Історія вивчення поведінкових мутацій дрозофіли.

Першим досліджував поведінкові мутації дрозофіли А. Стертевант, потім, в 1918 році Р. Макевен здійснив досліди з оцінки реакції на світло й гравітацію низки крилових і пігментних мутантів D. melanogaster. Їм, зокрема, показане, що мутація tan (коричнювате тіло), призводить до зникнення позитивної фотореакції.

Серед робіт з вивчення поведінки дрозофіли, проведених у сорокових роках минулого століття, найцікавішими були дослідження Р.А. Мазінг. На відміну від інших дослідників вона не обмежилася констатацією відмінностей між мутантними й нормальними лініями за обраними поведінковими ознаками — інтенсивності фотореакції й вибірковості яйцекладки. Мазінг було поставлене питання щодо ролі генотипового середовища у вираженні досліджуваних ознак. Для відповіді на нього застосовувалася процедура поворотних схрещувань із мухами дикого типу з добором мутантних особин, що вищеплювалися. У результаті майже в усіх випадках гібридне потомство, незважаючи на мутантний фенотип, за досліджуваними ознаками поведінки наближалося до норми.

Заслуговують на увагу також дослідження М. Пауера, у яких аналіз рухової активності мутантних і нормальних мух супроводжувався ретельним гістологічним і анатомічним вивченням центральної нервової системи.

З початку 50-х років багато дослідників звернулися до вивчення статевої поведінки дрозофіли. У чималому ступені цей інтерес був викликаний концепцією ізолюючих механізмів Ф. Г. Добжанського й зокрема постановкою питання про роль поведінкових механізмів вибірковості спарювання.

X. Спайз на початку п'ятдесятих років ХХ століття зробив порівняльний опис статевої поведінки числених видів роду Drosophila.

Помітною віхою в роботах шістдесятих років ХХ століття стала робота М. Бесток присячена порівнянню статевої поведінки самців yellow і дикого типу. Мутантні самці помітно поступалися нормальним у конкуренції за самиць, причому вирішальним фактором виявилися відмінності між ними в інтенсивності вібрації крил. Таким чином, був знайдений один з механізмів статевої стимуляції самиць, що міг порушуватися окремими мутаціями. Ці результати були підтверджені спостереженнями А. Ювінга, який виявив на крилових мутантах пряму залежність між успіхом самців у паруванні й ступенем редукції їх крилової пластинки. Звуки, видавані самцями шляхом вібрації крил, одержали назву «шлюбної пісні», та її акустика ретельно вивчена.

Для успішного прояву статевої поведінки важлива нормальна зорова рецепція. У своїх дослідах Б. Гір і М. Грін продемонстрували, що білоокі самці white поступаються при світлі при конкуренції за самиць самцям з більш інтенсивною пігментацією. У той же час безперервне перебування мух у яскраво освітленому просторі пригнічує інтенсивність залицянь.

Пігментні мутації дрозофіли становлять особливий інтерес для нейрогенетики тому, що деякі попередники пігментів одночасно є джерелом синтезу нейроактивних речовин. Мутації yellow, ebony і tan, щозмінюють забарвлення тіла, а також знижують статеву й рухову активність мух, одночасно обумовлюють і знижений вміст дофаміну.

Але робота з морфологічними мутаціями при всій її важливості не могла бути основою для інтенсивного розвитку генетики поведінки. Для розкриття складових частин системи генотипу було необхідне:

§ одержання представницьких виборок мутацій за даною ознакою;

§ їхній розподіл за окремими генами;

§ картування цих генів;

§ з'ясування, по можливості, функцій окремих генів і характеру їх взаємодії.

Для спрямованого одержання в достатніх кількостях потрібних поведінкових мутацій була потрібна розробка нових підходів. Низка підходів була запропонована Сеймуром Бензером. У якості аналізованої ознаки він спочатку вибрав зорову рецепцію.

Бензер поставив собі за мету одержати мутантних особин з аномаліями зорової системи. Для поділу нормальних і аномальних особин був сконструйований прилад, основу якого становили рознімні скляні трубки достатньої довжини. У вихідному положенні випробуваних мух переміщали до одного з кінців трубки, а біля протилежного - вмикали світло. Більшість особин одразу ж прямували до джерела світла, і лише деяка частина залишалася на місці або робила ненаправлені переміщення. Через якийсь час трубки рознімали й мух кожної такої нерівноцінної за обсягом групи повертали нарізно у вихідне положення. Потім процедуру повторювали спочатку. Шляхом багаторазових повторних випробувань усю вихідну вибірку підрозділяли на групи, відповідно до характеру їх відповіді на світловий подразник.

Іншими авторами була використана більш складна автоматична апаратура для добору мутантів з порушеною оптомоторною реакцією. Батьків випробуваних самців дикого типу піддавали впливу хімічних мутагену, найчастіше етилметансульфонату (ЕМС) і індивідуально схрещували із самицями тестерної лінії З(1)RМ, що має зчеплені Х-хромосоми з маркерами в та f і Y хромосому. Сини від таких схрещувань одержують батькову Х-Хромосому, оброблену мутагеном.

В інших експериментах самців, які зазнавали впливу ЕМС, схрещували із самицями тестерної лінії FM6. Х-хромосома FM6 містить серію інверсій, що надійно запобігають кроссинговеру, а також низку домінантних і рецесивних маркерів. Методика виділення зчеплених зі статтю мутацій FM6 аналогічна класичній методиці Muller-5, але відрізняється більшою надійністю. У F₂ аналіз вели породинно. Подібність аномальної поведінки рідних братів — носіїв Х-Xpoмосом однакового походження — могла свідчити про індукцію мутації. Аналізовану хромосому ізогенізували, і результати подальших випробувань її гомозиготних (самки) або гемізиготних (самці) носіїв підтверджували або спростовували наявність у ній поведінкової мутації.

На наступному етапі генетичного аналізу відібрані мутації незалежного походження попарно поєднували в генотипі самиць для випробування їх на алелізм. Вважали, що число знайдених аллельних груп відповідає числу рецесивних генів, що контролюють досліджувану ознаку. На останньому етапі ці гени картували за допомогою низки рецесивних маркерів у статевих хромосомах.

Роботами С. Бензера і його послідовників було вирішено завдання створення генетичної колекції мутацій по обраних поведінкових і нейрологічним ознакам, які склали основу для наступних поглиблених фізіолого-генетичних досліджень.

У сімдесяті роки ХХ століття В. Каплан і його група зупинили свій вибір на зчеплених зі статтю мутаціях дрозофіли, що викликають характерне посмикування лапок при анестезії за допомогою ефірного наркозу. Аномальних мух відбирали шляхом візуальних оцінок і на підставі автоматичних записів рухів окремих лапок.

Д. Сузуки зі співробітниками звернули увагу на температурочутливі мутації, які обумовлюють параліч мух при температурі 29°С й вище. Ця особливість дозволила в екстремальних умовах легко відокремлювати мутантів від мух, що рухаються нормально.

Досліди велися в спеціально обладнаних популяційних ящиках. Було отримано 11 температурочутливих нейрологічних мутантів. При температурі 22°С вони повністю відновлювали активність та не відрізнялися від мух дикого типу.

Високоефективними виявилися середовища для добору фізіологічних мутантів з нульовою активністю алкогольдегідрогенази, які були розроблені В. Сойфером зі співробітниками. Вплив на мух дикого типу парами пентенолу призводила до того, що він після проникнення в організм під дією нормальної алкогольдегідрогенази окиснився у високотоксичну субстанцію — кетон. У результаті мухи спочатку характеризувались дуже високою активністю, а потім гинули протягом години. Виживали лише винятково рідкі особини, у яких алкогольдегідрогеназа неактивна.

Поведінкові мутанти відіграли й відіграють важливу роль у вивченні генетики поведінки дрозофіли.