С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Каждый из подходов в этих способах классификации отражает некоторую существенную сторону возникновения либо проявления мутаций у любых организмов: эукариот, прокариот и их вирусов. Существуют и более частные подходы к классификации мутаций: Д. По локализации в клетке: 1. Ядерные. 2. Цитоплазматические. В этом случае обычно подразумевают мутации неядерных генов. Б.
По отношению к возможности наследования: 1. Генеративные, происходящие в половых клетках, 2. Соматические, происходящие в соматических клетках. Очевидно, два последних способа классификации мутаций применимы только к эукариотам„а рассмотрение мутаций с точки 293 зрения их возникновения в соматических или половых клетках имеет отношение только к многоклеточным эукариотам. Наконец, очень часто мутации классифицируют по их фенотипическому проявлению, т. е. в зависимости от изменяющегося признака. Тогда рассматривают мутации летальные, морфологические, биохимические, поведенческие, устойчивости или чувствительности к повреждающим агентам и т. д. Возможно, это наиболее эклектичный способ' классификации, но им довольно часто пользуются в специальной литературе.
В общем виде можно сказать, что мутации — это наследуемые изменения генетического материала. Об их появлении судят по изменениям признаков. В первую очередь это относится к генным мутациям. Хромосомные и геномные мутации выражаются также в изменении характера наследования признаков (см. гл. 13 и 14), 12.3. Спонтанные и индуцированные мутации До 1925 — 1927 гг. генетики имели дело только со спонтанными мутациями. Различные попытки повысить частоту мутаций, в том числе и предпринятые Т. Х. Морганом, не приносили успеха. Создавалось впечатление, что мутационный процесс не зависит от окружающей среды. Это стимулировало автотенетические концепции, согласно которым эволюцию организмов связывали только с действием внутренних факторов.
Овладение методами индуцированного мутагенеза сыграло огромную роль в борьбе с такими тенденциями, а также расширило возможности генетического анализа. Впервые повышение частоты наследственной изменчивости под влиянием внешних агентов обнаружили в 1925 г. советские микробиологи Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов. Они наблюдали увеличение разнообразия наследственных форм — сальтантов, как они их назвали, после воздействия «лучами радия» на низшие грибы. В 1927 г. Г.
Меллер сообщил о действии рентгеновых лучей на мутационный процесс у дрозофилы и предложил ставший классическим количественный метод учета рецессивных летальных мутаций в Х-хромосоме у этого объекта. Почти одновременно Л. Стадлер (192В) описал влияние рентгеновых лучей на мутационный процесс у ячменя.
В том же году М. Н. Мейсель в лаборатории Г. А. Надсона получил мутации у дрожжей под действием химических соединений (хлороформ и др.). В 30-х годах открыт химический мутагенез у дрозофилы: сначала В. В. Сахаров (! 932) „а затем М. Е. Лобашев и Ф. А. Смирнов (1934) показали, что некоторые соединения (йод, уксусная кислота, аммиак) способны индуцировать рецессивные летали в Х-хромосоме. В 1939 г.
С. М. Гершензон открыл сильный мутагенный эффект экзогенной ДНК у дрозофилы. Мощные химические мутагены были открыты в 1946 г. И. А. Рапопортом (этиленимин) в СССР и Ш. Ауэрбах и Дж. Робсоном (азотистый иприт) в Англии. С тех пор в арсенал мутагенных факторов вошли разнообразные химические соединения: аналоги оснований, включающиеся непосредственно в ДНК, такие агенты, как азотистая кислота или гидроксилимин, модифицирующие основания, соединения, алкилирующие ДШ( (этилметансульфонаг, мегилметансульфонат и др.), соединения, интеркалирующие между основаниями ДНК (акридины и их производные), и многие другие.
Наряду с мутагенами были найдены вещества-антимутагены (см. гл. 21). Возможность изменять скорость мутационного процесса послужила решающим стимулом к выяснению причин спонтанных мутаций. Одна из первых попыток объяснить причины спонтанных мутаций сводилась к предположению о том, что в действительности их индуцирует естественный фон радиоактивности. Однако выяснилось, что таким путем можно объяснить возникновение лишь около 0,1 % всех спонтанных мутаций у дрозофилы.
Не подтвердилась и гипотеза о тепловом движении атомов как главной причине спонтанных мутаций. Были попытки объяснить спонтанные мутации результатом действия продуктов метаболизма клетки и организма. Современная точка зрения на причины спонтанных мутаций сформировалась в 60-х годах благодаря выяснению механизмов воспроизведения, репарации и рекомбинации генов и открытию ферментных систем, ответственных за эти процессы. Возникла тенденция объяснять та Р- ментов матричного синтеза )2НК,Сейчас эта гипотеза общеприз- ана.
ритягательность гийотезы заключается также в том, что она позволяет рассматривать и индуцированный мутационный процесс как результат вмешательства внешних факторов в нормальное воспроизведение носителей генетической информации, т. е. дает единое объяснение причин спонтанных и индуцированных мутаций. Большое влияние на развитие теории мутационного процесса оказало изучение его генетического контроля.
Были открыты гены, м тации кото ых ог т повышать или понижать частоту как спонтанных так и ин ци(5овайнйх мттацйи. Эти и )(ругие акты, которые удут рассмотрены далее, — убедительные аргументы в пользу существования общих причин индуцированного и спонтанного мутационного процесса. Первое объяснение механизма мутационных изменений (генных мутаций и хромосомных аберраций) было предложено в 1935 г, Н.
В. Тимофеевым-Ресовским, К. Циммером и М. Дельбрюком на основании анализа радиационного мутагенеза у высших организмов и прежде всего у дрозофилы. Мутация рассматривалась как оезультат мгновенной перестройки атомов в сложной молекуле гена. Причиной такой перестройки считалось непосредственное попадание в ген кванта или ионизирующей частицы (принцип попадания) или же случайные колебания атомов. Открытие в дальнейшем эффекта лоследейстаия ионизирующих излучений показало, что мутации возникают в результате процесса, 295 длящегося во времени, а не непосредственно в Момент продожждения кванта энергии или ионизирующей части!(ы через ген. Перспективы преодоления этих и других противоречий зарождающейся теории мутационного процесса были намечены в физиологической гипотезе мутационного процесса, высказанной в 1946 г. М. Е.
Лобашевым. Сущность гипотезы М. Е. Лобашева заключалась в том, что «благодаря способности клетки репарировать полученные повреждения становление мутации должно осуществляться в процессе обратимости повреждения, т.е. в процессе восстановления (репарации)»'. Это означало, что появлению мутации должно предшествовать предмутационное состояние или потенциальное изменение, которое может быть устранено (тождественная репарация) либо реализуется в виде мутации (нетождественная репарация).
Для доказательства существования таких предмутационных состояний М. Е. Лобашев, его ученики К. В. Ватти, М. М, Тихомирова и другие в опытах с дрозофилой, облученной рентгеновыми лучами, дополнительно воздействовали на нее высокой температурой, которая сама по себе мутаций практически не вызывала.
Мухи, подвергнутые такому комбинированному воздействию, обнаруживали более высокую мутабильность, чем после воздействия только рентгеновыми лучами. Несмотря на то что физиологическая гипотеза мутационного процесса была сформулирована на основе общепринятых в то время представлений о белках как носителях генетической информации, она оказалась справедливой и в отношении молекул ДНК. Действительно, многие повреждаю ие агенты пряяовятклокальной денатурации мдлекул К, а устранение этих нарушений стрбктуры (репарация) — к возникновению мутаций.
Связь щтацнй с процессами репарации в настоящее время доказана практически для всех исследованных объектов. Ныне физиологическая теория выросла из рамсэк гипгэтезы, символизируя современный период в изучении мутационного процесса. $2.4. Методы изучения мутаций Исследование мутационного процесса как часть генетического анализа ставит две связанные задачи: изучение механизмов сдонтанн!)Ггэ и индуцироваээногд.дэ(утйгенеза и получение мутантов л;эя маркиргэнания генетичесКОго материала или для получения полезйых форм организмов.
Частота мутационного процесса служит также критерием присутствия в окружающей среде генетически активных факторов (см. гл. 21). Основной метод изучения мутацнонного процесса — определение его частоты. При этом экспериментаторы следуют правилам, которые были сформулированы Н. В. Тимофеевым-Ресовским (1934): 1. Работа возможна только с генетически чистым материа- Лоеагиее М.
о. Физиояогическая (наранекротическая) гипотеза мутационээого нроцесса//Вести. ЛГУ. !947. На 8. С. )Π— 29. 298 лом, т. е. инбредными или чисгадти линиллии, гомозиготными по исследуемым генам. 2. Необходимо оперировать достаточно большими численностями как в контроле, так и в обработанном мутагенами материале. 3. Дли регистрации возникающих мутаций следует применять удобные генетические методы. 4. Анализировать л(обые полученные изменения, с тем чтобы установить наследственны ли они (цитоплазматические или ядерные, хромосомные или генные). 5.
Требуется знание способа действия мутагена на зародышевые клетки обработанного организма. Эти правила касаютси изучения индуцированного мутационного процесса, и его частоту обычно определяют, вычитая частоту мутаций, возникающих в контрольном варианте (без обработки), из частоты мутаций в опытном варианте (после обработки мутагеном). Рис. !2.2.
Метод отпечатков для обнарулсения мутантов у бактерий, устойчивык к фату ТП ! — получение отпечатка колоний на бархате. 2 -- перепечатка на среду с бахтернофасом; 3 — ннкубаонн етое щтеа, растущне колонии — «рас- име Учет мутаций у микроорганизмов. Такой эксперимент достаточно просто провести на гаплоидных микроорганизмах, у которых каждая клетка на плотной среде может образовать отдельную колонию, представляющую собой клон, и все эти клоны проверяют по интересующему признаку.
Если исследуют мутации, дающие селективное преимущество, то мутантов легко выявить методом отпечатков, или реплик, предложенным Э. и Дж. Ледерберг (рис. 12.2). Например, при изучении мутаций устойчивости Е. сой к бактериофагу Т1 (мутанты Топ') клетки бактерии высевают на агаризованную среду в чашки Петри таким образом, чтобы на них образовались отдельные колонии.
Затем при помощи бархатной печатки эти колонии перепечатывают на чашки с нанесенной суспензией частиц фага Т1. Большая часть клеток исходной (чувствительной) культуры (Топ") не будет образовывать колоний, поскольку их лизирует бактериофаг. Вырастут лишь отдельные мутантные колонии (Топ'), устойчивые к фату. Сравнивая частоту мутантов в контрольном и опытном (например, облучением ультрафиолетовым светом) вариантах, легко определить частоту индуцированных мутаций. Эксперимент можно выполнить проще: достаточно приготовить суспензию клеток Е. со(1, разлелить ее на две части, из которых одна контрольная, а другая обрабатывается мутагеном. Обе суспензии высевают на среду без бактериофага — для подсчета числа жизнеспособных клеток, образующих колонии, и на среду с бактериофагом — для учета числа устойчивых клеток (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
