DATE PRIVIND INTERACŢIUNEA DINTRE GENE NEALELE ÎN TRIHIBRIDĂRI LA DROSOPHILA MELANOGASTER Gr. Ştefănescu

Transcription

1 DATE PRIVIND INTERACŢIUNEA DINTRE GENE NEALELE ÎN TRIHIBRIDĂRI LA DROSOPHILA MELANOGASTER Gr. Ştefănescu UNIVERSITATEA DE VEST VASILE GOLDIŞ ARAD DATA REGARDING THE INTERACTION BETWEEN NON-ALLELIC GENES IN TRIHYBRIDATIONS FOR DROSOPHILA MELANOGASTER Abstract. The object of this research was to produce, through experiments of trihybridation, a new line of Drosophila melanogaster, which is to associate three mutant characters in its phenotype, such as white eyes, barred eyes and vestigial wings. For this purpose we made a hybridation, having, as parentals, females of the white-bar line, with white and barred eyes, as well as long wings, having the (w, B / w, B ; vg + / vg + ) genotype, and males of the vestigial line, with vestigial wings, as well as red and round eyes, having (w +, B + / Y ; vg / vg) genotype. We made some interpretations based on the recorded data, regarding the individuals emerged from the F 1, F 2 and F 3 generations. Among the 8 phenotypic classes of the F 2 females, one presents the association of the three mutant characters, obtaining these comprised the purpose of this work, i.e. the phenotype of white eyes, barred eyes and vestigial wings. Besides achieving this target, the value of the empiric percentage proportion (2.5 %) demonstrated by this phenotypic class, represents a highly significant negative deviation versus the expected theoretical proportion. The explanation of this phenomenon would be a detrimental pleiotropic effect of the white and vestigial genes, for the viability of the respective females. This effect could be enhanced by the presence in their genotype of the Bar gene. The analysis of the F 2 generation ascertains also, among the 8 phenotypic classes of the F 2 males, the presence of a class of male individuals, which also congregates the mutant characters, whose association was followed in this research, i.e. white eyes, barred eyes and vestigial wings. It was noted that also the empiric percentage proportion of this class (2.2 %) is significantly reduced than the expected theoretical proportion. As in the case of females, the explanation of this deviation could be the detrimental pleiotropic effect of the white and vestigial genes upon the viability of males from mentioned class. It could be also considered the enhancing capacity of this detrimental pleiotropic effect by the presence of the Bar gene whitin the respective male genotype. We consider that the experiments of this research proved the cumulated detrimental pleiotropic effect of the white, vestigial and Bar genes for the viability of females and males of D. melanogaster. Key words: trihybridation, interaction between non-allelic genes, genes with pleiotropic effect for D. melanogaster. Introducere Experienţele efectuate în cadrul studiului de faţă reprezintă continuarea cercetărilor pe care le-am realizat la D. melanogaster (Ştefănescu, 2000, 2002, 2003, 2005). Aceste cercetări s-au încadrat într-o temă care vizează efectele fenotipice ale interacţiunii între gene nealele la acelaşi organism-test, studiate anterior de Precup (1971, 1978), Precup şi Farc (1972). Prin aceste experienţe am urmărit posibila manifestare a efectelor pleiotropice detrimentale ale genelor vestigial (vg) şi white (w) la femele şi masculi de D. melanogaster, prin fenomenul de interacţiune între aceste gene şi cele care condiţionează viabilitatea la indivizii ambelor sexe. În esenţă, în seria experimentală pe care am organizat-o, am studiat modul de realizare a unei variante de trihibridare între parentali care prezentau două

2 caractere mutante înlănţuite cu sexul, adică ochi baraţi şi albi (Bar-white) şi parentali care posedau un singur caracter mutant, (vestigial). Material şi metode Scopul principal al studiului a fost obţinerea, prin hibridări adecvate, a unei linii de D. melanogaster care să fie purtătoarea a trei însuşiri mutante, reunite şi homozigotizate, şi anume: ochi baraţi (B), ochi albi (w) şi (vg). Pentru obţinerea acestei linii am preconizat şi realizat o serie experimentală care a constat într-o trihibridare cu gene amestecate la formele parentale, incluzând genitori femeli din linia homozigotă dublumutantă cu ochi baraţi şi albi şi aripi normale lungi, care aveau genotipul (w, B/ w, B; vg + / vg + ) şi genitori masculi din linia homozigotă simplu-mutantă cu aripi vestigiale şi ochi normali, rotunzi şi roşii, având genotipul (w +, B + / w +, B + ; vg / vg). Rezultate şi discuţii În generaţia F 1 a seriei experimentale, conform aşteptării teoretice, femelele cu genotipul (w, B/w +, B + ; vg + / vg) au avut fenotipul ochi baraţi, reniformi, determinat de semidominanţa genei ochi baraţi (B), în stare heterozigotă (B/B + ), ochi roşii, prin dominanţa genei ochi roşii (w + ) în stare heterozigotă (w + / w) şi, datorită dominanţei genei (vg + ), în stare heterozigotă (vg + / vg). La fel, în concordanţă cu aşteptarea teoretică, masculii generaţiei F 1 cu genotipul (w, B/ Y; vg + / vg) au avut ochi baraţi, datorită genei ochi baraţi (B), aflată în stare hemizigotă (B/Y), ochi albi, cauzaţi de gena ochi albi (w), de asemeni, aflată în stare hemizigotă (w/y), precum şi, datorită genei pentru aripi lungi (vg + ), prezentă în stare heterozigotă (vg + / vg). În continuare, în cadrul desfăşurării experienţei de trihibridare au fost efectuate procedeele necesare pentru reproducerea generaţiei F 1, în vederea obţinerii şi analizei genetice a generaţiei F 2. La reproducerea generaţiei F 1 participă 4 tipuri de gameţi masculi, adică: (w, B; vg + ), (w, B; vg), (Y; vg + ) şi (Y ; vg) şi 8 tipuri de gameţi femeli, dintre care 4 tipuri normale (non-cross), adică: (w,b ; vg + ), (w, B ; vg), (w +, B + ; vg + ), (w +, B + ; vg) şi alte 4 tipuri neobişnuite, mai precis, 4 tipuri de gameţi recombinaţi (cross) prin fenomenul de crossing-over între cromozomii XX ai femelelor, adică: (w,b + ; vg + ), (w, B + ; vg), (w +, B; vg + ), (w +, B; vg). După fecundarea aleatorie a acestor gameţi, conform aşteptării teoretice, trebuie să apară în generaţia F 2 un număr de 32 de categorii genotipice, dintre care jumătate, adică 16, vor fi prezente la sexul femel, iar restul de 16 vor fi asociate cu sexul mascul. Prin analiza acestor categorii genotipice s-a dedus exteriorizarea lor fenotipică. În acest sens, a fost stabilit un total de 8 clase fenotipice de femele din generaţia F 2, care au fost incluse în tabelul 1. Prin observarea amănunţită a tuturor indivizilor femeli din generaţia F 2, s-a efectuat încadrarea lor numerică în cele 8 clase fenotipice, efectuând şi o evaluare procentuală a acestei segregări fenotipice. Din tabelul 1 rezultă că, între cele 8 clase fenotipice ale femelelor F 2, clasa 6 prezintă asocierea celor trei caractere mutante a cărei obţinere a constituit scopul acestui studiu. În afară de această constatare, se observă că valoarea proporţiei procentuale de 2,5 % pe care o realizează această clasă fenotipică în cadrul totalului femelelor din generaţia F 2 reprezintă o abatere, evident negativă, faţă de proporţia teoretic aşteptată, având în vedere faptul că celelalte clase care au o proporţie teoretic aşteptată similară, de 1/32, adică clasele 5, 7, 8, exprimă proporţii procentuale duble sau aproape duble, de 6,2 %, 4,6 % şi 3,9 %. Interpretarea acestui fenomen poate fi pusă în legătură cu interacţiunea dintre genele homozigote white (w/w) şi genele 231

3 homozigote vestigial (vg/vg), pe de-o parte, cu alte gene din genotipul acestor femele, pe de altă parte, interacţiune care determină un efect pleiotropic detrimental pentru viabilitatea musculiţelor, efect care, după Ştefănescu (2002, 2005), poate fi potenţat de prezenţa în genotip a genelor homozigote Bar (B/B). Tabelul 1 a numerică şi procentuală a femelele F 2 în cele 8 clase fenotipice Nr.crt. Clasa fenotipică Proporţia numerică procentuală ochi reniformi-roşii. 3/ ,9 3/ ,1 ochi reniformi-albi, 3/ ,5 3/ ,3 ochi reniformi-roşii, 1/ ,2 1/ ,5 ochi reniformi-albi, 1/ ,6 1/ ,9 T o t a l 16/ De asemenea, se observă că proporţia procentuală de 17,1 % a clasei 2 are o abatere negativă semnificativă faţă de clasele cu o proporţie teoretic aşteptată similară, de 3/32, aşa cum sunt clasele 1, 3 şi 4, a căror proporţii procentuale sunt de 21,9 %, 21,5 % şi 22,3 %. Explicaţia acestui fenomen poate fi interacţiunea dintre genele din structura genotipică a acestor femele, mai precis, efectul pleiotropic detrimental al genelor homozigote pentru ochi albi (w/w) asupra viabilităţii lor, efect care, după cum a constatat Ştefănescu (2002, 2005), poate fi întărit şi de genele homozigote pentru ochi baraţi (B/B). Aşa după cum s-a precizat anterior, alte 16 combinaţii genotipice, din totalul de 32 care pot apare în generaţia F 2, sunt prezente la masculi. Pe baza analizei acestor combinaţii genotipice s-au stabilit 8 clase fenotipice de masculi care le reprezintă şi care sunt incluse în tabelul Prin observarea detaliată a tuturor masculilor din generaţia F 2, a fost efectuată încadrarea lor numerică în cele 8 clase fenotipice, realizându-se şi o evaluare procentuală a acestei segregări fenotipice. Analiza celor 8 clase fenotipice de masculi din generaţia F 2 impune atenţiei prezenţa clasei 6, cu indivizi care întrunesc cele trei caractere mutante, a căror asociere a fost urmărită în studiul de faţă, adică ochi baraţi-albi şi. O dată cu atingerea obiectivului propus, prezenţa acestei clase oferă şi relevarea unei situaţii particulare. Întradevăr, proporţia procentuală, de 2,2 %, a acestei clase 6 este semnificativ mai redusă decât cele ale claselor 5, 7 şi 8, care reprezintă 7,8 %, 3,5 % şi 6,8 %, în condiţiile în care proporţia teoretic aşteptată pentru toate clasele 5, 6, 7 şi 8 este similară, adică 1/32.

4 În explicarea acestei abateri poate fi, din nou, invocat efectul pleiotropic detrimental produs de interacţiunea genelor homozigote pentru (vg/vg) şi gena hemizigotă pentru ochi albi (w/y), pe de-o parte, cu alte gene din genotipul musculiţelor mascule, pe de altă parte, gene care condiţionează viabilitatea acestor indivizi. Tabelul 2 a numerică şi procentuală a masculilor F 2 în cele 8 clase fenotipice Nr.crt. Clasa fenotipică Proporţia numerică procentuală ochi rotunzi-roşii, 3/ ,5 3/ ,2 ochi rotunzi-albi, 3/ ,5 3/ ,5 ochi rotunzi-roşii, 1/ ,8 1/32 9 2,2 ochi rotunzi-albi, 1/ ,5 1/ ,8 T o t a l 16/ De asemenea, poate fi luată în considerare şi capacitatea de întărire a acestui efect pleiotropic detrimental de prezenţa în genotipul masculilor respectivi a genei pentru ochi baraţi, în stare hemizigotă (B/Y). Datele introduse în tabelul 2 scot în evidenţă şi un alt aspect, şi anume, proporţia procentuală de 16,2 % a clasei fenotipice 2, care este semnificativ mai scăzută decât proporţiiile procentuale ale claselor fenotipice 1, 3 şi 4, care reprezintă 21,5 %, 21,5 % şi 20,5 %. Ca şi în interpretarea precedentă, această abatere negativă poate fi pusă pe seama interacţiunii genei hemizigote pentru ochi albi (w/y) cu alte gene din genotipul masculilor, care sunt responsabile de viabilitatea acestora, interacţiune în urma căreia apare un efect pleiotropic detrimental, care este întărit de prezenţa 233 genei pentru ochi baraţi, în stare hemizigotă (B/Y). Se poate afirma că expresiile fenotipice cantitative menţionate, unde anumite clase de femele sau masculi prezintă proporţii procentuale empirice deficitare faţă de proporţiile teoretic aşteptate, confirmă, odată mai mult, constatările altor lucrări (Ştefănescu, 2002, 2005) vizând efectul pleiotropic detrimental al genelor vestigial şi white asupra viabilităţii drosofilei, precum şi rolul potenţator al acestui efect, determinat de gena Bar. Concluzii În urma desfăşurării experienţelor şi a analizei genetice a generaţiei F 2, în cadrul obţinerii unei linii homozigote de Drosophila melanogaster care să asocieze în fenotipul ei trei mutaţii, şi anume, ochi baraţi, ochi albi şi, realizată

5 prin hibridarea unor femele homozigote, dublu mutante, din linia Bar-white, cu masculi homozigoţi, simplu mutanţi, din linia vestigial, au fost desprinse următoarele concluzii 1. Prin observarea indivizilor femeli din generaţia F 2 am constatat faptul că una din cele 8 clase fenotipice posibile prezintă asocierea celor trei caractere mutante a cărei obţinere a constituit scopul acestui studiu, în cadrul genotipului homozigot (B, w/b, w ; vg/vg). 2. Valoarea proporţiei procentuale de 2,5 % a acestei clase este o abatere negativă foarte semnificativă faţă de proporţia teoretic aşteptată de 1/32 din generaţie. Acest fenomen este dat de o posibilă interacţiune dintre genele homozigote white (w/w) şi vestigial (vg/vg) cu alte gene din genotipul acestor femele, prin care apare un efect pleiotropic detrimental pentru viabilitatea lor, efect care poate fi potenţat şi de prezenţa în genotip a genelor homozigote Bar (B/B). 3. Analiza indivizilor masculi din generaţia F 2 a relevat faptul că, aşa cum şia propus studiul de faţă, una dintre cele 8 clase fenotipice posibile asociază cele trei caractere mutante, datorită genotipului (B, w/ Y ; vg/vg). 4. Proporţia procentuală de 2,2 % a acestei clase este semnificativ mai redusă faţă de aşteptarea teoretică, de 1/32 din generaţie. Abaterea poate fi efectul pleiotropic detrimental pentru viabilitate cauzat, în acest caz, de interacţiunea genelor homozigote vestigial (vg/vg) şi a genei hemizigote white (w/y) cu alte gene din genotipul masculilor, efect potenţat de prezenţa în genotipul respectiv a genei hemizigote Bar (B/Y). 5. Experienţele din acest studiu au probat efectul pleiotropic detrimental şi cumulat al genelor white, vestigial şi Bar, pentru viabilitatea femelelor şi masculilor de D. melanogaster. Bibliografie Precup, O.I.: Interacţiuni genetice în manifestarea genei (microduplicaţiei) Bar de la Drosophila melanogaster Meig. I. Modificarea manifestării duplicaţiei Bar în urma mutaţiilor genice ale fondului genetic. Studia Univ. Babeş-Bolyai, ser. Biologia, 1, , Precup, O.I.: Efectele consangvinizării asupra funcţionării locusului Bar la Drosophila melanogaster. Studia Unv. Babeş-Bolyai, ser. Biologia, 2, 60-66, Precup, O.I.,Farc, V.: Interacţiuni în manifestarea genelor la Drosophila melanogaster Meig. II. Studia Univ. Babeş- Bolyai, ser. Biologia, 2, , Ştefănescu, Gr.: Influenţa fondului genetic asupra expresiei fenotipice a genei Bar de la Drosophila melanogaster Meig. În lucrările Conferinţei ştiinţifico-metodice Învăţământul Universitar din Moldova la 70 de ani, Chişinău, 9-10 oct., 74-77, Ştefănescu, Gr.: The influence of the parental genome on some pleiotropic effects of the vestigial gene in dihybridations of Drosophila melanogaster. In: Tomescu, N., Popa, V. (eds.) In memoriam Professor Dr.Doc. Vasile Gh. Radu, corresponding member of Romanian Academy of Sciences, Cluj University Press, , Ştefănescu, Gr.: Rolul fondului genetic parental în manifestarea caracterului Bar la Drosophila melanogaster. Bul.Ştiinţific, Univ.de Nord Baia Mare, seria B, vol. XV, Chimie-Biologie, , Ştefănescu, Gr.: Efectele pleiotropice ale genei vestigial în trihibridări la Drosophila melanogaster. În: Ardelean, A., Crăciun, C. (eds.) Analele Societăţii Naţionale de Biologie Celulară, vol. X, , Edit. Risoprint, Cluj-Napoca,