B-chromosomes and plasticity of the species

Abstract

The examples of various members of the animal and plant species shows a possible role of population variability in the number and morphological types of B-chromosomes in plasticity of the species.

Full Text

Введение В настоящее время при эволюционных исследованиях особое внимание уделяется явлениям, выходящим за пределы традиционной генетической парадигмы. Парадокс избыточной ДНК для кодирования значимых элементов генома известен достаточно давно, но только в последние годы было выяснено, что большая часть так называемой «мусорной» ДНК на самом деле буквально насыщена различными регуляторными сайтами. В то время как кодирующие последовательности человека составляют 1,5 % генома, тысячи генов программируют синтез некодирующих РНК, которые регулируют экспрессию генов на многих уровнях (Свердлов, 2009). В частности, множество миРНК (малые интерферирующие РНК) и микро-РНК участвуют в регуляции генов, увеличивая или уменьшая его активность (Гвоздев, 2005). Предполагается, что генами-мишенями для этих миРНК могут служить гены, ответственные за общие механизмы адаптации (Martin et al., 2010). Сложность механизмов регуляции генетических процессов послужила основой для современных представлений о роли «темнового» генома — совокупности всех некодирующих его элементов, которые ранее считались вспомогательными и незначительными или даже «мусорными». Открытие этого феномена, названного «темновым» геномом, журнал «Science» в 2012 году отнес к выдающимся научным достижениям прошедшего десятилетия. Впервые термин «темновой» геном, был использован в публикации «Science» (Pennisi, 2010). При избытке ДНК необходимой для кодирования белковых молекул в основной стабильной части А-хромосом (обычных хромосом набора) еще более загадочным представляется наличие у многих видов животных и растений, так называемого В-генома, представленного в виде добавочных или В-хромосом. Их наличие варьирует в пределах вида. Они могут быть представлены у одних его представителей и отсутствовать у других. В-хромосомы известны у 1800 видов растений и животных (Camacho et al., 2000). Анализ встречаемости позволяет говорить, что почти у 14 % видов могут быть выявлены В-хромосомы (Camacho, 2005). Добавочные хромосомы могут быть не у всех особей популяции вида с В-хромосомами. У одних видов они могут встречаться только в некоторых популяциях вида или даже у редких особей вида, а у других видов В-хромосомы есть почти у всех особей вида. Среди 1415 растений с В-хромосомами наибольшее число, 50 В-хромосом, выявлено у одного из видов камнеломковых двухдольных цветковых Saxifragales — Pachyphgtum fittkaui, у кукурузы Zea mays их число достигает 34. Среди 62 видов с В-хромосомами у насекомых Diptera, наибольшое их число, равное 20, встречается у Xyloia netnorunt (Camacho, 2005). Из 55 видов млекопитающих, имеющих В-хромосомы, 42 вида относятся к грызунам, у которых за счет быстрой смены поколений, эволюционные процессы происходят в десятки раз быстрее, чем у крупных млекопитающих. У большинства из них (27 видов из 55) число В-хромосом варьирует от 1 до 2–3. У 10 видов их число доходит до 10 (Vujosevic, Blagojevic, 2004). Максимальные числа В-хромосом обнаружены у копытного лемминга Dicrostonyx torquatus (до 38 В-хромосом, это убывающий ряд мелких акроцентрических В-хромосом) пойманного на Чукотке (Чернявский, Козловский, 1980) и восточноазиатской (корейской) мыши Apodemus (Alsomys) peninsulae Thomas, 1906 (до 30 микро-В-хромосом) с левого берега реки Енисей в окрестностях села Берег-Таскино, что ниже по течению от г. Красноярска (Борисов и др., 2010). У восточноазиатской мыши выявлено до 30 В-хромосом, различающихся числом и разнообразной морфологией от точечных, мелких акроцентрических до метаи субмета-центрических В-хромосом различного размера (мелких, средних и крупных). В Сибирских популяциях у этого вида мыши можно наблюдать от 1 до 10 макро-В-хромосом и от 1 до 30 микро-В-хромосом, а также различные комбинации таких макрои микро-В-хромосом. Размер системы В-хромосом у отдельных особей может достигать 40 % от гаплоидного набора А-хромосом. В частности, для сибирских географических популяций этого вида характерно различное число морфотипов В-хромосом, которые в совокупности образуют стабильно наследуемые популяционные системы. В популяциях мышей Сибири все особи имеют В-хромосомы, в отличие от других регинов, где часто встречаются мыши и без В-хромосом (Борисов, 1986; Борисов, Бочкарев, 2008; Борисов, 2008 б). Вполне возможно, что наличие одиночных или систем из 10 и более В-хромосом могут иметь различное значение для популяций. Целью настоящего обзора является попытка осмыслить значение популяционной вариабельности числа и морфотипов В-хромосом у животных и растений и оценить ее возможное влияние на пластичность вида. Особенности наследования В-хромосом В-хромосомы, как правило, индивидуальны и не имеют пары при мейотическом делении, что может способствовать их накоплению — аккумуляции (“drive”) в герминативных (зародышевых) клетках. Наличие добавочных хромосом в популяции, имеющей особей с В-хромосомами, поддерживается от поколения к поколению, но частота особей с В-хромосомами может варьировать. Популяционные системы В-хромосом, выявленные у некоторых видов, также поддерживаются стабильно в череде поколений (Борисов, 1986; Гилева, 2004). При этом наследование В-хромосом, в виду их индивидуальности, не подчиняется законам Менделя, а происходит по малоизвестным законам генетики (Camacho, 2005). Стабильность наследования определенных популяционных систем В-хромосом, по-видимому, обусловлена антагонистическими силами и является результатом взаимодействия процессов накопления (“drive”) В-хромосом и вредного воздействия на приспособленность носителей высоких чисел В-хромосом. По мнению Shaw (1984), драйв В-хромосом может быть ограничен специальными генами-модификаторами. О работе этих генов известно немного (Camacho, 2005). Движущей силой сохранения и распространения В-хромосом, кроме различных механизмов драйва, может служить и селекция особей-носителей по способности давать потомство. При этом В-хромосомы не должны оказывать на А-геном значительного отрицательного воздействия, а при положительном влиянии вероятность их передачи в поколениях может возрастать. Для индивидуальных по своей структуре (FISH проб ДНК, Си G-окраска) В-хромосом характерно их нерасхождение при мейотических делениях, что может приводить к накоплению В-хромосом в одной из дочерних клеток, т. е. к их аккумуляции. Было показано, что у восточноазиатских мышей число В-хромосом в половых клетках выше, чем в соматических (Борисов, 2008 а). У крысовидного хомячка Tscherskia triton не исключена возможность их возникновения de novo в герминативной ткани как под влиянием внутренних, так и внешних факторов (Борисов, 2012). Об этом могут свидетельствовать редкие случаи выявления В-хромосом в различных частях ареала только у части самцов Tscherskia triton. Вполне вероятно, что В-хромосомы возникают у некоторых самцов этого вида de novo в их репродуктивной ткани, где они и представлены в 100 % клеток. В дальнейшем, в результате отрицательного влияния В-хромосом на А-геном в соматических тканях, они подвергаются элиминации в большей части клеток этих тканей (Борисов, 2012). Не исключено, что такие различия в частоте В-хромосом могут быть связаны с выполнением определенных функций В-хромосом в герминативных клетках. Наличие или отсутствие В-хромосом, несомненно, сказывается на работе А-генома. С вариабельностью В-хромосом связаны процессы, в результате реализации которых может изменяться частота хиазм в А-хромосомах, изменяя тем самым уровень рекомбинационной изменчивости, обычно рассматриваемой как эволюционный резерв (Jones, Ress,1982). Благодаря этим эффектам В-хромосомы служат источником генетических новшеств, и тем самым позволяют организму справляться с новыми условиями среды, не изменяя своего основного набора. Вариабельность числа и морфологии добавочных В-хромосом у ряда видов, по-видимому, способствует выживанию особи в необычных и экстремальных для нее условиях (Bougourd, Prowman, 1966; Bougourd et al., 1995; Кунах, 2010). Для В-хромосом, как правило, не имеющих гомологичной пары (подобно Y-хромосоме), нет ограничений при мейотических делениях клетки, свойственных парным диплоидным А-хромосомам. За счет нейтрального накопления в В-хромосомах мутаций и их возможных потенциальных перемещений в А-хромосомы разнообразие генома и скорость его преобразований может увеличиться, и, как следствие, при определенных условиях, пластичность и устойчивость генома будут возрастать. В-хромосомы могут служить источником новых регуляторных последовательностей ДНК и даже новых генов, на начальном этапе возникающих в виде нефункциональных псевдогенов. Не исключен перенос генов из Вв А-хромосомы (Camacho, 2005). Кроме того, в В-хромосомах найдены скопления сегментных дупликаций (копий ДНК, перенесенных с одного участка генома в другой). Известно, что в таких областях могут формироваться новые кодирующие последовательности, подверженные селективному отбору. Дополнительные копии генов способны усиливать иммунный ответ и реакцию на стрессы (Свердлов, 2009). Коэволюция Аи В-хромосом Оценка функционального влияния В-хромосом неоднозначна — от взглядов на В-хромосомы, как на «геномных паразитов» (Ostergren, 1945) или как на «эгоистические гены» (Dawkins, 1976), до рассмотрения их возможной адаптивной роли, особенно в неблагоприятных условиях обитания (Darlington, 1958; White, 1973; Мошкович, 1979; Jones, Ress, 1982; Plowman and Bougourd, 1994; Bougourd, Prowman, 1996; Кунах, 2010). Анализируя подобные явления у растений и животных, Хуан Камачо с коллегами (Camacho et al., 2000) на примере хромосом кузнечика Eyprepocnemis plorans предложили неравновесную модель для коэволюции Аи В-хромосом, при которой влияние В-хромосом нейтрализуется А-геномом. Согласно этой гипотезе, эволюция В-хромосом — это непрерывный «конфликт интересов» между разными частями генома, при котором роль В-хромосом может меняться от паразитической к нейтральной и даже благоприятной (Kimura and Kayano, 1961; Ruiz-Rejon et al., 1987). Действительно, при более широком рассмотрении В-хромосом у различных объектов, обнаружены разнообразные варианты влияния В-хромосом на А-геном (Jones, Rees, 1982; Camacho, 2005; Jones, 2012). В-хромосомы и экология Известно, что В-хромосомы у некоторых видов растений чаще встречаются в тех популяциях, которые росли в неоптимальных и особенно в стрессовых условиях и на границах ареала, в частности в городских и интродуцированных насаждениях (Владимирова, Муратова, 2005; Borisov, Muratova, 2012). Роль В-хромосом животных и растений в адаптивных процессах активно обсуждается (Darlington, 1958; White,1973; Мошкович, 1979; Jones, Ress, 1982; Plowman, Bougourd, 1994; Bougourd, Prowman, 1996; Борисов, 2008 б; Кунах, 2010). По-видимому, изменение частоты В-хромосом и их морфотипов у некоторых видов животных и растений может проявляться и как индикатор техногенных воздействий (Borisov, Muratova, 2012). Обнаружено появление В-хромосом у некоторых деревьев ели (Picea glauca и Picea obovata), произрастающих в крупных промышленных центрах (города Воронеж и Красноярск). Возможно это происходит в результате геномных мутаций А-хромосом при воздействии на растительность аэропромвыбросов предприятий и влиянии выхлопных газов автомобилей (Буторина, Богданова, 2001; Владимирова, Муратова, 2005). У сосны Pinus sylvestris L. В-хромосомы впервые были обнаружены у сеянца одного из деревьев, произрастающих на лесостепном участке в Челябинской области в пределах радиоактивного Уральского следа. По-видимому, появление В-хромосом является следствием мутационного процесса, так как у сеянцев других деревьев с этого семенного участка были обнаружены мутантные формы хромосом (Буторина и др., 1979). Сосна относится к одной из самых чувствительных природных тест-систем на радиационное и химическое загрязнение среды. При изучении сообществ хирономид в малых водоемах с различной степенью загрязнения биогенными веществами в популяциях пяти видов, обитающих в самом загрязненном водоеме Псковской области, в течение 1991–1997 гг. обнаружена высокая частота особей с В-хромосомами (Жиров, 1999). У мотыля Chironomus bolatonicus из зоны Чернобыля в 1987–1988 годах обнаружен широкий спектр геномных и хромосомных нарушений. Впервые у данного вида обнаружены В-хромосомы (2,1 % особей) (Петрова, Михайлова, 1994). У другого вида мотыля Chironomus pilicornis в популяции Оймякона («полюс холода») в экстремальных для развития личинок условиях обнаружены множественные В-хромосомы (Кикнадзе и др., 2002). Их насчитывается до нескольких десятков на одно ядро клетки слюнной железы. Частота встречаемости личинок с В-хромосомами очень высока в оймяконских популяциях (24–50 %). В этих условиях, многоядрышковость, увеличение массы центромерного гетерохроматина и появление множественных В-хромосом могут служить клеточными механизмами адаптации к суровым условиям существования личинок в зоне вечной мерзлоты. Так, многоядрышковость способна обеспечить синтез большого количества рибосомной РНК, необходимой для белковых синтезов, протекающих в условиях низких температур с малой эффективностью (Кикнадзе и др., 2002). Мало известно о популяционной динамике В-хромосом. Качворяном с соавторами (Качворян и др., 1996) установлено, что за 20 лет в популяции мошек Cnetha zakhariens из ушелья Азат (Армения, пос. Гарни) доля особей с В-хромосомами увеличилась в 2,5 раза (от 10,8 % в 1972 году до 26,8 % в 1992 году). В 1992 году в основном выросло число особей с двумя В-хромосомами (было в 1972 году около 2 % и стало 22 %). При изучении кариотипа широко распространенного вида мошек Odagmia ornate Rubz. (окрестности Ст. Петергофа) оказалось, что за 20 лет доля особей с В-хромосомой увеличилась вдвое (с 20,7 % до 40,9 %). Подобное увеличение описано и для жука рода Diabrotica (Smith, 1956). Авторы связывают такие эффекты с изменением экологической обстановки в местах обитания насекомых. При комплексном обследовании популяции красной полевки из окрестностей поселка Артыбаш, попадающей в зону рассеивания токсических компонентов ракетного топлива над территорией Телецкого озера (Горный Алтай), было выявлено, что показатели крови у этих животных соизмеримы с таковыми из зоны Чернобыльской аварии. Для всех обследованных полевок было характерно хроническое воспаление бронхов, поражение печени выявлено у 83 % животных, а хроническое воспаление почек у 66,6 %. Отмечен высокий показатель (10,2 %) гибели животных, а также нарушение процесса сперматогенеза (Москвитина и др., 2006). Здесь же в окрестностях поселка Артыбаш за 22 года наблюдений с 1980 по 2002 годы у восточноазиатской мыши обнаружен трехкратный рост среднего числа двуплечих В-хромосом. В последующие годы это высокое число В-хромосом в популяции сохранилось. Подобной динамики роста числа В-хромосом в других популяциях восточноазиатской мыши не обнаружено (Борисов, 2008 б). Добавочные хромосомы достаточно разнородны по своему происхождению, структуре и механизмам наследования, а также по их роли в процессах адаптации некоторых видов. Поэтому результаты их влияния на представителей различных видов могут значительно отличаться. В частности, у европейских мышей Sylvaemus flavicollis не было обнаружено влияния экологических факторов на частоту в популяции особей с В-хромосомами (Zima et al., 1999; Wojcik et al., 2004). По нашим данным, желтогорлые мыши S. flavicollis из окрестностей г. Дзержинска, значительно загрязненного выбросами химического производства, и из Брагинского района (д. Вялье), расположенного в 16 км от Чернобыльской зоны в Беларуси не имели В-хромосом. У желтогорлых мышей в других обследованных пунктах из центральной части ареала (западные районы Восточной Европы) частота встречаемости особей с В-хромосомами очень низка (1 % и ниже) и, вероятно, не зависит от экологических условий мест обитания (Борисов и др., 2011). С другой стороны, при изучении мотыля Chironomus bolatonicus в 1987–1988 гг. из зоны Чернобыля выявлен широкий диапазон геномных и хромосомных нарушений. Впервые у данного вида были обнаружены В-хромосомы (2,1 % особей) (Петрова, Михайлова,1994). При цитогенетическом мониторинге природных популяций растений района Чернобыля у ряда видов впервые обнаружены В-хромосомы, а у Centaurea scabiosa L. отмечено повышенное содержание В-хромосом (Дмитриева и др., 1999). Известных данных по этому региону пока недостаточно, чтобы достоверно говорить о появлении В-хромосом у животных и растений под влиянием радиационного воздействия. В-хромосомы и пластичность вида Популяционным исследованиям широкоареальных видов с В-хромосомами пока не уделяется достаточного внимания. Ряд работ проведенных с такими видами по оценке изменчивости как частоты особей с В-хромосомами, так и по изменчивости среднего числа В-хромосом в популяции свидетельствуют о возможности влияния В-хромосом на пластичность вида. В частности, лук-резун A. schoenoprasum, который распространяется даже в Арктику до 75 0 с. ш. (Новая Земля), может нести в этих условиях до 20 В-хромосом в одной клетке. Отмеченная для A. schoenoprasum высокая экологическая пластичность вида сопровождается повышенной частотой встречаемости В-хромосом и повышенным их количеством у этого вида растений (Bougourd, Prowman, 1966). В полиморфных по В-хромосомам популяциях кукурузы, из Северной Аргентины была выявлена положительная и статистически достоверная корреляция среднего количества В-хромосом с высотой произрастания растения (Ricci, Silva, 2007). Частота растений с В-хромосомами в природных популяциях, как правило, невысокая, но она возрастает при неблагоприятных условиях выращивания. Дополнительные хромосомы чаще оказываются у растений, растущих в экстремальных условиях. Считается, что В-хромосомы могут повышать адаптивный потенциал растений. Формы, имеющие их, более устойчивы, например, к засухе и низким температурам (Мошкович, 1979). Среди почти 20 видов мышей Apodemus (Sylvaemus) у 6 видов выявлены В-хромосомы. Среди них наиболее широкий ареал имеют два вида со значительной популяционной вариабельностью В-хромосом. В первую очередь, это восточноазиатская мышь A. peninsulae с ее огромным ареалом в восточной части Палеарктики. Ареал другого вида мыши — желтогорлой S. flavicollis занимает значительную часть Европы и доходит до бассейна реки Волга в Восточной Европе. У этого вида выявлена популяционная изменчивость, в основном по 1–3 мелким акроцентрическим В-хромосомам и происхождение их, вероятнее всего, связано с дупликаций мелких акроцентрических аутосом и их гетерохроматизацией. Среди мышей Apodemus (Sylvaemus) есть еще третий широкоареальный вид — полевая мышь А. agrarius (которая обитает на Дальнем Востоке и на территории от Байкала до Центральной Европы), но у этого вида только у редких особей была выявлена очень мелкая акроцентрическая В-хромосома (Картавцева, 2002). Пластичность видов даже в пределах одного рода, вероятно, могут обеспечивать, различные механизмы, сопряженные с молекулярной и генетической изменчивостью. Более того, происхождение, структура ДНК и количество В-хромосом у этих трех видов совершенно различны (Rubtsov et al., 2004). Максимальный размах популяционной изменчивости В-хромосом отмечен у A. peninsulae на территории Сибири, где в экстремальных для вида условиях обитания число В-хромосом варьирует от 1 до 30 (Борисов и др., 2010). В более благоприятных местах ее обитания в Приморье, Корее и Китае варьирование чисел и морфотипов В-хромосом значительно меньше. В Приморье и Хабаровском крае часто (до 25 %) встречаются мыши и без В-хромосом. У мышей Дальнего Востока их вариабельность только у редких особей достигает значений 0–6 (Картавцева, 2002). У восточноазиатской мыши Сибири происхождение В-хромосом, по-видимому, связано с изменениями в центромерных и прицентромерных районах А-хромосом и с дупликациями этих участков в виде микро-В-хромосом (Рубцов и др., 2009). Прицентромерные районы наиболее чувствительны к воздействию ионизирующего облучения, химических мутагенов, пестицидов и других загрязнителей и неблагоприятных факторов окружающей среды. Возможно, поэтому именно в таких местах с неблагоприятными факторами обитания у некоторых видов животных и растений чаще встречаются особи с В-хромосомами. Множество микро-В-хромосом у восточноазиатской мыши в местах радиационного загрязнения поймы реки Енисей В среднем течении реки Енисей, в 85–300 км ниже по течению от г. Железногорска с его ядерно-химическим производством, в местах радиационного загрязнения поймы реки Енисей (Bolsunovsky, Bondareva, 2007) была обнаружена уникальная по кариотипу популяция восточноазиатских мышей. У мышей из этой популяции на протяжении 200 км левобережья реки Енисей были выявлены только микро-В-хромосомы, число которых варьировало от 12 до 30 (Борисов и др., 2010) (рис. 1). Множество микро-В-хромосом у мышей в местах радиационного загрязнения поймы реки Енисей, по-видимому, указывает на активизацию процессов образования новых микро-В-хромосом, что может быть связано с увеличением числа горячих точек разрывов в прицентромерных участках А-хромосом (Рубцов и др., 2009). В одной из популяций мышей Восточной Сибири выявлена вариабельность микро-В-хромосом в различные годы. Более того, обнаружено их появление у особей с макро-В-хромосомами в популяции Горного Алтая, где ранее такие микро-В-хромосомы не были отмечены (Борисов, 2008 б). ДНК Аи В-хромосом восточноазиатской мыши и происхождение В-хромосом При исследовании молекулярной организации В-хромосом восточноазиатской мыши с помощью флуоресцентной гибридизации проб ДНК in situ было обнаружено, что ДНК прицентромерных районов В-хромосом сибирских особей, гомологична ДНК прицентромерных районов аутосом. . Это позволяет предположить, что первым этапом формирования В-хромосом у восточноазиатских мышей Сибири является процесс, связанный с инвертированной дупликацией прицентромерного участка А-хромосом, подобно хорошо изученному механизму возникновения малых сверхчисленных маркерных хромосом человека. Последующая реорганизация микро-В-хромосом в макро-В-хромосомы, по-видимому, включает амплификацию ДНК и дополнительные структурные перестройки (Рубцов и др., 2009). Полученные к настоящему времени данные указывают, что вслед за появлением de novo микро-В-хромосомы в результате мутации в прицентромерном гетерохроматическом участке происходит интенсивная амплификация различных последовательностей ДНК, приводящая к значительному увеличению размеров В-хромосомы. Возможно, имеет место амплификация последовательностей, которые уже находились в составе микро-В-хромосомы в небольшом числе копий. Нельзя исключить и вставку — инсерцию в микро-В-хромосому новых фрагментов ДНК с последующей их амплификацией. В любом из этих вариантов происходит независимая эволюция ДНК плеч В-хромосом до определенного их критического размера (Рубцов и др., 2009). Особенности структурной организации ДНК В-хромосом восточноазиатской мыши Исследования В-хромосом восточноазиатских мышей методами рутинного и NO-, G-, C-окрашивания хромосом и с помощью флуоресцентной гибридизации проб ДНК in situ (FISH) выявили их индивидуальную изменчивость по размерам, локализации и присутствию в них ДНК, в том числе ядрышкообразующих районов (ЯОР) хромосом (кластеров рибосомных генов, или генов, кодирующих рибосомную РНК). Особо важная для работы организма рибосомальная ДНК была выявлена в теломерных и интеркалярных районах одного или обоих плеч 17 В-хромосом 24 исследованных животных Сибири и Дальнего Востока (рис. 2). В некоторых макро-В-хромосомах выявлены кластеры рибосомных генов. Среди них удалось выявить В-хромосомы с активными ЯО-районами (Rubtsov et al., 2004). Как известно, эти районы являются своеобразными клеточными сенсорами и поэтому многие реакции в ответ на внутренние и внешние факторы затрагивают их в первую очередь. В целом большой фактический материал свидетельствует, что избыточная или «темновая» ДНК играет огромную роль в регуляции работы кодирующих генов (Pennisi, 2010; Свердлов, 2009). Помимо этих различий районы плеч В-хромосом отличаются по входящей в их состав ДНК. Особый интерес представляет выявление ранее неизвестных повторяющихся последовательностей в слабо конденсированных районах В-хромосом, которые не удалось выявить в составе хромосом основного набора. Эти последовательности характерны только для В-хромосом мышей сибирских популяций. Слабо конденсированные районы В-хромосом отличаются по составу ДНК от других районов Аи В-хромосом (Rubtsov et al., 2004). До настоящего времени районы обогащения ДНК, гомологичной ДНК слабо конденсированных районов, не были выявлены в нормально конденсированных в митозе хромосомах. Вопрос о присутствии и распределении в А-хромосомах ДНК, гомологичной ДНК слабо конденсированных районов В-хромосом, остается открытым. Ни в одном из слабо конденсированных районов не было выявлено последовательностей, гомологичных рДНК. Не было выявлено ни одного случая локализации ЯО-районов рДНК в микро-В-хромосомах. В нормально конденсированных районах плеч В-хромосом были выявлены участки, обогащенные различными повторенными последовательностями ДНК, гомологичными либо ДНК плеч В-хромосомы, либо ДНК прицентромерных районов аутосом, либо последовательностями ДНК, которые не входили в состав ни одной из полученных к настоящему времени ДНК-проб (Rubtsov et al., 2004). За последнее десятилетие выяснилось, что повторяющиеся последовательности ДНК — это не бессмысленный набор ДНК. Такая ДНК является хранилищем информации об эволюции и источником факторов, влияющих на функционирование генома (Свердлов, 2009; Biemont, 2006). Популяционное многообразие и устойчивость систем В-хромосом ВОСТОЧНОАЗИАТСКОЙ МЫШИ Как правило, у восточноазиатской мыши в сибирских популяциях В-хромосомы представлены комбинацией, различного числа и размерности двуплечих В-хромосом (1–10) и точечных микро-В-хромосом (1–30). Реже среди В-хромосом присутствуют мелкие акроцентрические В-хромосомы (1–3) (Борисов, Бочкарев, 2008). В целом для них характерна индивидуальность вариантов таких комбинаций по составу морфотипов В-хромосом и тем более по составу ДНК (Борисов, 1986; Борисов, Бочкарев, 2008; Rubtsov et al., 2004). Следует отметить, что в каждой из изученных географических популяций Сибири этого вида мыши поддерживается определенное критическое число макро-В-хромосом и со временем оно, как правило, не изменяется (Бекасова, Воронцов, 1975; Борисов, 1986; Картавцева, 2002; Борисов, Бочкарев, 2008; Борисов и др., 2010, 2012). Было показано, что система макрои микро-В-хромосом в популяциях восточноазиатской мыши Сибири поддерживается стабильно и является интегрирующим и диффернцирующим признаком географических популяций (Борисов, 1986). Стабильность популяционных систем В-хромосом восточноазиатской мыши во времени, позволила сделать вывод о интегрирующем и дифференцирующем признаке сибирских популяций (Борисов, 1986). Устойчивость полиморфных вариантов системы В-хромосом, по-видимому, обусловлена антагонистическими силами и является результатом взаимодействия процессов накопления В-хромосом и вредного воздействия большого числа В-хромосом (в геноме) на приспособленность носителей этих хромосом, в том случае, когда число В-хромосом становится выше критического для популяции. В частности, показано, что система В-хромосом леммингов Dicrostonyx torquatus хорошо сбалансирована и весьма устойчива и, по-видимому, находится под достаточно жестким генетическим контролем (Гилева, 2004). В этой работе при обследовании лабораторной популяции обнаружена отрицательная связь, между количеством В-хромосом в геноме и размерами тела и черепа. При такой зависимости обнаруженный у самок драйв В-хромосом может быть нейтрализован, и поэтому распространение добавочных хромосом в природной популяции копытного лемминга становиться ограниченным. Снижение размеров тела и черепа, наблюдающееся у носителей большого количества В-хромосом, может иметь отрицательное селективное значение в условиях Крайнего Севера. На фоне стабильности популяционных систем В-хромосом A. peninsulae в многочисленных изученных пунктах, в популяции Горного Алтая был обнаружен процесс многократного роста числа В-хромосом (Борисов и др., 2007; Борисов, 2008 б). ДВУХФАЗНОСТЬ ПРОЦЕССА ДИНАМИКИ РОСТА ЧИСЛА И МОРФОТИПОВ В-ХРОМОСОМ У МЫШИ A. PENINSULAE ГОРНОГО АЛТАЯ В результате многолетних популяционных исследований мышей A. peninsulae на территории Горного Алтая (окрестности поселка Артыбаш на северном берегу Телецкого озера) было открыто новое микроэволюционное явление: взрывная эволюция В-хромосом. В этом процессе выделяются две основные фазы: 1. Взрывной многократный рост среднего числа двуплечих макро-В-хромосом (xB) в 1980–2002 годы. 2. Стабилизация среднего числа В-хромосом на новом высоком уровне и появлением микро-В-хромосом в 2002–2008 годы (рис. 3). Обнаруженная двухфазность процесса динамики роста числа и морфотипов В-хромосом у восточноазиатской мыши Горного Алтая, по-видимому, свидетельствует о процессе адаптации популяции к новым условиям обитания, после воздействия фактора, период действия которого совпадает с периодом наблюдаемого явления. В 2002, 2006 годах на фазе стабильности нового высокого уровня средних чисел В-хромосом у этого вида мыши выявлены, ранее не наблюдаемые в популяции восточноазиатской мыши с побережья Телецкого озера, микро-В-хромосомы (рис. 3) (Борисов, 2008 б). Следует отметить, что в этой популяции, начиная с 1980 года по 1990 год, увеличивалось число макро-В-хромосом. По частоте все три класса макро-В-хромосом в период 1980 по 2002 год имели нормальное распределение. Редкие микро-В-хромосомы (наряду с макро-) мы впервые обнаружили только в 2002 г., когда среднее число В-хромосом стабилизировалось на уровне 6.5. В последующие годы (2006 и 2008) при практически стабильном среднем числе В-хромосом (6.5 и 7.1 соответственно), рост числа микро-В-хромосом продолжался (рис. 3) (Борисов, 2008; Borisov, Muratova, 2010). Согласно современным представлениям, процессы возникновения микро-В-хромосом восточноазиатской мыши, так же как и мСМХ человека, сопряжены с увеличением частоты хромосомных разрывов в соответствующих горячих точках хромосом (Рубцов и др., 2009). Как известно, у восточноазиатских мышей, обитающих на территории Сибири, ДНК В-хромосом гомологична ДНК прицентромерных районов А-хромосом (Rubtsov et al., 2004). По-видимому, появление мелких В-хромосом в 2002 году и рост их числа в 2006 году, а также наличие их в 2008 году связано с возможным увеличением частоты хромосомных перестроек в горячих точках прицентромерного гетерохроматина аутосом восточноазиатской мыши за счет активизации факторов мутационного воздействия, природа которых не всегда может быть определена (Рубцов и др., 2009). Среди 123 мышей с побережья Телецкого озера мы не обнаружили особей с числом В-хромосом выше, чем 10 (рис. 4). Вероятно, наличие 10 В-хромосом для мышей этого вида на побережье Телецкого озера является критическим числом и, по-видимому, превышение его регулируется отбором. Ранее, в 1980 году, при изучении 34 восточноазиатских мышей на побережье Телецкого озера (Республика Алтай) у них были обнаружены в основном только 2–4 макро-В-хромосомы (рис. 3 и 5). При последующих анализах этой популяции на протяжении 22 лет (1980–2002 годы) у мышей был выявлен рост числа макро-В-хромосом и появление после 2002 года ранее не известных для этой популяции микро-В-хромосом. По-видимому, появление в геноме у мышей этой популяции микро-В-хромосом, связано с их формированием de novo в клетках генеративной ткани, в результате происходящих в них (этих клетках) мутационных процессов. Именно в этих клетках была отмечена аккумуляции микро-В-хромосом ( Борисов, 2008 а). Очень трудно вычленить единственный фактор, послуживший пусковым механизмом геномных мутаций В-хромосом восточноазиатской мыши Горного Алтая. Во всяком случае его проявление должно совпадать с периодом взрывной эволюции числа В-хромосом (1980–2008 годы) (рис. 3). Причин, вызывающих мутации в прицентромерных гетерохроматических участках А-хромосом, может быть много: инфекции и неблагоприятные условия внешней среды, в том числе мутагенное действие техногенных загрязнений. Вирусная инфекция возможна, но маловероятна. О возможной вирусной природе подобного фактора в этом регионе ничего не известно. Природно-климатические условия Телецкого озера благоприятны для обитания этого вида, и значительно не менялись в последние годы. Возможное влияние миграционных процессов на такую изменчивость кариотипа мышей, по нашему мнению, маловероятно. Следует отметить, что регион Горного Алтая и в частности Телецкого озера более 30 лет является районом падения (РП-326, 327) вторых ступеней ракет с остатками компонентов ракетного топлива, в том числе и гептила (Панин, Перова, 2006). Влияние этого сильнейшего токсического вещества на живую природу региона остается неизученным (Москвитина и др., 2006). Заключение В этой небольшой сводке из множества известных данных по В-хромосомам автор постарался заинтересовать читателя проблемами происхождения и существования этих не Менделевских единиц наследования и попытался показать популяционное многообразие таких специализированных структур клетки, как В-хромосомы. Структурное разнообразие В-хромосом, их изменчивость в пространстве и во времени, а также различные пути их формирования у разных видов и даже в разных популяциях одного вида требует изучения этих элементов кариотипа, на уровне отдельных популяций. При этом результаты и обобщения, вытекающие из анализа отдельной популяции конкретного вида, должны быть с осторожностью экстраполированы не только на другие виды, но и на другие популяции того же вида. Тем не менее накопленные данные позволяют говорить о взаимовлиянии Аи В-геномов и дают возможность рассматривать в определенных ситуациях зависимость развития В-генома (=морфотипов В-хромосом и частоты встречаемости особей с этими хромосомами) с условиями окружающей среды. Динамика В-хромосом в природных популяциях изучена недостаточно. По-видимому, В-хромосомам присущи свои, специфические эволюционные пути, которые в большинстве случаев плохо понятны. Множество вопросов, которые сегодня, спустя более 100 лет после открытия В-хромосом, все еще стоят перед генетиками можно свести к основным: какова природа В-хромосом; на чем основываются механизмы их наследования; каковы их неспецифические экзои эндофенотипические эффекты; откуда происходят В-хромосомы; какова динамика полиморфизма по В-хромосомам; какова их эволюционная судьба.