарск на самом севере ее ареала, в 40 км от устья реки Ангары. Там также были выявлены от пяти до девяти двуплечих макро-В-хромосом, и среди 15 изученных мышей не было мышей с микро-В-хромосомами [10].

Ранее при изучении кариотипов восточноазиатских мышей из разных областей Сибири было обнаружено, что они отличаются по наборам В‑хромосом, это позволило высказать предположение, что системы макро и микро-В-хромосом могут являться интегрирующим и дифференцирующим признаком популяций мышей Сибири [10, 20]. Результаты данного исследования подтверждают, что В-хромосомы могут быть использованы как маркеры различных популяций восточноазиатской мыши. Определяющее значение имеет соотношение микро и макро-В-хромосом.

Авторы благодарны М.Ю. Борисову, Е.С. Гайдученко, Т.А. Мышлявкиной за помощь в отлове мышей A. peninsulae на южном побережье оз. Байкал. Благодарим А.Ю. Александрову за помощь в приготовлении хромосомных препаратов восточноазиатских мышей в ряде пунктов исследования.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 16-08-1185.

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Список литературы

  1. Wilson E.B. Note on the chromosome-groups of metapodius and banasa // Biol. Bull. 1907. V. 12. № 5. P. 303–313.

  2. Randolph L.A. Types of supernumerary chromosomes in maize // Anatomical Record. 1928. V. 41. P. 102.

  3. Battaglia E. Cytogenetics of B-chromosomes // Caryologia. 1964. V. 17. № 1. P. 245–299.

  4. Jones R.N., Rees H. B Chromosomes. L., N.Y., Paris: Acad Press, 1982. 266 p.

  5. Beukeboom L.W. Bewildering Bs: An impression of the 1 B-chromosome conference // Heredity. 1994. V. 73. № 3. P. 328–335.

  6. Vujosevic M., Blagojević J. B-chromosomes in populations of mammals // Cytogenet. and Genome Res. 2004. V. 106. № 2–4. P. 247–256. https://doi.org/10.1159/000079253

  7. Vujošević M., Rajičić M., Blagojević J. B Chromosomes in populations of mammals revisited // Genes. 2018. V. 9. № 10. P. 487. https://doi.org/10.3390/genes9100487

  8. Hayata J. Chromosomal polymorphism caused by supernumerary chromosomes in field mouse, Apodemus giliacus // Chromosoma. 1973. V. 42. № 4. P. 403–414.

  9. Kartavtseva I.V., Roslik G.V. A complex B chromosome system in the Korean field mouse Apodemus peninsulae // Cytogenetic and Genome Res. 2004. V. 106. № 2–4. P. 271–278. https://doi.org/10.1159/000079298

  10. Borisov Y.M., Zhigarev I.A. B Chromosome system in the korean field mouse Apodemus peninsulae Thomas 1907 (Rodentia, Muridae) // Genes. 2018. V. 9. № 10. P. 472. https://doi.org/10.3390/genes9100472

  11. Беляев Д.К., Волобуев В.Т., Раджабли С.И., Трут Л.Н. Полиморфизм и мозаицизм по добавочным хромосомам у серебристо-черных лисиц // Генетика. 1974. Т. 10. № 2. С. 58–67.

  12. Patton J.L., Sherwood S.W. Genome evolution in pocket gophers (genus Thomomys). I. Heterochromatin variation and speciation potential // Chromosoma. 1982. V. 85. P. 149–162.

  13. Patton J.L. A complex system of chromosomal variation in the pocket mouse, Perognathus baileyi Merriam // Chromosoma. 1972. V. 36. № 3. P. 241–255.

  14. Shellhammer H.S. Chromosome polymorphism in California populations of harvest mice // J. Mammal. 1968. V. 49. № 4. P. 726–731.

  15. Shellhammer H.S. Supernumerary chromosomes of the harvest mouse, Reithrodontomys megalotis // Chromosoma. 1969. V. 27. № 1. P. 102–108.

  16. Борисов Ю.М., Жигарев И.А., Шефтель Б.И. В-хромосомы восточноазиатских мышей (Apodemus peninsulae Thomas, 1907 (Rodentia, Muridae)) на восточных склонах Цинхай-Тибетского плато (КНР) // Генетика. 2020. Т. 56. № 10. С. 1184–1188. https://doi.org/10.31857/S0016675820090039

  17. Громов И.М., Ербаева М.А. Млекопитающие фауны России и сопредельных территорий. Зайцеобразные и грызуны. СПб: ЗИН РАН, 1995. 522 с.

  18. Trifonov V.A., Perelman P.L., Kawada S.I. et al. Complex structure of B-chromosomes in two mammalian species: Apodemus peninsulae (Rodentia) and Nyctereutes procyonoides (Carnivora) // Chromosome Res. 2002. V. 10. № 2. P. 109–116.

  19. Rubtsov N.B., Borisov Y.M. Sequence composition and evolution of mammalian B chromosomes // Genes. 2018. V. 9. № 10. P. 490–496. https://doi.org/doi:10.3390/genes9100490

  20. Борисов Ю.М., Шефтель Б.И., Сафронова Л.Д., Александров Д.Ю. Устойчивость популяционных систем В-хромосом восточноазиатской мыши Apodemus peninsulae Прибайкалья и Северной Монголии // Генетика. 2012. Т. 48. № 10. С. 1190–1199.

  21. Климат и растительность Южного Прибайкалья // Сб. науч. трудов / Ред. Ладейщиков Н.П., Моложников В.Н. Новосибирск: Наука, сиб. отд., 1989. 151 с.

  22. Орлов В.Н. Кариосистематика млекопитающих. Цитогенетические методы в систематике млекопитающих. М.: Наука, 1974. 208 с.

  23. Крысанов Е.Ю., Демидова Т.Б., Шефтель Б.И. Простой метод приготовления препаратов хромосом мелких млекопитающих // Зоол. журн. 2009. Т. 88. № 2. С. 234–238.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал