С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Такое представление о гене было характерно для периода классической, или формальной, генетики. С тех пор произошла не только «материализация» гена, но сами гены — участки молекул ДНК вЂ” стали объектами н рабочими инструментами генной инженерии и биотехнологии. Расшифрована первичная структура тысяч генов, выяснены основные черты и разнсюбразие их строения у разных объектов.
Все зги сведения хранятся в компьютерных банках информации, используемых и пополняемых учеными всего мира. зто ',:15.1. Критерии аллелизыа Первая успешная попытка конкретизации представлений о гене принадлежит Т. Х. Моргану, который один из своих классических трудов назвал «Теория гена» (192б). Представления школы Т. Х.
Моргана о гене можно кратко резюмировать следующим образом. Гены находятся в хромосомах и представляют собой далее неделимые единицы мутации, рекомбинации и функции. Ген — это: 1) единица мутации, т. е. ген изменяется как целое; 2) единица рекомбинации, т.
е. кроссинговер никогда не наблюдали в пределах гена; 3) единица функции, т. е. все мутации одного гена нарушают одну и ту же генетическую функцию, что выражается в их не- комплементарности у особей )г~ при попарном скрещивании мутантов. Гены контролируют элементарные менделевские признаки.
Собственно в этих положениях и были предложены основные критерии аллелизма (рекомбинационный и функциональный), при помощи которых мутационные изменения относят к одному и тому же или к разным генам. Длительное время сопоставление этих критериев аллелизма и противоречия, возникающие между ними, были основными движущими силами в развитии теории Представления о гене всецело зависели от разрешающей способности генетического анализа, которая определяется возможностью (вероятностью) обнаружения редких событий— рекомбинаций между тесно сцепленными мутациями.
В свою очередь,' выявление таких событий зависит от численности потомства, которое можно исследовать при скрещиваниях. Очевидно, разрешающая способность генетического анализа резко повышается при использовании селективных методов, которые успешно применяются при работе с микроорганизмами и с культурами клеток высших организмов. Не следует забывать и о значении индуцированного мутагенеза в повышении разрешающей способности генетического анализа. Повышение частоты мутаций гарантирует возможность создания обширных генетических коллекций и тем самым увеличивает вероятность все более «плотного» маркирования хромосом. Только при этом возникает возможность и необходимость изучения рекомбинации и взаимодействия между тесно сцепленными участками генетического материала. Рекомбинационный критерий аллелизма гласил: если мутатации не рекомбинируют, то они аллельны, т.
е. затрагивают один н тот же ген. Функциональный критерий аллелизма основан на скрещивании мутантов (рис. 15.1) и выяснении, нарушают ли мутации одну и ту же функцию или разные функции. Функциональный критерий аллелизма применим только к рецессивным мутаци- 371 4 41 ат ат ат ! а~ Ат аг аг Аг ат ат Дикий тип (дигатероаигота) Мутант (гетероаппепьнап комбинации, ипи компаунд) Рис. 15Л. Функциональный критерий апделнзма. Л вЂ” мутации а разных генах; Б — мутации а одном гене.
Крестиками пеиетенм мутации ям. Согласно этому критерию если две мутации объединяются путем скрещивания в г( и не поврежденные мутациями участки генетического материала взаимодействуют комплементарно, т. е. образуется гибрид дикого типа, то мутации относят к разным функциональным единицам — разным генам. В этом случае имеет место классическая дигетерозигота.
Если же при объединении в г"( двух мутаций возникает гибрид мутантного фенотипа, это означает, что обе мутации повреждают одну и ту же функциональную единицу — один и тот же ген. В этом случае имеет место гетероаллельная комбинация, или компаунд. Рекомбинационный и функциональный критерии аллелизма совпадали в экспериментах школы Т. Х. Моргана, что вполне объясняется уровнем разрешающей способности генетического анализа того времени.
15.2. Противоречия критериев аллелизма Импульсом к дальнейшему развитию теории гена послужили противоречия, наблюдаемые при последовательном строгом применении критериев аллелизма в экспериментах школы А. С. Серебровского с дрозофилой в конце 20-х — начале 30-х годов. А. С. Серебровский и его молодые сотрудники доказали протяженность и сложную структуру гена в работах по исследованию так назывемого ступенчатого аллеломорфизма. Явление это было открыто при изучении покуса лс — ас (еси(е — ас)таеге2, который контролирует развитие щетинок у гг. гпе(апойаагег. Его мутации приводят к редукции щетинок, а также к некоторым дополнительным фенотипическим эффектам.
Разные мутантные вплели приводят к различающимся изменениям фенотипа. )о 5С 5С 5С ) уса Рнс. 15.2, Лннсйный план тена всн)е — асьаще 2). лЫалойгтьтсг Гпо Н. П. Дубинину, )97б). Слева ао вертнкалн — номера аллслсй. В квадратах †. условные нанменованнн щетпнок, редуцврусмых вследствне мутацнй. Псрекрыванне аллелей накатывает скодство в нх проввленнн порознь н в ком- паундах (см. текст). Вверху — лннейный плен гена Оказалось, что независимо возникшие мутации в локусе ус — ас, полученные гюд действием Х-лучей, вступают в сложные отношения аллелизма.
Две аллели могут иметь как сходство, так и различия в фенотипическом проявлении: в редукции определенных щетинок. При объединении независимо возникших мутантных аллелей в компаунде обычно редуцировались лишь те щетинки, которые были утрачены у обоих родителей. При графическом изображении взаимодействия нескольких пар аллеломорфов в компаундах получалось нечто вроде лестницы, ступенями которой служили отдельные аллели.
Это явление и получило наименование ступенчатого аллеломорфизма. На основе исследования ступенчатого аллеломорфизма удалось построить линейный план гена ус — ас (рис. 15.2). кроме того, н. и. Дубининым был сделан вывод о том, что ген ас — ас состоит из более мелких элементов— центров. Предполагалось, что в случае мутирования изменяется не весь ген, а лишь некоторые его центры. Механизм ступенчатого аллелизма до сих пор не расшифрован Тем не менее исследование в 1929 — 1933 гг. локуса зс — ас у О. те1апоеазтег, показавшее, что ген не является единицей мутации, было первым прорывом в область сложной структуры гена, которая определилась лишь к середине 50-х годов. С начала 40-х годов нашего века начали публиковаться работы по проблеме так называемого «лсеедоаллелизма»з В них развиваются представления о сложной структуре гена.
В работах К. Оливера, М. Грина, Е. Льюиса с 1У. те1апоеогГег были получены примеры ре1~омбййации мутаций, которые в соответствии с функциональным тестом должны были считаться аллельными. Это противоречие между рекомбинационным и функциональным критериями аллелизма и породило термин «псевдоаллели зм». Число примеров «псевдоаллелизма» (рекомбинации между мутациями, аллельными на основании функционального теста) быстро возрастало, особенно с развитием генетики микроорганизмов. Стало ясно, что «псевдоаллелизм» вЂ” правило, а не исключение.
Так, «противоречия» между рекомбинационным и функциональным критериями аллелизма послужили причиной первого кризиса теории гена, выход из которого стал возможен только благодаря тому, что сам ген стал объектом тщательного исследования. 15.3. Анализ тонкой структуры гена Огромный вклад в понимание структуры и функции гена внесли Дж. Бидл и Е.
Тэйтум, в начале 40-х годов впервые исследовавшие биохимические мутации у Ф. сгаиа. Эти исследования показали, что мутации ауксотрофности у нейроспоры прерывают цепи метаболизма на конкретных этапах. При атом аллельные мутации всегда затрагивали один и тот же этап биосинтеза. На основе своих результатов Дж. Бидл и Е. Тэйтум сформулировали принцип «один ееп — один фермент», означавший, что каждый ген контролирует синтез какого-либо фермента.
Этот принцип в готовом виде формулировал дальнейшую методологию исследования: необходимо изучать не только мутанты и соответствующие гены, ио и контролируемые ими белки-ферменты, Так родилось целое направление в генетике — разработка систем «ген —. фермент»; получение и изучение мутантов по одному или немногим генам, исследование мутантных белков.
Все это способствовало конкретизации предсгавлений о гене, ею структуре и функции. В конце 50-х — начале 60-х годов структуру гена изучали на основе рекомбинации аллельных мутаций у целого ряда объектов: эукариотических микроорганизмов, бактерий, бактериофагов, дрозофилы, мышей и высших растений. Венцом этого периода в раз- 374 ~' ' ° .'* ° ° (э в .и ° в и« мв уаолола ИЛ. Стерильные пятна бпктернофага Т4 дикого типа н мутантов гй на даук штаммак Е. соя 375 витии теории гена стали исследования С.
Бензера, работавшего с мутациями в локусе гП(г — от англ. и 4Р гарЫ !уз!з — быстрый ли- ° Фо и'. зис) бактериофага Т4 Е. Ф ''е сой. Мутанты типа гП образуют более крупные стерильные пятна (по срав- нр и нению с фагом дикого типа) на газоне Е. Сой ,* Ъ В (рис. 15.3). Мутации гП изменяют структуру некоторых мембранных Ф белков в инфицированных клетках Е. сей. Особенность зтих мутантов состоит также в тОМ, чтО Они ВО- Рнс. 15.3. негатпаные «колоннн» (стернньные обще не могут размножать- пятна) оактерпофага т4 на мзопе е. со» ся в клетках штамма Е. сой (нз Р.
Ауа)а, 1. К)вег, 1930). ЛИЗОГЕННОГО 7И) фа Стрелками показаны аетате»аые «колонка» М к сп гу й. Эти взаимоотношения мутантов г П со штаммами Е. сей создают возможностьл 1) выращивать только ревертанты и рекомбинанты г'" на штамме Е. сой К 12 (й); 2) одновременно исследовать мутанты гП и фаги дикого типа — г~ на штамме Е. сой В (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
