С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 55
Текст из файла (страница 55)
12.8. Скема закладки самоопыляющихся линий для учета рецессианых мутаций у раст~ний (по В.Г.Смирнову и С.П.Соснихнной, !98!). А — автофертнльных; Б — аатостерильных с использованием автофертильных форм. Цветные кружки — мутантные растения 307 ое оо8 оое оо Семьирт ооооо (по 60 растеннй1О о О о о о о оо ое ооо ООООО ооооо ооооо ООООО ооооо ООООО ооооо еоое о о ой оо е ое ое ое ооо оое ое ООООО Учет рецессивных мутаций у высших растений удобнее всего проводить на самофертильных (см.
гл. 8) формах, к которым относятся прежде всего самоопыляющиеся виды. У них после обработки мутагенамн семян нли пыльцы закладывают индивидуальные линии и в 1«(так называют второе поколение, полученное от самоопыления) изучают потомство согласно схеме рис. 12.8, А. Мутации у самосовместимых видов растений изучены лучше, чем у самонесовместимых форм, размножающихся перекрестным опылением.
В последнем случае закладке индивидуальных (самоопыляющихся) линий должен предшествовать этап скрещивания с самофертильными мутантными формами, которые получены у ряда перекрестно опыляющихся растений. Этот принцип впервые был применен В. Г. Смирновым и С. П. Соснихиной для анализа наследственной изменчивости в популяциях ржи (рис. 12.8, Б).
!2.5. Причины генных мутаций До сих пор говорилось о мутациях в широком смысле слова. Например, рецессивные сцепленные с полом летальные мутации могут быть генными, но чаще всего — различными хромосомными аберрациями. Для детального изучения механизмов муташ«онного процесса мутации необходимо классифицировать по характеру изменения генетического материала (см. с. 293).
Рассмотрим подробнее генные мутации и причины их возникновения. Основное внимание при изучении генных мутаций уделяют изменениям чередования пар нуклеотидов в ДНК и прежде всего изменениям, затрагивающим отдельные пары нуклеотидов, которые составляют класс тонковых или точечных мутаций. Более крупные изменения генетического материала будут рассмотрены в следующих двух главах. Точковые мутации представляют собой изменения пар нуклеотидов ДНК <или нуклеотида РНК). Далее этот класс мутаций подразделяется на следующие группы: а) транзиции — такие замены пар нуклеотидов (АТ - ОС), которые не изменяют ориентации: пурин — пирнмидин в пределах пары (рис. 12.9, А); б) трансверсии — замены пар нуклеотидов (АТ: Сб, АТ— — ТА, ОС СО), изменяющие ориентацию (рис.
12.9, Б);- в) вставка лишней пары нуклеотидов„ г) выпадение пары нуклеотидов. В соответствии с физиологической теорией мутационного процесса мутации следует рассматривать как побочные продукты нормальных процессов клеточной физиологии. В последнее время получила распространение концепция Р. фон Борстела, согласно которой мутации возникают в результате «ошибок трех Р«к репликации, репарации и рекомбинации. Такие ошибки проис- дт Ат ос тв со Рнс. 12.9.
точковые нутацнн. А — трвнтнцнн; я — трансверснн ходят спонтанно и под влиянием мутагенов. В связи с этим вполне понятно, что решающую роль в понимании механизмов мутагенеза сыграло изучение энзимологии репликации, репарации, рекомбинации и их генетического контроля. Оказалось, что многие гены, контролирующие эти процессы, одновременно контролируют частоту спонтанного и индуцированного мутационного процесса. Репликация и мутационный процесс.
По Дж. Уотсону и Ф. Крику, одна из причин мутаций — возможность существовании оснований ДНК в нескольких гаутомериых формах. Если аденин находится в обычной аминной форме, он спаривается с тимином. Будучи в редкой иминоформе, аденин образует пары с цитозином. Этот таутомерный переход аденина при последующей репликации может обеспечивать транзиции АТ- ОС. Редкий енольный таутомер тимина способен образовать пару с гуанином и это также приведет к замене пары нуклеотидов. В дальнейшем расчеты пока- з айву р мчс,нев,т,дб вт: рой нео но "-ия между "отдельцылй..нуклеоти- мй в компл ы епях „ДИК.
Прямым указанием на участие процесса репликации в мутагенезе было открытие мутагенного эффекта аналогов оснований ДНК: 5-бромураиила и 2-амииолурина, вызывающих мутации у бактериофагов и бактерий. 5-бромурацил включается в ДНК вместо тимина и образует пары с аденином (рис. 12.10, А). При этом возмолсно ошибочное спаривание с гуанином (рис.
12.10, Б) при репликации ДНК, уже включившей 5-бромурацил (осиибка релликаиии), а возможна ошибка при Включении аналога в ДНК (счиибка включении), В первом случае в результате ошибки репликации происходят транзиции АТ вЂ” ОС, а во втором — в результате ошибки включения — транзнции ОС -н АТ (рис. 12.10, Б, Г) . Аналогичны ошибки включения и ошибки репликации и при действии другого аналога оснований — 2-аминопурина (рис. 12.11). Необходима репликация и для мутаций, индуцированных азотистой кислотой, дезаминирующей аденин, цитозин и гуанин. Взаимодействие азотистой кислоты с первыми двумя основаниями приводит соответственно к транзициям АТ вЂ” ОС и ОС вЂ” АТ.
Про- 309 б-брв рвц ш УВП1 Кирриьвкивя квквфвр ~к) Алв ии кк~ ,Вк /а с ,, с) э.(р .(Ьк (с, Д ~® 1 увиив КО ) б-брвиурвцив каок Крквквк вив кьим фврикК Г ,ябр)т Р (т чь )во .о ~'.~.э Пэб ,ВЦ (ссй(о чь ~в)' )с ч„ Ошибки рвивиквцив Ошибки вквюввии» Рнс. !2.10. Механизм мутауенноуо действия 5- бромурацнла (по Г. Степту, 1974, с дополненнямн). А — спаривание 5-бромурацнла (ВС) с адрианом н Б — с руаннном (вннзу — два меканнзма ннлукцнн транзнцнй); В -- ошибка реплнкацнн, состоящая в том, чта ВС включается прн реплнкацнн (!) на место Т, а затем спарнвается, находясь в редкой спальной форме, с С (2); в третьем цнкле реплнкацнн (5) С нормально спврнвается с С, я такнм образом завершается перекад А'Г .
СС. à — ошнбка включення, состоящая в том, что ВС в редкой спальной форме спарнввется с С(1), а затем в абмчной кетоформе спарнвается с А (2); в третьем цикле реплнкацнн (5) А нормально спаривается с Т, н таким образам завершается переход СС АТ дукт дезаминирования гуанина — ксапгин образует пары так же, как гуанин с цитозином, поэтому мутации не возникают (рис. 12.12). Азотистая кислота— высокоэффективный мутаген для вирусов, бактерий и эукариот. Спонтанная мутабильность повышается в результате мутационного изменения генов, контролирующих репликацию ДНК. Так, Дж.
Спейер в 1965 г. обнаружил, что некоторые мутанты по гену 43 бактериофага Т4 отличаются повышенной частотой возникновения спонтанных мутаций в других генах бактериофага. В частности, некоторые мутанты по гену гП, контролирующему скорость лизиса бактерии, ревертировали к дикому типу гП вЂ” г" в 2000 раз чаще, чем обычно. Таким образом, зта мутантная аллель гена 43 обладала свойствами мутатора. Ген 43 фага Т4 контролирует репликативную ДНК-полимеразу, которая обладает двумя активностями: 5- 3'-полимеразной и 3'. 51 экзонукдеазной. Последняя выполняет функции коррекции (см. гл.
б) при репликации ДНК. постыл. У этих мутантов ействием 2-аминопурина. а 43 обладала свойствами ЗЮ Были обнаружены и мутанты фага Т4 (по сравнению со спонтанной) мутабиль также был понижен мутагенез под д Следовательно, эта мутантная аллель ген по гену 43 со сниженной (й3 2 аминопурнн !АР) николин (Са 2-аминопурин (Ар! тимин (Г) Г Б ти~ Рт~, П й'-' (С,Л)О-+ с'~ О "в(С. р Ч'В~т АР проявляют и аллели других генов, конткк гены, кодирующие ДНК-лигазу, ДНК- гие белки комплекса реплисомы (см. гл. 6). мутаций от состоянии ДНК-полимеразы аниме о мутаторной активности аллелей 311 антимутитори. Поскольку антимутаторная по- д лимераза в экспериментах !и Нто подавляла мутагенез, индуцированный 2-аминопурином, были проведены эксперименты гп тцго с использованием этого аналога оснований в качестве субстрата в ДНК-полнмеразной реакции. Оказалось, что антимутаторная ДНК- Б полимераза включает меньше 2-аминопурина в ДНК, чем полимераза дикого типа нли мутаторная полимераза.
Исследования нескольких мутантов показали, что отношение полимеразной к экзонуклеазной активности, как правило, уменьшается в ряду мутатор л дикий тия = антимутатор. Эти результаты согласуются с тем, что 3'- 5-экзонуклеазная активность, обнаруженная у всех ДНК-полимераз (см. гл. 6), выполняет функцию коррекции, отшепляя ошибочно включенные в ДНК основании. Таким образом, частота ошибок рспликации зависит от соотноошения полнмвразной и экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы. Мутаторную и антимутаторнук) активность ролирующих репликаци связываю(цие белки и дру Зависимость частоты подтверждают также д Ошибка рыли анни Ошибка ««лм ~анин Рис.
12.11. Механизм мутагеиного действия 2- вминопурина (по Г. Стенту, 1974, с дополнениями). Спаривание 2-аминопурина с дигозином (А) и тимином (Б). Внизу — два мехаинзМа ипдукцни транзиций. Б — ошибка репликацин, состоящая в том, что АР нключается при репликации (1) иа место А, а затем спаривается с С(2); и третьем цикле репликации (3) С нормально спаривается с П, и таким образом завершается переход АТ ПС. à — ошибка включения„состояшая в том, что АР спаривается с С (1), а затем р . р ст(г)(в р ° ц репликации Т спаривается с А, и таким образом завершается переход СС АТ Нк )1 Нз)У А Нз С А~1' 11 с б- (~~ т А ц«(с) Гипоксзнзк (Нк) Аленин (А) с о уса С О'(А / о ко Уьмзкл (Н) Питезин (С) Аленки (А) Х х ~с !! )к, а хус ко Щ- 11( с с о с Гуаннн (О) Ксзктнн(Х) Ннгознк (С) Рис.
12.12. Схема возникновения транзнций в результате окислительного дезаминнрования оснований ДНК азотистой кислотой (по Дж. Уотсону, 1973, с дополнениями из Г.Стенги, 1974). А — аленин дезаминируется до гипоксантина, котормй спаривается с цитозином) Б — цитозин дезаминируется до урацила, который спариваехся с аденииом; В— (танин дезвминируется до ксантина, которым продолжает, как и гуаиин, спаринатьсв с цитозииом. Таким обрезом, дезвмннирзввнне гуанннк не влечет зв спбеи мутаций.
Справа — последе. нательные стадии сзмрнванил оснований прн репликацнвл Днк. обработанной азотистой кислотой 312 гена (2па Е, контролирующего ДНК-полимеразу 1П у Е. сей, а также обнаружение мутагенной ДНК-полимеразы в клетках человека, больного лейкемией. Изучение мутационного процесса в связи с репликацией ДНК позволило выявить некоторые высокоэффективные мутагеиы, действующие непосредственно в репликативной вилке. К их числу относится )ь)-метил-(к)-нитро-(х(-нитрозогуанидин (МННГ), который взаимодействует с одноцепочечными участками в вилке репликации или действует непосредственно на ферменты реплисомы. Репарация и мутациониый процесс.
Мутации некоторых генов, ответственных за репарацию у Е. соП, бактериофага Т4, дрожжей, а также в клетках высших эукариот, проявляют мутаторный или антимутаторный эффект, подобно мутациям в генах, ответственных за репликативный комплекс. Наиболее подробно участие процессов репарации в возникновении мутаций исследовано у бактерии Е. сой. Показано, что мутация в гене игг Е, контролирующем ликвидацию однонитевых разрывов после ультрафиолетового (но не ионизирующего) облучения, повышает спонтанное возникновение транзиций АТ- ОС вЂ” в 350 — 400 раз, а транзиций ОС -АТ в 150 — 200 раз. Она повышает также частоту мутаций, индуцированных ультрафиолетовым светом и иегилметансульфонатохс Изучение генетического контроля репарации (а также рекомбинации) позволило доказать участие некоторых нормальных процессов, происходящих в клетке, в превращении нредмутационных изменений ДНК в мутации.
В частности, оказалось, что процесс становления мутаций может быть генетически блокирован так же, как любой другой физиологический процесс. Так, изменение генов 1ех А или гес А ведет к частичному или полному подавлению мутационного процесса под действием ультрафиолетового света, ионизирующих излучений и некоторых химических мутагенов. Э. Виткин обратила внимание на связь нескольких явлений, для которых общей причиной служит облучение клеток ультрафиолетовым светом: 1) индукция профага ).; 2) повышение выживаемости облученного бактериофага х при заражении им предварительно облученных клеток Е. сой по сравнению с выживаемостью в необлученных клетках — так называемая ))г-реактивация, открытая Дж.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
