С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 29
Текст из файла (страница 29)
См, такме ппясненив в тексте 1б1 дующем этапе в точке перекреста нити разрываются (рнс. 7.1 1,В), Прн этом рвутся либо нити, в которых были первичные разрывы (рнс. 7.11, А), либо другие две нити (рнс. 7.11, В). Предполагается, что оба типа разрывов равновероятны.
Таким образом, получаются либо две нерекомбннантные по фланговым маркерам молекулы (А — С н а — с), несущне гибридный участок — зону гетеродуплекса в районе среднего маркера В/Ь (рнс. 7.11, В), либо две молекулы, рекомбннантные по фланговым маркерам, н опять же гетеродуплексные в районе среднего маркера (рнс. 7.11, В'). Поскольку, согласно положению Дж.
Уотсона н Ф. Крика, мутацнн — это изменения чередования нуклеотндов в ДНК, аллена одного гена, в частности В/Ь, различаются по составу нуклеохвндов (как минимум по одной паре оснований). Тогда в участке гетеродуплекса должна образоваться зона локального неслариаанил оснований. Этн участки «узнают» спецнальные ферменты репарацнн (см. гл. 6), обеспечивающие структурную стабильность ДНК.
Онн устраняют то нлн другое неспаренное основание н заменяют его на комплементарное. В таком процессе коррекции с равной вероятностью матрнцей служит та нлн другая нить гетеро- дуплекса (рнс. 7.11, Г,н Г'). Однако в каждом конкретном случае коррекция распространяется вдоль хроматнды н в качестве матрнцы используется одна н та же одиночная нить гетеродуплекса ДНК.
Еслн в зону гетеродуплекса попадает несколько маркеров, то это должно привести к коконверснн. В итоге расщепление в тетрадах можно рассматривать как результат этого процесса (рнс. 7.11,Д н Д'). Если принять во внимание еще две хроматнды, которые не вступали в рекомбннацню, будет ясно, что схема с равной вероятностью допускает появление тетрад с конверсией 3:1 н 1:3 по среднему маркеру как с кроссннговером (рнс. 7.11,Д'), так я без него (рнс. 7.1!,Д) по фланговым маркерам, т. е. согласно этой схеме корреляция конверснн н кроссннговера 50 .
Если представить, что коррекция на стадии Г н Г' рнс. 7.1! произойдет только в одной хроматнде, а в другой — нет, то будет наблюдаться постмейотнческое расщепленне (ЗЬ:5В нлн 5Ь:ЗВ), встречающееся в октадах у нейроспоры. Его отмечают н в тетрадах дрожжей. В этом случае некоторые гаплондные колонии, выращенные нз аскоспор одной тетрады, будут представлена! половннкамн разного генотипа: В н Ь. Такое янленне действительно наблюдается у дрожжей. Рис. 7.(2.
Образование полухиазмы (А - В), миграция ветвей (Г), изомеризацин ~юлукиазмы (П, 0) и различныс результаты разрешения полукназмы в зависимости от характера разрывов (горизонтальная и вертикальная линии в зоне переброски гибридной ДНК на стадии О! и коррекции гетеродуплексоа (Е, Е', Ж Ж'). а скобках — варианты на»бра«ения изомсрав полухиазмм, наказанной на стадии Г. твь ле, как н на рнс. 7.!(, демонстрируются только две хромагндм из нетмрек — тс, нто вступают в рекомбинацию.
Остальные пояснения — в тексте !62 Существенный момент в рассмотренной схеме — необходимость дополнительного синтеза ДНК в процессе рекомбинации, в частности прн репарации (коррекции) гетеродуплексов. Действительно, И. Хотта и Х. Штерн обнаружили у растений (лилии) и у животных (мыши) в пахитене мейоза небольшой синтез ДНК репаративного типа, который дополняет основную репликацию ДНК в премейотической Б-фазе. У тех же объектов на стадии знготены — пахитены показано повышение активности фермента, производящего однонитевые разрывы в ДНК, а также усиленный синтез белка, дестабилизирующего двойную спираль ДНК.
Все это события, необходимые для рекомбинации. Особого внимания в схеме Р. Холлидэя заслуживает способ образования гетеродуплексов. На рис. 7.12 показаны последовательные стадии образования полухиазмы (А — В), которая затем может видоизменяться путем миграции вдоль конъюгирующих хроматид (молекул ДНК) на стадиях В, Г. Этот процесс получил название миграции ветвей полухназмы.
Зона переброски движется подобно застежке «молния», удлиняя участки гетеродуплексов. При этом молекулы ДНК должны вращаться вокруг своих осей навстречу друг другу. Эксперименты с объемными молекулярными моделями показывают, что это возможно. Результаты тетрадного анализа у дрожжей, гетерозиготных по двум маркерам, между которыми известно расстояние, выраженное в числе пар нуклеотидов, показывают, что зона гибридной ДНК может распространяться на участки длиной около 1000 п. н.
Об этом судят по способности к коконверсии мутаций, расположенных на таком расстоянии друг от друга. Модель Р. Холлидэя детализирована и в той части, которая связана с разрешением лолухиазмы двумя типами разрывов, приводящих затем к конверсии без кроссинговера в одном варианте и к конверсии с кроссинговером — в другом. Если фигуру, образовавшуюся вследствие миграции ветвей полухиазмы (рис.
7.12,Г), изобразить несколько иначе (рнс. 7.12,Д), то она допускает вращение связанных полухиазмой молекул относительно друг друга (рис. 7.12, переход Д вЂ” Д'). Этот процесс назван изомериаа1(ией лолухиазмы. Разрыв в точке перекреста одиночных нитей, показанный на рис. 7.12,Д, приводит к конверсии без кроссинговера, а разрыв в точке перекреста на рис. 7.12,Д' — к конверсии с кроссинговером по фланговым маркерам. Характерные фигуры, соответствующие стадиям рекомбинации рис.
7.12,Д вЂ” Д', были выявлены при электронно-микроскопическом изучении рекомбинации молекул ДНК плазмид (см. гл. 9) в бактериальных клетках (рнс. 7.13). Несмотря на большие успехи в понимании механизма гомологичной рекомбинации (она же общая рекомбинации), о которой шла речь в предыдущих разделах, остается еще много неясных моментов. Основные этапы рекомбинации у всех организмов, повидимому, сходны, однако ие совсем понятны различия, которые накладывает на этот процесс разница в организации генетического 164 Рис.
7.)3. Изомеры полухиазмы Р. Холлидеи, обнаруженные нри рекомбинации нлазмид в клетках Е. сел (Роцег, Огем)ег, )976, !973): А . соответствует стадии () и ()' на рис. 7.)2 (крайние варианты изомеризации нолухиазмы); Б — соответствует стадии )3 и (У на рис. 7.!2 (нромежуточный вариант изомеризвции нолухиазмы); Б — графический эквивалент фото рис.
7.(3, Б. материала бактерий и зукариот с их нуклеосомной структурой хроматина. Неясно, какова роль СК в процессе рекомбинации, каковы инициирующие события в образовании полухиазмы и т. д. Не ясны детали митотического кроссинговера. Известно, что зоны гибридной ДНК при митотической конверсии длиннее, чем при мейотической, однако отсутствие регулярной конъюгации хромосом в митозе затрудняет понимание всего процесса. Несмотря на ряд нерешенных вопросов, разработка молекулярного механизма рекомбинации представляет собой яркий пример синтеза формально-генетического и молекулярно-биологического подходов в исследованиях одного из важнейших биологических процессов. 7.б. Факторы, влияющие на кроссинговер Частота мейотического (н митотического) кроссинговера зависит от многих факторов окружающей среды. Различные типы излучений: ультрафиолетовый свет, рентгеновские и у-лучи, корпускулярное излучение, как правило, повышают частоту реком- )65 бинации, вызывая одно- и двунитевые разрывы в ДНК хромосом, Влияние излучения может быть специфично для определенных участков хромосом.
Так, у .О. те)алоуи1ег частота рекомбинации повышается в прицентромерных районах, в то время как в днстальных рекомбинация подавляется. Многие химические агенты, нарушающие структуру ДНК или препятствующие ее нормальной репликации (вещества, алкилирующие и дезаминнруюшие основания, нитрозосоединения и др.), также повышают частоту кроссинговера.
Как увидим в дальнейшем, большинство таких агентов одновременно являются мутагенными факторами (гл. 12.21). Частоту рекомбинации изменяют повышение и понижение температуры, в частности, у дрозофилы при отклонении от оптимальной температуры (25'С) в обе стороны. Частота рекомбинации зависит также от физиологического состояния организма: с увеличением возраста самок В. те1алоуШег кроссинговер происходит реже; голодание личинок повышает, а недостаток влаги снижает частоту кроссинговера. В качестве агентов, модифицирующих частоту рекомбинации, следует упомянуть и нарушение нормальных экологических отношений между организмами. Известно, что .О. те!алояазгег, как и все членистоногие, не способна осуществлять первые этапы биосинтеза стеринов и поэтому должна получать стерины — предшественники стерондных гормонов и мембран в готовом виде.
В лабораторных условиях лля этого используют дрожжи. Как показали Е. М. Лучникова и Т. О. Камилова, при выращивании дрозофилы на дрожжах с извращенным синтезом стеринов (условия частичного голодания по эргостерину), у самок .О. те(ялоящгег подавляется кроссинговер в прицентромерных районах П и !П хромосом (рис. 7.14). Частота кроссинговера находится под строгим генетическим ( контролем. Было показано, что кроссинговер не происходит у самцов Р. лге1алояаз)ег, а также у самок тутового шелкопряда.
Его частота, как правило, ниже у гетерогаметного пола. Многие хромосомные перестройки (см. гл. 13) снижают частоту кроссинговера. Известны мутации как повышающие, так и снижающие частоту рекомбинации в отдельных участках хромосом у дрозофилы, кукурузы и других организмов. Метод мутационного блокирования нормальных функций оказался очень плодотворным при изучении энзимологни и последовательных этапов рекомбинации у бактерий. Сложнее обстоит дело у эукариот, особенно многоклеточных, поскольку мейотическая рекомбинация — это в известном смысле кульминационный момент, завершающий сложные процессы клеточной детерминации и дифференцировки при переходе клеток к мейозу, который отсутствует у бактерий. Поэтому большинство мутаций, изменяющих частоту рекомбинации у эукариот, затрагивает ее лишь косвенно, в качестве одного из плейотропных эффектов.
1бб Га 14 й о 12 м ю 14 о 12 и )О О 1 2 3 4 6 6 7 8 Кладки (сутки) 0 1 2 3 4 6 6 7 8 Кладки (сутки) Рис. 7.!4. Подавление «россиптовера у (). тг(алолиигг ао П хромосоме (Т. А. Камилова, Е. М. Лучникова, !985). Он происходит между генами Ь (черное тело) и сл (ярко-красные глаза) в условиях частичного стеригювого голодания — нижняя кривая. Верхняя кривая .- нормальная диета. Графики иллюстрируют также изменение (падение) частоты кроссинговера с увеличением возраста самок (в последовательных кладках) и зависимость частоты кроссингоаера от температуры: А — лри 28 "С, Б — при 25'С. Вертикальные черточки — размах варьиронания )67 Таким образом, частота кроссинговера между двумя генами— величина постоянная только в константных условиях и на выровненном генотипическом фоне (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
