Экологическое и цитогенетическое исследование паразитических и растительноядных перепончатокрылыхНИР

An ecological and cytogenetic study of parasitoid and phytophagous Hymenoptera

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Экологическое и цитогенетическое исследование паразитических и растительноядных перепончатокрылых
Результаты этапа: За отчетный период намеченный план работы выполнен. Собрано, смонтировано, исследовано и определено более 100 экземпляров паразитических и растительноядных перепончатокрылых - представителей весьма богатого видами, разнообразного и таксономически сложного отряда. В ряде случаев определение материала потребовало изучения первоописаний некоторых видов с последующей сверкой с современными публикациями, выяснением видовой синонимии и переработкой существующих определительных ключей, а также исследования материалов из коллекций Зоологического института РАН и Зоологического музея МГУ. С помощью обычной окраски, морфометрического анализа и окрашивания базоспецифическими флуорохромами изучены хромосомы более 20 видов перепончатокрылых, относящихся к семействам Xyelidae, Argidae, Tenthredinidae, Cimbicidae, Braconidae и Pteromalidae из природных популяций и лабораторных культур. Проведено сравнение видового состава и особенностей экологии Aulacidea hieracii и Isocolus scabiosae - двух видов орехотворок-галлообразователей (Cynipidae), а также их паразитоидов, относящихся к семействам Eupelmidae, Eurytomidae, Ormyridae, Torymidae и Pteromalidae. Отмечено несоответствие между имеющимися литературными данными о структуре кариотипа некоторых пилильщиков семейства Argidae и вновь полученными нашими результатами, что может свидетельствовать о присутствии криптических видов. Сдан в печать и опубликован обзор, в котором рассмотрены особенности современного этапа изучения кариотипов перепончатокрылых насекомых с точки зрения соотношения между "традиционными" и "современными" методами хромосомного исследования. Показано, что на данном этапе, начало которого, очевидно, приходится на 2000-е годы, в дополнение к обычной окраске хромосом, их морфометрическому анализу и традиционным методам дифференциальной окраски, все возрастающее число кариотипов представителей данного отряда подвергается изучению с помощью методов молекулярной генетики, в частности, окрашивания базоспецифическими флуорохромами и флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), включая микродиссекцию и хромосомный пэйнтинг. Продемонстрировано, что сопоставление хромосомного анализа и исследования содержания ДНК в ядре дает возможность более точно определить особенности геномной эволюции в различных группах перепончатокрылых. Показано, что 4',6-диамидино-2-фенилиндол (DAPI), связывающийся с AT-парами оснований ДНК, более или менее гомогенно окрашивает хромосомы этих насекомых, за возможным исключением ядрышкообразующих районов (ЯОР), которые обычно обогащены GC-парами и поэтому окрашиваются хромомицином A3 (CMA3). Тем не менее, в кариотипах ряда видов выявлены многочисленные CMA3-положительные сегменты, причем по крайней мере некоторые из них не являются ЯОР. Так или иначе, надежное выявление ЯОР на хромосомах перепончатокрылых возможно с помощью FISH, использующей в качестве зонда полную или частичную последовательность большой транскрипционной единицы рибосомной ДНК (обычно 45S или 18S рДНК). FISH также продемонстрировала, что гетерохроматин содержит повторяющиеся последовательности ДНК, которые, в том числе, могут отличаться у близких видов и родов перепончатокрылых. На этой же методике основан т.н. хромосомный пэйнтинг, который в сочетании с микродиссекцией делает возможным исследование некоторых особенностей хромосомной эволюции рассматриваемого отряда. В частности, центромеры различных хромосом могут отличаться друг от друга по составу ДНК даже в пределах кариотипа одного и того же вида. Кроме того, использование микродиссекции и хромосомного пэйнтинга позволило идентифицировать каждую из пяти морфологически сходных хромосом в гаплоидном наборе Nasonia vitripennis (Pteromalidae). Изучение кариотипов Hymenoptera с использованием современных методов дает возможность обнаружить и описать т.н. супергены - группы тесно связанных локусов, которые совместно наследуются, контролируют развитие комплексных фенотипов и обычно характеризуются пониженной рекомбинацией в мейозе. Хотя исходным для перепончатокрылых, очевидно, является теломерный мотив TTAGG, проведенные исследования показывают беспрецедентное разнообразие теломерных повторов в пределах данного отряда, причем эти повторы обычно чередуются с ретротранспозонами типа SART. Одной из причин такого разнообразия, вероятно, является то, что биогенез коротких теломеразных РНК, которые, в свою очередь, служат шаблоном для синтеза теломерных повторов, у представителей Hymenoptera идет по пути, характерному не для других животных, а для зеленых растений и некоторых одноклеточных организмов. Перечислены основные базы данных с информацией о кариотипах различных групп перепончатокрылых и показана важность этих источников для успешных хромосомных исследований. С учетом результатов, полученных с помощью полногеномного секвенирования и других молекулярно-генетических методов, наряду с использованием больших массивов данных (“big data”), сделан вывод о том, что нынешний этап изучения хромосом Hymenoptera, очевидно, представляет собой переход от цитогенетического к цитогеномному исследованию данного отряда. Сдана в печать и опубликована сводка, посвященная нынешнему состоянию и перспективам исследования кариотипов перепончатокрылых, относящихся к подотряду сидячебрюхих (Symphyta), или рогохвостов и пилильщиков. Даны подробные характеристики хромосомных наборов различных надсемейств и семейств сидячебрюхих - Xyeloidea (Xyelidae), Pamphiloidea (Megalodontesidae и Pamphiliidae), Tenthredinoidea (Pergidae, Argidae, Heptamelidae, Diprionidae, Cimbicidae и Tenthredinidae), Cephoidea (Cephidae) и Siricoidea (Siricidae). Впервые описаны хромосомы Xyela julii (2n = 50), относящегося к семейству Xyelidae - наименее продвинутой группе отряда Hymenoptera, что позволило реконструировать предковый кариотип перепончатокрылых. Кроме того, впервые изучены хромосомы пяти других видов пилильщиков - Abia fasciata (n = 16; Cimbicidae), Dolerus eversmanni, D. gonager (у обоих n = 8), Empria sexpunctata (n = 13) и E. pallimacula (n = 10, Tenthredinidae). Для большинства видов Symphyta, как и для многих других перепончатокрылых, характерна арренотокия, но у некоторых сидячебрюхих отмечена диплоидная и даже триплоидная телитокия. С другой стороны, инбридинг в популяциях арренотокических видов пилильщиков может привести к появлению диплоидных (а в лабораторных условиях - и триплоидных) самцов. Гаплоидное число хромосом у исследованных представителей сидячебрюхих может изменяться от n = 5 до n = 35, но анцестральное значение этого признака, очевидно, близко к n = 25. В составе кариотипов большинства Symphyta преобладают метацентрики и субметацентрики, однако в хромосомных наборах видов с высоким числом хромосом часто присутствуют субтелоцентрики и/или акроцентрики. В ходе эволюции кариотипа многие представители Symphyta сохраняли высокие значения n, однако в надсемействе Tenthredinoidea произошло снижение этого показателя до n = 10 и ниже. Показано, что Dolerus obscurus, очевидно, не является подвидом D. eversmanni, как считалось ранее, поскольку у них соответственно обнаружено n = 7 и 8. Продемонстрировано, что близкие виды пилильщиков с одинаковыми хромосомными числами зачастую различаются по другим особенностям структуры кариотипа, прежде всего по соотношению размеров хромосом. Перечислены виды Symphyta, кариотипы которых изучены с использованием как "традиционных" (C- и AgNOR-окраска), так и "современных" методик хромосомного исследования (окрашивание базоспецифическими флуорохромами, гибридизация ДНК in situ). В частности, с использованием методов цитогенетики и биоинформатики показано, что теломерный мотив TTAGG, характерный для многих насекомых, но отсутствующий у большинства перепончатокрылых, обнаружен у пилильщиков, относящихся к семействам Tenthredinidae, Cephidae и Orussidae. Перспективные направления хромосомного исследования сидячебрюхих, очевидно, связаны с детальным изучением структуры кариотипа этих насекомых, включая составление кариограмм и морфометрический анализ хромосом, а также с исследованием хромосомных наборов рогохвостов и пилильщиков с помощью методов молекулярной цитогенетики.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".