Различие в числе хромосом не препятствует скрещиванию горошковых белянок

Ученые из России, Испании и Швеции провели эксперименты по скрещиванию бабочек с разным количеством хромосом. Хотя обычно такие гибриды оказываются бесплодными, эти насекомые не только сохранили свою способность производить потомство на протяжении четырех поколений, но и указали на новый механизм эволюции хромосомных наборов. Статья, поддержанная грантом Российского научного фонда, была опубликована в журнале Frontiers in Genetics. Кратко о результатах исследования рассказывает пресс-релиз РНФ.

Хромосомные различия (то есть разные формы, размер и количество хромосом) служат препятствием для межвидового скрещивания. Они являются причиной пониженной плодовитости или даже полного бесплодия у гибридов. Это связано с тем, что при образовании половых клеток происходит неравномерное распределение генетического материала. Например, мулы (результаты скрещивания осла и кобылы) отличаются большей продолжительностью жизни и работоспособностью, но они бесплодны, так как получают разное число хромосом от родителей: 31 от осла и 32 от лошади.

Однако у этого правила есть исключения. В 2018 году авторы новой статьи обнаружили необычное деление ядра (мейоз) у самой обычной бабочки — горошковой белянки,  или горчичницы (Leptidea sinapis). В норме при первом делении мейоза гомологичные пары хромосом расходятся, и дочерние клетки получают равноценные половинчатые наборы (редукция числа хромосом), затем дочерние клетки делятся еще раз. Как правило, у гибридов разница в хромосомах между родителями нарушает такое деление. Но у горошковой белянки наблюдается инвертированный мейоз: редукционное и обычное деления меняются местами. В результате во втором делении происходит более сбалансированная передача генетического материала.

Авторы исследования провели скрещивания между двумя расами горошковой белянки — испанской, у которой в диплоидном (2n) наборе 106 хромосом, и шведской, у которой в диплоидном наборе 56 хромосом. Затем они наблюдали кариотипы (хромосомные наборы) четырех поколений этих гибридов. Исследования подтвердили высокую фертильность (плодовитость) гибридов. Они также выявили, что у первого поколения почти все хромосомы участвуют в образовании сложных ассоциаций, так называемых мультивалентов (как раз с наличием мультивалентов и связана частичная стерильность гибридов). Однако во втором, третьем и четвертом поколениях наблюдалась картина постепенного уменьшения доли мультивалентов и увеличения доли бивалентов — нормальных хромосомных ассоциаций, с тенденцией формирования нового кариотипа с промежуточным между 56 и 106 диплоидным числом хромосом.

«Мы показали, что скрещивания между контрастными хромосомными расами горошковой белянки приводят к частично фертильным гибридам и запускают процессы формирования новых кариотипов и, потенциально, новых видов. Таким образом, гибридизация между видами может играть творческую роль в эволюции, запуская формирование новых сбалансированных геномов и возникновение новых видов», — сообщает руководитель проекта по гранту РНФ Владимир Лухтанов, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Зоологического института РАН и профессор Санкт-Петербургского государственного университета.

Обсудите с коллегами

24.02

Жизнь Габриэля Гарсиа Маркеса

24.02

Скрытый памятник арабской архитектуры

24.02

Африканские долгоноги светятся в ультрафиолетовых лучах

24.02

«Это мог нарисовать только сумасшедший!» Кем сделана подпись на картине Мунка?

23.02

Тираннозавр Рекс и другие хищники мезозоя

22.02

От философии к прозе. Ранний Пастернак

Генетический портрет непарного шелкопряда создан на основе полутора тысяч образов Генетический портрет непарного шелкопряда создан на основе полутора тысяч образов Непарный шелкопряд поставил рекорд среди бабочек по размеру генома Непарный шелкопряд поставил рекорд среди бабочек по размеру генома
Генетический портрет непарного шелкопряда создан на основе полутора тысяч образов