С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Общее расположение генов на хромосоме обычно определяют в опытах по прерываемой конъюгации. На основе этих принципов построены карты бактерий кишечной группы — Е. сиа и 5. !ур)птинит. Бактерия Е. соа в генетическом отношении наиболее изученный объект. На ее хромосоме картировано около 1000 генов, что составляет 30 — 40 '7,' генома. На карте сальмонеллы локализовано более 420 генов. Особенность этих карт (см., например, рис. 9.5) — тесное сцепление между генами, контролирующими близкие функции: синтез триптофана, биотина, гистидина, усвоение галактозы, арабинозы и др. Эти пучки, или кластеры, генов отражают существенный момент генетической организации бактерий и связаны со способом регуляции действия гена (см.
гл. 1б). Для многих бактерий не все три перечисленных подхода к генетическому анализу применимы, поскольку не у всех известна, например, конъюгация. Тем не менее уже построены генетические каРты Рвеиг(отоливь Вис(!!их зиЬ(!!(х, Рго!еих пнгиЬ|!пь 5Ьгае!!и. В связи с повышенным интересом к азотфиксирующим бактериям начаты генетические исследования АгогоЬасгег, С!озггп((ит, цианобактерий. Построены первые генетические карты симбиотических с растениями азотофиксирующих бактерий )с)яэоЬ(ит (рис.
9.9). 9.5. Генетика бактериофагоа Бактериофаги, или вирусы бактерий, весьма разнообразны. Лучше всего изучены мелкие мужские бактериофаги Е. со!!. Они представляют собой фаги, содержащие РНК: й17, (2, М82, О6. Их геном включает всего 4 — 5 генов и упакован в белковую оболочку в форме многогранника. Такую же форму имеют частицы бактериофагов 8Х 174, генетическим материалом которых служит однонитевая ДНК размером в 5375 нуклеотидов.
Эти вирусы имеют всего 1О генов. Другие однонитевые (ДНК) фаги — (1, Ы, М13 — имеют нитевидную форму. Крупные бактериофаги — х, Т2, Т4 — содержат двунитевую ДНК, на которой располагается около 100 генов. Молекула ДНК фага ). состоит из около 49 тьш. п. н., а ДНК так называемых Т-четных фатов (Т2, Т4) состоит из 182 тыс. п. н. Они имеют многогранную головку и хвостовой отросток, на конце которого находится аппарат адсорбции и впрыскивания ДНК в бактериальную клетку (рис.
9.10). Специфическая особенность бактериофагов, как и вирусов,— та, что вне клетки они представляют собой инертные образования. 21б Рис. 9.10. Электронная микрофотография фагоа Т4, аясарбироааннык на по- нерхиости Е, со11 11.. П. З1топ, Т. Р. Апоегаоп, 1967) Их специфическая активность проявляется только при инфицнровании клеток.
Поэтому генетика бактериофагов связана с генетическими особенностями бактерий-хозяев. Признаки бактериофагов, доступные генетическому анализу, — зто прежде всего скорость и полнота лизиса инфицированных клеток и круг бактерий- хозяев, поражаемых фагами. Широкое распространение в генетическом анализе бактериофагов получили мутанты с условным проявлением. Это мутанты, чувствительные к повышению и понижению температуры, — так называемые термочувствнтельные (гз) и холодочувствнтельные (сх).
Они нормально размножаются и лизируют клетки только при пермиссивной температуре (37'С). В качестве условных используют также мутанты, чувствительные к действию определенных супрессоров, находящихся в геноме бактерий. Это класс так называемых зиа (от англ. зиррге1вог аепсй1пе) мутантов. 5цт-мутанты можно получить практически по любому гену, кодирующему белок. (О природе супрессоров с широким спектром действия, используемых в этих исследованиях, подробнее изложено в гл. 15.) Генетический анализ бактериофагов основан на совместном заражении клетки генетически различающимися частицами бактериофага.
Полные фаговые геномы, проникая в клетку, экспрессируют заложенную в них информацию подобно гомологичным хромосомам, и таким образом становится возможным исследование взаимодействия аллелей и неаллельных генов. Если два темпе- 217 ратурочувствительных мутанта, проникших в бактериальнук) клетку, несут изменения, способные взаимодействовать комплементарно (см. гл. 3), то в непермиссивных условиях клетки Визируя)тся. В ходе репликации геномов возможна рекомбинация, в результате Рис.
9.11. Генетнческаа карта бактериофага ЧХ !74 (из Р. Ауа(а, У. К!кег, 1980). обратите внимание на то, что ген е иаходитса в пределах гена !), а ген  — а пределах гена Л чего появятся рекомбинанты дикого типа. Их можно учесть, высевая фаговое потомство на чувствительные бактерии в условиях непермиссивных для родительских бактериофагов. Рд оА сн рФ РЛ, ол внгя гл, яв Рнс.
9.!2. Генетическвв карта бактериофагов Х (сиаруии) и т 80 (внутри) (ко В. Н. Рмбчину, 1982) 218 Генетический анализ бактериофагов сопряжен с рядом трудностей, определяемых особенностями их развития в клетке. Репликация геномов Т-четных фатов идет экспоненциально со временем генерации 2 — 3 мии. Вплоть до образования количества фаговой ДНК, эквивалентного 50 полным геномам, зрелые частицы фага в клетке не обнаруживаются. Затем из общего фонда синтезируемой ДНК фаговые геномы начинают расходоваться на образование зрелых частиц. При лизисе клетки в ней остается еще столько же ДНК, сколько включилось в головки фагов. В пр~ джессе репликации фаговые геномы претерпевают неоднократные циклы спаривания, рекомбинации и репликации.
В результате наблюдаемая частота рекомбинации всегда выше ожидаемой. В подобных многократных циклах репликации фаговых геномов генетические события должны быть проанализированы с позиций популяционной генетики (см. гл. !8). Такой подход разработалн Н. Висконти и М. Дельбрюк. При этом они исходили из следующих основных положений: 1) в общем фонде ДНК родительские геномы фатов полностью перемешаны; 2) каждый геном фага аналогичен целой хромосоме; 3) при репликации происходят неоднократные спаривания и рекомбинации. В соответствии с этими допущениями получается, что геномы Т-четных бактернофагов проходят около 5 циклов спаривания и рекомбинации. Однако вызывает сомнение универсальность н надежность исходных допущений. Так, множественность инфекции одной клетки (соотношение родительских частиц) может колебаться до 1О раз. Лизис индивидуальных зараженных клеток обнаруживает неравенство реципрокных классов рекомбинантов.
Тем не менее все эти трудности преодолимы, если жестко контролировать соотношение вводимых в клетку геномов фага и время репликации и рекомбинации. При этом можно применять стандартную логику анализа рекомбинации в двух- и трехмаркерных скрещиваниях. На основе этого подхода построены генетические карты бактериофагов <у Х174, ~у 80, )„ которые представляют собой кольцо, соответствующее кольцевой структуре генома этих бактериофагов (рис. 9.11 и 9.12). Благодаря знанию генетики двух близких умеренных бактериофагов 2 и ~р 80 (рис. 9.12) удалось получить их гибриды, совмещающие свойства как А, так и <р 80.
Так, ~р80 в отличие от ). интегрирует с хромосомой Е. сой вблизи гена (гр (сннтез триптофана). получены гибриды, интегрирующие как в сайте щ2). — между йп( и Ь(о, так и в сайте аг( ~р80 — около (гр. При сопоставлении генетической карты 9~ Х174 и его полной нуклеотидной последовательности согласно принципам, которые будут изложены позднее (см. гл. 15 и гл. 19), удалось установить, что два гена этого бактериофага (В и Е) полностью перекрываются с двумя другими генами (А и 2)). Кольцевая карта рекомбинации построена и для Т-четного фага Т4 (рис. 9.13), у которого геном в действительности представ- Рнс.
9.13, Генетическая карга бактернофага Т4 (ао ц>. Гчооа аод Н. Кек«1, 10761 лен линейной молекулой ДНК. Этот парадокс объясняется тем, что геномы Т4, упакованные в частицы фага, имеют так называему1о концевую избыточность, что допускает кольцевые перегтановки. или кольцевые пермутиции генов. Дело в том, что в головке Т4 заключено ДНК примерно на ! о>>> больше, чем соответствует одному геному фага. Дополнительные, концевые, участки фаговой ДНК и составляют физическую основу концевой избыточности. При заражении клетки между молекулами такой ДНК происходят рекомбинации г объединением нескольких геномов в конкатемеры.
Длинные молекулы ДНК, состояшие из нескольких геномов, далее реплицируются и рекомбинируют вновь. При созревании бактериофага Т4 работает принцип «наполнения головки». Нри этом нарезаются молекулы ДНК, в которых наблюдаются концевая избыточность и кольцевые пермутации генов 1рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
