С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 86
Текст из файла (страница 86)
В результате изозимы одного фермента обнаруживаются на электрофореграммах в виде окрашенных полос, занимающих различное положение по отношению к стартовой позиции. 4б1 Рис. !8.1. Зимограммы аспартатамипатрансферазы (ААТ) 25 проросткои из популядии сорнополеиой ржи 5есо(е сег о!е (Дагестан! (фото А. В.
Войлокоиа). Чнажестеенные формы ААТ !фермент — димер. состоящий из идентичны«субъединин! «антралируют структурные гены: ААТЗ (изазимы е зоне !! — 20 гама«итог по быстрому изозиму, адни гомозигота но медленному изазему и три етерозигагы -- размытые тринлеты полос; ААТ2 (нзознмы е зоне 2! — 2! гомазигота па быстрому изозиму, четыре гетеразиготы; гомозигат аа медленному и«азину не обнаружена. И«озими, контролируемые трет«нм геном ААТ), не показаны Если исследуемый фермент — мономер, т. е.
не имеет четвертичной структуры, то у гетерозиготы по изозимам обнаруживаются две полосы — два электрофоретических варианта. Если фермент состоит из двух идентичных субъединиц, то электрофоретических вариантов будет три, учитывая свободную комбинаторику субъединиц (рис. 18.1). При большем числе субъединиц соответственно увеличивается и число полос при электрофорезе. Встречаются и более сложные случаи, когда белки построены из идентичных и неидентичных субъединиц, т.
е. контролируются двумя разными генами, например гемоглобин — ап й !) (рис. 18.2). Такой метод оценки гетерозиготности особей в популяции обладает несравненно большей разреша!ошей способностью, нежели изучение разнообразия по морфологическим признакам. Однако и он не оценивает все возможные варианты аллелей, присутствующие в популяции. При этом недооцениваются замены аминокислот, которые не меняют заряд молекулы, а такие варианты вполне реальны. Их существование выявили исследования с использованием систем ген — фермент (см.
гл. 15). Возможно также существование мутантных аллелей, различающихся по третьим положениям отдельных кодонов, а как известно, очень часто замены нуклеотидов в третьем положении кодона оказываются синонимическими, т. е. не изменяют значения кодона, не приводят к заме!цениям аминокислотных остатков (см. гл. 15, рис. 15.16). Особенно сложно выявить в гетерозиготе так называемые нулевые аллели, несущие нонсенс-кодоны и вследствие этого не представленные активными ферментными молекулами в изозимном спектре. Существуют и другие причины отсутствия ферментативной активности. Разрешающая способность анализа электрофоретических вариантов может быть повышена, если сравнивать подвижность нс целых молекул фермента, а его пептидов.
полученных после протеолитического расщепл ггич. 11р! т том применяют не толик 442 д ААВ Рис. 18.2. Генетически контролируемые алектрофоретические варианты белков (Ю, П. Алтукож 1985). А — юмоглобнн моллнжка Аналого Наргхш, контролируемьгй двумя !снами! 1, 3 — гомознготы, 2 — ютерозигота. Локус ОЫ представлен одной аллельм. в ИВ2— двумя.
Б — эстераза ракообразного мухи гг11с!л: 1, 3, б — гомоэиготы, 2, и 5 — ютерозиготы. Локус Кг! — одна вллель, покус Гмп- три а~к!и. л — б-фосфоглюконатдегидрогеназа перепела со!нгшх со!нгнущ 1, 3 — гомазиюты, 2 -- гетерозиютз. Фермент — динар, поэтому у гетерозигот видны три зоны активности. Среаиия юна — гнбрнлный фермент. à — маликэнзим мыл!и йтит щньси1нз.
Фермент — тетрамер, состоящий нз идентичных субьединин: 1, 3 — гомозиготы, 2 ° гстсрозигота, дающая вследствие случайной комбинаторики субьелнниц пять изозимо». Д вЂ” мышечная лактатдегидрогеназа кеты Опсогйулсйнт йе!а, Видны две группы изозимов (показаны фигурными скобками). В каждой группе -- ферменты тетрвмеры, ходируеыые двум» генами, Гены б!)Н11 гомозиготны.
В одном нз двух юнов, кодирующнх ЕП1П, гетерозиготность АА'. 1 и 2 — юмозиготы, 3- гетеразигота. Поскольку по примененной меголике позожение ряда изогимоз перекрывается, т югеро- зиготы обнаруживается 9 полос вместо 15. Данные получены резными методами. Во всех случаях стрелка указывает старт одномерный, но и двумерный форез или хроматографию. Так удается обнаружить дополнительные различия, ускользающие при использовании метода обычного злектрофореза целых белков. Наконец, с появлением радиоактивных зондов — клонированных копий отдельных Генов — стал возможе~ анализ непосредственно 463 вариантов самих генов, сравнение электрофоретической подвиж'- ности фрагментов геномной ДНК, расщепляемой той или иной рестриктазой.
При этом конкретные гены и их фрагменты врявляются по гибридизации с радиоактивными зондами — клониррванными фрагментами ДНК. Метод зимограмм для оценки генетической гетерогенности аопуляций получил широкое распространение. Исследовать сотйю особей из популяции по двум десяткам ферментов стало вполне реальным делом. Как при этом оценивать полученные результаты количественно? Для этого существуют две величины: полиморфизм (Р) и гетерозиготность (Н). Полиморфизм (Р) популяции оценивается долей полиморфных покусов из всех исследованных. Так, из 30 покусов, изученных у калифорнийского морского червя Рйогопо)мЬ г(г(405, в 18 обнаружены аллельные варианты, а в 12 вариаций не зарегистрировано.
В этом случае: Р = 18: 30 = О,бО, На материале нескольких популяций одного вида можно вычислить средний полиморфизм. Например, величина Р была определена еще для трех популяций Р. г(г(д(з (табл. 18.4) и составляла соответственно 0„50; 0,53; 0,4?. Тогда средний полиморфизм будет оцениваться как 0,60+ 0,50 + 0,53+ 0,47 0 525 С, 4 Вероятность обнаружения дополнительных полиморфных покусов среди тех, которые уже были исследованы (например, в табл.
18.4), может быть пропорциональна увеличению выборки. В то же время уровень полиморфизма по разным локусам может быть неодинаков. В связи с этими обстоятельствами возникают вопросы: какую долю полиморфности по данному покусу принимать за значимую? Как велика должна быть выборка для окончательного суждения? Объективно ответить на эти вопросы трудно.
Можно только условно принять определенный уровень значимости получаемых величин. Поэтому необходимо также сравнивать частоты гетерозиготности (Н) по разным локусам в популяции. Гетерозиготность (Н) по данному локусу определяется как отношение гетерозигот к общему числу исследованных особей Табанил 1ВЛ. Полиморфизм (Р) в четмрех популяннях Риогонорял огпап (Ф. Аа нлв, !984) Таблица Уа.б. Вычисление средней гетерозиготнос ти популяции (Ф. Авала, 1984) популяции. На основе данных по отдельным покусам опреде- Число исследованных ляют среднюю гете- особей Ло к>"с и л„ розиготность популяции ии Н (табл. 18.5). гетерознгот всего Реальные представления об уров- 28 100 0,25 не гетерозиготности 3 42 9 100 009 100 0,42 трех популяций дают 4 0 100 0 результаты, полученные Ю. П.
Алтуховым для четырех покусов у горбуши ОпсогЬупсйиу 8огЬихйа (рис. 18.3). Величина Н колеблется между значениями 4 и 20 %. Поскольку популяции, несомненно, различаются по степени паимиксии (например, перекрестноопыляющиеся и самоопылители), а также по селективной ценности гетерозигот, то и реальная гетерозиготность в них будет различной даже при одинаковых частотах аллелей. С учетом этого обстоятельства вычисляют так называемую ожидаемую гетерозигогносгь на основе условного предположения, что в популяциях всегда осуществляется полная панмиксия. Тогда при наличии четырех аллелей одного гена с частотами )ь ут,,(з, )в частота их гомозигот ожидается как г(, )т, )1, 1>, а ожидаемая гетерозиготность будет составлять: Н-= 1 — ((!+)'з+ 6+)'г) гб 20 10 Средний полиморфизм (р) и средняя гетерозиготность (Н) определены для многих видов (рис.
18.4). Беспозвоночные в среднем Г>олее генетически изменчивы, чем позвоночные, Н„= 13,4 % для первых и 6,0 % для вторых. Перекрестноопыляющиеся растения значительно изменчивее, чем самоопылители (Н,„ = соответственно 19 % и 6 %). По данным электрофореза, средняя гетерозиготность человеческих популяций 6,? %. Интересно РассмотРетьв что означает эта величина для человека.
Примем, что геном у г г з > г у МОН Д6Р Р60 Рбйй Рис. 18.Х Гетерозиготность (Н), выраженная а процентах по генам, контролирующим четыре фермента горбуши, — Олсогйулсйнг гогйилли М ОН вЂ” мвлатдегадрогеназа, АОР— а -глнцерофосфвтдегндромназа, Ро !> — б-фосфоглюконатдегндрогенвза, Ром — фосфоглюкоыугаза. 1, г, 3 — трн разные популяции в о х о И Б с и и цз и х в о о и о с и х х й и и х и а ы 3 6 9 12 15 18 Средина гетерозиготность Нор, % Рис. Г3.4.
Маса~таим измеичивасти в геногрокдав развичнмх организмов— среднеи гетерозиготность (дж. Стеобиис, Ф. Ааааа, 1985) человека включает 30 000 структурных генов, и эта величина, очевидно, заниженная. Тогда некоторый средний индивидуум гетерозиготен не менее чем по 30 000 Х 0,0б7 = 2010 генам. Следовательно, потенциально такая полигетерозигота могла бы образовать 2н"", или около 10ьв различных типов гамет. Эта потенциальная комбинативная изменчивость никогда не реализуется ни у отдельного человека, ни у всего человечества. Для сраанения скажем, чго по оценкам физиков число протонов и нейтронов во Вселенной составляет около 10'.
Этот пример показывает, что потенциальные возможности комбинативной изменчивости, основанной на естественной гетерозиготности популяций и видов„ составляют колоссальный резерв эволюционного процесса. Таким образом, все развитие генетики популяций вполне подтвердило выводы, сделанные в 1926 г. С. С. Четвериковым о генетическом полиморфизме природных попутнций, о высоком уровне их гетсрозиготности. 18.б. Элементарное звол(оционное событие — изменение частот аллелей в популяции Изменение и дивергенция биологических форм во времени, как был определен в начале этой главы процесс эволюции, основываются на двух главных явлениях: изменчивости и изменении частот аллелей и генотипов. Изменение частот аллелей и генотипов в популяции составляет сущность элементарного эволюционного события.
Мы убедились, что сам по себе отбор в чистых линиях, т. е. в отсутствие генетической гетерогенности, не создает новых форм. Вместе с тем и наследование в гетерогенной популяции само по себе не изменяет частот аллелей. К изменению частот аллелей и генотипов в генетически гетерогенной популяции приводит отбор. Изменение частот аллелей и генотипов возможно не только вследствие отбора, но и в результате мутаций, миграции особей, случайного дрейфа генов, изоляции, а также избирателю<ого, или ассортитиеного, скре<цивания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
