نوع مقاله : مقاله کوتاه
نویسندگان
1 بخش حشره شناسی، گروه گیاهپزشکی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر، بخش تحقیقات ژنتیک و بانک ژن گیاهی ملی ایران، کرج، ایران
چکیده
میوز یکی از پدیدههای اساسی در روند زندگی حشرات است که موجب ایجاد گامتهای هاپلوئید میگردد و انجام نرمال این تقسیم شرط پایه برای ادامه نسل یک گونه است. در پژوهش حاضر، مجموعه کروموزومی شبپره بید آرد Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae) در هر دو جنس نر (اسپرماتوسیت) و ماده (اووسیت) در مرحله پروفاز به روش اسکواش با استفاده از میکروسکوپ فاز کنتراست مورد ارزیابی قرار گرفت. جمعیت مورد مطالعه مربوط به همسانه پایه نگهداری شده (بیش از 30 نسل) در آزمایشگاه بیوسیستماتیک دانشگاه تهران، کرج بود. در هر دو جنس، گستره هسته پاکیتن دارای مجموعه کروموزومی از 30 بیوالنت (2n= 60) بود. نتایج نشان داد که رفتار کروموزومها در سلولهای مشاهده شده، به شکل نرمال بوده است. افراد این جمعیت، میوز کاملا نرمالی را نشان دادند و به نظر میرسید اسپرماتیدها بارور باشند. به بیان دیگر در افراد این جمعیت، تشکیل بیوالنتها طبیعی رخ میداد که در آنافاز به قطبین حرکت میکردند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Study of Ephestia kuehniella (Lepidoptera: Pyralidae) Chromosome in Pachytene Stage with Squash Method
نویسندگان [English]
- Fatemeh Farsi 1
- Jamasb Nozari 1
- Eissa Zarifi 2
1 Department of Plant Protection, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I.R. of Iran.
2 Genetics and Genetics Resources, Research Department, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extention Organization (AREEO), Karaj, I.R. of Iran.
چکیده [English]
Meiosis is one of the main phenomena in the life cycle of insect, which causes creation of haploid gametes, and normal happening of this division is the basic condition to survive the generation of a species. In this study, the chromosomal complex of Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae) in both spermatocytes and and oocytes on prophase stage was evaluated by using squash method and contrast phase microscope. The population was a stored population (more than 30 generations) in the biosystematics lab of the University of Tehran, Karaj. In both sex, the pachytene nucleus had a chromosomal complex of 30 bivalent (2n= 60). The results showed that the behavior of chromosomes in the observed cells was normal. The population showed a normal meiosis and it seems that spermatids were fertile. In other words, in the individuals of the population, the formation of bivalent which go toward polar during anaphase, occurred normally.
کلیدواژه‌ها [English]
- bivalent
- pachytene nucleus
- E. kuehniella
- meiosis
- Squash
مقاله کوتاه
مطالعه کروموزومهای Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae) در مرحله پاکیتن با روش اسکواش
فاطمه فارسی1، جاماسب نوذری1* و عیسی ظریفی آناخاتون2
1 ایران، تهران، دانشگاه تهران، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، گروه گیاهپزشکی، بخش حشرهشناسی
2 ایران، کرج، بخش تحقیقات ژنتیک و بانک ژن گیاهی ملی ایران
تاریخ دریافت: 30/02/1398 تاریخ پذیرش: 06/02/1399
چکیده
میوز یکی از پدیدههای اساسی در روند زندگی حشرات است که موجب ایجاد گامتهای هاپلوئید میگردد و انجام نرمال این تقسیم شرط پایه برای ادامه نسل یک‌گونه است. در پژوهش حاضر، مجموعه کروموزومی شبپره بید آرد Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae) در هر دو جنس نر (اسپرماتوسیت) و ماده (اووسیت) در مرحله پروفاز به روش اسکواش با استفاده از میکروسکوپ فاز کنتراست مورد ارزیابی قرارگرفت. جمعیت مورد مطالعه مربوط به همسانه پایه نگهداری شده (بیش از 30 نسل) در آزمایشگاه بیوسیستماتیک دانشگاه تهران، کرج بود. در هر دو جنس، گستره هسته پاکیتن دارای مجموعه کروموزومی از 30 بیوالنت (2n= 60) بود. نتایج نشان داد که رفتار کروموزومها در سلولهای مشاهده شده، به شکل نرمال بوده است. افراد این جمعیت، میوز کاملاً نرمالی را نشان دادند و به نظر میرسید اسپرماتیدها بارور باشند. به بیان دیگر در افراد این جمعیت، تشکیل بیوالنتها طبیعی رخ میداد که در آنافاز به قطبین حرکت میکردند.
واژه‌های کلیدی: بیوالنت، گستره پاکیتن، E. kuehniella، میوز، اسکواش.
* نویسنده مسئول ، تلفن: 09123603743، پست الکترونیکی: nozari@ut.ac.ir
مقدمه
راسته بالپولکداران با حدوداً 160000گونه توصیف شده، تقریباً به‌عنوان یکی از بزرگترین تاکسونهای حیوانی است (14و 17). گونههای راسته بالپولکداران در جنبههای متعددی با سایر راستههای حشرات تفاوت دارند که ازجمله دلایل آن وجود دو نوع اسپرم، اووژنز آکیاسماتیک و هتروگامت بودن مادههاست (6). میوز در نر و مادههای بالپولکداران در مقایسه با سایر راستههای حشرات با دو پدیده متمایز میگردد. نخست آنکه تفاوت اصلی و پایه در رخدادهای میوز در اعضای این راسته ناشی از آن است که در مادهها میوز آکیاسماتیک و در نرها میوز کیاسماتیک است (9 و 10). مطالعات سیتوژنتیک تقسیم سلولی میوز آکیاسماتیک ماده در یازده خانواده از بالپولکداران گزارش شده است که بسیار نزدیک به راسته Trichoptera بوده است (1). در بین این یازده خانواده، خانواده Pyralidae با دو گونه Ectomylios ceratoriae توسط موراگ و همکاران (1982) و Ephestia kuehniella توسط تراث (1977) مورد ارزیابی قرارگرفته است (3 و 12). دیگر آنکه، تفاوت بیشتر ناشی از این واقعیت است که در مادهها طی اووژنز دو نوع سلول شامل اووسیت و سلولهای پرستار، در حال رشد و نمو هستند و این در حالی است که در جنس نر همه اسپرماتوسیتها در مراحل یکسانی از رویدادهای میوزی قرار دارند (9). در بسیاری از گونههای بالپولکداران کروموزومهای جنسی Z و W در طی متافاز میتوز غیرقابل تشخیص هستند که این امر به علت اندازه مشابه این کروموزومها با اتوزومها و نیز ساختار هولوکینتیک آنها میباشد، با این حال، در طی مرحله پاکیتن میوز ماده، میتوان این کروموزومها را تشخیص داد و به بررسی آنها پرداخت (18). در اعضای راسته بالپولکداران، کروموزومهای W و Z اغلب غیرهمولوگ و با اندازههای متفاوت هستند (10).
Ephestia kuehniella شبپره بید آرد، به‌عنوان مدل شناخته شدهای برای مطالعه بسیاری از مشکلات در فنوژنتیک، ژنتیک بیوشیمیایی، بیولوژی مقایسهای و سیتوژنتیک استفاده میشود (7). مادههای بید آرد ناهمگون جنس هستند که وضعیت عمومی در گونههای راسته بالپولکداران میباشد (9). کروموزومهای جنسی بید آرد هم W و Z است که به نظر میرسد غیرهمولوگ باشند (9). در یک هسته پاکیتن در جنس ماده بید آرد، مجموعه کروموزومی شامل 30 بیوالنت است که 29تای آن را همولوگهای اتوزوم و یکی را کروموزوم Z و W تشکیل میدهند در حالی که در جنس نر 30 بیوالنت مشابه است (9). در جنس نر بیوالنت جنسی(ZZ) به دلیل همولوژی جفتها و فقدان هر نوع مارکر مرفولوژیکی دیگر، قابل تشخیص نیست (9). اگرچه اطلاعات سیتولوژیکی E. kuehniella در دنیا موجود است ولی پژوهشهای کاریولوژیکی این گونه مهم در ایران، صورت نگرفته است. طی مطالعات کروموزومی میتوان وضعیت سیستماتیک و نیز تکاملی یک موجود را شناسایی و پیگیری نمود (13و 7). اختلاف در پارامترهای کروموزومی جمعیتهای مختلف یک‌گونه در گستره طبیعی در بسیاری از موجودات، امری مشهود است (4، 5 و 15). بر همین اساس، مطالعات کاریولوژیکی حشرات علاوه بر کاربردی که در زمینه سیستماتیک دارد، میتواند در زمینه دستکاری‍های کروموزومی و اصلاح ژنتیکی نیز، مفید باشد. با توجه به اهمیت بید آرد، هدف از مطالعه حاضر، ارزیابی کروموزومهای این گونه مهم در شرایط جغرافیایی ایران ضمن اعمال تغییراتی در تکنیک سیتوژنتیک استاندارد بود.
مواد و روشها
به منظور ارزیابی سیتوژنتیک از جمعیت
Ephestia kuehniella، همسانه پایه نگهداری شده در آزمایشگاه بیوسیستماتیک دانشگاه تهران، کرج استفاده شد. حشرات بر روی بستر پرورش، شامل 75 درصد آرد گندم، 25 درصد سبوس گندم به همراه 2 درصد مخمر در انکوباتور 25±1 درجه سلسیوس، رطوبت نسبی 5±75 درصد و دوره نوری 16:8 ساعت روشنایی: تاریکی پرورش داده شدند.
آمادهسازی کروموزومهای پاکیتن (Pachytene Chromosomes): به‌منظور بررسی گستره هستههای پاکیتن از روش تراث (1976) با اندکی تغییرات استفاده شد. در آمادهسازیهای سیتوژنتیکی از مرحله لارو سن آخر بید آرد استفاده شد. برای تهیه نمونههای کروموزومی، گنادهای لاروی در محلول فیزیولوژیک (NaCl 0.9% + KCl 0.042% + CaCl2 0.025% در آب مقطر) با استفاده از سوزنهای ظریف حشرهشناسی جداسازی شد. سپس تثبیت نمونهها در محلول کارنوی- 1 (استیک اسید گلاسیال، الکل اتیلیک مطلق، 1: 3 سه حجم اتانول به یک حجم اسید) به مدت 30 دقیقه انجام گرفت.
پس از تثبیت، نمونهها در قطرهای از اسید استیک 45 درصد (حجمی/ حجمی) به کمک سوزنهای حشرهشناسی بر روی لام شیشهای تمیز باز شد و به منظور پخش بهتر سلولها، اسلایدها روی صفحه حرارتی 45 درجه سانتی‌گراد (Ika- C- Mag Hs7, Germany) قرار داده شدند. کلیه گسترههای آمادهسازی شده با استفاده از استواورسئین 2 درصد (شماره کاتالوگ 7505- Merck) رنگآمیزی شدند و با میکروسکوپ فاز کنتراست با بزرگنمایی 200- 400 X بررسی شدند. تصویربرداریها بااستفاده از میکروسکوپ Zeiss Axiophot مجهز به دوربینThe Euromex HD-Ultra camera VC 3036 انجام شدند.
نتایج
در این پژوهش، تمامی مراحل میوز طبیعی در شبپره بید
آرد مشاهده و ثبت شد. مجموعه پاکیتن در جنس نر بید آرد شامل 30 بیوالنت بود (شکل 1). در بررسی حاضر نیز تفکیک کروموزوم جنسی از سایرین مقدور نبود. در آمادهسازی اسکواش اسپرماتوسیتهای پاکیتن در بید آرد، توده بیوالنتها بدون هیچ‌گونه ویژگی مرفولوژیکی مشخص مشاهده شدند (شکل 1 وa2 ). در هسته پاکیتن جنس ماده بید آرد مجموعه کاملی از 30 بیوالنت قابل رؤیت بود (شکلb2).
شکل 1- A) متافاز (بیوالنت) میوز I. اسپرماتوسیت با 30 bivalents، (<-) نمای جانبی، B) سیست حاوی اسپرماتوسیت در متافاز I. Scale bar= 2µm
شکل 2- A) چهار اسپرماتیدهاپلوئید و آنافاز میوزI، B) متافاز میوزI. جنس ماده. Scale bar= 2µm
شکل 3- مجموعه synaptonemal بیوالنت از یک هسته پاکیتن ماده. فلش سیاه رنگ: عنصر موازی. فلش قرمز رنگ: عنصر مرکزیScale bar= 2µm
بحث و نتیجه‌گیری
ویژگیهای کروموزومی بیانگر اطلاعات ژنتیکی است به
نحوی که تفاوتهای پارامترهای کروموزومی میتواند عامل مهمی در مطالعه تکامل یک‌گونه باشد. جمعیتهای یک‌گونه، هریک سازش ویژهای را در محیطی که در آن حضور دارند، نشان میدهند. این سازش در سطح ژنوم نیز مطرح است. مطالعات مقایسهای پیرامون پارامترهای کروموزومی طی تقسیمات میتوز و میوز در برخی گروههای حیوانی، تفاوتهایی را نمودار ساخته است که اغلب با روند گونهزایی نیز مرتبط بودهاند (14).
اهمیت گونه E. kuehniella نه تنها به‌عنوان مدلی در مطالعات سیتوژنتیک بلکه با توجه به امکان پرورش انبوه آن، این حشره به عنوان یک میزبان واسط بالقوه برای تولید عوامل کنترل بیولوژیک نیز مطرح است (2). به نظر میرسد تعداد کروموزومی در بید آرد ثابت بوده و این گونه توانایی خاص را در ثابت نگاه داشتن تعداد کروموزومهایش داراست. نتایج پژوهش حاضر با یافته توتوآ و همکاران (2001) که 30 بیوالنت را در هر دو جنس نر و ماده بید آرد مشاهده کرده بودند، مطابقت داشت. تکنیک تراث (1977) که برای مشاهده هستههای پاکیتن استفاده شد، عمدتاً برای تشخیص بیوالنتهای کروموزومهای جنسی در تعداد زیادی از بالپولکداران مورد استفاده قرارگرفته است (11). تمرکز در این تکنیک بر موضوع هتروکروماتیک بودن کروموزومW استوار شده است (16). در ارزیابی هستههای پاکیتن جنس ماده در Ectomyelois ceratoniae(Lep.: Pyralidae) زمانی که از اسکواش برای مشاهده توده بیوالنت استفاده شد، ویژگی مرفولوژیکی معینی قابل تشخیص نبود به همین دلیل بیان نمودند که به منظور مطالعه ساختار پاکیتن تنها روشهای سیتوژنتیک مولکولی ازجمله CGH و GISH قادر به تشخیص بیوالنت WZ خواهد بود (11).
باتوجه به رشد کامل تخمدان در لاروهای سن آخر جنس ماده بید آرد، این بافت به منظور بررسی گسترههای پاکیتن مناسب است. در طی اووژنز، هشت سلول تخم
(germ cell) درون یک خوشه به هم متصل بوده که به‌طور موازی تا مرحله پاکیتن رشد میکنند. پس از مرحله پاکیتن از این مجموعه، هفت سلول به سلولهای پرستار تبدیل میشوند و تنها یک تخمک (اووسیت) در هر خوشه، میوز را تکمیل مینماید (10). مجموعه سیتاپتونمال اووسیت با کوتاه شدن بیووالنتها به‌صورت تغییریافته، مشاهده میشوند و تا متافاز اول باقی میمانند. اعتقاد براین است که این مجموعه سیناپتونمال تغییریافته به عنوان جایگزین کیاسما عمل مینماید (10). همانطور که در مطالعات پیشین تأکید شده بود (9)، در هسته پاکیتن، سانترومر محل مشخصی ندارد و ما نیز نتوانستیم سانترومری را در تصاویر گرفته شده، بیابیم. از 30 بیوالنت گسترش یافته، 29 عدد را اتوزومهای همولوگ به خود اختصاص دادهاند و تنها یکی، کروموزوم جنسی Z و W است. عمدتاً هستههای پاکیتن شامل بیوالنتهای اتوزومی جفت شده با مجموعههای سیناپتونمال (Synaptonemal Complex :SC) هستند که متشکل از دو عدد عنصر جانبی موازی (Lateral element LEs): با طولهای برابرند که توسط حلقههای کروماتینی عمدتاً یکنواخت (Central Element) محصور شدهاند. در برخی از گسترشها، در فضای بین دو عنصر جانبی، عنصر مرکزی (Central Element) قابل رؤیت است (8 و 9).
نتایج بررسیهای میکروسکوپی در مطالعه حاضر نشان داد که خصوصیات کروموزومها در گستره پاکیتن در هر دو جنس نر و ماده E. kuehniella ایران با جمعیت مطالعه شده دیگر، مشابه است. عدم وجود ناهنجاریهای گوناگون طی مراحل مختلف میوز، میتواند حاکی از روندی فعال در تکامل جمعیتهای این گونه باشد.
 (علمی)', './data/animal/coversheet/cover_fa.jpg'))