Использование мозаиков для выявления структур, затронутых поведенческими мутациями.

Некоторые другие физиологические мутации дрозофилы

К. Гилл описал индуцированную Х-лучами в третьей хромосоме рецессивную мутацию fruity (ftу). Эта ограниченная мужским полом мутация детерминирует гомосексуальное поведение. Мож­но наблюдать цепочки из трех и более преследующих друг друга самцов fty даже в присутствии самок.

В. Джадд с сотрудниками получил три мутантных аллеля независимого происхождения в локусе tkо (Х-хромосома). Мутанты совпадают шоковое состояние при легком потряхивании стаканчиков уже при нормальной тем­пературе и несколько секунд остаются неподвижными.

С. Бензер тщательно исследовал рецессивную мутацию drop-dead, которая вызывает гибель взрослых особей через 2—4 дня после выхода имаго из куколки. При этом в первый день или два все элементы поведения сохраняются нормальными. Затем внезапно активность особей падает, нарушается координация движений и вскоре наступает смерть. Вся картина синдрома развивается в течение нескольких часов. Гистологическое изучение мутантных мух с начавшимися при­знаками синдрома показала грубые анатомические нарушения церебрального ганглия. Дегенерация захватывает также и зри­тельные доли. Другие отделы центральной нервной системы остаются незатронутыми.

В лаборатории С. Бензера полу­чена сцепленная с полом мутация dunce («тупица»). Особен­ность этих мутантов заключается в неспособности к выработке условных рефлексов избегания на специфический запах при подкреплении электрическим током.

Серию мутаций, обусловливающих устойчивость к таким нейротропным и психотропном веществам, как амфетамин, барбитал, бидрин, физостигмин, теофилин и пикротоксин, по­лучил Д. Мерриам с сотрудниками. Эти мутации индуцированы с помощью ЭМС (этилметансульфонат) в линии дикого типа Canton-S. По мнению исследователей, такие мутации представляют интерес для исследования мета­болизма нейромедиаторов.

Известно, что мозаичные особи, имеющие генотипически различ­ные части тела, представляют огромную ценность для исследо­вания клеточной автономии, специфичности выражения генов в различных тканях, взаимодействия тканей разного генотипа и др.

В плане генетики поведения систематическое изучение мозаиков D. melanogaster началось по инициативе С. Бензера. В 1970 г. ХХ века он вместе с И. Хота опубликовал статью под названием «Генетическое рассечение нервной системы дрозофилы посредством мозаиков». В ней описано несколько способов получения мозаиков, из них наиболее эффективен метод утраты в онтогенезе дрозофилы кольцевой Х-хромосомы.

В качестве исходного материала брали гетерозиготных особей на стадии зиготы, у которых одна Х-хромосома кольцевая — In(l)w^vC, а другая, анализируемая, несет выбранную поведенческую мутацию и цепочку рецессивных маркеров у w sn f. Можно взять и другие маркеры, затрагивающие покровы, окраску тела и глаз, форму щети­нок.

Вероятность разрыва и утраты кольцевой Х-хромосомы In(l)w^vC в процессе клеточных делений очень велика и со­ставляет от 10% до 50%. В результате этого и образуются моза­ичные особи, которые содержат исходные клетки дипло-Х и воз­никшие в результате потери кольцевой Х-хромосомы клетки гапло-Х с единственной Х-хромосомой (анализируемой).

Чем раньше в онтогенезе произойдет разрыв и утрата Х-хромосомы In(l)w^rC, тем большее количество клеток тела мухи будет гапло-Х. Если это событие произойдет уже при первом дроблении зиготы, то образуется гинандроморф, у которого одна половина тела будет женской, с клетками дипло-Х, а другая — мужской, с клетками гапло-Х. Участки тела с клетками гапло-Х легко узнаются по рецессивным маркерам, проявляющимся в гемизиготном со­стоянии.

Дробление у дрозофилы происходит по синцитиальному ти­пу, и примерно после 12 делений ядра мигрируют к поверхно­сти яйца, образуя бластодерму. На стадии бластодермы отдель­ные ее участки уже детерминированы. Из них формируются имагинальные диски в теле личинки, которые, в свою очередь, дают начало вполне определенным частям тела имаго. Отдельные участки поверхности тела (экзоскелета) и прилежащие к ним ткани с высокой вероятностью состоят из клеток одного и того же клона. Например, если левая часть переднего грудного отдела мухи имеет кутикулу желтого цвета, т. е. состоит из клеток гапло-Х, то имеются все основания полагать, что соответствующий отдел центральной нервной системы — левая часть грудного синганглия — также будет с высокой вероятностью образована клетками гапло-Х. Это позволяет находить так называемые фокусы — структуры, затрагиваемые анализируемыми мутациями.

В работе, посвященной мутациям дефектов зре­ния, Хотта и Бензер пришли к важному выводу об автономности зрительной системы каждого глаза. При снятии ЭРГ у билатеральных гинандроморфов рецепторный потенциал нормального глаза оставался нормальным, а рецептор­ный потенциал мутантного глаза был аномальным. Удалось отобрать таких мозаиков, все тело которых было нормальным и только один глаз являлся мутантным, т. е. состоял из клеток гапло-Х с анализируемой мутацией в Х-хромосоме. ЭРГ, снима­емая с такого глаза, неизменно оказывалась дефектной, харак­терной для данной мутации.

К. Икеда и В. Каплан, пользуясь ана­логичной методикой, исследовали проявление шейкер-мутации Hk^lP у 77 мозаичных особей. При этом с помощью микроэлект­родной техники характеризовали электрическую активность отдельных мотонейронов. Ими убедительно доказана автономность отдельных нейронов торакального синганглия. Без получе­ния мозаичных особей подобного принципиального результата вряд ли удалось бы достичь.

Хотта и Бензер в разных экспериментах анализировали на­чальные этапы ухаживания (преследование самок и вибрацию крыльев) и конечные этапы — попытку спаривания и само спа­ривание. Всего ими изучено в первой части работы 477 и во второй 208 мозаичных особей с самым различным сочетанием клеток дипло-Х и гапло-Х.

В первой части работы наблюдения вели с помощью бинокулярной лупы над отдельными парами особей гинандроморфов и самкой дикого типа C-S, которых поме­щали под часовое стекло. Результаты исследований показали, что кон­троль за ориентацией мозаиков по отношению к самкам и вибра­цией крыльев в качестве элемента ухаживания осуществляется церебральным ганглием. Мозаичные особи, у которых все тело, за исключением головы, было женским, тем не менее, вели себя как самцы — преследовали самок и вибрировали крыльями.

Во второй части работ наблюдения за спариваниями проводили в приборе, включающем сразу 10 камер. Ученые обнаружили, что попытки к спариванию совершают гинандроморфы, у которых и голова, и торакс — самцовые. Для спаривания требуется к тому же нормальное мужское строение гениталий.

В дополнительной серии экспериментов к мозаичным особям подсаживали самцов дикого типа. Наличие у мозаиков женских брюшка и гениталий провоцировало ухаживание самцов. Одна­ко чтобы мозаичная особь вела себя как самка, ее центральная нервная система должна была оставаться женской.