1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 50

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 50)

Расщепление происходит в результате обменов на ста­дии четырех нитей, т. е. в момент, когда молекулы хлоропластнойДНК уже удвоены, но еще не разошлись в дочерние клетки. Приэтом наблюдаются: реципрокная рекомбинация, как при митоти­ческом кроссинговере на участке ген — центромера, и конверсия(см. гл. 9). Роль центромеры при этом играет точка прикрепленияхлоропластной ДНК к мембране, управляющая расхождением мо­лекул ДНК при делении пластиды.Картирование генов у цитогет ведется тремя способами: 1) почастоте реципрокных обменов на участке ген — точка прикрепле­ния (она рассматривается как центромера); 2) по частоте реципрок­ных обменов на участках между генами и 3) по частоте коконвер­сии генов (см. гл.

8). Карта, построенная таким образом, имееткольцевую форму (рис. 11.2).Генетический анализ цитогет у хламидомонады основан нетолько на повышении частоты исключительных зигот при облуче­нии ультрафиолетовым светом родителя m t , но и на селекции ис­274 #Часть 2. Разнообразие и единство генетических механизмовключительных зигот, дающихначало цитогетам. Для этогоиспользуют доминантный хлопластный маркер родителя тГ.Например, m t" — стрептомицинзависимый — sd (рецессив),а тГ — стрептомицинчувствиSm 4 тельный — SS (доминант).

Зиго­ты помещают на среду без стреп­томицина, на которой не могутпрорастать регулярные зиготы,наследующие признак хлоропла­ста по материнской линии — отmt+. На этой среде прорастаютcsd, car, spiтолько исключительные зиготы,c/e, oleпоскольку цитогеты не нужда­ются в стрептомицине.Рис. 11.2. Кольцевая группа сцепленияТакие исключительные зиго­хлоропласта Chlamydomonas reinhardtiiты, если они были гетерозиготныар — точка прикрепления хлоропластнойпо ядерным генам, расщепляютсяДНК к мембране, играющая роль центро­меры. Обозначения генов см. в таблице 11.2. в мейозе, а гаплоидные зооспорыдалее расщепляются в митозе поКвадратная скобка объединяет гены, после­довательность которых не установленамаркерам цитогеты (рис.

11.3).11.2. Цитоплазматическая мужская стерильностьу растенийУ многих растений, диких и культурных, встречаются формы,не образующие пыльцы или образующие пыльцу, не способную коплодотворению. Это явление называется мужской стерильностью.Оно может определяться одним рецессивным геном в хромосоме.Известны формы мужской стерильности, наследуемые по материн­скому типу и получившие название цитоплазматической мужскойстерильности (ЦМС). Материнское наследование стерильностипыльцы впервые было обнаружено в 30-х годах у кукурузы М. Род­сом в США и М. И. Хаджиновым в СССР.При опылении кукурузы с мужской стерильностью пыльцой нор­мальных растений получалось потомство со стерильной пыльцой.При повторных возвратных скрещиваниях с растениями, имеющиминормальную пыльцу, вновь возникало потомство с мужской стериль­ностью, даже если все хромосомы материнской линии замещали наГлава 11.

Нехромосомное наследованиеЗооспоры$В 275МейотическоерасщеплениеМитотическоерасщ еплениеРис. 11.3. Расщепление в потомстве исключительной зиготы Chlamydomonasreinhardtii, дающей цитогеты (по Р. Сэджер, 1975)«+»и «_»— ТИпы спаривания, SS — чувствительность к стрептомицину, sd — зависи­мость от стрептомицинахромосомы отцовской, нормальной линии (рис. 11.4). Таким обра­зом, наследование по материнскому типу и непричастность к этомупроцессу хромосом позволили локализовать в цитоплазме детерми­нант, определяющий мужскую стерильность у кукурузы.276 j |>Часть 2. Разнообразие и единство генетических механизмовРастенияс фертильной пыльцойБлагодаря тому, что у куку­рузы в основной массе стериль­ной пыльцы встречаются редкие^пыльцевые зерна, способные кнормальному опылению, оказалось возможным реципрокноескрещивание.

В первом же гит"бридном поколении были по­лучены полностью фертильныерастения (рис. 11.4), что вполнесогласуется с выводом, сделан­ным ранее.У кукурузы известно неY /:£ сколько типов цитоплазматической мужской стерильности,унапример техасский (Т), приI w ) h1!котором полностью стериль/ j , !|!ные пыльники не выступают111наружу, и молдавский тип, илиfegKtf 1 * 11 |USDA(S), при котором часть или| «*все пыльники выступают нару­жу. Эти два типа стерильности1различаются также по характе#гру взаимодействия с генами —Jfвосстановителями фертильно­сти.

В частности, фертильностьу растений с цитоплазмой те­Рис. 11.4. Наследование по материнскойхасского типа восстанавливаютлинии мужской стерильности у кукурузыдва гена в хромосоме II и ряд(из Джинкса, 1966)генов в хромосомах III, IV, VIIиХ.Если обозначить цитоплазматический фактор стерильности какСу? и нормальную цитоплазму как CytN, а доминантную ядернуюаллель — восстановитель фертильности — как R f (рецессив — rf),то признак цитоплазматической мужской стерильности разовьетсятолько у растений r f r f СуIs, в то время как R fR f СуZ5, R f r f СуIs, R fr fCytN, r f r f CytNбудут фертильными.Это явление — восстановление фертильности пыльцы — исполь­зуют на практике для получения гетерозисных двойных межлинейных гибридов кукурузы (рис.

11.5). Для этого рядом высевают по двелинии кукурузы со стерильной и фертильной пыльцой. Это обеспеРастенияс мужскойстерильностьюОбразуютсяР * Я *оРастенияс мужской стерильностьюГлава //. Нехромосомное наследование(стерильные)(фертильные)277(фертильные)(стерильные)Рис. 11.5. Получение двойных гибридов у кукурузы с использованием ЦМС (из Р. Сэд­жер, 1975)чивает только перекрестное опыление, что очень существенно, по­скольку кукуруза самосовместима при опылении (см. гл.

9). Линиипо генам R f подбирают таким образом, что при одном скрещиваниигибриды имеют стерильную, а при другом — фертильную пыльцу.При высеве этих гибридов на следующий год таким же образом по­лучают двойные гибриды. При этом в половине случаев опыление278 &Часть 2. Разнообразие и единство генетических механизмовдает фертильные по пыльце растения, как и следует при анализи­рующем скрещивании (рис.

11.5).Этот прием экономически очень выгоден, поскольку позволяетизбежать кастрации — обламывания метелок у кукурузы, что тре­бует большой затраты труда. Широкое распространение техасско­го типа стерильности имело и негативные последствия, посколькурастения с такой цитоплазмой оказались восприимчивы к грибко­вым заболеваниям — гельминтоспориозу листьев, возбудителем ко­торого является Helminthosporium maydis, уничтоживший в 1970 г.более половины урожая кукурузы в южных районах США. Токсин,выделяемый этим плесневым грибом, разрушает внутренние мем­браны митохондрий у линий кукурузы с техасским типом мужскойстерильности. Это заставило искать другие типы ЦМС у кукурузы,чтобы использовать их в селекции вместо техасского типа.Связь чувствительности к гельминтоспориозу с митохондриями,по-видимому, оказалась не случайной.

Митохондрии, как и хлоропласты, имеют собственную ДНК. В митохондриях Cyts отсутствуетучасток длиной около 10000 п. о., присутствующий в митохондрияхCytN. Этот фрагмент обнаруживает гомологию с ДНК хлоропласта.11.3. Генетика митохондрийМитохондрии обеспечивают дыхание клеток растений, животныхи эукариотических микроорганизмов. Подобно хлоропластам этосамовоспроизводящиеся полуавтономные органеллы клеток, содер­жащие кольцевые молекулы ДНК (рис.

11.6) с различной контурнойдлиной. ДНК митохондрий по нуклеотидному составу и вследствиеэтого по плотности отличается от ДНК ядра (табл. 11.3). Митохон­дрии имеют собственный аппарат синтеза белка, отличающийся отцитоплазматического и близкий к аппарату синтеза белка прокариот(см. гл. 16).Многоклеточные эукариоты неудобны для изучения генетикимитохондрий, поскольку их клетки — облигатные аэробы, которыене могут существовать при нарушении основной функции митохон­дрий — дыхания. В то же время дрожжи-сахаромицеты являютсяфакультативными аэробами.

При подавлении дыхания они могутсуществовать за счет брожения, используя для этого глюкозу и не­которые другие сахара в качестве источников углерода. На неферментируемых источниках углерода, например на этаноле, глицерине,лактате кальция и др., в отсутствие дыхания эти дрожжи не растут.Первые сведения о признаках, контролируемых митохондриями,были получены у дрожжей Saccharomyces cerevisiae в конце 40-хГлава 11. Нехромосомное наследование$8 279Рис.

11.6. Митохондриальная ДНКА — из клеток дрожжей Saccharomyces carlsbergensis в состоянии сверхспирализации(по Р. Сэджер, 1975); Б — из печени крысы на стадии репликации в релаксированнойформе (В. С. Михайлов, Ю. Г. Гаузе, 1974, по Н. Д. Озернюку, 1978)годов XX в. в лаборатории Б. Эфрусси. Жизненный цикл дрожжейсахаромицетов представлен на рисунке 9.9. У этих грибов извест­ны мутантные формы, образующие на глюкозе мелкие колонии, такназываемые Petite-мутанты, фенотип которых обозначают РеГ в от­личие от дикого типа P e t. Мутанты Pet~ не растут на неферментируемых источниках углерода, поскольку не способны к дыханию.Скрещивая гаплоидные клетки P e t х РеГ, можно получить гибридыдикого типа, способные к дыханию. Тетрадный анализ таких гибри­дов (рис. 11.7) показывает, что признак Pet~ от независимо получен­ных мутантов наследуется по-разному.

Одни гибриды показываютнормальное расщепление в тетрадах (2 P e t : 2 Pet ), у других рас­щепление отсутствует (4P et+: 0 Pet ). Очевидно, в первом случае не­способность к дыханию определяет хромосомная мутация, а во вто­ром — нехромосомная, по-видимому, цитоплазматическая. Эти дватипа мутантов Pet~ были названы соответственно генеративными ивегетативными.Нехромосомную природу вегетативных мутантов Pet~ подтвер­дили и многократные возвратные скрещивания сегрегантов Pet+сродителем Pet '.

Во всех случаях признак Pet в тетрадах не про­являлся (рис. 11.7, Б), в то время как по ядерным маркерам, введен­ным в скрещивание, наблюдали регулярное расщепление 2:2. Прискрещивании вегетативных и генеративных мутантов Pet~ образу-280 *Часть 2. Разнообразие и единство генетических механизмовТаблица 11.3ДНК митохондрий микроорганизмов, растительных и животных клеток(по Р. Сэджер, 1975)ОрганизмПлотность ДНК, г/см3ЯдроМитохондрии1,6981,6841,685-1,6921,684-1,686Leishmania henrietty1,7211,699Tripanosoma cruzi1,7101,6991,7001,686Лягушка — Rarta pipiens1,7021,702Карп — Cyprinus carpo1,6971,703Куриный эмбрион1,7011,707Голубь — Columba livia1,7001,707Утка — Anas domestica1,7001,711Морская свинка — Cavia porcellus1,7001,702Печень мыши1,7011,701Печень быка1,7031,703Человек (лейкемические лейкоциты)1,6951,705Chlorella1,7171,712Euglena1,7071,690Репа — Brassica гара1,6921,706Лук — Allium сера1,6981,706Дрожжи — S.

cerevisiaeПростейшие:TetrahymenaСлизевик — Physarum polycephalumЖи в о т н ые :Водоросли:Высшиерастения:ются гибриды Pet+, в тетрадах которых происходит расщепление2 Pet +:2 P er.Вегетативные мутанты Pet~ возникают спонтанно. Иногда онисоставляют до 1 % клеток в культуре. Их появление как у гаплоидов,так и у диплоидов стимулируют высокая температура, акрифлавин,бромистый этидий. При пересевах эти мутанты никогда не ревертируют к фенотипу P et+ в отличие от генеративных Pet ~. Указанныевоздействия не индуцируют генеративных мутантов Pet~.

Все это за-Глава 11. Нехромосомное наследование*88 281Pet2 Pet+ : 2 P e t'4 Pet+ : O P e fРис. 11.7. Тетрадный анализ способности к дыханию у гибридов между гаплоидамидикого типа и А - генеративными (ядерными) и Б - вегетативными (неядерными)мутантами Pet S. cerevisiaeставило предположить, что вегетативные Pet ~— результат потеринекоего детерминанта, находящегося в цитоплазме. Подозрение па­дало на митохондрии.

Характеристики

Список файлов книги