|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Малоклеточность ранних стадий развития Cnidaria как пример конвергентной эволюции Cnidaria и Bilateria: сравнительно-эмбриологический анализНИР
- Руководитель НИР: Краус Ю.А.
- Участники НИР: Козырева А.О., Кремнёв С.В., Майорова Т.Д., Осадченко Б.В.
- Подразделение: Кафедра биологической эволюции
- Срок исполнения: 1 января 2015 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 15-04-08214а
- Номер ЦИТИС: 115013010179
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Физиологические механизмы деятельности, развития и устойчивости организма человека и животных
- ПН России: Науки о жизни
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.03.17 Эволюционное учение
- 34.21.17 Эмбриональное развитие
- 34.33.15 Зоология беспозвоночных
-
Ключевые слова:
bilateria, личинка, метаморфоз, план строения, hydrozoa, эволюционная биология развития, staurozoa, гаструляция, cnidaria
-
Описание:
Эволюционные изменения путей и механизмов раннего развития могут не затрагивать его конечный результат - план строения взрослого организма. Хорошим примером является малоклеточность ранних стадий развития, конвергентно сформировавшаяся у представителей Nematoda, Chordata (Tunicata), Ctenophora, Cnidaria. Эмбрионы, состоящие к концу развития всего из нескольких десятков клеток, успешно формируют план строения, специфичный для каждого таксона. Развитие многих нематод и туникат уже изучено на всех уровнях организации - от морфологического до геномного, а для нематод реконструирована эволюция малоклеточности. Показано, что малоклеточность ассоциирована с комплексом преобразований онтогенеза, среди которых переход к детерминированному дроблению с ранним выделением инвариантных поликлональных клеточных линий, снижение регулятивных способностей эмбриона, уменьшение роли регуляторных генов (Schulze, Schierenberg, 2011; Holland, 2014). Для ответа на вопросы о том, насколько универсальны выявленные закономерности, какие ограничения накладывает малоклеточность эмбриона на процессы развития (в т.ч. на морфогенезы), и как эти ограничения преодолеваются представителями разных таксонов, необходим сравнительный анализ особенностей развития малоклеточных эмбрионов у представителей нескольких далеких филетических линий. Книдарии, как представители низших Metazoa, - особенно привлекательные объекты для сравнительных исследований. Исходя из этого, мы планируем проанализировать особенности развития нескольких книдарий, онтогенез которых характеризуется малоклеточностью эмбрионов, и сопоставить полученную информацию с литературными данными по развитию представителей Bilateria (Nematoda и Tunicata). Поскольку малоклеточные эмбрионы и личинки книдарий были изучены только на уровне световой микроскопии (Metschnikoff, 1886; Wietrzykowski, 1912), в задачи нашего проекта входит детальное изучение развития нескольких видов книдарий: Lucernaria quadricornis (класс Staurozoa) и четыре вида класса Hydrozoa (группа Trachylina) - Aglantha digitale, Aglaura hemistoma, Geryonia proboscidalis, Solmundella bitentaculata. Эти виды различаются особенностями жизненного цикла и степенью выраженности малоклеточности. Используя методы гистологии, иммуноцитохимии, электронной и конфокальной микроскопии, экспериментальной эмбриологии и молекулярной биологии, мы изучим морфогенетические процессы (на клеточном и субклеточном уровне), динамику пролиферации, миграции, дифференцировки и гибели клеток, регулятивные способности эмбрионов и личинок, а также особенности экспрессии генов, предположительно вовлеченных в регуляцию морфогенезов (ортологи brachyury, snail, компонентов канонического Wnt-каскада). На основании результатов этого исследования будут выявлены как общие для всех изученных книдарий, так и таксон-специфические особенности развития малоклеточных эмбрионов и личинок; будет выполнен сравнительный анализ развития малоклеточных эмбрионов Cnidaria (оригинальные данные) и Bilateria (литературные данные).
-
Основные результаты:
В ходе выполнения проекта будут решены следующие задачи: 1) будут созданы таблицы нормального развития для Lucernaria quadricornis (Staurozoa) и четырех видов класса Hydrozoa (группа Trachylina) - Aglantha digitale, Aglaura hemistoma, Geryonia proboscidalis, Solmundella bitentaculata. 2) на клеточном и субклеточном уровне будут изучены гаструляционные морфогенезы модельных видов и морфогенезы, связанные с формированием личинок; 3) будет охарактеризована морфогенетическая роль, принадлежащая пролиферации, миграции и гибели клеток, эпителиальным морфогенезам, изменениям формы клеток. 4) будет охарактеризована индивидуальная изменчивость развития модельных видов; 5) на примере малоклеточного эмбриона и личинки Aglantha digitale (этот вид наиболее доступен для изучения) будут охарактеризованы особенности паттернов экспрессии ортологов некоторых генов, которые у изученных книдарий являются маркерами орально-аборальной оси и зародышевых листков, а также участвуют в регуляции морфогенезов (brachyury, snail, компоненты канонического Wnt-каскада). 6) также на малоклеточных эмбрионах Aglantha digitale, близкого к ней вида Aglaura hemistoma и, по возможности, на эмбрионах Solmundella bitentaculata, характеризующихся относительно большим числом клеток, будут экспериментально изучены регулятивные возможности эмбрионов и межклеточные взаимодействия, необходимые для нормального развития. 7) на основании результатов проведенного исследования будут выявлены как общие для всех изученных книдарий, так и таксон-специфические особенности развития малоклеточных эмбрионов и личинок; 8) будет выполнен сравнительный анализ развития малоклеточных эмбрионов Cnidaria (оригинальные данные) и Bilateria (литературные данные).
- Добавил в систему: Краус Юлия Александровна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | анализ нормального развития гидроидной медузы Aglantha digitale |
| Результаты этапа: В 2015 году планируется получить следующие результаты: 1) Создать таблицу нормального развития Aglantha digitale, изучить морфогенезы, пролиферацию, миграцию и гибель клеток в развитии этого вида методами конфокальной микроскопии, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии, гистологии. 2) Провести эксперименты по изоляции и рекомбинации бластомеров Aglantha digitale. 3) Начать адаптацию протокола insitu гибридизации для Aglantha digitale, клонировать ортологи генов tcf, wnt3, brachyury и snail для этого вида. 4) Подготовить и сдать в печать 1 статью по нормальному развитию Aglantha digitale. 5) Начать сбор материала по нормальному развитию Aglaura hemistoma, Geryonia proboscidalis, Solmundella bitentaculata, Lucernaria quadricornis для последующего изучения в 2016 г. | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Малоклеточность ранних стадий развития Cnidaria как пример конвергентной эволюции Cnidaria и Bilateria: сравнительно-эмбриологический анализ |
| Результаты этапа: Разработана методика работы в лабораторных условиях с представителем Staurozoa, прикрепленной медузой Lucernaria quadricornis. Во время работы на ББС МГУ в июле - августе 2016 г. был разработан протокол индукции гаметогенеза. Полученные зиготы содержались при температуре 12 - 14С в профильтрованной морской воде. Изображения последовательных стадий развития эмбрионов были получены с помощью микроскопа Leica. Кроме того, последовательные стадии развития были изучены с помощью конфокального микроскопа, гистологии, трансмиссионной электронной микроскопии. В результате впервые были созданы таблицы нормального развития представителя Staurozoa. Были описаны процессы гаструляции и формироваия личинки - планулы. Во время работы на биостанции Университета Пьера и Марии Кюри (Вильфранш-сур-Мер, Франция) был собран материал по раннему и личиночному развитию двух представителей Trachymedusa - Liriope tetraphylla и Solmundella bitentaculata. Проведено предварительное изучение развития методами конфокальной микроскопии. Это голопелагические виды, не имеющие в жизненном цикле стадии полипа. Такое направление эволюции жизненного цикла накладывает серьёзные ограничения на эмбриональное и личиночное развитие - медуза формируется не из тканей полипа, а непосредственно из эмбриона или личинки. Изучение эмбрионального и личиночного развития таких видов поможет выявить фундаментальные закономерности эволюции жизненных циклов. В настоящее время проводится изучение развития Liriope и Solmundella методами гистологии и электронной микроскопии. | ||
| 3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Малоклеточность ранних стадий развития Cnidaria как пример конвергентной эволюции Cnidaria и Bilateria: сравнительно-эмбриологический анализ |
| Результаты этапа: В 2015-2017 гг. мы детально, с использованием современных подходов и методов, изучили развитие голопелагических медуз группы Trachylina (Aglantha digitale, Liriope tetraphila, Solmundella bitentaculata), гидроида из группы Hydroidolina (Sarsia loveni), представителя класса Staurozoa (Lucernaia quadricornis), голопелагической сцифомедузы Pelagia noctiluca. Мы провели сравнительный анализ жизненных циклов, репродуктивных стратегий и особенностей развития этих видов. Были получены следующие основные результаты: Было выявлено несколько особенностей, свидетельствующих о глубоком эволюционном преобразовании онтогенеза голопелагических трахилин Aglantha, Liriope и Solmundella. Изменения развития, связанные с малоклеточностю эмбриона, сильнее всего выражены у Aglantha. Этот вид начинает гаструляцию на стадии всего 8 клеток, она протекает как сильно видоизмененная первичная деламинация. У малоклеточных эмбрионов Aglantha и Liriope пролиферация клеток смещена с ранних (прегаструляционных) стадий развития на стадию метаморфоза, что можно рассматривать как гетерохронию. Структуры медузы (манубриум, щупальца, колокол) начинают формироваться у Aglantha на стадии личинки - планулы, а у Liriope - уже на стадии поздней гаструлы. Личинка Solmundella, очень рано формирует длинные щупальца. Все эти явления также можно рассматривать как гетерохронии, связанные с утерей трахилинами стадии полипа и эволюцией голопелагического жизненого цикла. Ограничения, накладываемые на процессы развития малым числом и большими размерами клеток, личинка Aglantha преодолевает за счет создания локальных зон пролиферации клеток в тех областях, где «намечается» формирование структур медузы (зачатки манубриума, щупалец, край будущего колокола). Малоклеточность приводит к серьезным ограничениям, накладываемым на репертуар доступных для этих видов морфогенезов. Мы обнаружили, что морфогенезы Aglanta и Lucernaria основаны на интеркаляции клеток, изменении формы клеток, ориентированных митозах. Не обнаружено использования этими видами эпителиальных морфогенезов, характерных для эмбрионов большинства многоклеточных животных, а также морфогенезов, связанных со свободной миграцией клеток. Малоклеточность не является обязательным следствием эволюции голопелагического жизненного цикла (так, она отсутствует у Pelagia). Она связана, скорее, с изменением репродуктивной стратегии (продукцией огромного числа мелких яйцеклеток), как у Lucernaria, Aglantha, Sarsia. Эволюция жизненного цикла (утрата стадии полипа) всегда сопровождаются появлением целого набора гетерохроний - сдвигов формирования структур медузы на стадии эмбриона и личинки, что приводит к существенным изменениям процессов раннего развития у голопелагических видов. Все перечисленные наблюдения и выводы оригинальны, мы смогли их сделать только благодаря сравнительному изучению развития нескольких немодельных видов книдарий, которое никогда до нас не предпринималось. | ||
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".