Дослідження гібридної стерильності й клональності в гібридогенному комплексі риб роду Fundulus

Abstract

Ця робота присвячена дослідженню механізмів гаметогенезу у асексуальних гібридів роду Fundulus, які досі залишалися малодослідженими. У ході роботи за допомогою комбінованих цитогенетичних методів (порівняльна геномна гібридизація (CGH) флуоресцентна гібридизація in situ (FISH), імунофлуоресцентне фарбування та конфокальна мікроскопія) вивчалися особливості розмноження представників природних клональних ліній, виловлених в озері Портера (Porters Lake, Нова Шотландія, Канада), а також гібридів від штучних схрещувань, що проводилися в Університеті Святої Марії (Галіфакс, Нова Шотландія). Застосування сучасних методів флуоресцентної мікроскопії та специфічних ДНК-зондів дозволило картувати тандемні повтори на хромосомах кожного з батьківських видів і підтвердити їх видоспецифічність. Картування цих повторів на хромосомах гібридів дозволило не тільки вирізняти гібридів, але й виявити поліморфізм у клональних природних гібридів в порівнянні з F1 гібридами. Подальший аналіз мейотичних хромосом дав змогу встановити механізми гаметогенезу в гібридів та пояснити збереження клональної репродукції у досліджуваних природних гібридів. Отже, ми вперше комплексно поєднали цитогенетичні і молекулярні підходи для виявлення механізмів клонального відтворення у Fundulus. Уперше для F1-гібридів цього комплексу показано здатність до утворення клональних гамет завдяки ендореплікації, що забезпечує їхню фертильність. У ході дослідження було підтверджено дані про стерильність самців, що пов’язано з порушеннями мейозу, і виявлено, що самиці гібридів здатні формувати фертильні диплоїдні ооцити завдяки премейотичній ендореплікації. Відсутність F1-гібридів у природних популяціях разом із наявністю форм, що відрізняються за розподілом тандемних повторів, свідчить про еволюційне закріплення окремих клональних ліній.

This work focuses on gametogenesis in asexual hybrids of Fundulus genus, which remains poorly studied. We studied both natural clonal lineages and hybrids obtained from laboratory crosses. We collected natural hybrids from Porters Lake (Nova Scotia, Canada) and obtained laboratory hybrids at Saint Mary’s University (Halifax, Nova Scotia). We used modern fluorescent microscopy and species-specific DNA probes allowed us to map tandem repeats on the chromosomes of each parental species and confirm their species specificity. Mapping these repeats in hybrids made it possible not only to distinguish hybrid individuals, but also to detect polymorphism in natural clonal hybrids compared to F1 laboratory hybrids. Further analysis of meiotic chromosomes clarified the mechanisms of gametogenesis in hybrids and explained how clonal reproduction is maintained in natural populations. Overall, we combined cytogenetic and molecular approaches for the first time to reveal the mechanisms of clonal reproduction in Fundulus. We also showed, for the first time in F1 hybrids of this complex, that females are capable of producing clonal gametes through endoreplication, which ensures their fertility. Our study confirmed male sterility due to meiotic disruption and demonstrated that hybrid females can produce fertile diploid oocytes through premeiotic endoreplication.