16 Хромосомные перестройки. Возникновения и последствия. (Лекции по генетике), страница 6

И если бы не кроссинговер, расхождение такихбивалентов не встречало бы никаких препятствий – каждый гомолог тянулся бы зацентромеру к своему полюсу. Но как мы знаем, один кроссинговер на плечо есть некийтехнический минимум, а кроссинговеру в данном случае ничего не препятствует.Посмотрим, к каким результатам он приводит. Для этого нам поможет рисунок 16.3.Рис. 16.3. Последствия кроссинговера в пределах протяженной перицентрической(а) и перицентрической (б) инверсии у гетерозигот по такой инверсии. Хроматиды одногоиз гомологов показаны волнистыми Перекрестье обозначает кросоверный обмен.

Черныекружки обозначают центромеры. Продукты мейоза, несовместимые с жизнью зачеркнуты.К протяженным инверсиям в частности относятся инверсии парацентрические.Давайте нарисуем петлю с парацентрической инверсией (Рис. 16.3а). Кроссинговер запределами инверсии возможен в той же мере, как и внутри нее, но нас он сейчас неинтересует. Введем кроссорверное событие в пределах инверсии и проследим какиехроматиды оно нам дает. А хроматиды получаются совершенно непотребные – каждая изних имеет по два участка за пределами инверсии с одного конца, но не имеет участка запределами инверсии с другого конца, такие вот гибридные инвертированнонеинвертированные хроматиды, каждая из которых несет обширную инверсию идупликацию.

Зиготы, образовавшиеся из гамет, несущих такие хромосомы, будутнаверняка нежизнеспособными, а если у организма есть экспрессия генов в гаплоиднойфазе – например в случае растений, то нежизнеспособными будут и сами гаметы. Такимобразом, оба продукта кроссинговера внутри перицентрической инверсии окажутсялетальными, нелетальными будут только некроссоверные хроматиды.Давайте теперь рассмотрим кроссинговер в протяженных парацентрическихинверсиях (Рис. 16.3б).

Вводим одиночный кроссинговер. Мало того, что мы сноваполучаем обе кроссоверные хроматиды с протяженной делецией и дупликацией запределами инверсии, так одна из них оказывается дицентрической, а втораяацентрической. Из четырех продуктов кроссинговера снова получаем два некроссоверныхи два опять-таки заведомо летальных.Хорошо, давайте введем второй кроссинговер внутри инверсии.

Напомню, что обагомолога представлены двумя сестринскими хроматидами идентичной топологическойструктуры. С вероятностями по 1/4 второй кроссинговер затрагивает две те же самые либодве другие хроматиды, с вероятностью 1/2 – одну ту же самую и одну другую хроматиду.Если второй кроссинговер затронул две другие хроматиды, то он приведет к точно такимже плачевным результатам, в результате все четыре продукта такого мейоза окажутсялетальными. А вот если он затронул те же самые две хроматиды, то их топологиявосстанавливается – одна продолжает быть неинвертированной, другая –инвертированной, просто в каждую из них посредством двойного кроссинговера оказалсявведенным фрагмент гомолога.

Таким образом, все продукты мейоза окажутсяжизнеспособными, два из них будут нести некроссорвеные хроматиды, а два - дваждыкроссоверные. Если затронуты хроматиды, одна из которых участвовала в предыдущемкроссинговере, а вторая не участвовала, то мы получим некроссоверную, дваждыкроссоверную, дицентрическую и ацентрическую хромосомы, два последних класса сновалетальны.Рис. 16.4. Двойной кроссинговер внутри парацентрической инверсии угетерозиготы по ней. а – второе кроссоверное событие затронуло две хроматиды, невовлеченные в первое, б – второе кроссоверное событие затронуло те же самыехроматиды, что и первое, в – второе кроссоверное событие затронуло ту же самую идругую хроматидыВсе это проиллюстрировано на рисунке 16.4, где рассмотрен случайпарацентрической инверсии (выше мы убедились, что все последствия кроссинговераодинаковы для случаев пара- и перицентричских инверсий).Просуммировав все эти случаи, учитывая вероятности вовлечения хроматид,получаем следующий «вариационный ряд» (как называл такие вещи Мендель):1/4 (летальные) : 1/2 (1/2 летальные : 1/4 дваждыкроссоверные : 1/4некроссоверные) : 1/4 (1/2 летальные : 1/2 дваждыкроссоверные)Суммируем:5/8 летальные : 1/8 некроссоверные : 2/8 дваждыкроссоверныеСогласитесь, ничего подобного нам бы и в голову не пришло до начала подсчетов.Итак, вот результаты нашего рассмотрения кроссинговера внутри инверсии:- значительная часть продуктов мейоза летальна;- внутри инверсии мы вообще не будем наблюдать одиночных кроссоверов, таккак все они летальны- с некоторой частотой мы будем наблюдать внутри нее двойные кроссоверыАктов кроссинговера внутри инверсии может быть и больше двух, но давайтеизбавим себя от сложных подсчетов.

И так ясно, что нелетальными будут толькохроматиды, вовлеченные в четное (включая нулевое) число кроссоверных обменов внутриинверсии.Снова обращаю внимание - мы нигде не пытались упоминать «инвертированную»и «неинвертированную» хроматиды, поскольку ситуация совершенно «симметричнаотносительно инверсии».Каковы будут последствия всего этого для генетической карты? За пределамиинверсии она никак не страдает. В области инверсии она будет резко сокращена. Можносказать, что сокращена она будет за счет летальных продуктов кроссинговера.

Если небудет маркеров (локусов, за которым мы следим по фенотипу) внутри инверсии, то резкоесокращение генетической карты будет единственным ее проявлением. Если внутрьинверсии попадут маркеры, то только четные кроссоверы будут давать нам некиенебольшие расстояния, и наличие только четных кроссоверов будет бросаться в глаза.Действительно, пусть у нас есть три маркера, a, b и c, причем a и b расположены по обестороны от инверсии, а c – внутри нее. Участки карты от а до границы инверсии и отграницы инверсии до c скорее всего будут немного сокращены за счет механическогоограничения спаривания и, следственно, кроссинговера вблизи изгибов петли. Участоккарты внутри инверсии будет резко сокращен. Одиночных кроссоверов мы не увидим,поскольку они летальны.

Двойных кроссоверов в пределах участков a-c и b-c мы неувидим, так как на этих участках у нас нет маркеров. Мы увидим только двойныекроссоверы в случае, когда один из них случился в пределах инверсии на участке a-c, авторой – на участке b-c. Можно даже прикинуть насколько сократится карта. Еслипринять, что маркеры a и c раположены строго на границах инверсии, расстояние a-b внорме (в сантиморганах) принять за x, а b-c за у (Рис. 16.5а), то при инверсии обарасстояния составят C x y/100, где С - коэффициент коинциденции для локусов a, b и c. Идействительно, мы увидим только двойные кроссоверы, вероятность которых вычисляетсяна основе вероятностей одиночных кроссоверов по формуле коэффициентакоинциденции.

Деление на сто возникает из единицы измерения в сантиморганах – чтобыперейти к вероятностям, мы должны каждое расстояние разделить на 100, а после ихперемножения один раз умножить на 100 чтобы вернуться к сантиморганам. Отмечу, что всиутации когда локусы a и c маркируют края инверсии, мы вообще не увидимрекомбинантов между ними.Рис. 16.5. Схема расположения гипотетических маркеров a, b и c, (а) либо a, b, c и d(b), иллюстрирующая рассуждения о сокращении генетической карты в районе инверсии.х и у – расстояния между маркерами a-b и b-c в случае а).Хорошо, а если у нас есть несколько маркеров внутри инверсии, то в каком порядкеони расположатся на генетической карте? Ведь в нашем опыте участвуют родители сдиаметрально противоположным, в прямом смысле, порядков локусов! В такойсимметричной ситуации логика подсказывает, что мы не должны увидеть никакоговразумительного порядка.

Усложним модельную схему до четырех локусов a, b, c, d, где aи d находятся по обе стороны от инверсии, а b и с – внутри нее (Рис. 16.5б). Пусть один изгомологов имеет доминантные аллели A, B, C, D –пусть это будет «огибающий гомолог»на схеме, а второй – «перекрещивающийся гомолог» несет аллели a, b, c, d (напоминаю,что «огибающий» и «перекрещивающийся» гомологи – это условность). Расположем b и cв каком-нибудь порядке на схеме, пусть в «огибающем» гомологе на схеме маркерырасположены как A-B-C-D, а в «перекрещивающемс» - a-c-b-d (это снова условность).

Мыможем видеть только двойные кроссоверы, причем теоретически ожидающиеся частотыреципрокных двойных кроссоверов равны. Инверсия поделена у нас на три отрезка: a-b, bc и c-d, поэтому наблюдаемые в нашем опыте двойные кроссоверы (а только они изкроссоверов жизнеспособны) могут быть трех типов. Давайте найдем их на схеме иприпишем им теоретически ожидаемые частоты:F(A b C D ) = F(a c B d) = F1F(A b c D) = F(a C B d) = F2F (A B c D) = F (a C b d) = F3Давайте теперь из этих значений найдем частоты кроссинговера между парамимаркеров:F(a-b) = F (b-d) = 2F1 + 2F2F(b-c) = 2F1 + 2F3F(a-c) = F(c-d) = 2F2 + 2F3F(a-d) = 0Нетрудно видеть, что мы оказались в гораздо худшей ситуации, чем Стёртевант в 1925году – как бы мы не расположили локусы, никакое расстояние между двумя из них неприближается к сумме от каждого из них до третьего, что неудивительно если учесть, чтонам достались только двойные кроссоверые.