С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 75
Текст из файла (страница 75)
16.1). В качестве генетического маркера, гарантировавшего чистоту эксперимента, было использовано число ядрышек. Лягушки, от которых брали ядра, образовывали два ядрышка на ядро, т. е. каждый ядрышковый организатор гомологичных хромосом функционировал нормально. В качестве донора соматических ядер использовали Х.
(аег(д гетерозиготных по делеции ядрышкового организатора, и потому имевших только одно ядрышко на ядро. Все лягушки, развившиеся в результате пересадки ядер, имели по одному ядрышку. Таким образом, эти эксперименты показали„что дифференцировка клеток в онтогенезе не обязательно сопровождается необратимой инактивацией генетического материала ядра, а проблема генетического контроля индивидуального развития тесно связана с проблемой дифференциальной экспрессии сено«. Тотипотентность соматических клеток растений дает большие возможности для изучения дифференциального действия генов в онтогенезе.
Так, сравнивая спектры изозимов, например пероксидазы„в недифференцированной каллусной ткани и в дифференцированных органах (корнях, листьях и т. д.) регенерантов, можно убедиться, что в каллусах образуется максимальный спектр изозимов пероксидазы, а в листьях или корнях целого растения спектр изозимов сужается. Прн днфференцировке происходит репрессия синтеза некоторых изозимов (рис. !6.2).
Сравнение яйца или гаструлы с соматическими клетками животных показывает, что в первом случае синтезируется гораздо больше различных типов иРНК, чем во втором. Таким образом, встает вопрос об уровнях и механизмах обеспечения дифференциальной экспрессии генов. !6.3. Дифференциальная активность генов Днфференпиальная экспрессия генов, т. е. регуляция нх активности в зависимости от сигналов, поступающих извне, может происходить на уровне любого известного матричного процесса; репликации, транскрипции, трансляции, а также в процессе созревания аг 5 б аю иРНК и полипептидных цепей, образующихся в результате трансляции. Дифференциальная репликация отдельных участков генетического материала известна у прокариот и у эукариот.
Индукции и последующая репликация профага ). (см. гл. 9) представляют собой пример дифференциальной репликации у бактерий. Амплификацию экстрахромосомных копий ДНК, кодирующей рРНК, наблюдали в ядрышках ооцитов многих животных, а также при мегаспорогенезе растений. Амплификация рДНК заключается в том, что одна из ее копий, содержащая многократные повторы генов, кодирующих рРНК, покидает хромосому — область ядрышкового организатора и затем многократно реплицируется по механизму катящегося кольца (см. гл. 9) . Этим достигается усиленный синтез рибосом в ооците, обеспечивающий ранние этапы развития после оплодотворения.
Известно, что сперматозоид вносит в зиготу только ядерный материал и первые стадии дробления вплоть до гаструлы обеспечиваются цитоплазмой, а следовательно, и рнбосомами яйцеклетки. В гигантских хромосомах слюнных желез двукрылых наблюдается большая политенизация отдельных участков хромосом. Само образование политенных хромосом указывает на то, что репликация в различных соматических клетках происходит неодинаково. Об этом же свидетельствует и сравнение релликонов— единиц репликации различных соматических клеток.
Размеры репликонов в ходе дифференцировки тканей изменяются. Дифференциальная транскрипция генов в онтогенезе хорошо заметна при образовании хромосом типа ламповых щеток (см. гл. 4, рис. 4.10, а также гл. 15, рис. 15.10). Петли ламповых щеток, возникающие на стадии диплотены, активно транскрибируются, что хорошо видно на электронно-микроскопических препаратах ооцитов амфибий и птиц. Другой яркий пример дифференциальной транскрипции связан с образованием так называемых пуфов или колец Бальбиани в гигантских хромо- г сомах двукрылых.
Пуфы— это характерные вздутия определенных дисков политенных хромосом, обра- .уб~=-.„,Я~.. '-;4ф;. " зующиеся в результате локальной декомпактизацин Я-"."..„')' „..-'-' ".;, '.,(.;„: ~ ч в них ДНК, сопровождающейся активной транс- 4 крипцией, на что указывает интенсивное включение бивни, в политенноа хромосоме на послело- ' Н-уридина в районе пу- вателвнмх ставнях развития (! — 6) личинки фов на препаратах поли- хиронемуса (по )у.
Веегвап, !952) ! 2 з тенных хромосом (рис, 16.3) . Пуфирование тех или иных дисков характерно для стадии развития ли- А т«ВВ чинки. Образование и ис- 75В чезновение пуфов регулирует внутренняя среда ортао ганизма в соответствии со стадией развития. Если ! Ъ слюнные железы личинки дрозофилы пересаживать более молодым или более старым личинкам, то кар- М; % тина распределения пуфов й меняется в соответствии с т()) '- той, которая характерна Б для возраста реципиента (рис. 16.4). 3 Одним из важных регуляторов образования пуфов и, следовательно, дифференциальной транскрипции генов у насекоРнс. !6.4. Измененне характера пуфнровання в хромосоме»З, вмтллодютет в результате пересадок слюнных мелев более молодым Водлеоны, в частности гОР- личинкам (по ц.вескет, !Род по и.
знхны мон линьки — экдизон. е!. а!., !ЗВ!!. А — пуФм в 3-й хромосоме лн- ПОКаааНО таКЖЕ ВЛИЯНИЕ чннок Разных возрастов (! — 3!. Содам — бЕЛКОВ, СИНтЕЗИрОВаННЫХ номера дисков на цнтолотнческой карте. Б— тРансплантация слюнной мелевы нз более более ранними пуфами, на старой в молодую личинку н срааненне харак- развитие более поздних тера пуФнровання «свонх» н «чумах» хромо- пуфов, Подробнее меха сом прн послсдуюпхем раэвнтнн низмы регуляции транскрипции будут рассмотрены в следующем разделе.
Изменение структуры хроматина, его декомпактизация, наблюдаемая при образовании пуфов, также является одним из условий, обеспечивающих дифференциальную активность генов. Дифференциальная трансляция, т. е. синтез белка только на определенных иРНК или регуляция синтеза белка на одной и той же иРНК, показана для РНК-содержащих бактериофагов Е. Сой; а также при синтезе глобинов на стабильных иРНК безъядерных ретикулоцитов млекопитающих.
Е последнем случае показано, что избыток гемина стимулирует синтез глобина. Гемин инактивирует белок, который репрессируег, т. е. «запрещает» синтеза- и ()-цепей глобина. На атой же модели показано, что некоторые фракции тРНК играют роль модуляторов, задающих темп трансляции. тРНК-модуляторы служат лимитирующим фактором в трансляции, «узнавая» какой-либо уникальный кодон иРНК. Гипотеза модулятора была предложена в начале 60-х годов Г. Стентом. 4!4 Возможность дифференциальной трансляции основывается на существовании стабильных иРНК, а также на сохранении иРНК в цнтоплазме в виде информосом — комплекса нРНК с белками, открытых А. С.
Спириным и др. (1966). Дифференциальное созревание продуктов транскрипции и трансляции. Созревание транскриптов подразумевает модификацию их отдельных оснований и сплайсинг про-иРНК (см. гл. 15). Несколько вариантов сплайсинга одной и той же про-иРНК показаны для обезьяньего вируса БУ 40. Активность многих белков определяется их пост-трансляционной модификацией — фосфорилированием, ацетилированием, а в ряде случаев расщеплением исходной полипептидной цепи на более мелкие фрагменты. Широко распространен механизм регуляции активности ферментов, основанный на присоединении к ним молекул-эффекторов.
Чаще всего в роли эффекторов выступают конечные продукты цепей биосинтеза, которые связываются с первым или с одним из первых ферментов данного метаболического пути и подавляют его активность, тем самым выключая всю цепь синтеза. Это ингибироеание конечным продуктом, благодаря которому регулируются сразу несколько этапов метаболизма. Конечный продукт связывается с ферментом не в его активном центре, а в аллосгерическом центре, и такое взаимодействие индуцирует изменение (инактивацию) активного центра фермента.
'1гьим обое, ~м, лчок)х:рыьо54льная ~х5ивность генетического мг,хринлэ хм хо~ йоыичньа5ьхч р гуляпией разных уровней его эк«це . ин. о, рснли1 ь,ин зо фг1хчгнтагивной активности бел- КОН .чпнмк ЦЬЬ Ух5ОЬ 16.4. Регуляция транскрипции у бактерий. Оперон Механизм регуляции транскрипции наиболее подробно исследован у прокариот. Ферменты клетки условно делятся на конститутивные, присутствующие постоянно, и адаптивные, появляющиеся в результате изменения среды. К числу адаптивных относятся ферменты утилизации лактозы.
В качестве примера конститутивных можно привести ферменты утилизации глюкозы — универсального источника углерода. Если клетки Е. сой посеять на среду, содержащую глюкозу как источник углерода, бактерии сразу же начинают его усваивать и активно делиться. Если же поместить их на среду с В-галакгозидом — лакгозой, то после некоторою периода адаптации к этому сахару бактерии начнут его усваивать и делиться. За этот период происходит индукция сразу трех ферментов:()-галакгозидазы, которая расщепляет лактозу на галактозу и глюкозу, галактозидлермеазы, транспортирующей галактознды в клетку, и грансацетилазы„не участвующей в метаболизме лактозы. Изучение генетического контроля усвоения лактозы позволило Ф. Жакобу и Ж.
Моно (1961) сформулировать теорию оперона — основной 415 Промотор Р Оператор О+ Ге:ы опере а дик Структурныи ген репрес«ора ! + Не тра скрибируется ° ° Репо>соотг Р ДИК РО с г+ аааа а ° А — белок Рис. 1О.5. Схема регуляции (ис-онерона Е. ст>д (индуцибельная система негативной регулвции (Р. Ауа(а, 1, К(кег, 1рао. А — репрессии: ренрессор — продукт гена > связывается с оператором и езанрегцаст+ транскрипцию онерона; д " индукция: молекула индукторв, соединяясь с релрессором, нренятствует егр связывания> с ооерато(юм.
Происходит транскрипция онерона единицы генетического материала, регулируемой на уровне транскрипции у бактерий. Лактозный оперон Е. сор (рис. 1б.51. Согласно теории Ф. Жакоба и Ж. Моно 6-галактозид контролирует синтез трех упомяну- 416 ° > о о ° а О О (Р» ая 'и( ОО О О Инактивированный О репрессор Молекулы индуктора ° ° ° ° р-Галек>о>ила>а а и а Периса>а Проне«нное Окне нт вллелей ге. нв 7 несет нутвнню. нввктнвнронвнмую тол»но р е ел в к тол нва ту тых ферментов, которые кодируют три тесно сцепленных гена: У (Б-галактозидазу), У (галактозидпермеазу) и А (трансацетилазу).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
