16 Хромосомные перестройки. Возникновения и последствия. (Лекции по генетике), страница 5

Однакоперестроенные хромосомы могут выйти в гомозиготу при сегрегации в потомстве точнотак же, как это делают обычные мутации.Транслокации и инверсии не связаны с изменением количества и качествагенетического материала - потерей или удвоением какой-то его части. Немудрено, чтотранслокации и инверсии оказываются вполне жизнеспособны и большинствохромосомных перестроек, с которыми мы сталкиваемся в природе или культуре,относятся именно к этим двум классам.

Скорее возникает вопрос, почему мысталкиваемся с ними так часто.С моей точки зрения, хорошей отправной точкой изучения данного вопроса былобы считать, что хромосомные перестройки, не связанные с изменением количества икачества генетического материала - а именно инверсии, транслокации, транспозиции никак не влияют на фенотип – но только до тех пор, пока дело не дошло до мейоза.Действительно – гены осуществляют свою функцию через свои молекулярные продукты,что как правило происходит вне зависимости от их локализации на ДНК хромосом. Укаждого вида они находятся там в некоем определенном порядке, который в большинствеслучаев не важен и не влияет на их функционирование. Исключений здесь множество, номы говорим именно об отправной точке рассуждений. С этой точки зрения изменения врасположении генов в большинстве случаев не должны влиять на их функционирование –то есть на фенотип, тем более если речь идет не о множественной перетасовке, а ободиночных обменах или разворотах участков ДНК.Многочисленные исключения из этого правила бывают двух основных типов.Первый, и самый простой тип – когда точка обмена попадает непосредственно в ген вмолекулярном понимании, то есть в кодирующую или регуляторную последовательность,которая тем самым оказывается разорванной на части и прекращает выполнять своюфункцию.

Эффект таких перестроек будет тождественен эффекту любой аморфноймутации по данному гену. Такое случается не так уж часто, поскольку у эукариот геныобычно занимают не более 10% генома, а для множество видов – еще на порядки меньше.Но все же случается.Второй тип исключений связан с тем, что обмен происходит между участкамиДНК, в норме находящимися в хроматине разных типов.

Самый грубый пример, когдаодна точка обмена находится в эухроматине, а другая – в гетерохроматине. Посколькугетерохроматинизация распространяется вдоль хромосомы от неких начальных точек донекоторых границ – притом что точки обмена не относятся ни к тем, ни к другим, участокДНК, в норме находившийся в эухроматине, после перестройки может оказаться вгетерохроматине, и наоборот. Это изменит паттерн экспрессии находящихся в нем геновчто, естественно, не может не скажеться на фенотипе. Данное явление носит названиеэффекта положения и будет детально рассмотрено ниже.

Несмотря на убедительныепримеры, нельзя сказать, чтобы явление это было слишком уж распространенным.16.7. Последствия хромосомных перестроек для течения мейоза и наследования.16.7.1. Вводные замечанияПродолжим здесь рассматривать перестройки, способные сохраняться более одногоклеточного цикла, то есть такие перестройки, когда все хромосомы по прежнему имеютодну центромеру и две теломеры.В отличие от влияния на жизнеспособность, которое если и имеется (например,когда при разрыве был поврежден какой-либо жизненно важный ген), то проявляется илистановится более существенным, когда хромосомная перестройка находится в гомозиготе,влияние перестроек на мейоз наблюдается только в гетерозиготе. Мейоз – это сложныймеханизм разделения гомологичных хромосом по двум разным клеткам, и он настроен нато, что гомологичные хромосомы представляют собой приблизительно одинаковыелинейные структуры.

Если хромосомная перестройка находится в гомозиготе (не являясьпри этом летальной делецией или дупликацией), то в чем бы она не состояла, это условиевыполняется по определению – оба гомолога имеют одинаковую структуру. А вот вгетерозиготе это условие не выполняется – иначе мы бы вообще не говорили охромосомных перестройках. И поскольку каждая хромосомная перестройкапервоначально оказывается в гетерозиготе, уже ее первоначальный носитель можетстолкнуться с проблемами в мейозе.Особо обращаем внимание, что мейоцит «не знает» какие хромосомы являются«нормальными», а какие «перестроенными».

Это может знать только экспериментатор,имея знания о структуре хромосом у большинства представителей данного вида – да и тоне всегда, поскольку бывают случаи полиморфизма по хромосомным перестройкам сосравнимыми частотами разных вариантов. Речь идет всего лишь в том, что двародительских генома организованы в хромосомы по-разному.Представляет интерес влияние перестроек не только и даже не столько на ходмейоза, но и на генетическую карту, которую можно получить на основании анализагенетического расщепления в потомстве гетерозигот по этим перестройкам. Любопытно,что возникающие здесь проблемы носят топологический характер.16.7.2. Делеции и дупликации.Проще всего обстоит дело с делециями и дупликациями. Два гомологаспариваются, при этом один из них имеет участок, отсутствующий у другого, которому врезультате не с кем спариваться. При гомологичном спаривании он выпетливаетсянаружу, что никак не сказывается на течении метафазы и анафазы.

Одним из не оченьважных следствий такой ситуации будет возможность кроссинговера между сестринскимихроматидами в пределах такого уникального участка, поскольку, не найдя гомологичнойхроматиды в ходе рекогниции, активные концы ДНК в конце концов находятсестринскую, хотя этот процесс кинетически осложнен осевым элементомсинаптонемного комплекса. Нетрудно понять, что аллели всех генов, находящихся вгемизиготе в уникальном участке хромосомы, как и соответствующие им виртуальныенуль-аллели отсутствующего у второго гомолога участка, будут наследоваться как одноцелое – поскольку рекомбинация с отсутствующим фрагментом невозможна поопределению.

Это открывает возможность картирования делеций – если несколькорасположенных подряд сцепленных локусов, между которыми в норме возможнарекомбинация, перестают рекомбинировать, значит один из гомологов скорее всегосодержит делецию по этому участку. Как мы увидим ниже, такой же эффект может дать иинверсия, однако в случае делеции имеется одна особенность – один из гомологов будетнести в фазе притяжения только нуль-аллели локусов, расположенных в области делеции.16.7.3.

ИнверсииДавайте теперь рассмотрим что будет, если один из гомологов содержит инверсию.Приходится посетовать, как утомили расхожие среди ученых генетиков сугубоинтуитивные представления, что если в опыт по генетическому картированию попадаетинверсия, то мы можем увидеть ее по инвертированной генетической карте. Такоедействительно было бы возможно, если бы эту инверсию имели оба партнера нашихскрещиваний, то есть весь наш родительский материал, несущий контрастные маркеры,(включая, например, тестерные линии), был бы гомозиготен по этой инверсии. Но такоеслучается крайне редко – обычно мы имеем уникальную инверсию и вынужденыскрещивать ее с представителями нашей генетической коллекции, имеющиминормальный кариотип или даже хромосомные перестройки, но какие-то другие.

Что мыувидим на генетической карте при скрещивании носителя инверсии с носителемнормального кариотипа – нам сейчас предстоит рассмотреть на очень простых схемах, ирезультаты получаются совершенно иные, чем подсказывает банальная интуиция.Инвертированный участок имеет гомологичный себе на гомологичной хромосоме,но они оказываются развернуты на 180º один относительно другого. Если инверсияневелика, задача гомологичного выравнивания не находит своего решения.

Причем нацитологическом уровне спаривание может успешно произойти, так что между двумяантипараллельными участками хромосомы сформируется нормальный синаптонемныйкомплекс. Но кроссинговера между ними не будет, так как друг напротив друга окажутсянегомологичные участки хромосом, а гомологичные участки строго посередине инверсиибудут антипараллельны. При несколько бОльшем размере инверсии в данном месте будетнарушение спаривания, так что два фрагмента разойдутся друг от друга в профазе.Надеюсь, излишне напоминать, что разные эукариоты могут сильно различаться по такимпараметрам, как длина инверсии, достаточная для спаривания или неспаривания. Опятьтаки, в обоих случаях аллели всех локусов, находящихся в пределах такой инверсии будутнаследоваться как единое целое и попадать в одну точку генетической карты, которую мымогли бы построить на основании расщепления в потомстве такой гетерозиготы. Вместоинвертированного участка карты мы увидим точку.Хотя рассмотренные случаи влияют на генетическую карту, сокращая ее в точкудля инвертированного участка, никакого влияния на ход мейоза они не оказывают –хромосомы продолжают нормально расходиться в анафазе I.При еще более протяженных инверсиях, картина становится интереснее.

На первыхстадиях профазы хромосома имеет определенную гибкость, и, начиная с какого-торазмера инверсии, становится возможным спаривание гомологов с образованием петли.Хотя в такой петле один гомолог как бы перекрещивается, а второй как бы его огибает,выбор происходит случайно. При этом ситуация совершенно симметричная – мы имеемгетерозиготу по инверсии, но нет никакой возможности сказать, какая из хромосоминвертирована, а какая нет. Они просто различаются по направлению одного из участков.Притом что исторически конечно одна из них является инвертированной, а вторая нет,поскольку один из вариантов с необходимостью возник из другого путем поворотаучастка на 180º за счет такой хромосомной мутации, как инверсия.В такой петле все гомологичные участки хромосомы располагаются друг напротивдруг друга в параллельной позиции, что предполагает нормальное течение кроссинговера.За одним исключением – в области резких изгибов спаривание обычно нарушено иинтенсивность кроссинговера падает.