ПОИСК ФИКСИРОВАННЫХ ХРОМОСОМНЫХ ПЕРЕСТРОЕК В ПРИЦЕНТРОМЕРНОМ РАЙОНЕ ХРОМОСОМЫ 2 У ANOPHELES BEKLEMISHEVI

Введение 4
Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1 Малярийные комары Anopheles подгруппы Maculipennis 7
1.2 Хромосомные перестройки 11
1.3 Хромосомная эволюция животных 12
1.4 Хромосомная эволюция малярийных комаров 16
1.5 Хромосомные перестройки в прицентромерных районах хромосом малярийных
комаров 19
Глава 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 22
2.1 Материалы исследования 22
2.2 Методы исследования 22
2.2.1 Выделение геномной ДНК 22
2.2.2 Спектрофотометрическое определение концентрации ДНК 23
2.2.3 Приготовление суховоздушных препаратов политенных хромосом 23
2.2.4 ПЦР - полимеразная цепная реакция 24
2.2.5 Электрофорез ДНК в агарозном геле 25
2.2.6 Мечение ДНК-проб с помощью праймера со случайной последовательностью
нуклеотидов 25
2.2.7 Флуоресцентная in situ гибридизация и микроскопический анализ 27
Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 29
ВЫВОДЫ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 35
Купить

Около половины населения мира подвергается риску заболевания малярией. По оценкам ВОЗ в 2015 году произошло примерно 212 миллионов случаев заболевания малярией и предположительно 429 000 случаев смерти от малярии. Дети раннего возраста, беременные женщины, и люди с ослабленным иммунитетом являются особо уязвимыми для малярии (ВОЗ, 2017). Данное заболевание вызывается малярийным плазмодием - паразитическими одноклеточными рода Plasmodium.
Плазмодий использует человеческий организм в качестве промежуточного хозяина, для стадии бесполого размножения. Через кровь, с кровяными клетками человека гаметоциты плазмодия попадают в кишечник самок малярийных комаров рода Anopheles, где продолжают свое развитие.
Род Anopheles включает в себя 4 подрода: Anopheles, Cellia, Kerteszia и Nyssorhynchus, каждый из которых, в свою очередь делится на несколько групп видов. В разных работах, посвященных малярийным комарам Голарктики, в группу Maculipennis включаются разные кластеры видов. В наиболее широком смысле к группе An. Maculipennis относятся представители подгрупп maculipennis, которые используются в данной работе, Quadrimaculatus, Freeborni (Harbach R.E., 2004).
С позиции экологической изученности, малярийные комары группы Maculipennis являются достаточно изученной группой среди двукрылых насекомых, что определяется их эпидемическим значением для человека и животных как переносчиков малярии. С другой стороны, представители данной группы являются прекрасными модельными объектами для детального изучения и понимания микроэволюционных процессов. Быстрое развитие генетически детерминированной устойчивости к инсектицидам у комаров обостряет проблему полной ликвидации малярии и ставит задачи разработки принципиально новых методов борьбы, в частности генетических. Цитогенетической основой адаптации малярийных комаров к условиям обитания являются хромосомные перестройки, а именно инверсии. Инверсии также используются в качестве маркеров для определения последствий воздействия на комаров абиотических и биотических факторов среды.
Проведенное недавно полное секвенирование геномов 16 видов малярийных комаров показало, что парацентрические инверсии и транслокации целых хромосомных плеч являются исключительными перестройками, сопровождающие эволюцию Anopheles на протяжении долгого времени (Neafsey D. E. at al., 2015). Было проведено физическое картирование трех видов An. atroparvus, An. gambiae и An. albimanus, которое продемонстрировало, что действительно, обмены между хромосомными элементами могут происходить, но в прицентромерных районах (Artemov G. N. et al., 2018). На данный момент не ясно: возникла ли эти перестройки только у An. atroparvus либо у предкового вида подгруппы Maculipennis, либо подрода Anopheles.
Ранние исследования показали, что три синтенных блока генов (группы сцепления генов) в прицентромерном районе третьего хромосомного элемента имеют различную локализацию и ориентацию у An. albimanus, An. gambiae и An. atroparvus (Artemov G. N. et al., 2017). Одной из возможных причин такого различия являются хромосомные перестройки. Поиск таких перестроек в прицентромерном районе хромосомы 2 у представителей подгруппы Maculipennis может помочь изучить пути миграции комаров из американского континента в Евразию, воссоздать филогенетические связи, а также понять, как эволюционируют геномы малярийных комаров в районах прицентромерного гетерохроматина.
Наиболее вероятна гипотеза, что палеоарктическая ветвь группы Maculipennis имеет североамериканское происхождение, а ее миграция в Евразию происходила через Берингийский мост. Относительно отдаленное родство An. beklemishevi с остальными палеоарктическими видами позволяет предполагать, что было две волны такой миграции. Предок всей палеоарктической группы, кроме An. beklemishevi, мигрировал в первой волне, а предок An. beklemishevi или собственно этот вид - во второй. После того, как предковый вид мигрировал из Америки в Евразию, он встретил более теплые условия для жизни и начал экспансию во всех направлениях (Новиков Ю. М., 2004). Дальнейшее видообразование сопровождалось многочисленными инверсиями. Происхождение новых видов от предкового вида и их цитогенетические преобразования все больше отделяли An. beklemishevi от группы палеоарктических видов. Однако, полногеномный анализ свидетельствует об единичной миграции An. beklemishevi, что оставляет открытым вопрос о происхождении этого вида и его филогенетических отношениях с представителями неарктических и палеоарктической подгруппами.
Пять синтенных блоков генов в прицентромерном районе хромосомы хромосомного элемента 3 у малярийных комаров, меняли свое положение и ориентацию в ходе эволюции (Artemov G. N. et al., 2018). Наибольший интерес представляет определить положение этих синтенных блоков у An. beklemishevi, что может подтвердить принадлежность этого вида к подгруппе Maculipennis.
Целью настоящей работы является поиск фиксированных хромосомных перестроек в прицентромерном районе хромосомы 2 у малярийных комаров An. beklemishevi, а также An. atroparvus, An. messeae (группа Maculipennis) и An. sinensis (группа Hyrcanus).
Задачи:
1. Разработать ДНК-пробы, маркирующие синтенные блоки генов в хромосоме 2 у An. atroparvus и An. sinensis;
2. Установить локализацию ДНК-проб, маркирующих синтенные блоки генов на хромосоме 2 у An. beklemishevi, An. messeae и An. sinensis.
3. Провести сравнительный анализ положения синтенных блоков в прицентромерном районе хромосомы 2 у An. beklemishevi, An. messeae, An. atroparvus и An. sinensis.
Работа выполнена на базе Научно-исследовательского института биологии и биофизики Томского государственного университета (НИИББ ТГУ), в лаборатории эволюционной генетики, под руководством старшего научного сотрудника, кандидата биологических наук Г. Н. Артемова.
Купить