Recombination landscape of bimodal and unimodal karyotypes of reptiles

RFBR 16-04-00087

Целью исследования было выяснение взаимосвязи между эволюцией кариотипов и изменением рекомбинационных характеристик хромосом (в том числе половых микрохромосом).

В ходе выполнения проекта были впервые исследованы особенности рекомбинации хромосом в мейозе у самцов 21 вида чешуйчатых рептилий с разной структурой кариотипа: гекконов (8 видов), агам (4 вида с подвидами), игуан (4 вида), сцинков (2 вида) и настоящих ящериц (3 вида).  Для визуализации точек рекомбинации на хромосомах на стадии пахитены использовали иммунофлуоресцентное окрашивание белков мейоза и структурных белков хромосом (MLH1, SYCP3, H3K9me3, CENP).

Установлено, что при сопоставлении крупных таксонов (семейств и подсемейств) друг с другом основным предиктором параметров рекомбинации (числа и распределения кроссоверов по хромосомам) является филогенетическое положение, а не модальность кариотипа: различия между крупными таксонами (даже кариотипически сходными) сильнее, чем вариация внутри них, связанная с перестроениями хромосом. Так, в семействе Diplodactylidae наблюдается значительно более интенсивная рекомбинация, чем у других гекконов, при отсутствии значительных отличий в кариотипе. В семействе Iguanidae изучено две пары видов из двух подсемейств, из них у трёх видов кариотип близок к предковому, а у одного значительно перестроен.

Параметры рекомбинации у него напоминают сестринский вид и резко отличаются от параметров у более далёких видов. Однако внутри таксонов уровня семейства/подсемейства наблюдается связь между хромосомными перестройками и изменениями параметров рекомбинации. Так, у изученных видов агамовых высокий эффективный уровень рекомбинации обеспечивается как большим количеством и равномерным распределением кроссоверов, так и перестроенными по сравнению с предковым состоянием кариотипами, в которых присутствует много робертсоновских разделений.

На рисунке слева: пахитенные сперматоциты рептилий с бимодальным кариотипом: содержащим макрохромосомы в верхней части клетки и микрохромосомы в нижней части, и унимодальным кариотипом: содержащим хромосомы, не разделяемые на размерные классы; посередине: список исследованных видов; справа: характеристики этих видов – кариотипические (число хромосом – n) и рекомбинационные  (общее число кроссоверов на геном – MLH1).