CC BY
42
УДК 502.3: 582.475: 576.315.45
Калашник Н.А.
Ботанический сад-институт Уфимского научного центра РАН E-mail: [email protected], E-mail: [email protected]
ПОЛИМОРФИЗМ НУКЛЕОЛЯРНЫХ РАЙОНОВ ХРОМОСОМ У ЛИСТВЕННИЦЫ СУКАЧЕВА В РАЗЛИЧНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Проведены исследования полиморфизма нуклеолярных районов хромосом у лиственницы Сукачева, произрастающей на территории Челябинской области и Башкортостана. Всего исследовано 5 пробных площадей (ПП) из различных экологических условий, в том числе одна ПП из условий сильного промышленного загрязнения (г. Златоуст), одна ПП из условий умеренного загрязнения (г. Миасс) и три ПП из оптимальных и контрольных условий (пос. Веселовка, пос. Караидель, пос. Зилаир). Результаты проведенных исследований показали, что среднее число вторичных перетяжек на кариотип на исследуемых ПП находится в пределах от 3,42±0,25 до 4,98±0,31, их общее число варьирует - от 10 до 16, постоянных перетяжек 1-3, непостоянных перетяжек 8-13. Наибольшее число вторичных перетяжек наблюдается на ПП, находящейся в условиях сильного промышленного загрязнения, среднее значения этого показателя наблюдается на ПП, находящейся в условиях умеренного загрязнения, наименьшие значения - в оптимальных условиях и контроле. Использование одноцепочечных полинуклеотидных «зондов», меченых радиоактивными изотопами, позволило определить, что число участков 18-25 рРНК генов у лиственницы Сукачева равно 4. В целом следует отметить, что у лиственницы Сукачева, исследованных ПП, наблюдается отчетливая тенденция увеличения числа нуклеолярных районов хромосом в условиях антропогенного стресса. Вероятно, лиственница Сукачева, произрастающая в условиях промышленного загрязнения претерпевает значительное давление стрессовых факторов, что приводит к активизации латентных нуклеолярных локусов, то есть подключаются компенсаторные механизмы для обеспечения полноценного функционирования генома. В целом полученные результаты свидетельствуют о повышении функциональной активности нуклеолярных районов хромосом у лиственницы Сукачева в экологически неблагоприятных условиях произрастания.
Ключевые слова: нуклеолярные районы хромосом, лиственница Сукачева, различные экологические условия.
Изучение кариотипа лиственницы Сукачева проводилось на протяжении ряда десятилетий многими исследователями. Кариотип лиственницы Сукачева изучался в различных частях ее ареала [4], [5], [8]. Многие авторы, давая стандартную кариологическую характеристику (число, морфометрические параметры, морфологические типы хромосом), особое внимание уделяют полиморфизму нуклеолярных районов хромосом, которые цитологически выявляются в виде вторичных перетяжек хромосом. Исследователи отмечают, что для лиственницы Сукачева характерен некоторый полиморфизм по числу, частоте встречаемости и локализации вторичных перетяжек в хромосомных наборах. Мнения авторов о причинах данного явления неоднозначны, поэтому дальнейшие исследования в этом направлении являются актуальными.
В настоящей работе представлены результаты изучения нуклеолярных районов хромосом у лиственницы Сукачева, произрастающей на территории Южного Урала в различных экологических условиях. На выбранных ПП
оценивалось жизненное состояние древостоев согласно классификации В.А. Алексеева [1]. При анализе результатов учитывались климатические условия, а также комплексная характеристика интенсивности загрязненности территорий по состоянию атмосферного воздуха, водоемов и почвенного покрова [3], [7].
В качестве материала для проведения исследований использовали меристематическую ткань проростков семян. Исследования проводили на давленных препаратах, используя методику классического кариологического анализа, модифицированную применительно к хвойным породам [6]. Вторичные перетяжки изучали на увеличенных микрофотографиях метафаз-ных пластинок (рис. 1).
Наряду с классическим методом окраски хромосом использовался метод гибридизации нуклеиновых кислот in situ по определению последовательностей генов рРНК (рис. 2). Статистическую обработку результатов проводили общепринятыми методами [2].
Результаты проведенных исследований показали, что среднее число вторичных перетяжек
«Проблемы экологии Южного Урала»
на кариотип на исследуемы пробных площадях находится в пределах от 3,42±0,25 до 4,98±0,31, их общее число варьирует - от 10 до 16, постоянных перетяжек 1-3, непостоянных перетяжек 8-13 (табл. 1).
Наибольшее число вторичных перетяжек наблюдается на 1111, находящейся в условиях сильного промышленного загрязнения, среднее значение этого показателя наблюдается на 1111, находящейся в условиях умеренного загрязнения, наименьшие значения - в оптимальных условиях и контроле.
Использование одноцепочечных полину-клеотидных «зондов», меченых радиоактивными изотопами, позволило определить, что число участков 18-25 рРНК генов у лиственницы Сукачева равно 4 (рис. 2).
У лиственницы Сукачева исследуемых ПП также наблюдается полиморфизм по локализации вторичных перетяжек на хромосомных плечах.
Рисунок 1. Микрофотография метафазной пластинки лиственницы Сукачева, полученная методом классической окраски
Полученные данные в целом согласуются с результатами исследований у лиственницы Сукачева ядрышкообразующих районов хромосом, проведенных ранее другими авторами. Анализ этих результатов показывает наличие высокого полиморфизма по числу, частоте встречаемости и особенно локализации вторичных перетяжек в кариотипах исследуемого вида [4], [5], [8].
В целом полученные результаты позволяет сделать вывод о том, что у лиственницы Сукачева наблюдается отчетливая тенденция увеличения числа нуклеолярных районов хромосом в условиях антропогенного стресса.
Следует отметить, что именно нуклеоляр-ные районы хромосом (или ядрышковые организаторы хромосом) участвуют в жизненно важной функции организма - механизме белкового синтеза, а в основе интенсификации любых биосинтетических процессов лежит изменение активности генома, в том числе, той его части, которая ответственна за синтез рРНК.
Рисунок 2. Микрофотография метафазной пластинки лиственницы Сукачева, полученная методом гибридизации in situ
Таблица 1. Число вторичных перетяжек в кариотипах лиственницы Сукачева исследуемых пробных площадей
Название пробной площади Число вторичных перетяжек
постоянных непостоянных общее среднее
г Златоуст** 3 13 16 4,98±0,31
г. Миасс* 2 11 13 4,35±0,29
пос. Веселовка 2 8 10 3,75±0,22
пос. Караидель 1 9 10 3,42±0,25
пос. Зилаир 2 10 12 3,87±0,27
Примечание: * - умеренное загрязнение; ** - сильное загрязнение; без обозначений - контрольные и оптимальные условия.
VII Всероссийская научно-практическая конференция
Вероятно, лиственница Сукачева, произрастающая в условиях промышленного загрязнения претерпевает значительное давление стрессовых факторов, что приводит к активиза-
ции латентных нуклеолярных локусов, то есть подключаются компенсаторные механизмы для обеспечения полноценного функционирования генома.
29.09.2015
Список литературы:
1. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. №4. С. 51-57.
2. Вольф В.Г. Статистическая обработка данных. - М.: Колос, 1966. 255 с.
3. Комплексный доклад о состоянии окружающей среды Челябинской области в 2004 году. Челябинск: Министерство радиационной и экологической безопасности Челябинской области. Управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Челябинской области. 2005. 221 с.
4. Муратова Е.Н. Кариосистематика семейства Pinaceae Lindl. Сибири и Дальнего Востока: Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. Новосибирск, 1995. 32с.
5. Муратова Е.Н., Чубукина Н.Е. Кариологическое исследование лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii N. Dyl.): Нуклеолярные районы и структурные перестройки // Цитология и генетика. 1985. Т. 19. №6. С.419- 425.
6. Правдин Л.Ф., Бударагин В.А., Круклис М.В., Шершукова О.П. Методика кариологического изучения хвойных пород // Лесоведение. 1972. №2. С 67-75.
7. Проблемы экологии: Принципы их решения на примере Южного Урала / Под.ред. Н.В. Старовой. М.: Наука, 2003. 287 с.
8. Путенихин В.П., Фарукшина Г.Г., Шигапов З.Х. Лиственница Сукачева на Урале: изменчивость и популяционно-генетическая структура. М.: Наука, 2004. 276с.
Сведения об авторе:
Калашник Надежда Александровна, ведущий научный сотрудник лаборатории генетики и цитологии растений Ботанического сада-института Уфимского научного центра Российской академии, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, специальность 03.00.15-генетика 450080, г Уфа, ул. Менделеева 195, корп. 3, тел.: (347) 2281355; 2526033, e-mail: [email protected], e-mail: [email protected]
