Элиминация генома у лягушек
Впервые на уровне молекулярной генетики подтверждена элиминация ядерного генома у съедобной лягушки в России (Miura et al., 2018). До этого момента все результаты, касающиеся гибридизации P. ridibundus - P. lessonae и элиминации генома у Pelophylax, не подтверждались прямыми молекулярными методами (ПЦР, определение нуклеотидной последовательности), а в исследованиях использовались животные из популяций с территории Украины (район Северского Донца). Установлено, что гибридогенез может быть направлен как на элиминацию L-генома, так и R-генома. Отмечено, что при гибридизации преимущественно идет элиминация ядерного генома lessonae и значительно реже ridibundus.
Все исследованные гибридные формы (включая гибридовпервого поколения) – диплоиды (рис. 1).
Показано, что элиминация ядерного генома (рис. 2а) сопровождается элиминацией соответствующего митохондриального генома (рис. 2б).
У трех особей P. esculentus (двух самцов Е3 Е7 и одной самки Е8) элиминации генома в гонадах не было обнаружено (Рис. 3). Отсутствие элиминации у самки Е8 может быть связано с ее ядерным геномом - P. bedriagae (криптический вид = восточная форма озерной лягушки).
Была зафиксирована высокая частота однонаправленной передачи L-мтДНК среди гибридов (P. esculentus) и P. ridibundus. Отмечено, что степень элиминации митохондриального генома lessonae у ряда гибридных особей может быть неполной (частичной или очень слабой) и варьировать в каждом конкретном случае (Miura et al., 2018) (рис. 4).
В скрещиваниях с особями родительских видов были использованы 7 самцов и 1 самка P. esculentus. Исследование структуры семенников гибридов показало наличие сперматозоидов в семенных канальцах яичек, что подтверждает прошедшую элиминацию и успешное формирование сперматозоидов с геномом одного родительского вида (Рис. 5).
Все шесть самцов P. esculentusи одна самка продуцировали гаметы R, а один самец продуцировал сперму R или L.
Данный самец обладал митохондриальным геномом lessonae (L), в отличие от остальных, несущих митохондриальный геном ridibundus (L) Этот эксклюзивный пример можно рассматривать как свидетельство смены системы элиминации L-генома на систему элиминации R или L-генома. Факт аналогичный изменению системы L-E на систему R-E. Данный уникальный случай, вероятно, связан свлиянием смены митохондриального генома (с ridibundus (R) на lessonae (L)) на сдвиг в магистральной схеме элиминации ядерного генома.
Проведенные экспериментальные скрещивания гибридных животных двух популяций с самками родительских видов (P. ridibundus и P. lessonae) показали, что у всего потомства от данных скрещиваний с генотипом RL (P. esculentus) отмечена элиминация генома P. lessonae. Таким образом, первичная гипотеза о зависимости элиминации ядерного генома от гаплотипа, несмотря на сопряженность элиминации митохондриального и ядерного генома, не подтвердилась (Miura et al. in litt.).
К настоящему моменту прочитан полный ядерный геном P. ridibundus и ведется работа с геномом P. lessonae. По новым результатам исследований участниками проекта сделан доклад на 58-й конференции Герпетологического общества Японии, 24 ноября 2019 г., (Окаяма, Япония), материалы которого опубликованы в журнале «Bulletin of the Herpetological Society of Japan» (Miura et al., 2020), подготовлена статья в журнал Genes.
Ikuo Miura, Ivan Sitnikov, Vladimir Vershinin and Andrei Lebedinskii Hybridogenesis in the water frog Pelophylax esculentus from Russia // Bulletin of the herpetological society of Japan. 2018. №.1. P. 128-129. ISSN 1345-5826 (in Japanese)
Miura I., Vershinin V., Vershinina S., Lebedinsky A. and Stinikov I.The genome elimination mechanisms and population structures in the water frog Pelophylax esculentus from Ural region, Russia. // Bulletin of the herpetological society of Japan. 2020. №1. P. 109. ISSN 1345-5826 (in Japanese)
Miura I., Vershinin V., Vershinina S., Lebedinsky A., Sitnikov I. and Trofimov A. Genome elimination mechanisms and population structures in the water frog Pelophylax esculentus from Ural region, Russia // Genes. (in litt.)
Источники финансирования работы: Работа выполнена в рамках государственного задания Института экологии растений и животных УрО РАН, а также частично поддержана Комплексной программой УрО РАН (проект № 18-4-4-28), грантом РФФИ (№ 18-54-50013)