КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 18-74-00115

НазваниеМеханизмы воспроизводства и поддержания межвидовых гибридов комплекса P. esculentus в естественных и антропогенных местообитаниях

РуководительДедух Дмитрий Викторович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2020 

Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-105 - Эволюционная биология

Ключевые словаМежвидовые гибриды, полуклональное воспроизводство, элиминация генома, среднеевропейские зеленые лягушки, популяционные системы, антропогенное влияние

Код ГРНТИ34.23.35; 34.23.00; 34.23.23

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение важной научной проблемы - раскрытие механизмов, приводящих к возникновению и воспроизводству межвидовых гибридов животных в естесственной среде и под антропогенным воздействием. Актуальность проекта определяется малой изученностью гибридизации, влияния гибридов на родительские виды, а также сложностью в оценке антропогенного влияния на эти процессы, так как они продолжительны во времени, что делает наблюдение практически невозможным. В качестве модельной системы выбран комплекс среднеевропейских зеленых лягушек (комплекс Pelophylax esculentus), который обладает рядом преимуществ для изучения поставленных целей: представители этого комплекса широко распространены, практически повсеместно характеризуются успешным формированием и воспроизводством межвидовых гибридов. Таким образом, анализ гибридов из различных типов популяционных систем позволит сделать вывод об особенностях удаления геномов и влиянии гибридов на родительские виды в долгосрочной перспективе и антропогенном влиянии. Кроме того, в задачи текущего проекта входит выяснение клеточных и молекулярных механизмов, приводящих к появлению жизнеспособных гибридов способных производить фертильные гаметы. Это возможно благодаря существенным изменениям в мейозе гибридов, приводящих к уникальному способу воспроизводства, называемому гибридогенезом. Этот способ включает избирательное удаление всех хромосом одного из родительских видов и формирования клональных гамет, без рекомбинации. Интересно, что этот способ воспроизводства встречается достаточно редко, но обнаружен у различных групп живых организмов (растения, насекомые, рыбы и амфибии), что свидетельствует о способности животных адаптировать клеточные процессы для селективного удаления одного из родительских геномов. При этом, каким образом происходит удаление родительского генома, не описано для большинства гибридных организмов, в том числе и для гибридов зеленых лягушек. В результате, гибридные животные способны поддерживать высокое гетерозисное состояние из-за гибридного происхождения, но сохранять способность производить гаметы и получать рекомбинантные геномы от другого родительского вида. Эти свойства, присущие гибридным животным высоко ценятся в селекции, однако существенной проблемой в отдаленной гибридизации является стерильность гибридов. Таким образом, понимание цитологических особенностей удаления одного из родительских геномов и формирование клональных гамет позволит решить проблему отдаленной гибридизации в селекции низших позвононочных животных.

Ожидаемые результаты
Основной ожидаемый результат всего проекта – получение новых данных о механизмах воспроизводства межвидовых гибридов животных на примере комплекса зеленых лягушек. Мы планируем получить следующие результаты: 1) идентифицировать геномы, передаваемые в ооцитах диплоидных и триплоидных гибридных самок и самцов; 2) оценить вклад гибридных самок и самцов различной плоидности в формирование жизнеспособного потомства, посредством идентификации геномов головастиков полученных в ходе лабораторных скрещиваний, в следующих типах популяционных систем: общих для обоих родительских видов и гибридов, общих для одного родительского вида и гибридов, а также популяционных систем в которых гибриды, обитают без родительских видов; 3) оценить состав производимых гамет и вклад гибридных самок и самцов в популяционных системах подверженых антропологическому влиянию; 4) оценить способность гибридных головастиков, полученных в ходе лабораторных скрещиваний к избирательной элиминации геномов; 5) охарактеризовать механизм избирательной элиминации одного из родительских геномов в ходе раннего гаметогенеза. Запланированные результаты будут соответствовать мировому уровню исследований. Результаты проекта с одной стороны могут быть использованы в селекции низших позвоночных, создании межвидовых гибридов и поддержании гибридности, с другой стороны, в организации рационального природопользования и позволят лучше оценить антропогенное влияние на гибридные комплексы. Полученные результаты в исследуемой области будут опубликованы в серии статей в ведущих российских и зарубежных журналах, включенных в международные системы Web of Science Core Collection и Scopus. Кроме того, результаты будут представлены на крупных международных конференциях и конгрессах, в том числе в виде устных докладов (не менее трех докладов).

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Настоящий проект направлен на изучение механизмов, приводящих к возникновению и воспроизводству межвидовых гибридных животных в различных типах популяционных систем из естественных местообитаний и местообитаний, подверженных антропогенному влиянию, а также выявление механизмов, связанных с избирательной элиминацией одного из родительских геномов в гаметогенезе гибридов. В отчетном году для популяционных систем, в которых гибриды обитают с особями P. lessonae (L-E тип) и обеими родительскими видами (R-L-E тип) охарактеризован состав гамет, производимых гибридными самками и самцами. Мы обнаружили, что гибридные самки из изучаемых локалитетов характеризуются нарушениями элиминации и эндорепликации геномов и обычно не способны формировать фертильные гаметы в то время как гибридные самцы производят гаметы с геномом P. ridibundus приводя к возникновению гибридов после скрещивания с особями P. lessonae. В ходе анализа гонад гибридных головастиков мы обнаружили значительные аномалии в развитии зародышевых клеток у исследуемых гибридов. Мы обнаружили, что гибридные головастики способны к избирательной элиминации генома P. lessonae не только в возвратных скрещиваниях, но и от скрещиваний P. ridibundus и P. lessonae. Способность гибридов к гибридогенетическому воспроизводству даже в F1 скрещиваниях позволяет предположить важность нарушений местообитаний и установлений зон контакта между родительскими видами и инициацией гибридогенеза, что приводит к формированию R-L-E систем. Сходство механизмов воспроизводства в гибридов в L-E и R-L-E системах в Республике Марий Эл позволяет предположить их общее происхождение. Способные к гибридогенезу P. esculentus могут либо заменять особей P. ridibundus, либо вследствие высокой экологической пластичности заселять места обитания также пригодные для P. lessonae, приводя к формированию L-E систем, и, таким образом, становятся так называемыми «гаметными паразитами» в популяциях родительских видов. Кроме того, нами впервые проведена идентификация элиминируемого генома в составе микроядер у диплоидных и триплоидных гибридов полученных ранее для животных из популяционных систем Е типа, в которых гибриды различной плоидности обитают без участия родительских видов. С помощью анализа тканей гонад головастиков было установлено, что избирательное удаление одного из родительских геномов происходит посредством формирования микроядер. Кроме того, было установлено, что элиминация у диплоидных и триплоидных гибридов происходит вследствие последовательного удаления хромосом одного из родительских видов и заключения их в микроядра.

 

Публикации

1. Дедух Д.В., Литвинчук Ю.С., Свинин А.О., Литвинчук С.Н., Розанов Ю.М., Красикова А.В. Variation in hybridogenetic hybrid emergence between populations of water frogs from Pelophylax esculentus complex BMC Evolutionary Biology, - (год публикации - 2019)

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Настоящий проект направлен на изучение механизмов, приводящих к возникновению и воспроизводству межвидовых гибридных животных в различных типах популяционных систем из естественных местообитаний и подверженных антропогенному влиянию, а также выявление механизмов, связанных с избирательной элиминацией одного из родительских геномов в гаметогенезе гибридов. В отчетном году мы провели детальный анализ распространения представителей зеленых лягушек из республики Марий Эл, включающий описание типов популяционных систем и их структуру в различных местах обитания. Мы установили, что популяционные системы, в которых гибриды обитают с обеими родительскими видами (R-L-E тип) составляют подавляющее большинство по сравнению с системами в которых гибриды обитают с одним из родительских видов L-E типа. Был проведен отлов представителей комплекса зеленых лягушек из популяционных систем L-E типа для постановки лабораторных скрещиваний. Результаты, полученные в ходе анализа лабораторных скрещиваний гибридных самцов и самок, показали, что большинство гибридных самцов способны производить фертильные гаметы с геномом P. ridibundus и после скрещивания с особями P. lessonae приводить к возникновению гибридных головастиков. В отличие от самцов только единичные гибридные самки способны производить гаметы с геномом P. ridibundus и формированию гибридных головастиков в результате скрещиваний с самцами P. lessonae. Для изучения механизмов элиминации и эндорепликации родительских геномов мы провели анализ гонад гибридных головастиков из популяционных систем L-E типа расположенных в республике Марий Эл. В ходе анализа тканей гонад головастиков было установлено, что избирательное удаление одного из родительских геномов происходит посредством формирования микроядер. Мы показали, что во время избирательной элиминации одного из родительских геномов ядра зародышевых клеток на стадии интерфазы являются анеуплоидными, до тех пор, пока они не элиминируют геном одного родительского вида. В результате анализа ядер зародышевых клеток, мы впервые обнаружили клетки с удвоенным количеством хромосом P. ridibundus, что свидетельствует о дупликации генома P. ridibundus, вероятно, после удаления генома P. lessonae. Кроме того, у диплоидных гибридов мы обнаружили неспособность отдельных хромосом P. lessonae прикрепиться к веретену деления во время митоза. Таким образом, мы считаем, что элиминация одного из родительских геномов может происходить во время серии митотических делений, посредством отставания отдельных хромосом.

 

Публикации

1. Дедух Д, Рюмин С, Чмилевская М, Розенблут-Коштисты Б, Коленда К, Казмерчак М, Дудзик А, Огельская М, Красикова А Micronuclei in germ cells of hybrid frogs from Pelophylax esculentus complex contain gradually eliminated chromosomes Scientific reports, - (год публикации - 2020)

2. Дедух Д.В., Литвинчук Ю.С., Свинин А.О., Литвинчук С.Н., Розанов Ю.М., Красикова А.В. Variation in hybridogenetic hybrid emergence between populations of water frogs from the Pelophylax esculentus complex PLoS ONE, 14(11): e0224759. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224759 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224759

3. Свинин А.О., Дедух Д.В., Боркин Л.Я., Ермаков О.А., Иванов А.Ю, Литвинчук Ю.С., Замалетдинов Р.И., Михайлова Р.И., Скоринов Д.В., Розанов Ю.М., Литвинчук С.Н. Genetic structure, morphological variation, and gametogenesis peculiarities in water frogs (Pelophylax) in northeastern European Russia Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, - (год публикации - 2020)

4. Дедух Д.В., Рюмин С.С., Чмилевская М., Розенблут-Коштисты Б., Коленда К., Казмерчак М., Огиельска М., Красикова А.В. Gradual chromosome elimination during gametogenesis of interspecies hybrids from Pelophylax esculentus complex Molecular Cytogenetics, 12(Suppl 1):30 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1186/s13039-019-0439-z

5. Рюмин С.С., Дедух Д.В. Механизмы воспроизводства межвидовых гибридов зелёных лягушек комплекса Pelophylax esculentus в популяционных системах Польши: цитогенетический анализ Сборник тезисов 23-ой Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», - (год публикации - 2019)

6. Рюмин С.С., Дедух Д.В., Маслова А.В. Клональное наследование как выход из «репродуктивного тупика»: избирательная элиминация хромосом в гаметогенезе гибридов зелёных лягушек Сборник тезисов XVIII Конференции-школы с международным участием Актуальные проблемы биологии развития, Материалы XVIII Конференции-школы с международным участием «Актуальные проблемы биологии развития», 14-19 октября 2019 г. — М. Издательство Перо, 2019. — 108 с. (год публикации - 2019)

7. Рюмин С.С., Дедух. Д.В. Элиминация и эндоредупликация геномов в ходе раннего гаметогенеза межвидовых гибридов зелёных лягушек комплекса Pelophylax esculentus: цитологический анализ сборник тезисов Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов 2019», - (год публикации - 2019)

Возможность практического использования результатов
не указано