АЛЛЕЛИЗМ И КРИТЕРИЙ АЛЛЕЛИЗМА

⇐ ПредыдущаяСтр 29 из 45Следующая ⇒

Аллелями называются различные состояния одного гена. Как известно, в результате мутирования ген может находиться более чем в двух различных состояниях (явление множественного аллелизма, см. гл. 13).

Естественным будет вопрос: как же практически определить, аллельны или нет две какие-либо независимо возникшие мутации, изменяющие проявление одного и того же признака,^ е. произошли они в одном гене или в разных? Каков критерий аллелизма? Впервые на эти вопросы ответил Т. Морган. Он предложил два критерия аллелизма: функциональный (или комплементарный) и рекомбинационный.

Функциональный критерий основывается на том, что при скрещивании двух мутантов, несущих изменения разных генов, возникает гибрид первого поколения — дигетерозигота, имеющая дикий фенотип в силу доминирования нормальных аллелей

279

каждого из генов. В таком случае принято считать, что нормальные аллели исследуемых мутаций комплементарны друг другу. В то же время если скрещиваемые мутанты несут аллели одного гена, то в компаунде дикий тип не появляется (рис. 115). Например, при скрещивании двух мутантных норок, белой и па-стелевой, все гибриды имеют коричневую окраску, т. е. дикий фенотип. При скрещивании же белой норки с другой мутантной формой — платиновой все Гибриды имеют платиновую окраску, т. е. мутантныи фенотип. Следовательно, в первом случае

а,

а.

а,

а<

А ,

а ,

А ,

А ,

й,

а-,

а.

а, А₂Дикий тип 1

^а г Мутант

115.

тест на

Функциональный аллелизм:

/ — мутации й| и а_г2 — мутации а

аллель-i 02 ал-

ны; лельиы.

наблюдается комплементарность, т. е. неаллельность, а во втором — отсутствие комплементарное™, т. е. ал-лельность.

В основу рекомбинационного теста было положено представление, что только мутации в разных генах способны рекомбинировать между собой. Исследователи школы Моргана считали мутации аллельными, если соблюдались функциональный (гетерозиго-та — мутантныи фенотип) и рекомбинационный (рекомбинаций нет) критерии. В связи с изменением представлений о структуре гена уточнялись и критерии аллелизма, о чем будет еще сказано.

2. СТРУКТУРА ГЕНА

Ступенчатый аллелизм. Одним из первых доказательств сложности гена явилось обнаружение явления множественного аллелизма (гл. 13), свидетельствующего о большей функциональной лабильности гена, чем это думали раньше.

В 1929—1930 гг. в нашей стране в работах А. С. Серебров-ского и его молодых сотрудников — Н. П. Дубинина, Б. Н. Сидорова и других была впервые экспериментально показана функциональная сложность гена. Авторы исследовали у дрозофилы серию множественных аллелей локуса scute, локализованного в нулевой точке половой хромосомы. Мутации этого локуса 5С₄;

SC₂; SC₃ и другие обусловливают редукцию разных щетинок на теле мухи.

При скрещивании особей, гомозиготных по тем или иным

мутантныи аллелям, например -t—³- X SC₂₎ выявилась интерес-

оС j — = »

SC,

ная картина: у гетерозигот ^г~ - как правило, отсутствовали

лишь те щетинки, которые были редуцированы у обеих гомо-

зигот—- ^и——.Так, например,если одна мутация5C_t вызы-

вала редукцию щетинок ABC, а другая — редукцию щетинок

BCD, то у гетерозиготы ~^~ отсутствовали щетинки В и С,

а щетинки А и D имелись. Создавалось впечатление, что в данном случае речь идет о частичной гетерозиготности, когда части мутантных аллелей, которые обусловливают одинаковый фено-типический эффект, оказываются в гомозиготном состоянии. Всего было исследовано 13 различных мутаций в локусе scute, и при их сочетании наблюдалась одна и та же закономерность. Если эту закономерность представить графически, то образуется как бы лестница, ступенями которой служат различные

аллели SC: '

s^ ABC

sc₂ BCD

sc_s CDE и т. д. Поэтому описанное явление получило название ступенчатого аллелизма. Согласно гипотезе авторов ген (базиген) представлялся составленным из частей — трансгенов.

Псевдоаллелизм. Представление о гене как единице, далее не делимой кроссинговером, подразумевало, что при гаметоге-незе у компаундов, т. е. зигот, несущих две аллели одной серии

(~^г) , могут образовываться гаметы только двух типов — aj

и а₂. При возвратном скрещивании таких особей с любой из родительских форм возможно появление только мутантных

форм:^-^^-*-^—^ — -"^".Действительно, это и наблюдается при

исследовании ограниченной выборки потомков от возвратного скрещивания.

Однако если выборку увеличить, например, до 100 тыс. и более особей, то в ней окажутся и потомки дикого типа. Такие особи могли появиться только при двух условиях: мутация затрагивает часть гена дикого типа и между частями гена может происходить кроссинговер. Это можно представить следующим

образом: ген а\"■ l УЯЩ ген а_г уу//а \. Тогда гетерозиготя

280

281

^ш:

имеет такой вид:

~ш%

При кроссиыговере между частями

гена получатся следующие гены: у/уу/ШУУЛ и CZZJZZJ ■ Последний представляет собой исходный ген и обусловливает возникновение особей дикого типа.

Явление это было открыто при изучении ряда генов у дрозофилы Е. Льюисом и другими. Существование такого явления противоречило представлению о гене как о единице, далее неделимой при кроссинговере. Однако трудно было сразу отка-

Мутации .

Цис - положение

Аппвльные

Транс - положение

Дикий тип

Мутант

Не - алпельные

Дикий тип

116.

Цис-транс тест на аллелизм.

заться от традиционных представлений, и об аллелях, делимых при кроссинговере, стали говорить как о псевдоаллелях.

Первоначально полагали, что псевдоаллелизм встречается в виде редких исключений, но с увеличением разрешающей способности генетического анализа, когда число анализируемых особей в исследуемых выборках резко возросло, становилось все более ясным, что данное явление распространено весьма широко. Оно было продемонстрировано на разнообразных организмах: аспергилле, нейроспоре, дрожжах, хлопке, кукурузе, шелкопряде, дрозофиле, голубях, мышах, норках и многих других объектах.

Исходя из того что ген, согласно современным данным, представляет собой сложную линейную структуру, а мутации могут затрагивать различные его участки, были сделаны попытки модернизировать моргановский функциональный критерий аллелизма.

Цис-транс-тест на аллелизм. Льюис предложил цис-транс-тест на аллелизм. Смысл этого теста сводится к тому, что при скрещивании двух мутантных особей возникает зигота с трансконфигурацией этих мутаций (рис. 116). Если мутации комплементарны, т. е. появляется гибрид дикого типа, то мутации относят к разным генам. Если же гибрид оказывается мутант-ным, то обе мутации относят к одному гену, т. е. считают их аллельными. При скрещивании двух особей, одна из которых несет две мутации, а другая представляет собой дикий тип, об-

разуется зигота с ^-конфигурацией мутаций (см. рис. 116). В этом случае гибрид дикого типа возникает и тогда, когда обе мутации произошли в одном гене, и тогда, когда мутантными оказываются два разных гена. Таким образом, тест, предложенный Льюисом, сводится фактически к функциональному критерию аллелизма, предложенному еще Морганом, но теперь его чаще называют цис-транс-тестом на аллелизм или тестом на комплементарность. Рекомбинационный тест Моргана на аллелизм теперь имеет ограниченное применение.

Картирование гена. В настоящее время говорят не только о сложном строении гена, но для целого ряда организмов (фаги, кишечная палочка, дрозофила, шелковичный червь и др.) проведено детальное генетическое картирование отдельных локу-сов, т. е. составлены карты генов. Основным современным методом картирования гена является метод перекрывающих друг друга делеций. Для его использования необходимо иметь коллекцию линий мутантов, обусловленных различными делециями. При скрещивании такой линии — тестера с анализируемым мутантом не может происходить рекомбинации в том случае, если анализируемая мутация возникла в районе делеций. Если при скрещивании рекомбинация происходит, значит, анализируемая мутация возникла в другом локусе, а не в районе делеций. Так проводится локализация мутаций.

У фага 7\г> паразитирующего на кишечной палочке, было проанализировано 2000 мутаций г II независимого происхождения. Используя функциональный тест (цис-транс-тест) и метод перекрывающихся делеций, было показано, что все мутации могут быть отнесены к двум генам. Всего было отмечено 300 точек, в которых происходили мутации, причем в отдельных точках они происходили особенно часто (из 149 исследованных мутаций в одной точке было, например, 123). Такие точки, или места, получили название «горячих пятен». Расположение таких точек внутри гена не является случайным.

Молекулярное строение гена. Исходя из признания ДНК материальным носителем наследственной информации, можно приблизительно рассчитать величину гена, т. е. число пар нук-леотидов, которое он содержит, и его минимальный молекулярный вес. У фага Г₄ к настоящему времени известно более 50 генов. Несомненно, что по мере изучения объекта число генов будет увеличиваться. Можно предположить, что оно удвоится. Молекулярный вес ДНК этого фага равен 120Х10⁶. Следовательно, молекулярный вес одного гена будет порядка IX 10^е. Поскольку молекулярный вес одной пары нуклеотидов слегка превышает 600, это означает, что ген состоит в среднем из 1500 пар нуклеотидов, расположенных линейно. Эти приблизительные расчеты хорошо согласуются с современным представлением о функции гена. Если код триплетен, то 1500 пар

282

283

нуклеотидов подразделяется на 500 единиц считывания (кодонов), которые кодируют последовательность аминокислот в белке. Белки, состоящие из 300—500 аминокислот, имеющие молекулярный вес 30 000—50 000, т. е. белки, имеющие средний размер молекулы, довольно широко распространены.

С. Бензер попытался сопоставить генетический и физический (молекулярный) масштабы карты района г II фага Г₄ и рассчитал, с какой частотой должна происходить рекомбинация между двумя соседними парами нуклеотидов. Она будет равняться 0,01%. Наименьшая обнаруженная С. Бензером частота рекомбинации у фага Г₄ составляла 0,02%. Таким образом, на единицу рекомбинации у фага Г₄ приходится не более двух пар нуклеотидов. Элементарную единицу, неделимую путем рекомбинации, Бензер назвал реконом.

Мутации могут затрагивать различные по длине участки. Пока обнаружены мутационные изменения участков.протяженностью не более 0,05%. Принимая во внимание столь малые размеры участков, следует признать, что единицей мутации должны быть отдельные нуклеотиды. Наименьший участок, изменение которого может вызвать мутацию, Бензер назвал мутоном. Размеры мутона и рекона должны соответствовать одной паре нуклеотидов ДНК-

Единицу функции — ген в том смысле, как его понимала классическая генетика, Бензер предложил обозначать новым термином — цистрон. Цистроном Бензер назвал участок хромосомы, мутация в пределах которого обнаруживается в трансположении; цистрон определяет одну функцию.

Межаллельная комплементация. Однако в конце 50-х годов было показано, что функциональный тест не является абсолютным критерием аллелизма. Некоторые мутации одного гена могут быть комплементарны в транс-положении, т. е. мутант-ные аллели в гетерозиготном состоянии (ai/аг) могут определять фенотип дикого или близкого к нему типа. Это явление было названо внутригенной или межаллельной комплементацией. Механизм межаллельной комплементации еще недостаточно изучен. Однако было показано, что в этом случае возникновение признака дикого типа происходит за счет взаимодействия в цитоплазме между белками — продуктами двух мутантных аллелей. Такое взаимодействие возможно лишь для ферментов (белков), молекулы которых состоят из идентичных субъединиц. В этом случае в гетерозиготной особи объединяются в одну молекулу фермента идентичные, но с разными дефектами (мутантные) субъединицы и при этом происходит, взаимное исправление: восстанавливается ферментативная активность белка. Этот эффект показан для дрожжей, нейроспоры и других микроорганизмов, а также для дрозофилы. Он воспроизводится in vitro.

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 1095; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 24 25 26 27 282930 31 32 33 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!