1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 37
Текст из файла (страница 37)
8.11, Г и Г’). Однако в каждом конкретномслучае коррекция распространяется вдоль хроматиды (двуцепочечЬ200 #Часть I. Наследственностьной молекулы ДНК) и в качестве матрицы используется одна и таже одиночная нить гетеродуплекса ДНК. Если в зону гетеродуплексапопадает несколько маркеров, то это должно привести к коконверсии (см. раздел 8.4).В итоге расщепление в тетрадах можно рассматривать как результат этого процесса (рис. 8.11, Д и Д ’). Если теперь принять во внимание еще две хроматиды, которые не вступали в рекомбинацию, будетясно, что схема с равной вероятностью допускает появление тетрад сконверсией 3:1 и 1:3 по среднему маркеру как с кроссинговером пофланговым маркерам (рис. 8.11, Д ’), так и без него (рис.
8.11, Д), т. е.согласно этой схеме корреляция конверсии и кроссинговера 50 %.Если представить, что коррекция на стадии Г и Г’ (рис. 8.11)произойдет только в одной хроматиде, а в другой — нет, то мы будем наблюдать постмейотическое расщепление (36:5В или 5b : 3В),встречающееся в октадах у нейроспоры. Его отмечают и в тетрадахдрожжей.
В этом случае некоторые гаплоидные колонии, выращенные из аскоспор одной тетрады, представлены половинками разногогенотипа: В и Ъ.Существенный момент в рассмотренной схеме — необходимостьдополнительного синтеза ДНК в процессе рекомбинации, в частности при репарации (коррекции) гетеродуплексов. Действительно,И. Хотта и X. Штерн обнаружили у растений (лилии) и у животных(мыши) в пахитене мейоза небольшой синтез ДНК репаративноготипа, который дополняет основную репликацию ДНК в премейотической S-фазе. У тех же объектов на стадии зиготены — пахитеныпоказано повышение активности фермента, производящего однонитевые разрывы в ДНК, а также усиленный синтез белка, дестабилизирующего двойную спираль ДНК. Все это события, необходимыедля рекомбинации.Особого внимания в схеме Р.
Холлидея заслуживает способ образования гетеродуплексов. На рисунке 8.12 показаны последовательные стадии образования полухиазмы (A-В), которая затем можетвидоизменяться путем миграции вдоль конъюгирующих хроматид(молекул ДНК) на стадиях В, Г. Этот процесс получил название миграции ветвей полухиазмы. Зона переброски движется подобно застежке «молния», удлиняя участки гетеродуплексов. При этом молекулы ДНК должны вращаться вокруг своих осей навстречу другдругу.
Эксперименты с объемными молекулярными моделями показывают, что это возможно. Результаты тетрадного анализа у дрожжей, гетерозиготных по двум маркерам, между которыми известнорасстояние, выраженное в числе пар нуклеотидов, показывают, чтоГлава 8. Механизмы рекомбинации$? 201!Рис. 8.12.
Образование полухиазмы (A-В), миграция ветвей (Г), изомеризация полухиазмы (Д, Д ’) и различные результаты разрешения полухиазмы в зависимостиот характера разрывов (горизонтальная и вертикальная линии в зоне переброскигибридной ДНК на стадии Д) и коррекции гетеродуплексов (Е, Е\ Ж Ж ’).
В скобках варианты изображения изомеров полухиазмы, показанной на стадии Г. Так же, как ина рисунке 8.11, представлены только две хроматиды из четырех - те, что вступаютв рекомбинацию. Остальные пояснения - в текстезона гибридной ДНК может распространяться на участки длиной неменее 1000 п. н. Об этом судят по способности к коконверсии мутаций, расположенных на таком расстоянии друг от друга.Модель Р. Холлидея детализирована и в той части, которая связана с разрешением полухиазмы двумя типами разрывов, приводящихзатем к конверсии без кроссинговера в одном варианте и к конверсии с кроссинговером — в другом.
Если фигуру, образовавшуюсявследствие миграции ветвей полухиазмы (рис. 8.12, Г) изобразитьнесколько иначе (рис. 8.12, Д), то она допускает вращение связанных полухиазмой молекул относительно друг друга (рис. 8.12, переход Д -Д ’). Этот процесс назван изомеризацией полухиазмы.
Разрыв вточке перекреста одиночных нитей, показанный на рисунке 8.12, Д,приводит к конверсии без кроссинговера, а разрыв в точке перекрестана рисунке 8.12, Д ’ — к конверсии с кроссинговером по фланговыммаркерам. Характерные фигуры, соответствующие стадиям рекомбинации на рисунке 8.12, Д -Д ’, были выявлены при электронно-202 фЧасть 1. НаследственностьРис. 8.13. Изомеры полухиазмы Р.
Холлидея, обнаруженные при рекомбинации плазмид в клетках Е. coli (Potter, Dressier, 1976,1978)А — соответствует стадии Д и Д’ на рисунке 8.12 (крайние варианты изомеризации полухиазмы); Б — соответствует стадии Д и Д’ на рисунке 8.12 (промежуточный вариантизомеризации полухиазмы); В — графический эквивалент фото на рисунке 8.13, Б.микроскопическом изучении рекомбинации молекул ДНК плазмид(см.
гл. 10) в бактериальных клетках (рис. 8.13).В инициации мейотического кроссинговера играют роль нетолько однонитевые разрывы, но и (а возможно, и в большей степени) двунитевые разрывы ДНК. При этом картина усложняется,и следует рассматривать фактически удвоенную модель Холлидея(рис. 8.14). Процесс, изображенный на рисунке 8.14, одновременно представляет схему репарации ДНК с двунитевыми разрывами(см. гл. 6).
Таким образом, процессы репарации лежат не тольков основе поддержания стабильности генетического материала, но203Глава 8. Механизмы рекомбинацииУуS'>У5\Ууя5"*Инициации53’О)Ге. Iii ка я»у5'll/ll.Illн\ кмеа ia(2 )I3'5*КесЛ-но looiihiiiбелокB c i i h m o i агельиыебелки3',55’13'“Расширениеleicp o (уилексиойДНКУ(5),5 ’___________ТС5' V.УРазрешениеБелкиM i n рацииKe nt и'У1-3*5'РешлыипаS’У5'—3,3’“5'Рис. 8.14. Рекомбинация молекул ДНК, инициируемая двунитевыми разрывамиЭта же последовательность событий приводит к репарации ДНК с двунитевыми разрывамии в основе обеспечения комбинативной изменчивости, связаннойс кроссинговером, а также в основе мутационной изменчивости(подробнее см. гл. 13).Несмотря на большие успехи в понимании механизма гомологичной рекомбинации (она же общая рекомбинация), о которой шла204 &Часть 1.
Наследственностьречь в предыдущих разделах, остается еще много неясных моментов.Основные этапы рекомбинации у всех организмов, по-видимому,сходны, однако не совсем понятны различия, которые накладывает на этот процесс разница в организации генетического материала бактерий и эукариот с их нуклеосомной структурой хроматина.Не ясно, какова роль СК в процессе рекомбинации. Не ясны деталимитотического кроссинговера. Известно, что зоны гибридной ДНКпри митотической конверсии длиннее, чем при мейотической, однако отсутствие регулярной конъюгации хромосом в митозе затрудняет понимание всего процесса.
Последовательные этапы конверсиии кроссинговера находятся под сложным генетическим контролем.Известны мутанты дрожжей, у которых происходит кроссинговер,но не происходит конверсия, и наоборот, конверсия происходит, ноне осуществляется кроссинговер. Таким образом, эти события, казалось бы, находящиеся в причинно-следственной связи, могут бытьразобщены.Несмотря на ряд нерешенных вопросов, разработка молекулярного механизма рекомбинации представляет собой яркий примерсинтеза формально-генетического и молекулярно-биологическогоподходов в исследованиях одного из важнейших биологических процессов.8.6.
Факторы, влияющие на кроссинговерЧастота мейотического (и митотического) кроссинговера зависитот многих факторов окружающей среды. Различные типы излучений:ультрафиолетовый свет, рентгеновские и у-лучи, корпускулярное излучение, как правило, повышают частоту рекомбинации, вызываяодно- и двунитевые разрывы в ДНК хромосом. Влияние излученияможет быть специфично для определенных участков хромосом. Так,у D. melanogaster частота рекомбинации повышается в прицентромерных районах, в то время как в дистальных рекомбинациях подавляется.Многие химические агенты, нарушающие структуру ДНК и препятствующие ее нормальной репликации (вещества, алкилирующиеи дезаминирующие основания, нитрозосоединения и др.), также повышают частоту кроссинговера. Как увидим в дальнейшем, большинство таких агентов одновременно являются мутагенными факторами (гл.
13).Частоту рекомбинации изменяют повышение и понижение температуры, в частности, у дрозофилы при отклонении от оптимальной температуры (25 °С) в обе стороны.Глава 8. Механизмы рекомбинацииА■I—ОI—I—I_____________________ I_____ I1 2 3 4 5 6 7 8К л а д к и (с у т к и )'$? 205БIIО1 2 3 4 5 6 7 8К л а д к и (с у тк и )Рис. 8.15. Подавление кроссинговера у D. melanogaster во II хромосоме (Т. А. Камилова, Е.
М. Лучникова, 1985)Кроссинговер происходит между генами b (черное тело) и сп (ярко-красные глаза)в условиях частичного стеринового голодания — нижняя кривая. Верхняя кривая —нормальная диета. Графики иллюстрируют также изменение (падение) частотыкроссинговера с увеличением возраста самок (в последовательных кладках) изависимость частоты кроссинговера от температуры: А — при 28 °С, Б — при 25 °С.Вертикальные черточки — размах варьированияЧастота рекомбинации зависит также от физиологического состояния организма: с увеличением возраста самок D. melanogasterкроссинговер происходит реже; голодание личинок повышает, а недостаток влаги снижает частоту кроссинговера.В качестве агентов, модифицирующих частоту рекомбинации, следует упомянуть и нарушение нормальных экологических отношениймежду организмами.
Известно, что D. melanogaster, как и все членистоногие, не способна осуществлять первые этапы биосинтеза стертоеи поэтому должна получать стерины — предшественники стероидныхгормонов и мембран — в готовом виде. В лабораторных условиях дляэтого используют дрожжи. Как показали Е. М. Лучникова и Т. А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
