История изучения поведенческих мутаций дрозофилы.

Первым исследовал поведенческие мутации дрозофилы А. Стёртевант, затем, в 1918 году Р. Макэвен осуществил опыты по оценке реакции на свет и гравитацию ряда крыловых и пиг­ментных мутантов D. melanogaster. Им, в частности, показано, что мутация tan (коричневатое тело), при­водит к исчезновению положительной фотореакции.

Среди работ по изучению поведения дрозофилы, проведенных в сороковых годах прошлого века, наиболее интересными были исследования Р. А. Мазинг. В от­личие от других исследователей она не ограничилась констатацией различий между мутантными и нормальными ли­ниями по выбранным поведенческим признакам — интенсивности фотореакции и избирательности яйцекладки. Мазинг был поставлен во­прос о роли генотипической среды в выражении изучаемых приз­наков. Для ответа на него применялась процедура возвратных скрещиваний с мухами дикого типа с отбором выщепляющихся му­тантных особей. В результате почти во всех случаях гибридное потомство, несмотря на мутантный фенотип, по изучаемым признакам поведения приближалось к норме.

Заслуживают внимания также исследования М. Пауэра, в которых анализ двигательной активности у мутантных и нормальных мух сопровождался тщательным гистологическим и анатомическим изучением центральной нервной системы.

С начала 50-х годов многие исследователи обратились к изу­чению полового поведения дрозофилы. В немалой степени этот интерес был вызван концепцией изолирующих механизмов Ф. Г. Добжанского и в частности постановкой вопроса о роли поведенческих механизмов избирательности спаривания.

X. Спайз в начале пятидесятых годов ХХ века представил сравнительное описание полового поведения многочисленных видов рода Drosophila.

Заметной вехой в работах шестидесятых годов ХХ века стала работа М. Бэсток по сравнению полового поведения самцов yellow и дикого типа. Мутантные самцы заметно уступали нормальным в конкуренции за самок, причем решающим фактором служили различия между ними в интенсивности вибрации крыльев. Таким образом, был найден один из механизмов половой стимуляции самок, который мог нарушаться отдельными мутациями. Эти результаты были подтверждены наблюдениями А. Ювинга, выявившего на крыловых мутантах прямую зависи­мость между успехом самцов в спаривании и степенью редукции их крыловой пластинки. Звуки, издаваемые самцами путем вибрации крыльев, получили название «брачной песни», и ее акустика тщательно изучена.

Для успешного проявления полового поведения важна нормальная зрительная рецепция. В своих опытах Б. Гир и М. Грин показали, что белоглазые самцы white уступают на свету при конкуренции за самок самцам с более интенсивной пигментацией. В то же время непрерывное пребывание мух на свету подавляет интенсивность ухаживаний.

Пигментные мутации дрозофилы представляют особый интерес для нейрогенетики потому, что некоторые предшественники об­разования пигментов служат одновременно источником синтеза нейроактивных веществ. Мутации yellow, ebony и tan, изменяющие окраску тела и снижающие половую и двигательную активность мух, одновременно обусловливают и сниженное содержание дофамина.

Но работа с морфологическими мутациями при всей ее важности не могла служить основой для интенсивного развития генетики поведения. Для раскрытия составляющих частей системы генотипа было необходимо:

§ получение представительных выборок мутаций по заданному признаку;

§ их распределение по от­дельным генам;

§ картирование этих генов;

§ выяснение, по возможности, функций отдельных генов и характера их взаимо­действия.

Для направленного получения в достаточных количествах нужных поведенческих мутаций требовалась разработка новых подходов. Ряд подходов был предложен Сеймуром Бензером. В качестве анализируемого признака он первоначально выбрал зрительную рецепцию.

Бензер поставил своей целью получения мутантных особей с аномалиями зрительной системы. Для разделения нормальных и аномальных особей был сконструирован прибор, ос­нову которого составляли разъемные стеклянные трубки доста­точной длины. В исходном положении испытуемых мух перемещали к одному из концов трубки, и у противоположного конца включали свет. Большинство особей сразу же устремлялось к источнику света, и лишь некоторая часть оставалась на месте или совершала ненаправленные перемещения. Через некоторое время трубки разнимали и мух каждой такой неравноценной по объему группы возвращали порознь в исходное положение. Затем процедуру повторяли сначала. Путем многократных пов­торных испытаний всю исходную выборку подразделяли на группы, в соответствии с характером их ответа на световой раздражитель.

Другими авторами была использована более сложная автоматическая аппаратура для отбора му­тантов с нарушенной оптомоторной реакцией. Отцов испытуемых самцов дикого типа подвергали воздействию химическим му­тагеном, чаще всего этилметансульфонатом (ЭМС) и индиви­дуально скрещивали с самками тестерной линии С(1)RМ, имеющей сцепленные Х-хромосомы с маркерами у и f и Y хромосому. Сыновья от таких скрещиваний получают отцовскую Х-хромосому, обработанную мутагеном.

В других экспериментах самцов, подвергшихся воздействию ЭМС, скрещивали с самками тестерной линии FM6. Х-хромосома FM6 содержит серию инверсий, надежно предотвращающих кроссинговер, а также ряд доминантных и рецессивных марке­ров. Методика выделения сцепленных с полом мутаций FM6 аналогична классической методике Muller-5, но отличается большей надежностью. В F₂ анализ вели посемейно. Сход­ство аномального поведения родных братьев — носителей Х-xpoмосом одинакового происхождения — могло свидетельствовать об индукции мутации. Анализируемую хромосому изогенизировали, и результаты дальнейших испытаний ее гомозиготных (самки) или гемизиготных (самцы) носителей подтверждали или опровергали наличие в ней поведенческой мутации.

На следующем этапе генетического анализа отобранные му­тации независимого происхождения попарно сочетали в генотипе самок для испытания их на аллелизм. Полагали, что число найденных аллельных групп соответствует числу рецессивных генов, контролирующих изучаемый признак. На последнем этапе эти гены картировали с помощью цепочки рецессивных марке­ров в половых хромосомах.

Работами С. Бензера и его последователей была решена задача создания генетической коллекции мутаций по выб­ранным поведенческим и нейрологическим признакам, которые составили основу для последующих углубленных физиолого-генетических исследований.

В семидесятые годы ХХ века В. Каплан и его группа остановили свой выбор на сцепленных с полом мутациях дрозофилы, вызывающих характерное подергивание ла­пок при анестезии с помощью эфирного наркоза. Аномальных мух отбирали путем визуальных оценок и на основании автома­тических записей движений отдельных лапок.

Д. Сузуки с сотрудниками обратили внимание на температурочувствительные мутации, которые обусловливают паралич мух при тем­пературе 29°С и выше. Эта особенность позволила в экстремальных условиях легко отделять мутантов от нормально двигаю­щихся мух.

Опыты велись в специально оборудованных популяционных ящиках. Было получено 11 температурочувствительных нейрологических мутантов. При температуре 22°С они полностью восстанавливали активность и переставали отли­чаться от мух дикого типа.

Высокоэффективные среды для отбора физиологических му­тантов с нулевой активностью алкогольдегидрогеназы были разработаны В. Сойфером с сотрудниками. Воздействие на мух дикого типа парами спирта пентенола приводила к тому, что он, про­никая в организм, под действием нормальной алкогольдегидро­геназы окислялся в высокотоксичную субстанцию — кетон. В результате мухи сначала приобретали очень высокую активность, а затем в течение часа погибали. Выживали лишь исключительно редкие особи, у которых алкогольдегидрогеназа неактивна.

Поведенческие мутанты играли и играют важную роль в изучении генетики поведения дрозофилы.