Сопоставление характеристик кариотипа и мейоза криптических форм живородящей ящерицы Zootoca vivipara и видов близкородственного рода Takydromus (Squamata: Lacertidae)

Л.А. Куприянова и Л.Д. Сафронова

Труды Зоологического института РАН, 2024, 328(1): 76–86 · https://doi.org/10.31610/trudyzin/2024.328.1.76

Резюме

В работе приведены характеристики кариотипа и раннего мейоза 2 самцов криптической «западной» формы вида Zootoca vivipara (Lichtenstein, 1823) (род Zootoca Wagler, 1830), имеющих множественные половые хромосомы (самцы Z₁Z₁Z₂Z₂/Z₁Z₂W самки). Полученные данные сопоставлены с таковыми самцов: 1) другого местонахождения «западной» формы, 2) другой криптической формы вида, также с множественными половыми хромосомами и 3) видов близкородственного рода Takydromus Daudin, 1802 с простой системой половых хромосом (ZZ/ZW). Множественные половые хромосомы, по мнению исследователей, могут приводить к определенным нарушениям хода мейоза. Как и в предшествующих работах, в кариотипе двух исследованных самцов «западной» криптической формы Z. vivipara обнаружены 36 акроцентрических (А) хромосом с 4-мя половыми хромосомами (2n=36А, Z₁Z₁Z₂Z₂). В ходе раннего сперматогенеза мейотические хромосомы сперматогоний находились на ранних и продвинутых стадиях профазы 1 (распластанные синаптонемные комплексы [СК], диакинез) и метафазы 11 мейоза. Визуализированы 18 СК бивалентов, включая полностью синаптированные СК биваленты половых хромосом. В процессе мейоза регулярно формировался гаплоидный сперматоцит 11 порядка (n=18, Z₁Z₂). Таким образом, у изученных ранее и в настоящей работе самцов «западной» формы вида c множественными половыми хромосомами не выявлено нарушений течения мужского мейоза и поведения хромосом в нем. Более того, характеристики мужского мейоза совпали с таковыми у другой криптической (русской) формы этого вида (также Z₁Z₁Z₂Z₂), однако они отличались от поведения хромосом в мейозе (и митозе) видов близкородственного рода Takydromus (ZZ/ZW). Полученные результаты согласуются с существующим мнением о том, что у Z. vivipara существуют генетические факторы, обеспечивающие 1) стабильность течения мейоза и митоза, 2) сохранение множественных половых хромосом и высокого криптического разнообразия вида в целом.

Ключевые слова

кариотип, криптические формы, Lacertidae, мейотические хромосомы, половые хромосомы, род Takydromus, синаптонемный комплекс, Zootoca vivipara

Поступила в редакцию 3 октября 2023 г. · Принята в печать 11 декабря 2023 г. · Опубликована 25 марта 2024 г.

Литература

Arnold N., Arribas O. and Carranza S. 2007. Systematics of the Palaearctic and Oriental Lizard tribe Lacertini (Squamata: Lacertidae: Lacertinae), with descriptions of eight new genera. Zootaxa, 1430(1), 86 p. https://doi.org/10.11646/zootaxa.1430.1.1

Darevskii I. and Kupriyanova L. 1982. Rare males in parthenogenetic lizard Lacerta armeniaca Mehely. Vertebrata Hungarica, 21: 69–75.

Dresser M. and Moses M. 1980. Synaptonemal complex karyotyping in spermatocytes of the Chinesehamster (Cricetulus gricus). IV. Light and electron microscopy of synapsis and nucleolar development by silver staining. Chromosoma, 76: 122. https://doi.org/10.1007/BF00292222

Ezaz T., Sarre S., Meally D., Graves J.M.M. and Georges A. 2009. Sex chromosome evolution in lizards: independent origins and rapid transitions. Cytogenetic and Genome Research, 127: 249–260. https://doi.org/10.1159/000300507

Ezaz T., Srikulnath K. and Marshall G.J. 2017. Origin of amniote sex chromosomes: an ancestral super-sex chromosome, or common requirements? Journal of Heredity, 108(1): 94–105. https://doi.org/10.1093/jhered/esw053

Horreo J., Peláez M., Suárez T. and Fitze P. 2018. Development and characterization of 79 nuclear markers amplifying in viviparous and oviparous clades of the European common lizard. Genetica, 146: 115–121. https://doi.org/10.1007/s10709-017-0002-y

King M. 1977. The evolution of sex chromosomes in lizards. In: J. Calaby and H. Tyndale-Briscoe (Eds). Evolution and Reproduction. Australian Acad. Sci., Canberra: 55–60.

Kupriyanova L. 1986. Possible pathways of karyotype evolution in lizards. Proceeding of the Zoological Institute USSR Academy of Science, 157: 86–100. [In Russian].

Kupriyanova L. 1989. Cytogenetic evidence for genome interaction in hybrid lacertid lizards. In: R. Dawley and J. Bogart (Eds). Evolution and ecology of unisexual vertebrates. New York State Museum, Albany, NY, USA. Bull. 466: 236–240.

Kupriyanova L. 2004. Cytogenetical approaches to the problem of form-formation and subspeciation in the complex Lacerta (Zootoca) vivipara (Lacertidae, Sauria). Tsitologia, 46(7): 649–658. [In Russian].

Kupriyanova L. 2017. Results and perspectives of chromosomal and molecular investigations of the model Euroasian species viviparous lizard Zootoca vivipara (intraspecies structure, biodiversity, distribution and conservation. In: T. Asanovich (Ed.). Materials of the Anniversary reporting scientific session dedicated to the 185th anniversary of the Zoological Institute of the Russian Academy of Sciences (St. Petersburg, Russia, November 13–16, 2017). Collection of papers. Zoological Institute of Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg: 108–111. [In Russian].

Kupriyanova L. and Böhme W. 2020. A review of the cryptic diversity of the viviparous lizard, Zootoca vivipara (Lichtenstein, 1823) (Squamata: Lacertidae) in Central Europe and its postglacial recolonization out of the Carpathian basin: chromosomal and molecular data. In: E.A. Thygesen (Ed.). Europe: Environmental, Political and Social Issues. Nova Science Publisher, NY, USA: 25–43.

Kupriyanova L. and Rudi H. 1990. Comparative karyological analysis of Lacerta vivipara (Lacertidae, Sauria) populations. Zoologicheskiy Zhurnal, 69: 93–101. [In Russian].

Kupriyanova L. and Safronova L. 2023. A brief review of meiotic chromosomes in early spermatogenesis and oogenesis and mitotic chromosomes in the viviparous lizard Zootoca vivipara (Squamata: Lacertidae) with Multiple Sex Chromosome. Animals, 13: 19. https://doi.org/10.3390/ani13010019

Kupriyanova L., Mayer W. and Böhme W. 2006. Karyotype diversity of the Eurasian lizard Zootoca vivipara (Jacquin, 1787) from Central Europe and the evolution of viviparity. In: M. Vences, J. Köler, T. Ziegler and Böhme W. (Eds). Herpetologia Bonnensis II: Proceedings of the 13th Ordinary General Meeting of the Societas Europea Herpetologica: Bonn, Germany, 27 September – 2 October 2005. Koenig Museum, Bonn and SHE, Bonn: 1–5.

Kupriyanova L., Melashchenko O. and Alekseev P. 2007. Karyological investigations of populations of the lizard Zootoca vivipara (Juaquin, 1787) from the Baltic Sea Basin (western region of Russia). Tsitologia, 49(5): 601–609. [In Russian].

Kupriyanova L., Odierna G., Capriglione T., Olmo E. and Aprea G. 2003. Chromosomal changes and form-formation, subspeciation in the wideranged Europasian species Zootoca vivipara (evolution, biogeography). In: Ananjeva N. and Tsinenko O. (Eds). Herpetologia Petropolitana. Proceedings of the 12th Ordinary General Meeting of the Societas Europea Herpetologica, St. Petersburg, Russia, 12–16 August 2003. St. Petersburg, Russia, 12: 47–52.

Kupriyanova L., Safronova L. and Chekunova A. 2021. Problems of the maintenance of stability in a cryptic speciation: early oogenesis and early meiosis of model species of cryptic group Zootoca vivipara. In: E. Dunayev and N. Poyarkov (Eds). Problems of Herpetology. Program and abstracts of the VII congress of the A.M. Nikolsky Herpetological Society (NHS) of the Russian Academy of Sciences “Current herpetological research in Eurasia”, October 3–9, 2021. Zvenigorod Biological Station of Lomonosov Moscow State University. KMK Scientific Press, Moscow: 150–151. [In Russian].

Mezzasalma M., Guarino F. and Odierna G. 2021. Lizards as model organisms of sex Chromosome evolution: What we really know from a systematic distribution of available data? Gene, 12: 1341. https://doi.org/10.3390/genes12091341

Odierna G., Aprea G., Capriglione T., Arribas O., Kupriyanova L. and Olmo E. 1998. Progressive differentiation of the W sex chromosome between oviparous and viviparous populations of Zootoca vivipara (Reptilia, Lacertidae). Italian Journal of Zoology, 65: 295–302. https://doi.org/10.1080/11250008809386761

Odierna G., Kupriyanova L., Capriglione T. and Olmo E. 1993. Further data on sex chromosomes of Lacertidae and a hypothesis on their evolutionary. Amphibia–Reptilia, 14: 1–11. https://doi.org/10.1163/156853893X00147

Olmo E., Cobror D., Morescalchi A. and Odierna G. 1984. Homomorphism sex chromosomes in the lacertid lizard Takydromus sexlineatus. Heredity, 53(2): 457–459. https://doi.org/10.1038/hdy.1984.103

Olmo E., Odierna G., Capriglione T. and Cardone A. 1990. DNA and chromosome evolution in Lacertid lizards. In: E. Olmo (Ed.). Cytogenetics of Amphibians and Reptiles World Congress of Herpetology (1st: 1989). Canterbury, England: 181–204.

Petraccioli A., Guarino F., Kupriyanova L., Mezzasalma M., Odierna G., Picariello O. and Caproglione T. 2019. Isolation and characterization of interspersed repeated sequences in the European common lizard, Zootoca vivipara, and their conservation in Squamata. Cytogenet and Genome Research, 157(2): 65–76. https://doi.org/10.1159/000497304

Rovatsos M., Vukić J., Almanova M., Johnson Pokorná M., Moravec J. and Kratochvil L. 2016. Conservation of sex chromosomes in lacertid lizards. Molecular Ecology, 25: 3120–3126. https://doi.org/10.1111/mec.13635

Rovatsos M., Vukić J., Mrugala A., Suwala C., Lymberakis P., and Kratochvil L. 2019. Little evidence for switches to environmental sex determination and turnover of sex chromosomes in lacertid lizards. Scientific Reports, 9: 7832. https://doi.org/10.1038/s41598-019-44192-5

Safronova L. and Kupriyanova L. 2016. Metaphase and meiotic chromosomes, Synaptonemal complexes (SC) of some males of the lizards Zootoca vivipara. Russian Journal of Genetics, 52(11): 1186–1191. https://doi.org/10.1134/S1022795416110120

Serrato-Capuchina A. and Matute D. 2018. The role of Transposable elements in speciation. Genes, 9(254): 1–28. https://doi.org/10.3390/genes9050254

Surget-Groba Y., Heulin B., Guillaume C.-P., Puky M., Semenov D., Orlova V., Kupriyanova L., Ghira I. and Smajda B. 2006. Multiple origins of viviparity, or reversal from viviparity to oviparity and the evolution of parity. Biological Journal of the Linnean Society, 87: 1–11. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.2006.00552.x