Search academic texts

Registration Number

0824U000471, PhD dissertation

Title

Cytogenetic Mechanisms of Reproduction of Diploid Hybrid-Male Water Frogs (Pelophylax esculentus)

Author

Eleonora Pustovalova,

popup.head Dmytro Shabanov
popup.opponent Nataliia Suriadna
popup.opponent Vasylyna Strus
popup.opponent Yermolenko Serhii V.
popup.review Valeriya Navrotska

Status

Доктор філософії, 091, Біологія та біохімія

Date

19-02-2024

Description

Дисертація присвячена гаметогенезу гібридних самців Pelophylax esculentus у Сіверсько-Донецькому центрі різноманіття зелених жаб. Проаналізовано каріотипи та геноми диплоїдних самців із різних ГПС. У ході дослідження, встановлено шляхи гаметогенезу у гібридних самців, оцінено їхню роль у підтримці геміклональних популяційних систем у Нижньому Добрицькому, Коряковому, Іськові ставах та заплаві р. Мож. Авторка зібрала зразки від 762 особин (рід Pelophylax) у 2016-2022 роках для таксономічного аналізу. Для класифікації використовували морфологічні ознаки. Визначення плоїдності включало цитометрію еритроцитів, підтверджену Ag- і DAPI-фарбуванням хромосом і цитометрію сперми. Для підтвердження каріотипування використовували FISH і, в деяких випадках, CGH. У всіх чотирьох місцях мешкають як P. ridibundus, так і P. esculentus (ди- та триплоїдні), класифікуючи ці ГПС як R–E–Ep–ГПС. Для розуміння успішного розмноження гібридів, 52 дорослих самця P. esculentus були випадковим чином відібрані з різних водойм. Гаметогенез досліджували в їхніх сперматоцитах і сперматидах за допомогою FISH із зондами Ples289 і RrS1. Серед 52 диплоїдних гібридних самців 5 мали виключно геном P. lessonae, 13 мали геном P. ridibundus, а 29 були амфігаметними. Вісім самців мали диплоїдні сперматоцити та поодинокі диплоїдні сперматиди. Незважаючи на поширену передачу генома R гібридами, значна кількість гібридів і невисока кількість дорослих особин P. ridibundus зустрічається щорічно в цих ГПС. Всупереч очікуванням, 60% проаналізованих клітин демонстрували геном R, що кидає виклик розумінню механізмів утворення гамет гібридами. Результати FISH виявили кон’югацію хромосом P. lessonae і P. ridibundus у біваленти у п’яти з 52 самців. Три особини показали наявність сперматид з обома геномами. Один самець демонстрував сперматоцити та сперматиди з геномом P. ridibundus і кілька з геномом RR. Порівняльна геномна гібридизація (CGH) підтвердила це незвичайне явище. Для двох самців з хромосомами різних видів, за допомогою CGH було зареєстроване явище успішної рекомбінації. У двох самців зустрічалися хромосоми, які не відповідали геному P. lessonae або P. ridibundus, що свідчить про причетність геному, що потенційно сприяє гібридизації. У ході дослідження виявлено шість шляхів гаметогенезу у гібридних самців P. esculentus: 1. Гаплоїдні гамети з геномом P. lessonae (L). 2. Гаплоїдні гамети з геномом P. ridibundus (R). 3. Гібридна амфігаметність: суміш гаплоїдних гамет з геномами L і R. 4. Диплоїдні гамети зі складом геному RR, LL та LR. 5. Анеуплоїдні гамети з кількістю хромосом, яка не кратна 13, як з L, так і з R геномами. 6. Гамети з сумішшю двох або трьох геномів, що потенційно включає рекомбінацію та інтрогресію фрагментів геному, який відмінний від геному P. lessonae або P. ridibundus. Наявність 14% анеуплоїдних клітин у проаналізованих сперматоцитах і сперматидах вказує на недосконалість регуляції елімінації та ендореплікації в зародкових клітинах міжвидових гібридів, що узгоджується з сучасними дослідженнями елімінації геному у гібридів P. esculentus. Анеуплоїдія розглядається як наслідок селективної премейотичної елімінації одного з геномів. Хоча механізми елімінації геному у зелених жаб не вивчені ретельно, розуміння механізмів елімінації гібридних рослин свідчить про те, що відмінності в копіях центромерного повтору у геномах батьківських видів можуть призводити до неправильного розташування та відставання хромосом P. lessonae під час розмноження гоноцитів. Отже, у гібридів хромосоми P. ridibundus можуть мати вищу ймовірність прикріплення до кінетохорів під час поділу гоноцитів, сприяючи їх більш успішному клональному переносу до гамет. Ці знахідки дають важливу інформацію про гаметогенез самців зелених жаб, включаючи амфігаметність і рекомбінацію. Дослідження значно покращує наше розуміння механізмів подолання репродуктивних бар’єрів у міжвидових гібридів, що має практичні наслідки для збереження біорізноманіття та забезпечуючи майбутні біоіндикаційні дослідження. Навчальні матеріали є цінними для таких курсів, як «Зоологія хребетних тварин», «Цитологія та клітинна біологія» та «Батрахологія та герпетологія». Зібрані матеріали зберігаються в Харківському національному університеті імені В. Н. Каразіна, а через повномасштабну війну дисертацію було продовжено в Інституті фізіології та генетики тварин у Лібехові, Чеська Республіка, за підтримки гранту № RRFU-22-21 від Чеської Академії наук (CAS) (під керівництвом д-ра Дідуха та д-ра Холеви).