Изучение мутантов Drosophila melanogaster

Задание. 1. Внимательно рассмотреть мужские и женские особи мух дикого типа. 2. Ознакомиться с основными мутантами дрозофилы, используемыми для скрещиваний. 3. Описать мутанты. 4. Изучить основные обозначения, принятые в генетике при работе с дрозофилой.

Материал и оборудование. 1. Оборудование, необходимое для работы с дрозофилой. 2. Мухи дикого типа. 3. Коллекция мутантных линий.

Пояснения к заданию

Сравнительная характеристика мутантов

К числу органов дрозофилы, чаще всего подвергающихся мутационным изменениям, относятся глаза, крылья и щетинки.

Г лаза нормальной мухи устроены по обычному типу сложных фасеточных глаз насекомых. Сложный глаз состоит из многих простых глазков, так называемых ф а с е т о к, или омматидий (рис.4).

Число их у самок около 780, у самцов около 740. Каждая фасетка, или омматидий, состоит из чувствительных клеток и проводящих нервных путей. Последние соединяют глаз с довольно сложно устроенным головным мозгом.

Мутации, затрагивающие различные особенности глаз, весьма разнообразны. Наиболее многочисленны те, которые изменяют свойственную диким мухам пигментацию глаза, усиливая ее до цвета бордо или сепии или ослабляя до бесцветного, белого. Между этими крайними состояниями существуют все возможные переходы. Таковы эозиновый, вишневый, абрикосовый, розовый, коралловый, карминовый, багряный, винно-красный.

Большое число мутаций затрагивает ф о р м у глаза, строение и расположение фасеток. У нормальной мухи фасетки расположены наподобие ячеек пчелиных сот (рис.4,1). У некоторых глазных мутантов правильность в расположении фасеток нарушена, и они кажутся как бы встряхнутыми и перемешанными в беспорядке. Типичными примерами таких мутаций являются rough (грубые фасетки), Star (звездчатый; рис.4,2) и многие другие.

С ледующёй по степени нарушений нормального строения глаз является категория таких мутационных изменений, которые приводят к почти полной редукции глазных фасеток, вследствие чего поверхность глаза представляется ровной и гладкой. Таков, например, мутант glass (стекловидный) с глазами, лишенными пигмента. Наиболее сильными по степени редукции рассматриваемого органа являются мутации Ваг (полосковидный; рис. 5,2,3), Lоbе (лопастной), еуeless (безглазый) и др. Редукция глаз у этих мутантов заходит настолько далеко, что по сравнению с нормальными они уменьшены в несколько раз (число фасеток в глазу самки Ваг не превышает 70), а иногда, как, например, у Lоbе или еуеlеss, и вовсе могут отсутствовать.

В связи с этим общие размеры головы мух значительно уменьшены по сравнению с головой нормальной мухи.

У перечисленных глазных мутантов редукция чувствующих элементов глаза сопровождается редукцией соответствующих отделов головного мозга (оптических ганглиев). Более чем, вероятно, что столь резкие нарушения строения глаза связаны с теми или другими, еще не достаточно изученными нарушениями нормальной физиологической деятельности внутренних органов мухи.

Строение крыла нормальной мухи представлено на рис.6. Там же приведены названия жилок крыла и образуемых ими ячеек, которые имеют значение систематических признаков в семействе Drosophilidae.

Мутационные изменения, затрагивающие крыло, условно могут быть расчленены на три группы.

I г р у п п а. Мутанты, модифицирующие общую к о н ф и г у р а ц и ю крыла. В отличие от крыла нормальной мухи, являющегося плоским (при рассмотрении в профиль — прямым), у различных мутантов оно может быть изогнуто в виде арки (мутант аrс), лыжи (мутант ski), закручено кверху (мутанты Curly; curled; рис.7), книзу (curved) или своим положением во время полета напоминать крыло самолета, по сходству с которым один из таких мутантов получил свое название (аеrорlаnе) и т. д.

II группа. Мутанты, вызывающие изменения в ж и л к о в а н и и крыла. Эти изменения выражаются в частичном или полном исчезновении одной или нескольких жилок (например, задней поперечной у мутанта crossveinless), в развитии одной или нескольких добавочных жилок, как это, например, имеет место у мутанта рlexus — разветвленные жилки (см. также Deltа, рис.8) и т. д.

Рис.7. Мутант curled (загнутые крылья)

Вид спереди и сбоку

III группа. Многочисленный класс мутантов, уменьшающих крыло в той или иной степени. Как и в случае редукции числа глазных фасеток, эти изменения в наиболее слабо выраженном виде представлены одной-двумя едва заметными вырезками на заднем (дистальном) конце крыла (мутант Notch; рис.9). Через серию постепенных переходов (мутант сut — вырезанный; рис.10; Тruncate и dumpу — то же; Вeaded и Вeadeх — вырезанпый; small wing — маленькие крылья; rudimentary — рудиментарные крылья и т. д.) редукция приводит к почти полному vestigial — зачаточные крылья, рис.11) или полному исчезновению крыла, как это имеет место у мутанта apterous (бескрылый, рис.12).

Почти все перечисленные крыловые мутанты хорошо видимы невооруженным глазом. Этот список можно было бы пополнить рядом других, более мелких мутационных изменений крыла, видимых лишь при некотором увеличении. Однако и сказанного достаточно для того, чтобы составить представление о богатстве и разнообразии наследственных рас дрозофилы.

Нам остается вкратце рассмотреть изменения, касающиеся еще одного образования на теле дрозофилы, а именно щетинок и волосков.

Щ е т и н к и, или м а к р о х е т ы (bristles), у дрозофилы, как и у прочих Dіptera, имеют значение систематического признака. Расположение и названия отдельных щетинок дрозофилы приведены на рис. 14.

М утационные изменения, затрагивающие щетинки, вызывают их исчезновение и реже — удвоение на голове, груди и щитке (скутеллюме). Таков, например, мутант Dichaete, у которого отсутствуют две передние дорзоцентральные, а иногда и одна из двух задних дорзоцентральных щетинок; мутант scute, у которого отсутствуют скутеллярные и некоторые другие щетинки; мутант spineless — с очень короткими щетинками; мутант forked — с вильчатыми щетинками (рис. 13) и многие другие. В отличие от щетинок в о л о с к и, или микрохеты (hairs), расположены по всему телу мухи и в отдельности не идентифицируются. Для них также известно много мутационных изменений, выражающихся в образовании добавочных волосков, в ином их расположении и т. д.

Рис. 10. Аллеломорфные мутанты серии сut. Отличаются по степени зазубренности крыльев

И з других особенностей мухи следует отметить пигментацию тела, аристы, или усики (видоизмененные последние членики антенн), глазки, или осеіlі ножки, брюшные тергиты. Для каждого из этих признаков известно большее или меньшее число мутантов.

Рис. 11. Аллеломорфные мутанты серии vestigial

1 — vestigial (зачаточные крылья); 2 — аntlered (оленерогий); 3 — strap (полосковидные крылья)

Рис. 15. Мутант bithorax (удвоение груди) 1 — муха bithorax с хорошо развитой второй парой крыльев; 2—6 — разные степени развптия второй пары крыльев и дополнительного торакса; 7 — нормальная муха для сравнения

На рис. 15 изображена муха bithorax, у которой мутационное изменение выражается в удвоении грудных сегментов и развитии второй пары крыльев — признак, который в систематическом отношении выходит за пределы отряда двукрылых насекомых.

Система обозначений при скрещивании дрозофилы

У дрозофилы принята следующая система обозначения генов. Нормальное состояние гена у дрозофилы не­зависимо от того, доминантный он или рецессивный, принято обозначать знаком + (вместо А или а). Соответ­ствующие мутантные гены обозначают первыми буквами названия мутанта.

Например, рецессивный ген, определяющий недоразвитые крылья — vestigial, обозначают vg; рецессивный ген, определяющий темную окраску тела — ebony, буквой е; доминантный признак — лопастные глаза — Lobe, буквой L и т. д.

Схему скрещиваний записывают с учетом этих обо­значений. Например, скрещивание нормальных мух с мухами, имеющими недоразвитые крылья (vestigial) записывают следующим образом:

♀ ♂

Схему скрещивания мух с лопастными глазами (Lobe) с мухами дикого типа записывают следующим образом

♀ ♂

При дигибридном скрещивании часто пишут название мутантов, подразумевая, что другие признаки такие же, как у особей дикого типа. Например, пишут: скрещивается мутант ebony vestigial.

Это значит, что мутант vestigial имеет нормальную серую окраску тела и недоразвитые крылья, а у мутанта ebony окраска тела темная, крылья развиты нормально. Схема записи скрещивания, если гены находятся разных хромосомах, как в данном случае, будет следующая:

♀ ♂

Если гены находятся в одной хромосоме, как, напри­мер лопастные глаза Lobe и недоразвитые крылья vestigial, форма записи будет несколько иной:

♀ ♂

При подборе пар для скрещивания необходимо знать, в какой хромосоме локализован ген, определяющий дан­ный признак, доминантен или рецессивен этот признак по отношению к дикому типу и т. д. Список мутантов, рекомендуемых для занятии, приведен в табл.2.

Выполнение задания

1. Перенести мух, предназна­ченных для изучения, в зфиризатор и усыпить их.

2. Усыпленных мух поместить на матово-белое стекло и внимательно рассмотреть под лупой. Брать усыпленных мух можно только глазным пинцетом за крылышки или ножки (если особи бескрылые) или переворачивать перышком. Для более тонкого опре­деления признаков (например, окраски глаз) мух сле­дует расположить в ряд на матово-белом стекле и сориен­тировать по отношению к источнику света.

3. Рассмотреть самку и самца дрозофилы дикой (нормальной) формы. Отметить и зарисовать их отличительные признаки (см. раздел Биология развития дрозофилы).

4. Пользуясь табл.2. и пояснениями к заданию дать подробное описание из­учаемых мутантов.

Таблица 2. Мутанты, рекомендуемые для занятий

Мутант	Обозна­чение гена	Доминантный или рецессивный признак	В какой хромосоме локали­зован ген	Характерные отличия от мух дикого типа	Для каких исследований рекомендуется использовать
vestigial (вестиджел)	vg	Рецессивный	II	Недоразвитые крылья	Моно- и дигибридное скрещи­вания
brown (браун)	bw	»	II	Коричневые глаза	То же
ebony (эбони)	е	»	III	Черная окраска тела	Моно- и дигибридное скрещи­вания, комплементарность
curved (курвед)	с	»	III	Растопыренные, при­поднятые и закрученные крылья	Моногибридное скрещивание
Lobe (лобе)	L	Доминантный	II	Глаза лопастные, уменьшенные	» »
cinnabar (циннабар)	сп	Рецессивный	II	Глаза яркой киновар­ной окраски	Моно- и дигибридное скрещи­вания
black (блек)	b	»	II	Черная окраска тела	Моно- и дигибридное скрещи­вания, комплементарность
Scarlet (скарлет)	st	»	III	Багряно-красные глаза	То же
Ваr (бар)	В	Доминантный	I	Полосковидные глаза	Наследование признаков, сцеп­ленных с полом
white (вайт)	w	Рецессивный	I	Белые глаза	То же
yellow (еллоу)		»	I	Желтая окраска тела	Наследование признаков, сцеп­ленных с полом, кроссинговер
black-vestigial (блек-вестиджел)	bvg	»	II	Черная окраска тела, недоразвитые крылья	Кроссинговер
black-cinnabar-vestigial (блек-циннабар-вестиджел)	bcnvg	»	II	Черная окраска тела, недоразвитые крылья, яр­кие киноварные глаза	»
yellow-cut-ver-million (еллоу-кат-вермил-лион)	yctv	»	I	Желтая окраска тела, изрезанный край пластин­ки крыла, ярко-красные глаза	Кроссинговер в половой хро­мосоме