1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Наследственность+уsn+snsn+ЛзРис. 8.9. Митотический кроссинговер у D. melanogasterА — результат митотического кроссинговера у мух, гетерозильных по у +//+sn научастке s/7—центромера; Б — два возможных варианта расхождения хромосомпосле митотического кроссинговера (1, 2, 3 ,4 — дочерние центромеры)Появление таких двойных пятен К.
Штерн объяснил митотическим кроссинговером на стадии четырех хроматид на участке^w-центромера (рис. 8.9, А). Действительно, если такой обмен произойдет, то при расхождении хромосом в митозе в половине случаев(рис. 8.9, Б) должны образовываться двойные пятна. Частота митотического кроссинговера значительно ниже (на 2-3 порядка) мейотического. Тем не менее митотический, или соматический, кроссинговер также можно использовать для генетического картирования.Представим себе, что эксперимент К. Штерна был поставлен несколько иначе, и дигетерозиготные мухи несли оба рецессивныхгена в одном гомологе: у sn//+ +. Тогда кроссинговер на участке snцентромера должен был привести к гомозиготизации обоих генов водной клетке.
Кроссинговер на участке y-sn должен приводить к гомозиготизации только по у. Поскольку у расположен дальше от центромеры, гомозиготизация по у должна происходить чаще, чем гомозиготизация по обоим генам. Этот принцип используют при генетическомкартировании у некоторых грибов, у которых существует диплоиднаястадия, но утрачена способность к мейозу (подробнее см.
гл. 9).Глава 8. Механизмы рекомбинации$?1958.4. Конверсия и кроссинговер.Предпосылки молекулярной модели кроссинговераКак мы уже отмечали, попытка объяснить появление кроссоверных классов только на основе гипотезы конверсии, т. е. взаимопревращения аллелей в дигетерозиготе, оказалась несостоятельной. Реальность реципрокных обменов была доказана при цитологическомизучении кроссинговера (см. 8.1). Гипотезу конверсии, казалось бы,опровергают данные тетрадного анализа: регулярное расщепление(2:2) для каждого из исследуемых генов. Действительно, эта иллюстрация правила чистоты гамет опирается на наиболее частые варианты тетрад.Сенсационным стало открытие К.
К. Линдегрена (1949), описавшего отклонения от нормального (2:2) расщепления в тетрадах диплоидного гибрида дрожжей S. cerevisiae, гетерозиготного по ADE2/ade2. Наряду с тетрадами 2ADE2:2ade2 изредка встречались тетрады с соотношением 3ADE2: \adel и \ADE2.3ade2. Для объясненияэтого явления К. К. Линдегрен возродил гипотезу конверсии X. Винклера.В дальнейшем было показано, что у дрожжей конверсия по различным генам — обычное явление, встречающееся с частотой около 1 %. Как правило, наблюдается равенство частот тетрад ЗА : 1а и\А : За.
Конверсия описана и у других грибов, например N. crassa,Sordariafimicola. При этом у них были получены не только октады ссоотношением 6 А :2а или 2А : 6а, аналогичные тетрадам дрожжей срасщеплением З А : \а и \ А : За, но и октады с соотношением 5:3 (и3:5), поначалу казавшиеся загадочными. Появление этих странныхсоотношений можно было объяснить, только предположив, что у некоторых гаплоидных продуктов мейоза происходит расщепление впоследующем митотическом делении — так называемое постмейотическое расщепление.Если конверсию изучают в полигетерозиготах по ряду сцепленных маркеров, можно наблюдать корреляцию между конверсией по какому-либо маркеру и реципрокной рекомбинацией пофланговым маркерам, т.
е. по маркерам, расположенным слева исправа от участка конверсии. С. Фогель, Р. Мортимер и Д. Херстизучили 11 023 тетрады дрожжей, среди которых обнаружили 907случаев конверсии (конвергентных тетрад) и убедились, что в445 из них (49,1 %) одновременно с конверсией произошла реципрокная рекомбинация (кроссинговер) по фланговым маркерам,т. е.
практически в половине случаев конверсия сопровождалась196 &Часть I. Наследственностькроссинговером. Таким образом, связь этих событий не случайна. Исследователи получили доказательство того, что конверсияне приводит к появлению новых аллелей, а только нарушает соотношение родительских аллелей при расщеплении в некоторых тетрадах. Это заставило предположить, что конверсия происходит вследствие копирования одной аллели за счет другой.Здесь уместно вспомнить гипотезу Дж. Беллинга, возрожденнуюв 1950-х годах А.
Херши и Дж. Ледербергом, о выборочном копировании, или копировании со сменой матриц применительно крепликации и рекомбинации геномов бактериофагов и бактерий.Согласно этой гипотезе репликация может происходить частичнопо матрице одной, а частично по матрице другой (гомологичной)молекулы ДНК (рис. 8.10).
По-видимому, этот механизм возможентолько для рекомбинации на очень коротких участках, посколькув противном случае это будет противоречить полуконсервативному механизму репликации ДНК (см. гл. 5).На участие матричного процесса (репликации) в ходе конверсииуказывают и данные по совместной конверсии сразу двух тесно сцепленных мутаций. Например, в тетрадном анализе дигетерозиготыдрожжей а+//+Ь могут быть получены тетрады как с аномальнымрасщеплением по каждому из маркеров:а+а+ а+а+а+.
и + .+ а b и а +аЪ+ Ъ +6+++b+6 +6+ Ь,так и с аномальными расщеплениями по обоим маркерам:а+а+а+ или + Ъа++b+Ъ+ Ъ.Это явление и получило название совместной конверсии, или коконверсии. Могут быть получены и тетрады — результат реципрокной рекомбинации:а+++аЪ+ Ь.Правилом является то, что случаи коконверсии встречаются накоротких расстояниях между а и b (около 1 % рекомбинации), причем чем ближе располагаются а и Ь, тем чаще коконверсия и темреже реципрокная рекомбинация. Существование коконверсии покаГлава 8. Механизмы рекомбинации----- чIк___ПТ|||1||||||||||—УI#197■\III 11111111111111111 гтттп............................
.Рис. 8.10. Различные схемы механизма выборочного копирования (по Кушеву, 1971)А — образование рекомбинантной хромосомы по гипотезе частичных реплик; Б —выборочное копирование части хромосомы; В — реципрокное переключение реплик,обеспечивающее кроссинговер; Г — разрыв и копирование.А, Б, В: сплошные линии — двунитевые молекулы ДНК, пунктирные — их копии придопущении консервативной репликации. Г: антипараллельные нити ДНК (+ и - ) изображены сплошными и пунктирными линиями. Стрелки — направление репликациизывает, что конверсия захватывает некоторый участок генетическогоматериала.Здесь следует напомнить так называемую высокую отрицательнуюинтерференцию (см. гл.
7). Явление, которое трактовали как стимулирование одного реципрокного обмена другим, также наблюдаетсяна очень коротких генетических расстояниях, например в IV хромосоме D. melanogaster, имеющей рекомбинационную длину всего3,0%. Появление в полигибридных скрещиваниях множественнорекомбинантных сегрегантов по очень тесно сцепленным маркерамдает величину коинциденции с » 1, и интерференция (I = 1 - с) втаком случае приобретает отрицательное значение.
Подобные рассуждения справедливы только применительно к реципрокной рекомбинации— кроссинговеру. Кажущееся совпадение несколькихрекомбинационных событий на коротких расстояниях — результат198 «Часть I. Наследственностьконверсии, что можно уловить только в тетрадном анализе. Например, при расщеплении тригетерозиготы АЬС//аВс могут появитьсятетрады:АЬСАЬСАВСАЬСилиаВсabcаВсаВсс конверсией по среднему маркеру В/b.
При рассмотрении случайной выборки гамет при генетическом анализе высших эукариот, например при анализирующем скрещивании, появление потомков А ВСи abc создает впечатление неслучайного совпадения обменов научастках A-В и В-C при тесном сцеплении всех маркеров и редкомпоявлении одиночных рекомбинантов на участке A-C.В действительности это результат конверсии, или нереципрокнойрекомбинации, а так называемой высокой отрицательной интерференции не существует.8.5. Молекулярный механизм кроссинговераСовременные представления о молекулярном механизме кроссинговера в основном сложились в 60-е годы XX в. При этом болеедетально разработана гипотеза «разрыв-воссоединение» с учетомособенностей структуры ДНК.
Предложенные модели удовлетворительно объясняли результаты генетического анализа, рассмотренныев предыдущем разделе. Наибольшую известность приобрела модельР. Холлидея. Эта схема (рис. 8.11) рассматривает рекомбинацию настадии четырех нитей между двумя из четырех хроматид бивалента.На рисунке показана рекомбинация только между двумя хроматидами. Еще две хроматиды остаются интактными, однако при рассмотрении конечного результата — расщепления в тетрадах — их такженеобходимо учесть. ABC и abc — три тесно сцепленных маркера,судьба которых прослеживается на протяжении всего процесса рекомбинации. Стрелки символизируют антипараллельные цепи ДНК.Для рассматриваемой схемы очень существен учет полярности цепей.Весь процесс инициируют два однонитевых разрыва в нитяходинаковой полярности.
На рисунке 8.11, А они показаны в гомологичных точках, однако, как будет ясно далее, этот момент неимеет принципиального значения. Разрывы могут быть и не строгогомологичны. На первом этапе молекулы ДНК, вступающие в рекомбинацию, образуют гибридные участки — так называемые гетеродуплексы, в которых одна цепь происходит от одной молекулы, аГлава 8. Механизмы рекомбинации199другая — от другой (рис. 8.11, Б).Это полухиазма. На следующемэтапе в точке перекреста нитиразрываются (рис. 8.11, В).
Приэтом рвутся либо нити, в которых были первичные разрывы(рис. 8.11, А), либо две другиенити (рис. 8.11, В). Предполагается, что оба типа разрывов равновероятны.Таким образом получаютсялибо две нерекомбинантные пофланговым маркерам молекулы(A-С и а-с), несущие гибридныйучасток— зону гетеродуплексав районе среднего маркера В/Ь(рис. 8.11, В), либо две молекулы, рекомбинантные по фланговым маркерам, и опять же гетеродуплексные в районе среднегомаркера (рис. 8.11, В’).Поскольку согласно моделиььвД'Дж.
Уотсона и Ф. Крика мутаьвввции — это изменения чередоРис. 8.11. Схема кроссинговера, предлования нуклеотидов в ДНК, тоженная Р. Холлидеем (Holliday, 1964)аллели одного гена, в частноНеобходимо иметь в виду, что на схемести В/b, различаются по составуна стадиях А-Г (Г’) показаны только двенуклеотидов (как минимум поодной паре оснований). Тогда вхроматиды из четырех — две двунитевыемолекулы ДНК, вступающие в рекомбинаучастке гетеродуплекса должнацию. Две другие хроматиды, не вступающиеобразоваться зона локальногонеспаривания оснований. Этив рекомбинацию, не показаны.
На стадииучастки «узнают» специальныеД (Д) — расщепление в тетрадах с учетомферменты репарации (см. гл. 6),всех четырех хроматид, как показанных, таки не показанных на предыдущих стадиях.обеспечивающие структурнуюстабильность ДНК. Они устраСм. также пояснения в текстеняют то или другое неспаренноеоснование и заменяют его на комплементарное. В таком процессекоррекции с равной вероятностью матрицей служит та или другаянить гетеродуплекса (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
