С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Уэйглом; 3) блокирование клеточных делений у некоторых мутантов Е. со11, в результате чего клетки приобретают нитевидную форму; 4) повышение частоты рекомбинации; 5) повышение частоты мутаций. Оказалось, что Вг-реактивация бактериофага сопровождается повышением его мутабильности. Кроме того, явление Ь"-реактивации так же зависит от дозы ультрафиолетового света, как и индукции профага ).. Для осуществления обоих процессов требуется нормальное состояние генов гес А' и 1ех А . У мутантов гес А и 1ехА они подавлены„как и образование нитей, не говоря уже о мутагенезе, индуцированном ультрафиолетовым светом.
Параллелизм в проявлении индукции профага и ))г-реактивации (сопровождаемой повышением мутабильности) указывает на существование индуцируемой системы репарации, которая в связи с этим получила наименование 5О5-репарации, т.е. репарации, включаемой для спасения. (Подробнее о системах регуляции действии генов см. гл. 17.) Индуцибельная система репарации действует по механизму пострепликативной репарации.
На зто указывает ее зависимость от гена гесА (см. гл. б). БОБ-репарация включается в тех случаях, когда «безошибочная» дорепликативная система репарации не справляется с устранением повреждений или когда она блокирована мутационным путем. Для индукции системы 5ОЯ-репарации требуется 30 — 60 димеров тимина на ге- ЗО ном Е. со!!. Сигналом индукции служит задержка репликации, которая при этом наблюдается. Связь повышенной спонтанной мутабильности с дефектами системы репарации у дрожжей-сахаромицетов была обнаружена в 19б8 г.
в лаборатории И. А. Захарова в СССР и в лаборатории Р. фон Борстела в США при изучении мутантов, чувствительных к действию излучений. Связь репарации и мутационного процесса показана для )Эгоэоря!!а те!плояизгег. Так, при действии кофеина на недокармливаемых мух наблюдается четкий антимутагенный эффект, судя по критерию спонтанных потерь Х-хромосомы. Известен мутатор ти у дрозофилы, в присутствии которого мухи проявляют повышенную чувствительность к рентгеновым лучам и метилметансульфонату.
Мутатор ти находится в непосредственной близости к мутации С(3) С, блокирующей мейотическую рекомбинацию. Рекомбинация и мутационный процесс. Связь между мутационным процессом и рекомбинацией следует из общности некоторых ферментативных этапов репликации, репарации и кроссингоаера. Кроме того, источником мутаций могут быть Ошибки рекомбинации, приводящие к появлению новых аллелей. Единство генетического контроля рекомбинации и мутационного процесса можно проиллюстрировать несколькими примерами: у дрожжей известны мутанты с повышенной частотой митотического кроссинговера, которые одновременно обнаруживают повышенную мутабильность и чувствительность к действию излучений.
Мутанты, проявляющие способность к повышенной частоте рекомбинации и одновременно проявляющие повышенную спонтанную мутабильность, получены у Е. со!Е На связь самого процесса рекомбинации с возникновением мутаций указывает корреляция обменов гомологичных участков хромосом с изменениями генов в непосредственной близости к ним. Так, у Вяс!Вих киЬШи трансформация сопровождается повышением мутабильности. Известно, что мутаген лрофлаеин (диаминоакридин) вызывает вставки и выпадения оснований у бактериофагов, но он практически не мутагенен для бактерий.
Тем не менее с его помощью удалось получить мутантов у Е. соб в процессе конъюгации. Такой результат согласуется с точкой зрения о мутагенном действии акридинов в процессе рекомбинации. Наиболее подробно охарактеризован мутагенный эффект рекомбинации у дрожжей. В начале бО-х годов К.
Маньи и Р. фон Борстел описали у биссй. сегегтае так называемый мейогический эффект, который заключается в том, что некоторые типы спонтанных мутаций возникают в мейозе чаще, чем в митозе. Это касалось появления и ревертирования мутаций-вставок или выпадений пар оснований. У другого вида дрожжей — ВсЫгохассйпгптусех роток У. Лош|ольа с сотрудниками среди 118 спонтанных мутантов по локусу ш)е 1, полученных в митозе, не нашли ни одного, ревертирующего под действием производного акридин-иприта — 1СВ-170, способного вызывать вставки и выпадения оснований, в то время как среди 59 мутантов, полученных в мейозе, 7 ревертировали под действием этого соединения.
Следовательно, в ходе мейотической рекомбинации могут происходить мутации вставки и выпадения оснований. Вклад рекомбинации в мутационный процесс не ограничивается только ее ошибками. Целый ряд мутаций может возникать в результате реципрокной рекомбинации, например хромосомные аберрации, а также некоторые другие, рассматриваемые в следующей главе. 12.6. Предмутационные изменения генетического материала Закономерности изменчивости изучены значительно хуже, чем закономерности наследственности. Мутационный процесс случаен. Это значит, что неизвестно, когда и в каком гене произойдет мутация, какой признак будет изменен, будет ли мутация полезной или вредной для организма.
Тем не менее, связывая мутационный процесс с системами регулируемой БОЯ-репарации, следует искать пути регулирования частоты мутаций. Еще в начале 20-х годов А. Стертевант, а затем Н. И. Шапиро, на основе исследований ху. гле1алояааег предложили рассматривать мутабильность как адаптивный признак вида. Действительно, зная о существовании генов-мутаторов и антимутаторов, повышающих и понижающих спонтанную частоту муипий, характерную для организмов дикого типа, следует принять, что частота мутаций в природе оптимизирована на каком-то определенном уровне. Так, Дж. Дрейк обратил внимание на то, что у различных микроорганизмов — бактерий, бактериофагов, грибов — общая частота спонтанного мутирования в пересчете на репликацию генома приблизительно одинакова — около 1 ",~ .
Поскольку величина генома у микроорганизмов варьирует более чем в 1000 раз, и средняя мутабильность в пересчете на пару нуклеотидов или на один ген среднего размера должна варьировать обратно пропорционально размеру генома, т. е. более чем в 1000 раз. Пока неизвестно, каким образом выравнивается частота мутаций в пересчете на гаплоидный геном и почему у диплоидных организмов эта величина, по некоторым данным, возрастает почти до 100 на геном за половое поколение.
Еще в конце 40-х — начале 50-х годов А. Новик и Л. Сциллард обнаружили, что при выращивании бактерий в хемостате частота мутаций пропорциональна продолжительности клеточной генерации, а не числу делений. Это означало, что мутации могут происходить не только при удвоении генов. Ф. Райан показал, что спонтанные мутации осуществляются в покоящихся клетках Е. со11, в которых не удается обнаружить синтез ДНК. Спонтанные мутации накапливаются при хранении сухих семян, в покоящихся спорах актиномицетов, в нереплицируюшихся частицах бактериофагов.
3,0 3!б Учитывая, что мутацнонное изменение гена — процесс, длящийся во времени, по-видимому, можно говорить о том, что в покоящихся спорах, семенах, бактериофагах происходят предмутационные изменения, которые реализуются при последующем синтезе ДНК. При этом следует иметь в виду, что синтез ДНК идет не только при воспроизведении генов, но и при репарации и рекомбинации.
Какова природа предмутационных, или потенциальных, изменений генетического материала и какова их дальнейшая судьба? Из материала этой главы становится очевидным, что лишь неоольшая часть повреждений генетического материала превращается затем в мутационные изменения. Большая часть их устраняется системами репарации. Один из спосойов выявления потенциальных изменений генов был предложен М. Е. Лобашевым. Это последовательное действие двух факторов — мутагенного, например рентгеновых лучей, и 3,5 немутагенного — по- вышенной температу,')' ры. М.
М. Тихомирова и К. В. Ватти применили этот подход к 1(1 исследованию мута- 2,5 ционного процесса у дрозофилы. Оказалось, что значительная доля потенциальных изменений, вы- 1,6 '" ыу зываемых рентгеновыми лучами, обычно устраняемых репарацией, может быть хй1 превращена в мута- О,Б ции при последующем действии повы- шенной температуры 0 (рис. 12.131. Это яв- К Т О О+Т К Т О О+Т ление получило наз/ 0 ванне эффе.ктн после- действия. Рис. )2.!3. Реализапии потенциальных поврелн(ений, из чение тей вызываемых рентгеновскими лучами у В. тле)лиаяаз(сг (К. В. Ввтти, 1Об); М. М. Тихоьптроиа, )070) СтаНОВЛЕНИИ МутаПоказаиа зависимость частоты рецессивиых, сцепленных ЦИОННОГО ИЗМЕНЕНИЯ с полом летальных мутаций от лацалиительвото лсйстеи» ИМЕЕТ рЕШаЮщЕЕ Зианавымеииой температуры.
! самки линии умгу у (ооциты); )! — самцы линии каитаи-с (спермата~онии), ценив для НОнимания К вЂ” ьоитроль (без вазаействил); Т вЂ” температура 57 'С МЕХОНИЗМОВ МУТО- е течеиие 8 ч; Π— Реипеиовсхие лУчи 0,250 Кл,'кт, т.с. цноннОП) П Оцс(,(.а (000 р (!) или 4 07 кл!кг, т. е. ! 500 р (и); О '- т цос» °- аакательиас лейстеие облучение и температуры Эти пути Зависят от действия различных агентов, например, аналоги азотистых оснований индуцируют мутации, по-видимому, «избегая» контроля со стороны систем репарации, а ультрафиолетовый свет, приводящий к локальным нарушениям структуры ДНК, запускает репарацию, склонную к ошибкам.
Отсюда по аналогии с путями метаболизма возникает концепция путей мутационного процесса, которые могут быть исследованы с применением методов их генетического блокирования, как явствует из материала этой главы. Разработка методов генной инженерии (см. гл. 11) позволила проводить мутагенез гп у!!го на выделенных индивидуальных генах, изменяя и заменяя участки ДНК по желанию экспериментатора. Такой подход — крупный шаг на пути к направленному изменению генетического материала, однако и он не избавляет от необходимости изучать закономерности мутационного процесса, происходящего в клетке и организме.
Вопросы к главе !2 1. Какие способы классификации мутаций вам известны? 2. Что такое траизицни7 Транса«рени? 3. Чем отличается наследование соматических мутаций от наследования генеративных мутаций7 4. Каковы функции щноя, мутации в которых приводят к повышению уровня спонтанной мутабильности? 5. В чем заключается физиологическая гипотеза мутвцнонного процесса, кем впервые она была высказана? б.
Какие типы генных мутаций могут ревертировать под действием 5-бромурацилв7 7. Какой иэ трех типов мутаций, происходящих у человеки, — аутосомная рецесснвная, аутосомнэя доминантная, сцепленная с палом рецессивная -- имеет наибольшие шансы проявиться я следующем поколенни7 Я. Какие типы !енных мутаций у бактернофага могут ревертироаать под действием диамнноакридина7 К дайте определения понятий «мутация., «мутант». 10. Какие известны методы учета мутаций; а) у дроэофилы, б) у высших расгений, в) у микроорганизмов7 11. Чем отличаются обратные мутации н реверсин? 12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
