Хромосомный полиморфизм малярийных комаров (Diptera, Culicidae) Приморского края

УДК 575.17:595.771

В. П. Перевозкин

ХРОМОСОМНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ МАЛЯРИЙНЫХ КОМАРОВ (DIPTERA, CULICIDAE) ПРИМОРСКОГО КРАЯ

Изучалась кариотипическая организация и инверсионный полиморфизм дальневосточного малярийного комара Anopheles sinensis Wiedemann комплекса «hyrcanus» в Приморском крае. В ходе работы составлена хромосомная карта вида, отмечены маркерные диски. Выявлен широкий внутривидовой хромосомный полиморфизм по всем плечам аутосом. Анализ инверсионного полиморфизма в разных точках отлова личинок на юге Приморского края выявил различный уровень разнообразия хромосомных вариантов, коррелирующий со степенью отдаленности биотопов от морского побережья. В исследованном регионе наибольший полиморфизм установлен в популяции в отдалении от моря (п. Сибирцево); наименьший вблизи береговой линии в окрестностях Владивостока; в популяции комаров г. Артема изменчивость носит промежуточный характер.

Ключевые слова: малярийные комары, кариотип, инверсионный полиморфизм, гомозигота, гетерозигота, аутосома, популяция, генетическая структура.

Введение

Малярийные комары рода Anopheles (Diptera, Culicidae) являются одной из групп среди двукрылых насекомых, постоянно приковывающих к себе пристальное внимание специалистов - медиков и биологов. Это обусловлено, с одной стороны, их эпидемиологическим значением как переносчиков опасных заболеваний человека и животных; с другой стороны, представители этого рода являются прекрасными модельными объектами для изучения генетических механизмов микроэволюционных событий.

Для некоторых видов Anopheles показан широкий хромосомный полиморфизм, имеющий важное адаптивное значение [1]. Цитогенетической основой адаптации малярийных комаров к условиям обитания являются хромосомные перестройки - инверсии. Инверсии используются в качестве маркеров для определения последствий воздействия на комаров абиотических и биотических факторов среды.

В настоящее время в России и республиках СНГ цитогенетически подробно исследованы малярийные комары палеарктического комплекса «Anopheles maculipennis». В то же время для камышовых комаров комплекса «Anopheles hyrcanus» остается проблема определения близкородственных видов, обитающих в Средней Азии и на Дальнем Востоке. Решить проблему на основании морфологического анализа не удалось из-за большой вариабельности систематических признаков, хотя между «западной» и «восточной» формами A. hyrcanus имеются определенные морфологические различия [2]. В то же время вывод A. В. Гуцевича о таксономическом единстве «западной» и «восточной» форм и об отсутствии A. sinensis Wiedemann на территории России представляется ошибочным.

Для разрешения проблем, связанных с идентификацией представителей таксономически сложных групп, наиболее адекватным и относительно простым является метод цитодиагностики, позволяющий идентифицировать морфологически сходные виды [ 1].

Рабочая карта политенных хромосом среднеазиатской формы комплекса «Anopheles hyrcanus» уже составлена ранее, выявлен инверсионный полиморфизм в популяциях, хотя этот вопрос, очевидно, еще требует дополнительной проработки [3]. В настоящей работе впервые проведен цитогенетический анализ «восточного» представителя комплекса, обитающего на территории Приморского края России.

Целью работы являлось изучение хромосомной организации и инверсионного полиморфизма дальневосточного малярийного комара A. sinensis Wiedemann комплекса «Anopheles hyrcanus». Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: проведение картирования хромосом, выявление инверсионного полиморфизма и оценка уровня кариотипического разнообразия ряда популяций малярийного комара A. sinensis юга Приморского края.

Материал и методы

Объектами для исследования послужили личинки 4-го возраста малярийных комаров, отловленные в трех биотопах Приморского края: г. Артем (22.08.2004), г. Владивосток (23.08.2004), п. Сибирцево (25.08.2004) (рис. 1). Для последующего цитогенетического анализа только что отловленных личинок фиксировали спирт-уксусной смесью 3: 1 (фиксатор Карнуа).

Препараты готовили по стандартной лактоацетор-сеиновой методике [4]. Всего проанализирован 171 кариотип A. sinensis: г. Артем (n=72), г. Владивосток (n=36), п. Сибирцево (n=63). Кариотипы отсняты с использованием микроскопа и фотокамеры Olimpus. Увеличение 15x40.

Результаты и обсуждение

Как и все другие изученные виды рода Anopheles, комары A. sinensis характеризуются постоянным числом хромосом 2n = 6. В кариотипах малярийных комаров обязательным является наличие двух пар длинных аутосом и одноплечей более короткой половой хромосомы (рис. 2). Половая хромосома представлена относительно коротким левым плечом (XL), а

Рис. 1. Точки сбора личинок Anopheles в Приморском крае

Рис. 2. Кариотип A. sinensis (@&).

Обозначения: XL - половая хромосома; 2L - левое плечо второй аутосомы; 2R - правое плечо второй аутосомы; 3L и 3R - левое и правое плечи третьей аутосомы

правое плечо гетерохроматизировано [5]. Аутосомы имеют левое и правое плечи: 2L и 2R, 3L и 3R соответственно. Политенные хромосомы слюнных желез личинок малярийных комаров представлены тесно сконъюгированными гомологами. На препаратах иногда можно наблюдать их расхождение - асинап-

сис. В клетках слюнных желез самцов половая хромосома состоит только из одного гомеолога и выглядит значительно тоньше, чем у самок, сохраняя при этом последовательность дисков [1].

Центромерные участки всех хромосом объединены в общий хромоцентр. Каждая хромосома Anopheles характеризуется определенной длиной и наличием хорошо прокрашенных маркерных дисков. Сравнение протяженности хромосом одной клетки на препарате позволило определить их относительные параметры. Если принять общую длину всех хромосом кариотипаA. sinensis за 100 %, то на половую хромосому XL будет приходиться около 9 %, а аутосомы по длине практически одинаковы - по 45.5 %, но отличаются по длине плеч. Для второй хромосомы: левое плечо 2L - 22 %; правое плечо 2R - 23.5 %. Для третьей хромосомы: левое плечо 3L - 17 %; правое плечо 3R - 28.5 %. Соотношение длин хромосом дальневосточного комара близко к таковому у представителей палеарктического комплекса «Anopheles maculi-pennis» [1].

Для цитодиагностики A. sinensis и выявления локализации флуктуирующих хромосомных перестроек нами была составлена карта политенных хромосом вида, которые обозначены как стандартные (рис. 3).

Рис. 3. Карта политенных хромосом A. sinensis

Картирование политенных хромосом осуществлялось по принципам, разработанным для комаров комплекса «Anopheles maculipennis» [1]. Весь хромосомный набор разбит на 39 районов, начиная с дистального конца половой хромосомы. Районы, в свою очередь, разделены на участки, обозначенные строчными буквами латинского алфавита.

Помимо метрических характеристик плечи каждой хромосомы после окрашивания на препаратах имеют характерную исчерченность и участки с так называемыми маркерными дисками, которые удобно использовать для выявления локализации инверсий. Отметим такие районы для каждого плеча:

XL - на дистальном конце хромосомы расположены 2 хорошо выраженных диска (участок lb - 1с), ближе к центромерному концу находится «пуф», очерченный двумя дисками (4а - 4с).

2R - характерны 3 диска (8а - 8d): 2 из них относительно широкие, а 3-й более тонкий и расположен ближе к центру хромосомы (для стандарта).

2L - у дистального конца хорошо видны три следующих друг за другом диска (21а - 21с), а в центральной части хромосомы «пуф» с двумя дисками (18а- 18Ь).

3 R - имеет характерный дистальный раструб (23 а), за которым следуют 5 дисков (23Ь - 24с);

3L - у дистального конца имеется «пуф» с двумя дисками (38а - 38Ь), после которого участок с композицией из двух дисков, так называемый птичий глаз (38с), за которым следует участок с интенсивной ис-черченностью (37а - 37с).

Изменение конфигурации хромосомы и взаиморасположения дисков свидетельствуют о наличии хромосомных перестроек. Основным типом хромосомных перестроек у малярийных комаров являются фиксированные и флуктуирующие парацентрические инверсии. Фиксированные инверсии сопровождают видообразовательные события, тогда как флуктуирующие инверсии обусловливают внутривидовой хромосомный полиморфизм и служат генетической основой адаптации малярийных комаров к гетерогенным условиям среды обитания.

Для A. sinensis в ходе цитогенетических исследований установлен широкий внутривидовой полиморфизм, затрагивающий все плечи аутосом:

1. По 2R обнаружены инверсии в гомо- и гетерозиготном состояниях относительно стандарта (2R00), варианты которых обозначены нижними индексами: 2Rn, 01 (участок 7b - 9b), 2R 02 (8a - 8d) (рис. 4).

2. По 2L обнаружена инверсия в гетерозиготном состоянии, обозначена индексом 2L01 (19b - 21b) (рис. 5).

3. По 3L обнаружена инверсия в гетерозиготном состоянии, обозначена индексом (36b - 38b) (рис. 5).

4. По 3R обнаружены семь инверсий в гетерозиготном состоянии, соответственно обозначены индексами: 3R00 (стандарт), 3R01 (23с - 24с), 3R02 (25a -25d), 3R03 (23b - 29c), 3^ (26c - 28b), 3^5 (25c -27c), 3R06 (23c - 25d), 3R07 (28b - 30c) (рис. 6).

Инверсии в половой хромосоме нами не выявлены. Таким образом, наиболее вариабельным является правое плечо третьей хромосомы. Интересно, что в ней одновременно могут присутствовать инверсии по разным участкам в различных сочетаниях.

Анализ инверсионного полиморфизма в разных точках отлова личинок в Приморском крае выявил неоднозначность разнообразия хромосомных вариантов (таблица). Наибольший полиморфизм установлен для п. Сибирцево, где встречаются почти все инвер-

Рис. 4. Инверсии по Р плечу 2-й хромосомы.

С - центромерный район; 0 - дистальный район (здесь и на следующих рисунках); 2Р00 (стандарт), 2^, - гомозигота; 2Р0|, 2Р02 - гетерозиготы

Рис. 5. Инверсии по I плечам 2-й и 3-й хромосом.

2Ь00, 31_00 - гомозиготы (стандарт); 21_0|, 31_0| - гетерозиготы

сии, кроме 2R02: всего обнаружено 11 инверсий по всем аутосомам. Наименьший полиморфизм отмечен для Владивостока: всего 5 инверсий. В популяции комаров г. Артема изменчивость носит промежуточный характер: 8 инверсий.

Следует отметить, что уровень разнообразия инверсий в популяциях коррелирует со степенью отдаленности биотопов от морского побережья (см. рис.

Рис. 6. Инверсии по R плечу 3-й хромосомы 3R00 (стандарт) -гомозигота; 3R0|, 3R02, 3R03, 3R04, 3R05, 3R06, 3R07 - гетерозиготы

1, таблицы). Учитывая адаптивную значимость инверсий, отмеченная закономерность, скорее всего, определяется экологическими характеристиками мест обитания популяций комаров A. sinensis. Аналогичная закономерность установлена и для хромосомно-полиморфного вида A. messeae комплекса «Anopheles maculipennis», у которого периферийные популяции

Встречаемость инверсий по биотопам

Вари- ант хромо- сом Пункты отлова личинок A. sinensis и инверсионные варианты

г. Владивосток г. Артем п. Сибирцево

2L 2Loi 2L01 2L01

2R 2Rq2 2R11, 2Rqi

3L 3L01 3L01

3R 3Ro4, 3Rq5, 3Rq7 3Roi, 3Rq2, 3Ro3, 3Rq5, 3R06j 3RQ7 3Roi, 3Rq2, 3Ro3, 3Rq4, 3Ro5, 3Rq6, 3RQ7

отличаются наименьшим кариотипическим разнообразием [1].

Таким образом, в ходе настоящих исследований составлена рабочая хромосомная карта вида и отмечены маркерные диски для всех плеч. Выявлен широкий хромосомный внутривидовой полиморфизм у A. sinensis по аутосомам. Анализ инверсионного полиморфизма у личинок малярийных комаров в разных точках отлова в Приморском крае выявил различный уровень разнообразия хромосомных вариантов, положительно коррелирующий со степенью отдаленности биотопов от морского побережья. Наибольший полиморфизм установлен для популяции п. Сибирцево; наименьший отмечен для Владивостока; в популяции комаров г. Артема изменчивость носит промежуточный характер.

Работа финансировалась грантами РФФИ № 08-04-01674-а, 09-04-10147-к.

Список литературы

1. Стегний В. Н. Популяционная генетика и эволюция малярийных комаров. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1991. 136 с.

2. Гуцевич А. В. О политипических видах комаров. 1. Anopheles hyrcanus (Pallas, 1771) // Паразитология. 1976. Т. 10. № 2. С. 148-153.

3. Гордеев М. И., Клейн С. В. Цитогенетический анализ камышовых малярийных комаров комплекса Anopheles hyrcanus // Проблемы

эволюционной цитогенетики, селекции и интродукции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1997. С. 21-24.

4. Кабанова В. М., Карташова Н. Н., Стегний В. Н. Кариологическое исследование природных популяций малярийного комара в Среднем Приобье. Характеристика кариотипа Anopheles maculipennis messeae Fall // Цитология. 1972. Т. 14. № 5. С. 630-636.

5. Kitzmiller J. В., Frizzi G, Baker R. H. Evolution and speciation within the maculipennis complex of the genus Anopheles // Genetics of Insect Vectors of Disease, Wright and Pal (Eds). Amsterdam: Elsevier Publ. Co., 1967. Ch. 5. P. 151-210.

Перевозкин В. П, кандидат биологических наук, доцент.

Томский государственный университет.

Ул. Ленина, 36, г. Томск, Томская область, Россия, 634050.

E-mail: pvptomsk@rambler.ru

Материал поступил в редакцию 01.10.2009

V P Perevozkin

CHROMOSOME POLYMORPHISM OF MALARIA MOSQUITOES (DIPTERA, CULICIDAE) OF PRIMORYE TERRITORY

Researches of the chromosomal organisation and polymorphism of inversion of Far East malarial mosquito A. sinensis Wiedemann a complex «hyrcanus» were carried out in Primorye Territory. During work the chromosomal map

of a kind is made, marker disks are noted. Wide intraspecific chromosomal polymorphism on all parts of autosome is revealed. The analysis of polymorphism of inversion in different points of catching of larvae in the south of Primorye Territory has revealed various level of a variety of the chromosomal variants, correlating with degree of remoteness biotopes from sea coast. The greatest polymorphism is established in population in a distance from the sea (settlement Sibirtsevo); the least is in vicinities of Vladivostok; variability has intermediate character in population of mosquitoes of state Artem.

Key words: malarial mosquitoes, karyotype, polymorphism of inversion, homozygote, heterozygote, autosome, population, genetic structure.

Tomsk State University.

Ul. Lenina, 36, Tomsk, Tomskaya oblast, Russia, 634050.

E-mail: pvptomsk@rambler.ru