Полиморфизм нуклеолярных районов хромосом у пихты сибирской в различных экологических условиях

Изучение структуры кариотипа пихты сибирской проводилось на территории Казахстана [1-3], Томской области [4], Красноярского края [5-7]. Авторы, давая стандартную кариологиче-скую характеристику (число, морфометрические параметры, морфологические типы хромосом), особое внимание уделяют полиморфизму нуклеолярных районов хромосом, которые цитологически выявляются в виде вторичных перетяжек хромосом. Исследователи отмечают, что для пихты сибирской характерен высокий полиморфизм по числу, частоте встречаемости и локализации вторичных перетяжек в хромосомных наборах. Мнения авторов о причинах данного явления неоднозначны, поэтому дальнейшие исследования в этом направлении являются актуальными.

В настоящей работе представлены результаты изучения нуклеолярных районов хромосом у пихты сибирской, произрастающей на территории Южного Урала в различных экологических условиях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

районов исследования, а также комплексная характеристика интенсивности загрязненности территорий по состоянию атмосферного воздуха, водоемов и почвенного покрова [9, 10].

Описание пробных площадей.

В районе г. Златоуста одна ПП находится на расстоянии 1.5–2 км от промышленной зоны города, вторая ПП расположена на территории свалки промышленных отходов, обе ПП подвержены многолетнему сильному техногенному загрязнению. В районе промышленной зоны г. Златоуста находятся металлургический комбинат, завод металлоконструкций, абразивный завод и ряд других производств. В районе Национального парка «Таганай» ПП находится в предгорье горы Таганай, на незначительном удалении от г. Златоуст.

В районе г. Аша ПП находится в черте города, вблизи от железнодорожного полотна, подвержена также поливалентному техногенному загрязнению со стороны промышленных предприятий города – металлургического и химического заводов. В районе г. Сим ПП находится на окраине города, вблизи (200–300 м) от автотрассы. Помимо крупной автомагистрали, источником загрязнения в городе являются выбросы ОАО «Агрегат». Загрязнение этих ПП можно охарактеризовать как умеренное.

В районе пос. Веселовка ПП находится на расстоянии 20 км южнее г. Златоуста, в долине реки Ай. В районе пос. Точильный ПП находится на расстоянии 30 км северо-восточнее г. Аша в предгорье Воробьиных гор. ПП в районе пос. Караидель и пос. Павловка находятся вблизи Павловского водохранилища на достаточно большом расстоянии от промышленных предприятий. Эти ПП определены нами как оптимальные, и использованы в качестве контрольных.

В целом, для насаждений из условий техногенного загрязнения, когда выбросы загрязнителей значительно превышают ПДК, характерно наличие большого числа суховершинных деревьев, усыхание боковых побегов, пожелтение, а чаще покраснение хвои. В этих условиях состояния насаждений охарактеризованы как «сильно ослабленные» и «ослабленные». В оптимальных и контрольных условиях состояния насаждений определены как «здоровые».

В качестве материала для проведения исследований использовали меристематическую ткань проростков семян. Исследования проводили на давленных препаратах, используя методику классического кариологического анализа, модифицированную применительно к хвойным породам [11]. Вторичные перетяжки изучали на увеличенных микрофотографиях метафаз-ных пластинок при общем увеличении x2500. По каждой ПП исследовали не менее 50 мета-фазных пластинок. Определяли среднее число вторичных перетяжек на кариотип, частоту их встречаемости (перетяжки с частотой встречаемости более 50% считали постоянными, менее 50% – непостоянными) и место локализации на хромосомном плече (sc), определяемое как отношение расстояния от вторичной перетяжки до центромеры к общей длине данного плеча, выраженное в процентах. Статистическую обработку результатов проводили общепринятыми методами [12].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты проведенных исследований показали, что среднее число вторичных перетяжек на кариотип на исследуемы пробных площадях находится в пределах от 3,12±0,15 до 7,34±0,27, их общее число варьирует – от 4 до 9, постоянных перетяжек 3–5, непостоянных перетяжек 1–4 (табл. 1). Постоянные вторичные перетяжки локализованы, как правило, на хромосомах группы I- VII (предположительно на II, III, IV и VI парах), в группе хромосом VIII-XII они встречаются реже (предположительно на IX или X парах), чаще вторичные перетяжки расположены на более коротком плече хромосомы. Непостоянные вторичные перетяжки в группе хромосом I-VII локализованы, как правило, на тех же хромосомах, что и постоянные, в группе хромосом VIII-XII они встречаются на хромосомах X, XI и XII). Некоторые вторичные перетяжки можно наблюдать на представленных микрофотографиях метафазных пластинок и систематизированных хромосомных наборах пихты сибирской исследованных ПП (рис.1, рис. 2). Место локализации как постоянных так и непостоянных вторичных перетяжек очень сильно варьирует как внутри популяций, так и между популяциями (табл.2).

Наибольшее число вторичных перетяжек наблюдается на ПП, находящихся в условиях сильного промышленного загрязнения, средние значения этого показателя наблюдается на ПП, находящихся в условиях предгорий и умеренного промышленного загрязнения, наименьшие значения - в условиях равнин, пойм и долин рек, а также условиях контроля.

В целом, у пихты сибирской исследованных ПП наблюдается тенденция увеличения числа нуклеолярных районов хромосом в экстремальных условиях. Следует отметить, что именно нуклеолярные районы хромосом (или ядрышковые организаторы хромосом) участвуют в жизненно важной функции организма – механизме белкового синтеза, а в основе интенсификации любых биосинтетических про-

Таблица 1. Число вторичных перетяжек в кариотипах пихты сибирской исследуемых пробных площадей

Название пробной площади	Число вторичных перетяжек
	постоянных	непостоянных	общее	среднее
г. Златоуст (7-ой участок)	4	4	8	6,05±0,25
г. Златоуст (свалка) **	5	4	9	7,34±0,27
Национальный парк "Таганай" ***	4	1	5	5,42±0,20
пос. Веселовка	3	1	4	3,15±0,15
г. Аша *	4	3	7	6,24±0,26
г. Сим *	3	3	6	5,64±0,21
пос. Точильный	4	1	5	5,21±0,19
пос. Караидель	3	1	4	3,21±0,16
пос. Павловка	3	1	4	3,12±0,15

Примечание: * – умеренное загрязнение; ** – сильное загрязнение; *** – предгорья; без обозначений –равнины, поймы и долины рек, условия контроля

Рис. 1. Микрофотографии метафазных пластинок пихты сибирской, полученные методом классической окраски. Масштабная линия соответствует 10 мкм.

II КIIX к КII« к Х Л «(IИ

1        11       111 IV V Vl VI1 I II III IV V VI VII

U И л a»

VIII IX X XI XII

a                                   6

Рис. 2. Хромосомные наборы пихты сибирской исследованных ПП:

а - г. Златоуст (свалка); б - пос. Веселовка. Масштабная линия соответствует 10 мкм цессов лежит изменение активности генома, в том числе, той его части, которая ответственна за синтез рРНК [13-16]. Вероятно, пихта сибирская, произрастающая в более экстремальных условиях претерпевает значительное давление стрессовых факторов, что приводит к активизации латентных нуклеолярных локусов, то есть подключаются компенсаторные механизмы для обеспечения полноценного функционирования генома.

Полученные данные в целом согласуются с результатами исследований у пихты сибир- ской ядрышкообразующих районов хромосом, проведенных ранее другими авторами. Анализ этих результатов показывает наличие высокого полиморфизма по числу, частоте встречаемости и локализации вторичных перетяжек в кариотипах исследуемого вида. Так, в хромосомных наборах пихты сибирской, произрастающей в в различных частях ареала авторами обнаружено разное число вторичных перетяжек. Например, у пихты сибирской, произрастающей на территории Казахстана обнаружено три постоянные вторичные пе-

Таблица 2. Локализация вторичных перетяжек в кариотипах пихты сибирской исследуемых пробных площадей

Группы хромосом Локализация постоянных вторичных перетяжек (sc) Локализация непостоянных вторичных перетяжек (sc) г. Златоуст (7-ой участок) I- VII 38,63; 44,34; 55,38; 65,35 48,25; 56,34; 68,70 VIII-XII 44,38 г. Златоуст (свалка) I- VII 40,74; 46,42; 53,57; 62,96; 76,92 47,05; 58,82; 77,27 VIII-XII 42,86 Национальный парк "Таганай" I- VII 41,65; 50,18; 65,23; 70,38 VIII-XII 45,25 пос. Веселовка I- VII 51,18; 64,24; 72,13 VIII-XII 50,31 г. Аша I- VII 39,16; 45,24; 54,80; 64,13 50,34; 60,25; 72,16 VIII-XII г. Сим I- VII 40,25; 48,16; 62,13 55,72; 67,13 VIII-XII 44,16 пос. Точильный I- VII 36,17; 56,55; 64,13; 73,26 47,15 VIII-XII пос. Караидель I- VII 42,55; 55,18; 65,13 VIII-XII 58,13 пос. Павловка I- VII 40,76; 58,75; 71,18 VIII-XII 48,65 ретяжки на хромосомах I, II и III пар [1-3]. У пихты сибирской, произрастающей на территории Красноярского края обнаружено четыре постоянные вторичные перетяжки на хромосомах I, II, III и VI пар и три непостоянные вторичные перетяжки на хромосомах IV, V и X пар [5-7]. Наибольшее число вторичных перетяжек обнаружено у пихты сибирской, произрастающей в различных экологических условиях на территории Томской области. Так, в условиях суходола обнаружено пять постоянных вторичных перетяжек на I, II, III, IV, и V парах и две непостоянные вторичные перетяжки на V и VIII парах хромосом, а у болотной экоформы пихты сибирской обнаружено семь постоянных вторичных перетяжек на I, II, III, IV и V парах хромосом и три непостоянные вторичные перетяжки на VIII, IX и XII парах хромосом [4]. То есть, у пихты сибирской в экологически неблагоприятных условиях также наблюдается тенденция увеличения активности нуклеоляр-ных районов хромосом, что, вероятно, связано с процессами ее адаптации к этим условиям.

ВЫВОДЫ

• 1.    Результаты исследования девяти пробных площадей пихты сибирской показали, что в условиях предгорий и промышленного загрязнения у данного вида наблюдается увеличение числа функционирующих нуклеолярных районов хромосом (увеличивается общее и среднее число вторичных перетяжек на кариотип, а также число перетяжек с постоянной и непостоянной локализацией).

• 2.    У пихты сибирской, произрастающей в экстремальных условиях, вероятно, происходит активизация латентных нуклеолярных локусов, то есть подключаются компенсаторные механизмы, обеспечивающие организмам процессы адаптивных изменений.