С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Если обозначить цитоплазматический фактор стерильности как Су~( и нормальную цнтоплазму как Су(, а домннантную ядерную аллель — восстановитель фертильности как )г) (рецессив — г)), то признак цитоплазматической мужской стерильности разовьется только у растений г(г(Суг, в то время как Я)п)Суг, Я)г)Су~, ЯЯ(Су(в, Я~г)Су(н, г(г)Суг' будут фертильными. Это явление — восстановление фертильности пыльцы — широко используется на практике для получения гегерозисных двойных межлинейных гибридов кукурузы (рис. 10.5).
Для этого рядом высевают по две линии кукурузы со стерильной и фертильной пьиьцой. Это обеспечивает только перекрестное опыление, что очень существенно, поскольку кукуруза самосовместима при опылении (см. гл. 8). Линии по генам )11' подбирают таким образом, что при одном скрещивании гибриды имеют стерильную, а при другом — фертильную пыльцу. При высеве этих гибридов на следующий год таким же образом получают двойные гибриды.
При этом в половине случаев опыление дает фертильные по пыльце растения, как и следует при анализирующем скрещивании (рис. 10.5). Этот прием экономически очень выгодный, поскольку позволяет избежать кастрации — обламывания метелок у кукурузы, что требует большой затраты труда. Широкое распространение техасского типа стерильности имело и негативные последствия, поскольку растения с такой цитоплазмой оказались восприимчивыми к грибковым заболеваниям — гельминтоспориозу листьев, возбудителем которого является Ие(лин(овраг(игп атвуд)з, уничтоживший в 1970 г. более половины урожая кукурузы в южных районах США.
Токсин, выделяемый этим плесневым грибом, разрушает внутренние мембраны митохондрий у линий кукурузы с техасским типом мужской стерильности. Это заставило искать другие типы ЦМС у кукурузы, чтобы использовать их в селекции вместо техасского типа. Связь чувствительности к гельминтоспориозу с митохондриями, по-видимому, оказаласЫ не случайной. Митохондрии, как и х~юропласты, имеют собственную ДНК. В митохондриях Су(' отсутству- 234 Растения с мужской стерильностью Растения с фертнльной пыльцой Растения с мужской стерильностью Рис.
!0.4. Наслелпваиие мужской стерильности у кукурузм по материн- ской линии (из Джиикса, 1рбб) а т Вз Фз оо йа ь с н '„о Вя СГ О к с к с 5 и с о к Б о О о х Сут — Сут ту (стерильные( — Су( т( 5 н (стерильные( — Сут ву. х т( (фертилытые( естли,ньте( ву — Сут лу (фертильные( л(-, 5 сут (стерильные( двсо ВУ 5 тг — Сут и — Сутв тт т( (фьтттирьттит( (стерильные( рис ! 05 по 3 нне д иных юбрмдон у кукурузы (из р сзд ер (975) ет участок длиной около !0 000 и. нн присутствующий в митохон- дриях Сути.
Этот Фрагмент обнаруживает гомологню с ДНК хло- ро пласта. 10.3. Генетика митохондрий Митохондрии обеспечивают дыхание клеток растений, животных и эукариотических микроорганизмов. Подобно хлоропластам, это самовоспроизводящиеся полуавтономные органеллы клетки, содержащие кольцевые молекулы ДНК (рис. (0ьб) с различной контурной длиной.
ДНК митохондрий по нуклеотидному составу и вследствие этого по плотности отличается от ДНК ядра (табл. 10.3). Митохондрии имеют собственный аппарат белкового синте- 236 Ф ~М =-' э .ф ~В'~ "~"Ф ~ ф,ф ~,Ф ~ 4~® ож ~о оО ~ж й а $ й Ф ~ гй' и ~ д~ 2 г. а2 о вй 9о Ф6- . <~ ,Я ~ о ОО и жг 4~- *~ с *М Й ~ о ф й.
х о ж В $ ~О й ~ В. Й %! ,"6 Я у о Б В о й ~ й . м~ О еЖ ~ О, Таблица 70.3. ДНК митохондрий микроорганизмов, растительных и животных клеток (по Р. Сзджер, 1976) дрожжи — 3ассИ. сегештае йростейшн е: Те!гадутела Ее!хатата леоне!!! Тг!ролояота стих! Слизевнк РИуяагит ро!усеряа!ит Жкивотны: Лягушка — Яапа р(ргеля Карп — Суд~!лия сагро Куриный змбрнои Голубь — Са!итаа Ита Утка — Алая Ыотеябса Морская свинка — Саша рогседия Печень мыши Печень быка Человек (лейкемические лейкоииты) Водоросли: Сшогеда Еиу!ела Высшие растения: Репа — Вгаяя!са гара Лук — А!!!ит сера 1,698 1,684 — 1,686 1,699 1,699 1,686 1,686- — 1,692 1,721 1,710 1,700 1,702 1,703 1,707 1,707 1,711 1,702 1,701 1,703 1,702 1,697 1,701 1,700 1,700 1,700 1,701 1,703 1,6% 1,706 1,7! 2 1,690 1,717 1,707 1,706 1,706 1,692 1,698 за, отличающийся от цитоплазматического и близкий к аппарату белкового синтеза прокариот (см.
гл. 15), Многоклеточные эукариоты неудобны для изучения генетики митохондрий, поскольку их клетки — облигатные аэробы, которые не могут существовать при нарушении основной функции митохондрий — дыхания. В то же время дрожжи-сахаромицеты являются факультативными аэробами. При подавлении дыхания они могут существовать за счет брожения, используя для этого глюкозу и некоторые другие сахара в качестве источников углерода. На неферментируемых источниках углерода, например, на этаноле, глицерине, лактате кальция и дрч в отсутствие дыхания дрожжи не растут.
Первые сведения о признаках, контролируемых мнтохондриями, были получены у дрожжей 5ассйагол!усея сеген!а!ае в конце 40-х годов в лаборатории Б. Эфрусси. Жизненный цикл дрожжейсахаромицетов представлен на рис. 8.9. У этих грибов известны мутантные формы, образующие на глюкозе мелкие колонии, так называемые Ре!!!е-мутанты, фенотип которых обозначают Рер в отличие от дикого типа Регг.
Мутанты Ре! — не растут на неферментируемых источниках углерода, поскольку не способны к дыханию. Скрещивая гаплоидные клетки Ре! Х Реут, можно получить гибриды дикого тип», спосойные к дыханию. Тетрадный анализ 238 А Ре1 Ре1 Б Ре1 б ! Ре1 2Ре1+: 2Ре1 4Ре1+: ОРе1 Рис, 10.7. Тетрадный анализ еиоеобноетн к дыханию у гибридов межлу ганлондами дикого тина и А — генеративными (ядерными) и Б — вегетатнвнмми (неядерными) Ре! -мутантами 239 таких гибридов (рис. 10.7) показывает, что признак Рг( от независимо полученных мутантов наследуется по-разному.
Одни гибриды показывают нормальное расщепление (2Ре(':2Ре( ), а другие не обнаруживают расщепления в тетрадах (4ре(":О Рег ). Очевидно, в первом случае неспособность к дыханию определяется хромосомной мутацией, а во втором — нехромосомной, по-видимому, цитоплазматической. Эти два типа мутантов Рег- были названы соответственно ггггерагивными и вегетативнылеи.
Яехромосомную природу вегетативных Ре( -мутантов подтвердили и многократные возвратные скрещивания сегрегантов Ре( с родителем РеГ'. Во всех случаях признак Ре( в тетрадах не проявлялся (рис. 10.7, Б), в то время как по ядерным маркерам, введенным в скрещивание, наблюдали регулярное расщепление 2: 2. При скрещивании вегетативных и генеративных мутантов Рег- образуются гибриды Рег", в тетрадах которых происходит расщепление 2Рег~:2Рег . Вегетативные Рег -мутанты возникают спонтанно. Иногда они составляют до 1'4 культуры. Их появление стимулируют высокая температура, акрифлавин, бромистый этидий в одинаковой степени у гаплоидов и диплоидов. При пересевах эти мутанты никогда не ревертируют к фенотипу Ре1' в отличие от генератианых Рег.
Указанные воздействия не индуцируют генеративных мутантов Ре1 . Все это заставило предположить, что вегетативные Рег результат потери некоего детерминанта, находящегося в цитоплазме. Подозрение падало на митохондрии. Открытие митохондриальной ДНК (мтДНК) позволило проверить это предположение. Сравнение мтДНК из штаммов дикого типа и из вегетативных мутантов РеГ показало, что последние несут делеции мтДНК различной протяженности вплоть до полной ее утраты. В дальнейшем в качестве генотипического символа обозначение рег сохранили только для рецессивных аллелей ядерных генов, которых теперь известно более 20.
Митохондриальные мутации стали обозначать !гло ( р )). Позже мтДНК дрожжей была маркирована мутациями устойчивости к ряду антибиотиков (эритромицин, хлорамфеникол), подавляющих синтез белка у бактерий, а также устойчивости к агентам, подавляющим дыхание (олигомицин). При генетическом анализе признаков, контролируемых мтДНК, обнаружился ряд особенностей поведения митохондриальных генов.
При спаривании гаплоидных клеток, различающихся по аллелям какого-либо митохондриального гена, образуется популяция диплоидов, состоящая из клеток, получивших ту или другую аллель, причем в соотношении, характерном для скрещиваемых штаммов. Процент диплоидов, получивших определенную аллель, обозначают как частоту трансмиссии данной аллели. При исследовании рекомбинации митохондриальных геномов нужно учитывать, что в зиготе создается популяция молекул мтДНК, вступающих в многократные спаривания и обмены, аналогично тому, что известно о рекомбинации ДНК бактериофагов (гл. 9).
При первых делениях зиготы эта популяция довольно быстро расщепляется„так что диплоидные вегетативные клетки содержат только один тип молекул мтДНК: один из родительских или рекомбинантный. При этом для некоторых маркеров наблюдается явление полярности рекомбинации, выражающееся в том, что нарушается равенство реципрокных рекомбинантных классов. Явления разной трансмиссии и полярности рекомбинации маркеров осложняют количественную оценку частоты рекомбинации и картирование генов.
Эффективным способом построения генетической карты митохондрий оказался метод, основанный на использовании гйо-мутаций, представляющих собой делеции. При этом исследуют частоту совместной потери или сохранения исследуе- эю Рис. !ОМ.
Карта митохондрналвной группы сцепленмя засей. сегеынае. Цифры внешнего круга маркируют участки обшей шкалы в !ОО единиц, которая соответствует 75ООО н. н. Значения генетических счмволов см. е табл. 40,4 мых маркеров у независимо полученных мутантов г)уо . Таким способом определяют чередование маркеров на карте. Кроме того, существуют наборы штаммов дрожжей гйо" с физически охарактеризованными делециями мтДНК. Исследуемую мутацию и делецию объединяют при скрещивании и проверяют, возникают ли по исследуемому гену рекомбинанты дикого типа в постзиготических митозах. Отсутствие рекомбинантов означает, что делецня захватывает изучаемый ген.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
