Effect of lead on polytenic chromosomes from salivary glands of Chironomus Plumosus L. and Glyptotendipes Glaucus Mg. (Diptera, Chironomidae)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Experimental conditions allow to determine the structural and functional changes of polytene chromosomes under the influence of free ions of an individual metal.

Materials and methods. C. plumosus (L.) and G. glaucus (Mg) larvae were placed in solutions of lead nitrate: 0.01, 0.02, 0.1 and 0.5 mg/l. Exposure — 12 h. Analysis of preparations of polytene chromosomes was carried out using the Carl Zeiss PrimoStar microscope. The functional activity factor of the nucleolus organizer (NOR), the coefficient of genetic activity of the Balbiani ring (BRR) was calculated.

Results. Equations of the dependence of the change in the coefficients: NOR = 5,187–0,01 lnC for C. plumosus and NOR = 2,11–0,03 lnC for G. glaucus; BRR = 1,504–0,04 lnC for C. plumosus and BRR = 2,018 + 0,03 lnC for G. glaucus.

Conclusion. With an increase in the concentration of lead in both C. plumosus and G. glaucus decreases NOR, which implies a decrease in the intensity of protein biosynthesis processes. BRR decreases in C. plumosus and increases in G. glaucus. The different genome reactions of the two species indicate the existence of different mechanisms of adaptation to lead ions

About the authors

Yulia V. Belonogova

Saratov State Medical University named after Razumovsky

Author for correspondence.
Email: belonogova.u@gmail.com
SPIN-code: 3658-8797

Candidate of Biology, Senior Lecturer, Department of General Biology, Pharmacognosy and Botany

Russian Federation, 112, Bolshaya Kazachia street, 410012

Natalia A. Durnova

Saratov State Medical University named after Razumovsky

Email: ndurnova@mail.ru
SPIN-code: 3348-2957

Doctor of Biology, Associate Professor, Head of Department, Department of General Biology, Pharmacognosy and Botany

Russian Federation, 112, Bolshaya Kazachia street, 410012

Anna S. Sheremetyeva

Saratov State Medical University named after Razumovsky

Email: anna-sheremetyewa@yandex.ru
SPIN-code: 3755-4410

Assistant, Department of General Biology, Pharmacognosy and Botany

Russian Federation, 112, Bolshaya Kazachia street, 410012

References

  1. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Экологический мониторинг суперэкотоксикантов. – М.: Химия, 1996. – 320 с. [Maystrenko VN, Khamitov RZ, Budnikov GK. Ekologicheskiy monitoring superekotoksikantov. Moscow: Khimiya; 1996. 320 p. (In Russ.)]
  2. Пурмаль А.И. Антропогенная токсикация планеты. Часть 1 // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – Т. 4. – № 9. – С. 39–45. [Purmal’ AI. Antropogennaya toksikatsiya planety. Chast’ 1. Sorosovskiy obrazovatel’nyy zhurnal. 1998;4(9): 39-45. (In Russ.)]
  3. Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных экосистем // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – Т. 4. – № 5. – С. 23–29. [Budnikov GK. Tyazhelye metally v ekologicheskom monitoringe vodnykh ekosistem. Sorosovskiy obrazovatel’nyy zhurnal. 1998;4(5):23-29. (In Russ.)]
  4. Голованова И.Л. Влияние тяжелых металлов на физиолого-биохимический статус рыб и водных беспозвоночных // Биология внутренних вод. – 2008. – № 1. – С. 99–108. [Golovanova IL. Effects of heavy metals on the physiological and biochemical status of fishes and aquatic invertebrates. Biologiya vnutrennikh vod. 2008;(1):99-108. (In Russ.)]
  5. Маляревская А.Я., Карасина Ф.М. Влияние азотнокислого свинца на физиолого-биохимические показатели некоторых водных беспозвоночных // Гидробиологический журнал. – 1987. – T. 23. – № 1. – С. 79–83. [Malyarevskaya AY, Karasina FM. Vliyanie azotnokislogo svintsa na fiziologo-biokhimicheskie pokazateli nekotorykh vodnykh bespozvonochnykh. Hydrobiological journal. 1987;23(1):79-83. (In Russ.)]
  6. Комаровский Ф.Я., Полищук А.Р. Ртуть и другие тяжелые металлы в одной среде: миграция, накопление, токсичность для гидробионтов // Гидробиологический журнал. – 1981. – T. 17. – № 5. – С. 71–83. [Komarovskiy FY, Polishchuk AR. Rtut’ i drugie tyazhelye metally v odnoy srede: migratsiya, nakoplenie, toksichnost’ dlya gidrobiontov. Hydrobiological journal. 1981;17(5):71-83. (In Russ.)]
  7. Петрова Н.А. Реорганизация политенных хромосом личинок хирономид (Diptera, Chironomidae) и их реакция на мутагенное загрязнение окружающей среды (Чернобыльская катастрофа). – СПб.: ЗИН РАН, 2013. – 98 с. [Petrova NA. Reorganizatsiya politennykh khromosom lichinok khironomid (Diptera, Chironomidae) i ikh reaktsiya na mutagennoe zagryaznenie okruzhayushchey sredy (Chernobyl’skaya katastrofa). Saint Petersburg: ZIN RAN; 2013. 98 p. (In Russ.)]
  8. Зинченко Т.Д. Биоиндикационная роль хирономид (Diptera, Chironomidae) в водных экосистемах: проблемы и перспективы // Успехи современной биологии. – 2009. – T. 129. – № 3. – С. 257–270. [Zinchenko TD. Bioindikatsionnaya rol’ khironomid (Diptera, Chironomidae) v vodnykh ekosistemakh: problemy i perspektivy. Usp Sovrem Biol. 2009;129(3):257-270. (In Russ.)]
  9. Белянина С.И., Сигарева Л.Е. Хирономиды как модельная группа для изучения влияния антропогенных факторов среды на состояние наследственного аппарата гидробионтов // Сборник тезисов V Всесоюзного съезда Гидробиологического общества; Тольятти, 15–19 сентября 1986 г. – Куйбышев, 1986. – С. 175–176. [Belyanina SI, Sigareva LE. Khironomidy kak model’naya gruppa dlya izucheniya vliyaniya antropogennykh faktorov sredy na sostoyanie nasledstvennogo apparata gidrobiontov. In: Proceedings of the 5th All-Union Congress of Hydrobiological society; Tol’yatti, 15-19 Sep 1986. Kuybyshev; 1986. P. 175-176. (In Russ.)]
  10. Белянина С.И., Полуконова Н.В., Белоногова Ю.В., и др. Реакция генома эукариот на воздействие факторов среды на примере хирономид (Diptera: Chironomidae) // Сборник тезисов международной научно-практической экологической конференции «Современные проблемы популяционной экологии»; Белгород, 2–5 октября 2006 г. – Белгород: Политерра, 2006. – С. 21–22. [Belyanina SI, Polukonova NV, Belonogova YV, et al. Reaktsiya genoma eukariot na vozdeystvie faktorov sredy na primere khironomid (Diptera: Chironomidae). In: Proceedings of the International Scientific and Practical Ecological Conference “Sovremennye problemy populyatsionnoy ekologii”; Belgorod, 2-5 Oct 2006. Belgorod: Politerra; 2006. P. 21-22. (In Russ.)]
  11. Петрова Н.А., Михайлова П.В., Селла Г., и др. Структурно-функциональные изменения политенных хромосом Chironomus riparius из водоемов Италии, загрязненных тяжелыми металлами // Сибирский экологический журнал. – 2000. – Т. 7. – № 4. – С. 511–521. [Petrova NA, Mikhaylova PV, Sella G, et al. Strukturno-funktsional’nye izmeneniya politennykh khromosom Chironomus riparius iz vodoemov Italii, zagryaznennykh tyazhelymi metallami. Siberian Ecology Journal. 2000;7(4):511-521. (In Russ.)]
  12. Michailova P, Petrova N, Sella G, et al. Structural–functional rearrangements in chromosome G in Chironomus riparius (Diptera, Chironomidae) collected from a heavy metal-polluted area near Turin, Italy. Environ Pollut. 1998;103(1):127-134. https://doi.org/10.1016/s0269-7491(98)00085-2.
  13. Michailova P, Belcheva R. Different effects of lead on external morphology and polytenechromosomes of Glyptotendipes barbipes (Staeger) (Diptera, Chironomidae). Mutat Res. 1989;216(5):308. https://doi.org/10.1016/0165-1161(89)90147-7.
  14. Petrova N, Michailova P. Cytogenetic characteristics of Chironomus bernensis Klotzli (Diptera, Chironomidae) from a heavy metal polluted station in Northern Italy. Annales Zoologici (War saw). 2002;52(2):227-233.
  15. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. – М.: Мир, 1987. – 286 с. [Mur JV, Ramamurti S. Tyazhelye metally v prirodnykh vodakh. Moscow: Mir; 1987. 286 p. (In Russ.)]
  16. Перельман А.И. Геохимия природных вод. – М.: Наука, 1982. – 154 с. [Perel’man AI. Geokhimiya prirodnykh vod. Moscow: Nauka; 1982. 154 p. (In Russ.)]
  17. Никаноров А.М., Жулидов А.В., Покаржевский А.Д. Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах. – Л.: Гидрометиздат, 1991. – 311 с. [Nikanorov AM, Zhulidov AV, Pokarzhevskiy AD. Biomonitoring metallov v presnovodnykh ekosistemakh. – Leningrad: Gidrometizdat; 1991. 311 p. (In Russ.)]
  18. Воробьев Д.В., Андрианов В.А., Осипов Б.Е. Биогенная миграция металлов в грунтах, воде и растениях Нижней Волги // Сборник статей / Под ред. В.П. Пилипенко, А.В. Федотова. – Астрахань: Астраханский издательский дом АГУ, 2006. – С. 16–22. [Vorob’ev DV, Andrianov VA, Osipov BE. Biogennaya migratsiya metallov v gruntakh, vode i rasteniyakh Nizhney Volgi. In: Sbornik statey. Ed. by VP Pilipenko, AV Fedotov. Astrakhan’: Astrakhanskiy izdatel’skiy dom AGU; 2006. P. 16-22 (In Russ.)]
  19. Гурджия Ж.Г. Формы миграции свинца в природных водах и их определение: Автореф. дис. … канд. хим. наук. – Волгоград, 1990. [Gurdzhiya ZG. Formy migratsii svintsa v prirodnykh vodakh i ikh opredelenie. [dissertation] Volgograd; 1990. (In Russ.)]
  20. Белянина С.И. Кариотипический анализ хирономид фауны СССР: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. – М., 1983. [Belyanina SI. Kariotipicheskiy analiz khironomid fauny SSSR. [dissertation] Moscow; 1983. (In Russ.)]
  21. Дурнова Н.А. Хирономиды перифитона водоемов Саратовской области: экологические особенности. Морфология, цитогенетика (Diptera, Chironomidae, Chironomini): Автореф. дис. … д-ра биол. наук. – CПб., 2010. [Durnova NA. Khironomidy perifitona vodoemov Saratovskoy oblasti: ekologicheskie osobennosti. Morfologiya, tsitogenetika (Diptera, Chironomidae, Chironomini). [dissertation] Saint Petersburg; 2010. (In Russ.)]
  22. Дурнова Н.А., Климова Ю.В., Воронин М.Ю. Политенные хромосомы G. glaucus как тест-объект для изучения токсического воздействия ионов свинца // Токсикологический вестник. – 2017. – № 2. – С. 35–39. [Durnova NA, Klimova YV, Voronin MY. Polytene chromosomes of Glyptotendipes glaucus Mg. (Diptera, Chironomidae) as test – object to study toxic effects of lead ions. Toxicological review. 2017;(2):35-39. (In Russ.)]
  23. Кикнадзе И.И. Функциональная организация хромосом. – Л.: Наука, 1972. – 211 с. [Kiknadze II. Funktsional’naya organizatsiya khromosom. Leningrad: Nauka; 1972. 211 p. (In Russ.)]
  24. Белоногова Ю.В. Экологические последствия влияния тяжелых металлов на гидробионтов: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – Волгоград, 1999. – 23 с. [Belonogova YV. Ekologicheskie posledstviya vliyaniya tyazhelykh metallov na gidrobiontov. [dissertation] Volgograd; 1999. 23 p. (In Russ.)]
  25. Кикнадзе И.И., Колесников Н.Н., Каракин Е.И., и др. Организация и экспрессия генов тканеспецифической функции у Diptera. – Новосибирск: Наука: Сибирское отделение, 1985. – 240 с. [Kiknadze II, Kolesnikov NN, Karakin EI, et al. Organizatsiya i ekspressiya genov tkanespetsificheskoy funktsii u Diptera. Novosibirsk: Nauka: Sibirskoe otdelenie; 1985. 240 p. (In Russ.)]
  26. Stockert JC. The normalized Balbiani ring size as a quatitave parameter for the morphological analysis of transcription activity in polytene chromosomes. Biol Zent Bl. 1990;109(2):139-146.
  27. Лакин Г.Ф. Биометрия. Учебное пособие для биологических специальностей вузов. – 4-е изд. – М.: Высшая школа, 1990. – 352 с. [Lakin GF. Biometriya. Uchebnoe posobie dlya biologicheskih specialnostei vuzov. 4th ed. Moscow: Vysshaya shkola; 1990. 352 p. (In Russ.)]
  28. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. – М.: Финансы и статистика, 1995. – 384 с. [Tyurin YN, Makarov AA. Analiz dannyh na kompyutere. Moscow: Finansy i statistika; 1995. 384 p. (In Russ.)]
  29. Полуконова Н.В., Федорова И.А. Эколого-кариологическая оценка последствий действия экологических факторов на хирономид (Cironomidae, Diptera) // Поволжский экологический журнал. – 2006. – № 2–3. – С. 164–175. [Polukonova NV, Fedorova IA. Ecologo-karyological estimation of the effect of ecological factors on midges (Chironomidae, Diptera). Povolzhskii ekologicheskii zhurnal. 2006;(2-3):164-175. (In Russ.)]
  30. Кикнадзе И.И. Функциональная организация хромосом. – Л.: Наука, 1972. – 211 с. [Kiknadze II. Funktsional’naya organizatsiya khromosom. Leningrad: Nauka; 1972. 211 p. (In Russ.)]
  31. Дёмин С.Ю. Изменчивость степени конденсированности политенных хромосом в клетках разных органов личинок Chironomus plumosus из природы: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. – Л., 1989. – 25 с. [Dyomin SY. Izmenchivost’ stepeni kondensirovannosti politennyh hromosom v kletkah raznyh organov lichinok Chironomus plumosus iz prirody. [dissertation] Leningrad; 1989. 25 p. (In Russ.)]
  32. Куберская Е.Ф., Бухтеева Н.М. Некоторые реакции личинок хирономид на воздействие фенола различных концентраций // Пато- и саногенетические реакции на различных уровнях организма. – Иркутск: Из-во Иркутского университета, 1975. – С. 41–43. [Kuberskaya EF, Bukhteeva NM. Nekotorye reaktsii lichinok khironomid na vozdeystvie fenola razlichnykh kontsentratsiy. In: Pato- i sanogeneticheskie reaktsii na razlichnykh urovnyakh organizma. Irkutsk: Izdatel’stvo Irkutskogo universiteta; 1975. P. 41-43. (In Russ.)]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Measured sites of chromosome IV (G): 1 — C. plumosus; 2 — G. glaucus

Download (14KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the activity of the nucleolar organizer (NOR) on the concentration of lead ions, exposure time 12 h: 1 — C. plumosus, 2 — G. glaucus

Download (16KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the activity coefficient of the Balbiani ring (BRR) on the concentration of lead ions, exposure time 12 h: 1 — C. plumosus, 2 — G. glaucus

Download (19KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Belonogova Y.V., Durnova N.A., Sheremetyeva A.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies