Введення
Drosophila melanogaster, інакше плодова, або оцтова муха - маленьке,близько 3 мм у довжину, комаха сімейства Drosophiliadae із загону Diptera.
Цих мушок можна спостерігати близько зіпсованих фруктів.
Дрозофіла стала одним з найцінніших для біологічних дослідженьорганізмів, зокрема, в області генетики. Вона використовується, якмодельний організм для різних досліджень вже майже сто років, і сьогоднібагато вчених продовжують працювати над різними проблемами дрозофіли. Їїважливість для здоров'я людини була визнана Нобелівською премією, врученоїмедикам-фізіологам Ed Lewis, Christiane Nusslein-Volhard and Eric Wieschausв 1995 р.
Є кілька причин, тому, що дрозофіла - один з улюбленихоб'єктів вивчення. Дрозофіла - маленька тварина з коротким життєвимциклом тривалістю лише близько двох тижнів, вона недорога для розмноження івиведення навіть велику кількість особин. Мутантних особин з дефектами вбудь-яких з декількох тисяч генів доступні для експериментів, і весь геноммухи в цілому вже відомий.
Дрозофіла спочатку використовувалася для генетичних досліджень,наприклад, для вивчення закономірностей різних типів спадковості.
Зараз муха використовується також як об'єкт вивчення інших розділів біології
(особливо, біології розвитку: тут вивчається розвиток цілого організму звідносно простого плідного яйця), і як навчальний об'єкт.
Короткий період розвитку від яйця до імаго, виключне багатствомутаційних рас з характерно чітким фенотипічних проявом, мале числохромосом і ряд інших важливих переваг роблять її незамінною дляпрактичної опрацювання основних закономірностей спадковості.
Поширення. Морфологія. Біологія розвитку дрозофіли.
Дикий тип дрозофіли має яскраво-червоні очі і "сіре" тіло (термін
"gray", що означає "сірий", не зовсім доречний, але міцно прижився впозначенні кольору дикого типу мухи; вона не є сірої). Криланормально розвинені, перевищують довжину тіла. Живиться ферментованихфруктами чи овочами, але в лабораторії її розводять на спеціальнійпоживному середовищі.
Батьківщиною Drosophila melanogaster вважають Індо-Малайська область; вданий час муха поширена дуже широко, в тому числі на Кавказі та
Україні.
Морфологічно, самки і самці відрізняються один від одного з цілої низкиознак. Самки трохи більші за самців, хоча величина і тих, і іншихможе сильно коливатися залежно від умов харчування, особливо на цевпливає личинкові період розвитку. Черевце у самки кілька округле, ззагостреним кінцем; у самця воно циліндричне, з притупленим
кінцем. Також самця можна легко відрізнити від самки з кількох останнімсегментах, які у нього суцільно пігментованих. Верхні хітинові щиткигрудях у комах називаються тергітамі (вони разом зі стернітамі іплейрітамі беруть участь в русі крил). Статевий диморфізм у дрозофіливиявляється в тому, що у самки є вісім добре розвинених тергітов, а усамця - шість, причому шостий і восьмий тергіти злиті, а восьмий увійшов досклад статевого апарату. Стерніти-такі ж хітинові платівки з черевноїсторони (див. мал.). У самки їх також на один більше, ніж у самця, і упредставників кожної статі не розвинені перший, другий, сьомий і восьмийстерніти.
Черевце самки (ліворуч) і самця (праворуч), вид з вентральній боку. Видно стерніти (у самки-на один менше)
Черевце самки (ліворуч) і самця (праворуч), вид з латеральної сторони.
До числа вторинно-статевих ознак у самця відносяться статеві гребінці,що представляють собою міцні хітинові щетинки на перший членик лапкипередніх ніг. У самки подібні утворення відсутні.
Зовнішні статеві органи самки складаються з піхви, по бокахякого розташовані дві вагінальні платівки, а позаду них - анальнийгорбок, що складається з двох анальних пластинок, розташованих один надінший.
На малюнку:
Dorsal anal plate - Дорсальна анальна платівка; Ventral anal plate --вентральна анальна платівка; Eighth targite - восьмий тергіт; Longbristles - довгі шипи; Sensilla trichodea - чутливий волосок;
Thorn bristles - колючі шипи; Vulva - вульва; Vaginal plate --піхвова платівка.
Внутрішній статевий апарат самки складається з двох гроздевідних яєчників,в кожному по кілька десятків яйцевих трубочок; яйцепровода; піхви; трьохсім'яприймача, з яких одна трубчастий і два грибоподібний; придатковихзалоз. Протоки сім'яприймача і придаткових залоз впадають в піхву.
Непарний трубчастий сім'яприймача представлений довгою спіральної трубкою. Успаровуються самок він наповнений спермою. У порожнині піхви нерідко можнабачити зріле яйце з укладеної всередині нього майже розвиненою личинкою.
На малюнку:
Lateral oviduct - латеральний яйцепровід; Common oviduct - основнийяйцепровід; Seminal receptplace - сім'яприймача; Spermathecae and Parovaria --придаткові залози; Uterus - яєчник; Vagina - піхва; Vaginal plates --вагінальні платівки; Anal plates - анальні платівки.
Зовнішні статеві органи самця мають більш складну будову. Вони складаютьсяз генітальної пластинки і пеніса з прилеглими до нього частинами.
Генітальна платівка являє собою Підковоподібне хітиновоюосвіта. Всередині неї відкривається анальний отвір, з боків якоголатерально розташовані два анальні платівки. З черевної сторонигенітальна платівка несе дві пари відростків, до яких приєднуєтьсяпеніс з його додатками. Власне пеніс має вигляд ложкоподібні хітиновоюпластинки, що несе краю ряд хітинових зубців:
Внутрішній статевий апарат самця включає в себе парний сім'яників,парні насінні бульбашки, придаткові залози, непарний сім'явивіднупротоку, непарний bulbus ejaculatorius, непарний семяізвергательний канал.
Насінники являють собою згорнуті трубки, що переходять у насіннібульбашки, які переходять в насінні канальця, що з'єднуютьсябезпосередньо перед впадінням в сім'явивідну протоку. Сім'явивіднупротока впадає в bulbus ejaculatorius, який грає роль насоса,виштовхуючі сперму з семявиносящих протоки і викидає її назовнічерез семяізвергательний канал, який відкривається в основу пеніса.
Як правило, самки не можуть злучатися протягом 24 годин післявилуплення, однак при температурі, дещо вище нормальною, іноді можнаспостерігати копуляції мух молодшим зазначеного віку, особливо, якщо вкультурі є старі самці. Копуляції триває близько 20 хвилин; цей термінє видовий характеристикою розглянутого виду.
Цикл розвитку дрозофіли:
Яйця дрозофіли декілька витягнуті, близько 0.5 мм у довжину. У свіжихкультурах вони легко помітні, будучи відкладеними на живильному середовищі,здебільшого поблизу від стінок пробірки, де міститься менше вологи.
Яйце дрозофіли захищено двома зовнішніми оболонками, різними запоходженням. Внутрішня оболонка, утворена самим яйцем, називаєтьсяжовтковим. Зовнішня оболонка утворена фолікулярним епітелієм яєчника іносить назву хоріона. У яйця дрозофіли можна розрізнити передній і заднійкінець, а також дорсальну і вентральні боку відповідно відділаммайбутнього зародка. На передньому кінці яйця, на вершині невеликого сосочка,є отвір, мікропіле, що веде всередину яйця і що служить дляпроникнення сперматозоїда всередину. Від передньої частини дорсальнійповерхні яйця відходять і йдуть у напрямку кпереди і в сторони двадовгих відростка, що представляють собою вирости хоріона. Це так званіфіламенти, які захищають яйце від занурення в рідку середу.
Запліднення яйця відбувається в момент проходження його через верхнійвідділ піхви. У нормальних умовах ембріональний розвиток протікає позатіла матері при температурі 27є близько 20 годин. У сприятливих умовахкожна самка відкладає до 50-80 яєць на добу, а всього протягом 3-4 дібвона може відкласти більше 200 штук.
вилуплення личинки з яйця і початок постембріонального розвитку пов'язаноз посиленим харчуванням і зростанням. Надлишок їжі на цій стадії життя особимає велике значення: у значній мірі він визначає не тільки розміримухи, але і її життєздатність. Перший час після вилуплення личинкизалишаються на поверхні середовища. Потім вони ідуть у глиб її і залишаються тамдо моменту окукліванія.
Окукліваніе починається з того, що личинки залишають середу, перестаютьхарчуватися і якийсь час жваво повзають по стінках пробірки. Потім вонистають нерухомими, значно скорочуються в довжину і набуваютьхарактерну для лялечки бочонкообразную форму. Куколочний період розвиткухарактеризується, з одного боку, руйнуванням личинкових органів і тканин,за винятком гонад та нервової системи, з іншого - розвитком зімагінальних дисків дефінітивного органів дорослої мухи. Період куколочногоперетворення дорівнює 4 діб.
Після закінчення третього доби через покрив лялечки стають помітнимиобриси очей, в яких на той час виробляється жовтуватий пігмент.
За кілька годин до вилуплення добре видно крила, очі до цього часунабувають яскраво-червоний колір.
вилуплення мухи та її звільнення від покриву лялечки досягаєтьсянагнітанням рідини, внаслідок чого оболонка лялечки розривається, і мухазвільняється. Зазвичай мухи виходять з лялечки рано вранці. Молоді, тількищо вилупилися мухи мають довге жовтувате тіло, майже позбавленепігменту, короткі, ще не розправлені крила. Через 8 годин самки вжеготові до запліднення, тому для схрещування необхідно брати Віргінисамок, не старше 8 годин після вилуплення. Самки починають відкладати яйцяз кінця другої доби і продовжують до кінця життя.
Каріотип дрозофіли.
Дрозофіла має чотири пари хромосом: X/Y - статеві хромосоми іаутосомы 2, 3 і 4. Четверта хромосома досить маленька і рідкозгадується. Розмір геному мухи складає близько 165 мільйонів підстав імістить, за приблизними підрахунками, 14.000 генів (для порівняння, геномлюдини має 3.300 мільйонів підстав і близько 70.000 генів, дріжджі маютьблизько 5800 генів у 13.5 мільйонів підстав).
Геном дрозофіли був майже повністю описаний в 2000 році, і в даниймомент проводиться його аналіз. Про це досягнення було повідомлено 18 лютого
2000 року. У проекті комбінувала експертиза групи вчених підкерівництвом Dr. Gerald Rubin, що вивчають геном дрозофіли в Каліфорнійському
Інституті (Berkeley) і робота потужних аналізують машин та комп'ютерівкомпанії Celera Genomics Corp. під керівництвом J. Craig Venter. Вчені зобох груп повідомили результати досліджень на щорічній зустрічі
Американської Асоціації Прогресу Науки (American Association for the
Advancement of Science).
Політенние хромосоми.
Наявність політенних хромосом є однією з причин популярностідрозофіли як об'єкта вивчення. Політенние хромосоми були впершевиявлені в клітинах слинних залоз дрозофіли в 1934 р. Личинка під часзростання має постійне кількість клітин, але в той же час їй необхіднонакопичувати генетичний матеріал для майбутнього розвитку. У результатіклітини збільшуються в рвзмерах, і кожна хромосома реплікується сотніразів, при цьому всі ланцюжки ДНК залишаються прикріпленими одна до одної до тихпір, поки їх не набереться кілька тисяч, що лежать пліч-о-пліч. Такимчином, утворюється товста, що кидається в очі своєю величиною і легкопомітна в мікроскоп політенная хромосома. Більше того, після фарбуванняці хромосоми мають чергуються темні і світлі смужки, індивідуальніза будовою для кожної частини хромосоми, так що можна визначити, якачастина хромосоми потрапила в об'єктив мікроскопа.
Стандартна карта політенной хромосоми поділяє геном на 102пронумеровані смужки (1-20 - X-хромосома, 21-60 - другий хромосома, 61 -
100 - третій і 101-102 - четверта), кожна зі смужок поділена на 6буквених смужок (AF) і кожна з пронумерованих смужок також поділенана кілька (до 13) підрозділів. На фотографії вище вказана 57-а смужка.
Локалізація багатьох генів відома точно за буквеної шкалою, але не точно поцифровий шкалою, і тому вказується приблизно (наприклад, 42C7-9,
60A1-2). Політенние смужки не мають однакової довжини послідовностінуклеотидів, але в середньому одна буквена смужка містить близько 300kb ДНК,або 15-25 генів.
На малюнку - приклад комп'ютерної обробки (розшифрування) політеннойхромосоми.
Постановка досвіду.
Інвентар й устаткування, використане нами в роботі.
1. Пташине пір'їнку,
2. Листок чистого білого паперу (або молочно-біле скло)
3. Лупи двох різних типів
4. Крапельниця для сірчаного ефіру
5. Морилка
6. Пробки із вати
7. Пробірки з живильним середовищем
8. Етикетки, клей, і т. д.
Поживна середу.
Нами була використана живильне середовище, приготовлена з дріжджів,цукру, манної крупи, пропіонової кислоти, води і агар-агару.
Важливо, щоб середовище не була занадто твердою, тому що молоді личинки неможуть проникнути всередину твердої середовища і гинуть, і не надто рідкою, тому щов рідкому середовищі можуть загинути відкладені яйця.
наркотизації мух.
Аналіз та підрахунок мух, а також відбір незайманих самок і підбірбатьківських пар для схрещування проводять на матово-білому склі під лупоюпісля того, як їх присплять сірчаним ефіром. Для цієї мети їх зазвичай поміщають вефірізатор або морилку. У нижній частині морілки є поглиблення, вяке вставлений щільний ватний тампончик, змочує з крапельниці поміру потреби 1-2 краплі сірчаного ефіру. Стаканчик з мухами обережнопостукують об долоню, мухи при цьому збираються в нижній його частині, потімобережно знімають ватяну пробку, накривають стаканчик ефірізатором іперекидають так, щоб стаканчик з мухами був нагорі. Легкимпостукуванням об долоню всіх мух переводять у ефірізатор і закривають йогопробкою з ватним тампоном, змоченим 1-2 краплі ефіру. Як тільки всі мухизаснуть, їх обережно витрушують з ефірізатора на молочно-біле скло і,користуючись лупою і пташиним пір'їнкою, швидко аналізують і підраховують, такяк в наркотізірованном стані вони можуть перебувати лише близько 5хвилин. Якщо наркотизації необхідно продовжити, мух накривають великим годинниковимсклом, під який кладуть ватний тампон, змочений однією краплею ефіру.
Якщо ці мухи потрібні для подальшого розмноження, їх поміщають у чистіпробірки з живильним середовищем. В одну пробірку для розмноження слідпоміщати 2-3 самок і 3-5 самців. Для того щоб сонні мухи не впали на днопробірки і не загрузли у живильному середовищі, їх поміщають на чисті стінкистаканчика з середовищем і тримають стаканчик в горизонтальному положенні до тихпір, поки мухи не прокинуться.
Після закінчення роботи з мухами їх присипляють і викидають. Від великої дозиефіру мухи гинуть через 3-5 хвилин. Про їх загибелі можна укласти порозчепіреними догори і в сторони крил і мляво витягнутим лапок.
Всю роботу з дрозофіли і результати спостережень фіксують у відповідномужурналі. Оптимальними умовами для успішного розмноження мух єтемпература 24-26 ° С, відносна вологість 70-80%, хороша аерація.
Експериментальні дані додаються. (Див. письмове додаток).
-----------------------< br>Самка
Самець
ЯЙЦЕ
Личинки
Лялечки
ДОРОСЛИХ МУХА
У дрозофіли є 4 пари хромосом в кожній соматичної клітці. Надіаграмі представлені позиції деяких генів, які можуть піддаватисямутацій.
