Микрохромосомы

Кариотип курицы; видны многочисленные мелкие пятнышки — микрохромосомы. Стрелки указывают на меченные локусы гомологичных макрохромосом, полученные методом FISH

Микрохромосо́мы — очень маленькие хромосомы, типичные для кариотипов птиц, некоторых рептилий, рыб и земноводных; у млекопитающих они, судя по всему, отсутствуют[1]. Их размер составляет меньше 20 мегабаз[2]; хромосомы, чей размер превышает 40 мегабаз, называются макрохромосомами, а хромосомы размером от 20 до 40 мегабаз — промежуточными хромосомами[3].

Описание

[править | править код]

Микрохромосомы чрезвычайно малы. Часто их невозможно определить в кариотипе цитогенетическими методами, а их наличие значительно усложняет весь процесс изучения кариотипа. Первоначально их рассматривали как незначительные фрагменты хромосом, однако у изученных видов, имеющих микрохромосомы, обнаружилось, что они несут множество генов. Так, у курицы (Gallus gallus) на долю микрохромосом приходится от 50 % до 75 % всех генов[4][5]. В метафазе микрохромосомы видны как крошечные пятнышки 0,5—1,5 мкм длиной. Их малый размер, а также малая степень конденсации в гетерохроматин обусловливают неприменимость стандартных цитогенетических методов для идентификации хромосом[1].

Микрохромосомы птиц

[править | править код]

У большинства птиц (за исключением представителей соколообразных и некоторых других видов) кариотип содержит около 80 хромосом (2n ≈ 80), из которых хорошо различимые макрохромосомы составляют лишь небольшую часть, а более 60 хромосом являются микрохромосомами[1]. У птиц имеется большее, чем у любой другой группы животных, число микрохромосом. Курица представляет собой наиболее удобный объект для анализа микрохромосом[1]. Изучение микрохромосом птиц показало, что они могли возникнуть как консервативные фрагменты предковых макрохромосом, или, напротив, макрохромосомы возникли как агрегаты микрохромосом[1]. Сравнительный геномный анализ показал, что микрохромосомы содержат генетическую информацию, консервативную для многих классов хромосом. Показано, что по крайней мере 10 куриных микрохромосом возникли в результате расщепления макрохромосом и что типичный кариотип птиц сформировался 100—250 млн лет назад[5].

Уточнение физических карт микрохромосом птиц проводят с помощью метода флуоресцентной гибридизации in situ; при этом в качестве ДНК-зондов используют клонированные последовательности ДНК (например, NotI-связующие клоны 3-й хромосомы человека, БАК[англ.]-клоны)[6][7]. Дальнейший прогресс в идентификации и исследовании микрохромосом (включая затрагивающие их перестройки) связывают с применением куриных микрохромосомных зондов для так называемого «раскрашивания хромосом» (англ. chromosome painting)[8], пар специфических БАК-клонов курицы для каждой микрохромосомы и методов биоинформатики для геномного сравнения микрохромосом in silico[9].

Курица

[править | править код]
Кариотип курицы, представленный макро- и микрохромосомами

У курицы хромосомный набор равен 78 хромосомам (2n = 78), и, как и в случае всех птиц, большинство хромосом представляют собой микрохромосомы. Согласно более ранним взглядам, среди хромосом курицы имеется 6 пар макрохромосом, одна пара является половыми хромосомами и 32 пары — промежуточными хромосомами или микрохромосомами[4]. В соответствии с более поздним описанием куриного кариотипа, он образован из 5 пар макрохромосом, одной пары половых хромосом, 5 пар промежуточных хромосом и 28 пар микрохромосом[3][10]. Микрохромосомы составляют примерно треть от всего генома и демонстрируют бо́льшую, чем макрохромосомы, плотность генов. В связи с этим предполагается, что большая часть генов локализована на микрохромосомах[5], хотя из-за сложной физической идентификации микрохромосом и невозможности применения микросателлитных маркеров сложно установить точное положение гена на определённой микрохромосоме[10].

Между макрохромосомами и микрохромосомами курицы были выявлены различия в синхронизации репликации и темпах рекомбинации. В S-фазе интерфазы микрохромосомы реплицируются прежде макрохромосом[4]. Темпы рекомбинации также выше у микрохромосом[11]. Возможно, из-за высокой скорости рекомбинации куриная хромосома 16 (микрохромосома), как было выявлено, обладает наибольшим разнообразием генов, чем любая другая хромосома у ряда пород кур[11]. Это предположительно связано с локализацией на этой хромосоме генов главного комплекса гистосовместимости.

Для многих групп сцепления, положение которых на конкретных хромосомах не было установлено, предполагается, что они локализованы на микрохромосомах. Интересно, что эти группы сцепления соответствуют крупным участкам человеческих хромосом. Так, группы сцепления E29C09W09, E21E31C25W12, E48C28W13W27, E41W17, E54 и E49C20W21 соответствуют 7-й хромосоме человека[10].

Индейка

[править | править код]

Хромосомный набор индейки включает 80 хромосом (2n = 80). Наличие дополнительной, по сравнению с курами, хромосомной пары обусловлено как минимум двумя хромосомными перестройками, представляющими собой расщепление/слияние отдельных участков (GGA2 = MGA3 + MGA6 и GGA4 = MGA4 + MGA9). Другие перестройки были выявлены при сравнительном анализе генетических[12] и физических карт, а также секвенирования полного генома[13].

У других животных и человека

[править | править код]

Микрохромосомы отсутствуют в кариотипах человека, крокодилов и лягушек[1].

В редких случаях микрохромосомы выявляются в кариотипах отдельных людей. Была установлена связь между наличием микрохромосом и такими генетическими отклонениями, как синдром Дауна[14] и синдром Мартина — Белл[15]. В норме размер самой мелкой человеческой аутосомы — 21-й — равняется 47 мегабазам.

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Fillon V. The chicken as a model to study microchromosomes in birds: a review (англ.) // Genetics, Selection, Evolution : журнал. — Les Ulis, France: INRA, EDP Sciences, 1998. — Vol. 30, no. 3. — P. 209—219. — ISSN 0999-193X. — doi:10.1186/1297-9686-30-3-209. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)
  2. ↑ 1 мегабаза = 1 млн п. о.; см.: Humbio: Megabase, Mb. Дата обращения: 22 марта 2014. Архивировано 14 февраля 2014 года.
  3. ↑ 1 2 Axelsson E., Webster M. T., Smith N. G., Burt D. W., Ellegren H. Comparison of the chicken and turkey genomes reveals a higher rate of nucleotide divergence on microchromosomes than macrochromosomes (англ.) // Genome Research : журнал. — Cold Spring Harbor, NY, USA: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2005. — Vol. 15, no. 1. — P. 120—125. — ISSN 1088-9051. — doi:10.1101/gr.3021305. — PMID 15590944. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)
  4. ↑ 1 2 3 McQueen H. A., Siriaco G., Bird A. P. Chicken microchromosomes are hyperacetylated, early replicating, and gene rich (англ.) // Genome Research : журнал. — Cold Spring Harbor, NY, USA: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1998. — Vol. 8, no. 6. — P. 621—630. — ISSN 1088-9051. — doi:10.1101/gr.8.6.621. — PMID 9647637. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)
  5. ↑ 1 2 3 Burt D. W. Origin and evolution of avian microchromosomes (англ.) // Cytogenetic and Genome Research[англ.] : журнал. — Basel, Switzerland: Karger Publishers, 2002. — Vol. 96, no. 1—4. — P. 97—112. — ISSN 1424-8581. — doi:10.1159/000063018. — PMID 12438785. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)
  6. ↑ Sazanov A. A., Romanov M. N., Sazanova A. L., Stekol'nikova V. A., Kozyreva A. A., Malewski T., Smirnov A. F. Chromosomal localization of 15 HSA3p14–p21 Not I clones on GGA12: orthology of a chicken microchromosome to a gene-rich region of HSA3 (англ.) // Animal Genetics : журнал. — Oxford, UK: International Society for Animal Genetics; Blackwell Publishers Ltd, 2005. — Vol. 36, no. 1. — P. 71—73. — ISSN 0268-9146. — doi:10.1111/j.1365-2052.2004.01232.x. — PMID 15670135. Архивировано 15 марта 2015 года. (Дата обращения: 15 марта 2015)
  7. ↑ Sazanov A. A., Sazanova A. L., Stekol’nikova V. A., Kozyreva A. A., Romanov M. N., Malewski T., Smirnov A. F. Chromosomal localization of seven HSA3q13→q23 NotI linking clones on chicken microchromosomes: orthology of GGA14 and GGA15 to a gene-rich region of HSA3 (англ.) // Cytogenetic and Genome Research[англ.] : журнал. — Basel, Switzerland: Karger Publishers, 2005. — Vol. 111, no. 2. — P. 128—133. — ISSN 1424-8581. — doi:10.1159/000086381. — PMID 16103653. Архивировано 15 марта 2015 года. (Дата обращения: 15 марта 2015)
  8. ↑ Арефьев В. А., Лисовенко Л. А. Роспись хромосомы // Англо-русский толковый словарь генетических терминов. — М.: Изд-во ВНИРО, 1995. — ISBN 5-85382-132-6.
  9. ↑ Lithgow, P. E.; O’Connor, R.; Smith, D.; Fonseka, G.; Rathje, C.; Frodsham, R.; O’Brien, P. C.; Ferguson-Smith, M. A.; Skinner, B. M.; Griffin, D. K.; Romanov, M. N. (2014-03-05). "Novel tools for characterising inter- and intra-chromosomal rearrangements in avian microchromosomes". Abstracts of Papers Presented. 2014 Meeting on Avian Model Systems (Cold Spring Harbor, March 5—8, 2014). Cold Spring Harbor, NY, USA: Cold Spring Harbor Laboratory. p. 56. Архивировано 23 ноября 2017. Дата обращения: 18 октября 2020. (англ.)
  10. ↑ 1 2 3 Groenen M. A., Cheng H. H., Bumstead N., Benkel B. F., Briles W. E., Burke T., Burt D. W., Crittenden L. B., Dodgson J., Hillel J., Lamont S., de Leon A. P., Soller M., Takahashi H., Vignal A. A consensus linkage map of the chicken genome (англ.) // Genome Research : журнал. — Cold Spring Harbor, NY, USA: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2000. — Vol. 10, no. 1. — P. 137—147. — ISSN 1088-9051. — doi:10.1101/gr.10.1.137. — PMID 10645958. Архивировано 19 марта 2015 года. (Дата обращения: 19 марта 2015)
  11. ↑ 1 2 Wong G. K., Liu B., Wang J., Zhang Y., Yang X., Zhang Z., Meng Q., Zhou J., Li D., Zhang J., Ni P., Li S., Ran L., Li H., Zhang J., Li R., Li S., Zheng H., Lin W., Li G., Wang X., Zhao W., Li J., Ye C., Dai M., Ruan J., Zhou Y., Li Y., He X., Zhang Y., Wang J., Huang X., Tong W., Chen J., Ye J., Chen C., Wei N., Li G., Dong L., Lan F., Sun Y., Zhang Z., Yang Z., Yu Y., Huang Y., He D., Xi Y., Wei D., Qi Q., Li W., Shi J., Wang M., Xie F., Wang J., Zhang X., Wang P., Zhao Y., Li N., Yang N., Dong W., Hu S., Zeng C., Zheng W., Hao B., Hillier L. W., Yang S. P., Warren W. C., Wilson R. K., Brandström M., Ellegren H., Crooijmans R. P., van der Poel J. J., Bovenhuis H., Groenen M. A., Ovcharenko I., Gordon L., Stubbs L., Lucas S., Glavina T., Aerts A., Kaiser P., Rothwell L., Young J. R., Rogers S., Walker B. A., van Hateren A., Kaufman J., Bumstead N., Lamont S. J., Zhou H., Hocking P. M., Morrice D., de Koning D. J., Law A., Bartley N., Burt D. W., Hunt H., Cheng H. H., Gunnarsson U., Wahlberg P., Andersson L., Kindlund E., Tammi M. T., Andersson B., Webber C., Ponting C. P., Overton I. M., Boardman P. E., Tang H., Hubbard S. J., Wilson S. A., Yu J., Wang J., Yang H., International Chicken Polymorphism Map Consortium. A genetic variation map for chicken with 2.8 million single-nucleotide polymorphisms (англ.) // Nature : журнал. — London, UK: Nature Publishing Group, 2004. — Vol. 432, no. 7018. — P. 717—722. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/nature03156. — PMID 15592405. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)
  12. ↑ Reed K. M., Chaves L. D., Mendoza K. M. An integrated and comparative genetic map of the turkey genome (англ.) // Cytogenetic and Genome Research[англ.] : журнал. — Basel, Switzerland: Karger Publishers, 2007. — Vol. 119, no. 1—2. — P. 113—126. — ISSN 1424-8581. — doi:10.1159/000109627. — PMID 18160790. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)
  13. ↑ Dalloul R. A., Long J. A., Zimin A. V., Aslam L., Beal K., Blomberg Le A., Bouffard P., Burt D. W., Crasta O., Crooijmans R. P., Cooper K., Coulombe R. A., De S., Delany M. E., Dodgson J. B., Dong J. J., Evans C., Frederickson K. M., Flicek P., Florea L., Folkerts O., Groenen M. A., Harkins T. T., Herrero J., Hoffmann S., Megens H. J., Jiang A., de Jong P., Kaiser P., Kim H., Kim K. W., Kim S., Langenberger D., Lee M. K., Lee T., Mane S., Marcais G., Marz M., McElroy A. P., Modise T., Nefedov M., Notredame C., Paton I. R., Payne W. S., Pertea G., Prickett D., Puiu D., Qioa D., Raineri E., Ruffier M., Salzberg S. L., Schatz M. C., Scheuring C., Schmidt C. J., Schroeder S., Searle SM., Smith E. J., Smith J., Sonstegard T. S., Stadler P. F., Tafer H., Tu Z. J., Van Tassell C. P., Vilella A. J., Williams K. P., Yorke J. A., Zhang L., Zhang H. B., Zhang X., Zhang Y., Reed K. M. Multi-platform next-generation sequencing of the domestic turkey (Meleagris gallopavo): genome assembly and analysis (англ.) // PLoS Biology : журнал. — San Francisco, CA, USA: Public Library of Science, 2010. — Vol. 8, no. 9. — P. e1000475. — ISSN 1544-9173. — doi:10.1371/journal.pbio.1000475. — PMID 20838655. Архивировано 9 февраля 2015 года. (Дата обращения: 15 февраля 2015)
  14. ↑ Ramos C., Rivera L., Benitez J., Tejedor E., Sanchez-Cascos A. Recurrence of Down's syndrome associated with microchromosome (англ.) // Genetics[англ.] : журнал. — Berlin, Germany; New York, NY, USA: Springer-Verlag, 1979. — Vol. 49, no. 1. — P. 7—10. — ISSN 0340-6717. — PMID 157321. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)
  15. ↑ López-Pajares I., Delicado A., Pascual-Castroviejo I., López-Martin V., Moreno F., Garcia-Marcos J. A. Fragile X syndrome with extra microchromosome (англ.) // Genetics[англ.] : журнал. — New York, NY, USA: John Wiley & Sons Ltd, 1994. — Vol. 45, no. 4. — P. 186—189. — ISSN 0009-9163. — doi:10.1111/j.1399-0004.1994.tb04020.x. — PMID 8062436. Архивировано 20 марта 2015 года. (Дата обращения: 20 марта 2015)