С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 40
Текст из файла (страница 40)
9.14). 220 123456789012 казмклз 123456789012 Б 123456789012 в 123455 78901234 56789012 67 и 1 у "6789О123 Ф~ Рнс. 9.14. Конкатемеры — промежуточные продуктм синтеза ДНК фата Т4, которые, созревая, дают концевую избыточность н кольцевые перестановка генов. А — ннфнцнрующнй сеном; Б — реплнкацня;  — рекомбннацня; à — дальнейшая реплнкацня н рекомбннацня с образованном конкатемеров; Д вЂ” упаковка ДНК, сопровождающаяся нарезаннем сеномов с конпевой нзбыточностью н кольцевыми перестаноакамн санов 9.6.
Рестрикции и модификации ДНК бактериофагоа В молекулах ДНК, полученных из разных источников, встречаются модифицированные основания, например, 5-метилцитозин, б-метиламинопурин и др. Онн не включаются в ДНК при репликацин как таковые, а появляются в результате ферментативной лнодификас1ии синтезируемых молекул, начиная со стадии фрагментов Оказаки. При этом модифицируются основания, занимающие определенное положение в молекуле. Эти реакции осуществляют ферменты, представляющие собой часть единой системы ресгрик- 221 хс ции — модификации.
Модификация определенных оснований предохраняет ДНК от разрушения реетриктирующими зндонуклеазами, которые имеют сродство к тем же последовательностям нуклеотидов, что н ферменты 1К модификации. Рестрикция — морне. 9.15. Рестрикция н модификация бактерао- дификация фагов быфага ц контролнруеман клеткой-хозлнном (но ла открыта в начале Г. Стенту, !974) 50-х годов С. Луриа, Г.
Вертани и Дж. Уэйглом при изучении способности бактериофага Х размножаться на различных штаммах Е. соИ. Это явление затем было подробно исследовано В. Арбером (рис. 9.15). Если заразить штамм Е. соИ К 12 выращенным на штамме Е. соИ С бактериофагом ) (назовем его Х С), то в этом случае фаг размножается с низкой эффективностью, составляющей 0,002 % от эффективности размножения на Е.
соИ С. В то же время бактериофаг А из штамма Е. соИ К 12 (назовем его ) К) одинаково хорошо размножается на обоих штаммах. Редкие потомки ). С, развившиеся на Е. соИ К12, также способны высокоэффективно размножаться на Е. соИ К12 и С. Разная эффективность размножения на Е. соИ К12 была единственным отличием фагов ).
К и ), С. По всем другим характеристикам онн были идентичны. Редкие частицы )г С, развившиеся на Е. соИ К12„не были мунтантами. В противном случае, снова пройдя цикл размножения на штамме Е. соИ С, они не должны были утерять способности эффективно размножаться на Е. соИ К 12 (рис. 9.! 5). Кроме того, было отмечено, что частота появления редких частиц бактериофага из клеток Е. соИ К 12 при заражении их Х С варьирует в зависимости от физиологического состояния культуры. Эти факты указывали на то, что сами клетки Е. соИ К 12 ограничивают размножение Х С, и в то же время модифицируют частицы й С таким образом, что они становятся способными эффективно размножаться на Е. соИ К12.
В дальнейшем выяснилось, что один и тот же штамм может осуществлять несколько типов рестрикции и модификации. Из клеток, способных к рестрикции, были выделены эндонуклеазы, специфичные к определенным нуклеотидным последовательностям неадекватно модифицированной ДНК. Эти ферменты широко применяются в работах по генной инженерии (см. гл. 11). Ферменты модификации защищают ДНК хозяина от действия эидонуклеаз рестрикции. При этом одна и та же молекула может 222 претерпевать разные типы модификации ДНК.
Так, можно заразить мутант штамма Е. сой В, утерявший способность к рестрикции, но сохранивший способность к модификации, фагом ). К, несущим утяжеляющую метку. Методом центрифугирования в градиенте плотности в лизатах таких клеток можно обнаружить частицы бактериофага, несущие одну из родительских цепей ДНК и совмещающие типы модификации, характерные для штамма К и для штамма В. Существенную роль в модификации ДНК играет метионин. Если индуцировать лизогенный по фагу Х и ауксотрофный по метионину штамм Е.
сой на среде без метионина и добавить эту аминокислоту лишь в конце латентного периода, то ДНК значительной части фатов оказывается немодифицированной. Выяснилось, что в ходе модификации донором метнльных групп служит $-аденозилметионин. При изучении очищенных зндонуклеаз рестрикции, или рестриктаз, Е. сой К н бактериофага Р1 выяснилосы что они переносят метильные группы с В-аденозилметионина на немодифицированную ДНК, после чего она становится устойчивой к рестрикции.
Таким образом, по крайней мере в некоторых случаях, функции рестрикции и модификации совмещены в одном ферменте. Структура многих сайтов рестрикции — модификации в настоящее время рас)пифрована. Эти сайты представлены короткими Уаолняв Р.2. Послеаовательностн ДНК, узнаваемые некозорымн рестрнктнруннннмн знаонуклеазамн (по Р. Ауа)а, д К)вег., 1980) т Основвння, нолнфнкнруеные нетнларованнен. Маленькннн стрелкамн показаны разрезы, напоенные зндонуклеазой.
Длинная вертикальная стрелка — ось снмметрнн. Рн -- пурин, Ру — пнрнмнлнн. нуклеотидными последовательностями, характерная черта которых — их симметричность (см. табл. 9.2). Система рестрикции— модификации — зто своеобразный барьер, охраняющий клетку от включения в ее генетический материал чужеродных молекул ДНК.
Возникновение мутантов, лишенных способности к рестрикции, открывает дополнительные возможности для изменчивости за счет ассимиляции клеткой чужеродной генетической информации. Кроме того, некоторые рестриктазы (например, Есо В 1) могут осуществлять сайт-специфическую рекомбинацию плазмид в клетках Е. со)й Успехи генетического анализа у микроорганизмов, особенно у бактерий и бактериофагов, сыграли революционизирующую роль в методах изучения структуры и функций генетического материала. Организация геномов бактерий и пути, ведущие к их рекомбинации, оказались, на первый взгляд, совершенно отличными от того, к чему привыкли генетики, работавшие с эукариотами.
У бактерий были открыты дополнительные (к хромосоме) генетические элементы: плазмиды и эписомы. Некоторые эписомы существуют в свободной форме. Это бактериофаги, вся структура которых приспособлена к переносу генома между клетками. Другие плазмиды способны только к репликации в бактериальной клетке. Между этими крайними формами есть промежуточнрге варианты. Само существование таких дополнительных элементов генома поставило вопрос о возможности их использования для переноса генетического материала и не только между клетками бактерий. Применение методологии генетики бактерий к изучению эукариот (клонирование клеток, применение трансформации, использование рестриктирующих эндонуклеаз и т.
д.) стало основой нового синтетического направления в биологии — генетической инженерии„о которой подробнее сказано в гл. 11. Вопросы к главе 9 1. Почему ори конъюгации бактерий требуется разное время для образования рекомбинантов по разным маркерам? 2. Частота котрансфорьмцин по устойчивости к стрептомицину и пенициллину приблизительно рвана произведению частот трвнсформацнн по каждому из этих маркеров. Частота котрансформацин по устойчивости к стрептомицнну и по способности сбраживать маннит превосходит в 17 раз произведение частот транс4юрмвции по каждому из этих маркеров. Как объяснить эти фактыт 3.
Какие типы трансдукции вам известны? 4. Может ли клетка Р превратиться в клетку Р? Н(г? Каким образом? 5. Почему генетическая карта Е. сой имеет кольцевую форму? б. Почему генетическая карта бактерно4мга Та имеет кольцевую 4юрму? 7. Что такое мерозигота? Что такое гетерогенота? И. Можно ли исследовать комплемснтарное взаимодействие генов у бактерий? Если да, то каким образомт 9. Возможна ли транслукция при помощи литичсского бактериофага? 1О. Чем и почему генетические карты различных щтаммов Н)г Е. сов отличанеся друг от друга7 11. Что такое эндонуклеазы рестрикции? !2. В чем сходны и чем отличаются явления трансформации и трансдукцин? 224 Глава 10 Нехромосомное наследование Со времени переоткрытия законов Менделя генетика неоднократно сталкивалась с их «нарушениями»: появлением различных результатов в реципрокных скрещиваниях, расщеплениями в первом гибридном поколении, нарушением свободного комбинирования генов (см.
гл. 5). Даже правило чистоты гамет, которое У. Бэтсон сформулировал как основу представлений о генетической дискретности, оказалось неабсолютным (см. гл. 7). Тем не менее анализ всех этих исключений служил развитию основной тенденции — развитию ядерной, а затем хромосомной теории наследственности. Многочисленные эксперименты, доказывавшие исключительную роль ядра и хромосом в наследственности, начиная с Т. Бовери (см. гл. 1), казалось, не оставляли места для иных детерминант наследственных признаков. Тем не менее представления о генах вне хромосом в конце концов получили фактическое обоснование и развились в самостоятельный раздел генетики, исследующий нехромосомное наследование и так называемое цнтоплазматическое наследование.
10.1. Генетика хлоро~ластов Любители комнатного цветоводства хорошо знают декоративные лестролисгиые формы аукубы, герани, плюща, хлорофитума, традесканции н других растений. У них зеленые листья испещрены белыми или желтыми пятнами, полосами — участками тканей, не содержащих пластид илн имеющих дефектные пластиды, лишенные хлорофилла (рнс. 10.1). Такие же формы встречаются в природе н у культурных растений: львиного зева, ночной красавицы, примулы, кукурузы и др.
Наследование пестролистности в начале столетия изучали К. Корренс (1908) у ночной красавицы (М(гаЫ!5 )а)ара) и Э. Баур (1909) у герани (Ре!агдотит гола1е), Наиболее характерный пример,— наследование пестролистности у ночной красавицы. Пестролистные формы этого растения образуют целые побеги, лишенные хлорофилла. Если в качестве материнской формы взять цветки бесхлорофилльного побега и опылить их пыльцой зеленого растения, то в Р! появятся только бесхлорофилльные формы, которые вскоре погибают, так как не способны к фотосинтезу.
При реципрокном скрещивании в Р~ все растения оказываются нормальными — зелеными. При опылении цветков пестролистного побега пыльцой зе- 225 8 — $385 — ! леной формы в р~ образуются бесхлорофилльные, пестролистные и зеленые растения. При реципрокном скрещивании — только зеленые. Это пример так называемого материнского типа наследования. Для него характерно контрастное различие между результатами реципрокных скрещиваний, Сходные различия в реципрокных комбинациях наблюдаются при скрещивании зеленых и пестролистных форм и у других растений, например у кипрея (Ер11оЬ)игп).
В последнем случае если материнская форма зеленая, а отцовская пестролистная, то в р, подавляющее большинство гибридов зеленые, но изредка (с частотой около 1 на 1000) встречаются и пестролистные формы. Бывают и иные различия при реципрокных скрещиваниях, например, у герани: если цветки пестролистного растении опыляют пыльцой зеленого, то до 30 % гибридов будут пестролистными, а 70 % — зелеными. При реципрокном скрещивании 70 % гибридов оказываются пестролистными, а 30% — зелеными.
Это пример ниследования по отцовскому типу. Как известно (см. гл. 8), реципрокные скрещивания у растений различаются количеством цитоплазмы, привносимым в зиготу яйце- клеткой и спермием. При этом пластиды передаются только от материнской формы, как в случае ночной красавицы, или изредка от отцовской формы, как у кипрея, могут передаваться от обоих родителей или, наконец, преимущественно от отцовской формы, как у герани. Этим и объясняются различия результатов при рецйпрокных скрещиваниях. Пластиды — самовоспроизводящиеся органеллы клетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
