Що розподіл розмірів сперматозоїдів може розповісти про стабільність сперматогенезу у гібридних жаб Pelophylax esculentus
Анотація
Міжвидові гібриди Pelophylax esculentus та один з їх батьківських видів Pelophylax ridibundus населяють Сіверсько-Донецький центр різноманіття зелених жаб на Сході України. Вони можуть схрещуватися між собою і утворювати потомство в популяційних системах, які називаються геміклональними (ГПС). Такі системи мають свої виняткові особливості, які роблять їх цікавими для вивчення. У центрі уваги даної статті Нижній Добрицький став, який розташований в Національному природному парку «Гомільшанські ліси» і є частиною басейну річки Сіверський Донець. Дана робота присвячена поєднанню двох методів дослідження сперматогенезу. Спочатку за допомогою методу фарбування нітратом срібла ми спостерігали високу варіабельність мейотичних хромосомних пластинок у сім’яниках 25 дорослих самців зелених жаб P. Esculentus (2n=26). Тільки один самець мав 100% повних хромосомних мейотичних пластинок і жодної анеуплоїдної. Значна кількість досліджуваних самців (21 з 24) продукувала анеуплоїдні хромосомні пластинки (4-68% від загальної кількості). Це може бути ознакою зниження їх фертильності або взагалі призводити до повної стерильності. Також ми не зареєстрували жодної мейотичної хромосомної пластинки для двох з 24 самців. Деякі самці (8 з 24) навіть продукували мейотичні хромосомні пластинки з 26 бівалентами (тобто мали тетраплоїдних попередників статевих клітин). Далі ми вимірювали довжину сперматозоїдів, отриманих зі зразків уринальної сперми, і проводили аналіз мейотичних хромосом в сім’яниках та розподілу розмірів сперматозоїдів гібридів зелених жаб P. esculentus із басейну Сіверського Дінця, щоб з’ясувати, чи існує зв’язок між цими двома характеристиками. Різниця в довжині голівок сперматозоїдів між самцями, які продукували середню та низьку кількість сперматозоїдів, – незначуща. На основі даних мейотичних пластинок усіх самців розподілили на п’ять категорій за допомогою методу головних компонент. Значна різниця в довжині голівок сперматозоїдів була виявлена в межах першої категорії (самці з переважно повними мейотичними пластинками). Отримані дані показують, що кожен самець із досліджуваної популяції має свої унікальні особливості. Прямого зв’язку між розміром сперматозоїдів та особливостями мейотичних хромосом із сім’яників виявлено не було.
Завантаження
Посилання
Biriuk O.V. (2017). Cytogenetic features of spermatogenesis in diploid and triploid green frogs (Pelophylax exculentus complex). Thesis for a candidate’s degree in specialty 03.00.15 – Genetics. SI “National Scientific Center of Radiation Medicine of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine”. Kyiv. 21 p. (in Ukrainian)
Biriuk O.V., Shabanov D.A., Korshunov A.V. et al. (2016). Gamete production patterns and mating systems in water frogs of the hybridogenetic Pelophylax esculentus complex in north‐eastern Ukraine. Journal of zoological systematics and evolutionary research, 54(3), 215–225. https://doi.org/10.1111/jzs.12132
Biriuk O., Usova O., Meleshko O., Shabanov D. (2015). Composition and characteristic of subadult water frogs sample (Pelophylax esculentus complex). Poster for the 3rd International workshop–conference: Research and conservation of European herpetofauna and its environment: Bombina bombina, Emys orbicularis, and Coronella austriaca. Daugavpils University, 24-25.09.2015 http://dspace.univer.kharkov.ua/handle/123456789/12281
Birstein V.J. (1984). Localization of NORs in karyotypes of four Rana species. Genetica, 64, 149–154. https://doi.org/10.1007/BF00115338
Bobrova A.A., Makaryan R.M., Sheiko V.P., Shabanov, D.A. (2014). Impaired fertility in interspecific hybrids of green frogs from Seversko-Donetskiy center of Pelophylax esculentus complex diversity. Biology and Valeology, 16, 7–15. (in Ukrainian)
Bondarieva A.A., Bibik Yu.S., Samilo S.M., Shabanov D.A. (2012). Erythrocytes cytogenetic characteristics of green frogs from Siversky Donets centre of Pelophylax esculentus complex diversity. The Journal of V.N. Karazin Kharkiv National University. Series: biology, 15(1008), 116–123. (in Russian)
Christiansen D.G., Reyer H.U. (2009). From clonal to sexual hybrids: genetic recombination via triploids in all‐hybrid populations of water frogs. Evolution: International Journal of Organic Evolution, 63(7), 1754–1768. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2009.00673.x
Dawley R.M., Bogart J.P. (Eds.) (1989). Evolution and ecology of unisexual vertebrates. Bulletin New York State Museum, 466, 302 p. https://doi.org/10.2307/1446519
Dedukh D., Litvinchuk S., Rosanov J. et al. (2015). Optional endoreplication and selective elimination of parental genomes during oogenesis in diploid and triploid hybrid European water frogs. PloS one, 10(4), e0123304. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0123304
Dedukh D., Litvinchuk S., Rosanov J. et al. (2017). Mutual maintenance of di-and triploid Pelophylax esculentus hybrids in RE systems: results from artificial crossings experiments. BMC Evolutionary Biology, 17(1), 220. https://doi.org/10.1186/s12862-017-1063-3
Dedukh D., Mazepa G., Shabanov D. et al. (2013). Cytological maps of lampbrush chromosomes of European water frogs (Pelophylax esculentus complex) from the Eastern Ukraine. BMC genetics, 14(1), 26. https://doi.org/10.1186/1471-2156-14-26
Doležálková M., Sember A., Marec F. et al. (2016). Is premeiotic genome elimination an exclusive mechanism for hemiclonal reproduction in hybrid males of the genus Pelophylax? BMC genetics, 17(1), 100. https://doi.org/10.1186/s12863-016-0408-z
Dong Q., Huang C., Tiersch T.R. (2005). Spermatozoal ultrastructure of diploid and tetraploid Pacific oysters. Aquaculture, 249(1-4), 487–496. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2005.03.009
Graf J-D., Polls Pelaz M. (1989). Evolutionary genetics of the Rana esculenta complex. Evolution and ecology of unisexual vertebrates. The New York State Museum Bulletin, 466, 289–301.
Heppich S., Tunner H.G., Greilhuber J. (1982). Premeiotic chromosome doubling after genome elimination during spermatogenesis of the species hybrid Rana esculenta. Theoretical and Applied Genetics, 61, 101-104. https://doi.org/10.1007/BF00273874
Javanbakht H., Fathinia B. (2020). Sperm traits of two distinct mitochondrial lineages of water frogs (Pelophylax, Ranidae) from Iran. North-Western Journal of Zoology,16(2), 161–165.
Mykhailova O.V., Kechedzhi A.E., Shabanov D.A. (2011). A Study of Spermatogenesis in Diploid Pelophylax esculentus (Amphibia, Anura) using Karyoanalysis in Squashed Preparations. Proceedings of the Ukrainian Herpetological Society, 3, 120-127. (in Russian)
Neaves W.B., Baumann P. (2011). Unisexual reproduction among vertebrates. Trends in Genetics, 27(3), 81-88. https://doi.org/10.1016/j.tig.2010.12.002
Ogielska-Nowak M. (1978). DNA content in erythrocyte nuclei of diploid and triploid green frog hybrid of Rana esculenta L. Complex. Zool. Pol, 27, 109-115.
Plötner J. (2005). Die westpaläarktischen Wasserfrösche: von Märtyrern der Wissenschaft zur biologischen Sensation. Laurenti, Bielefeld. 74 p.
Ragghianti M., Bucci S., Marracci S. et al. (2007). Gametogenesis of intergroup hybrids of hemiclonal frogs. Genetics Research, 89(1), 39–45. https://doi.org/10.1017/S0016672307008610
Schön I., Martens K., van Dijk P. (2009). Lost sex. The evolutionary biology of parthenogenesis. Springer Dordrecht. 615 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2770-2
Shabanov D.A. (2015). Evolutionary ecology of population systems of green frogs’ hybridogenetic complex (Pelophylax esculentus complex) from Left Bank forest-steppes of Ukraine. Thesis for a degree of Doctor of Biological Sciences by specialty 03.00.16 – Ecology. Oles’ Gonchar Dnipropetrovsk National University. Dnipropetrovsk. 37 p. (in Russian)
Shabanov D., Biriuk O., Kravchenko M. et al. (2020). Simulation as a method for asymptotic system behavior identification (eg water frog hemiclonal population systems). Information and Communication Technologies in Education, Research, and Industrial Applications. ICTERI 2019. Communications in Computer and Information Science, 1175. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-39459-2_18
Stepanenko K.R., Biriuk O.V., Pustovalova E.S., Stakh V.O. (2017). Diversity of sperm sizes of water frogs from different hemiclonal population systems. All-Ukrainian scientific conference «State and biodiversity of ecosystems of Shatsk National Nature Park and other protected areas», Lviv: SPOLOM. 105-109. (in Ukrainian)
Stöck M., Dedukh D., Reifová R. et al. (2021). Sex chromosomes in meiotic, hemiclonal, clonal and polyploid hybrid vertebrates: along the ‘extended speciation continuum'. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 376(1833). https://doi.org/10.1098/rstb.2020.0103
Vegerina A.O., Biriuk O.V., Shabanov D.A. (2014). Comparison of spermatogenesis stability in hemiclonal interspecific hybrid Pelophylax esculentus and parental species Pelophylax ridibundus (Amphibia, Anura). Proceedings of the Ukrainian Herpetological Society, 5, 20–28. (in Russian)
Vegerina A.O., Meleshko O.V., Pyrina I.S. et al. (2013). The determination of the ratio of diploid and triploid green frogs underyearlings from the Pelophylax esculentus complex Seversky Donets diversity center. The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series: biology, 18(1079). 107-113. (in Russian)
Vinogradov A.E., Borkin L.J., Günther R., Rosanov J.M. (1990). Genome elimination in diploid and triploid Rana esculenta males: cytological evidence from DNA flow cytometry. Genome, 33(5), 619-627. https://doi.org/10.1139/g90–092
Wang Y., Zhang M., Tao S et al. (2020). Unreduced diploid sperm from diploid hybrids and formation of a new type of tetraploid hybrid. Aquaculture, 515, 734584. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2019.734584
Yoshikawa H., Morishima K., Kusuda S. et al. (2007). Diploid sperm produced by artificially sex‐reversed Clone loaches. Journal of Experimental Zoology Part A: Ecological Genetics and Physiology, 307(2), 75–83. https://doi.org/10.1002/jez.a.337
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої її публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи.
