1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 55

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

Текст из файла (страница 55)

Трансформация и генная инженерия12.4. Получение генов12.5. Клонирование генов. Векторы12.6. Банки генов12.7. Трансформация эукариот12.8. Генная инженерия в природе и векторыдля клонирования генов растений12.9. Рестрикционное картирование и секвенирование12.10. Генная инженерия как «сумма технологий»Вопросы к главе 12В предыдущих главах (гл. 9-11) показано разнообразие процес­сов, которые приводят к объединению и рекомбинации генетиче­ского материала в природе. При работе с различными объектами за­кономерности наследования выражаются в разной форме.

В то жевремя обобщение законов наследования, вскрываемых методами ге­нетического анализа, позволяет выявить некоторые универсальныесвойства генетического материала.Известно, что генетические функции — хранение, передача,фенотипическое проявление наследственных задатков — связаныс молекулярным носителем, чаще всего с ДНК, реже с РНК. Пред­ставления об универсальности свойств генетического материалаи клеточного строения живой материи являются теоретическимиобобщениями, которые воплощаются в таких областях эксперимен­тальной биологии, как клеточная и генная инженерия. Это синтети­ческое направление легло в основу новой области прикладной био­логии — биотехнологии.Установление единства генетической оганизации живых существстало фундаментом новой области биологии — геномики, расшиф­ровывающей и исследующей первичную структуру ДНК разныхГлава 12.

Клеточная и генная инженерия303объектов. Решающую роль в становлении этой области сыграла раз­работка приборов для массового автоматизированного исследованиячередования нуклеотидов ДНК.12.1. Закономерности наследования и свойствагенетического материалаГенетический материал организма — это совокупность носи­телей его наследственной информации. Несмотря на кажущеесяразнообразие проявлений генетических закономерностей у разныхорганизмов, генетический материал характеризуется всего несколь­кими общими свойствами. Их можно показать с помощью методовгенетического анализа, используя любой объект.1. Свойство относительной стабильности. Генетический анализвозможен только благодаря тому, что признаки растений, животныхи микроорганизмов стабильно воспроизводятся в ряду поколений.Особенно наглядно это демонстрирует вегетативное размножение,обычное для микроорганизмов, широко распространенное у расте­ний и реже встречающееся у животных.

Стабильность элементар­ных признаков можно наблюдать в ряду половых поколений во всехцарствах живой природы. Именно на свойстве стабильности гене­тического материала основаны принципы гибридологического ана­лиза, сформулированные еще Г. Менделем (гл. 1). В основу гибри­дологического анализа он положил работу с несколькими формамигороха, устойчиво воспроизводящими свои признаки при самоопы­лении. Аналогично поступили Дж. Ледерберг и Е. Тэйтум при поис­ках полового процесса у бактерий Е. coli. В этом случае также быливыбраны формы, стабильно различающиеся наследуемыми особен­ностями.Свойство стабильности генетического материала не абсолютно.Время от времени происходят мутации (см.

гл. 13), возникают новыеаллели, которые вновь передаются из поколения в поколение. Такимобразом, мы говорим о свойстве относительной стабильности гене­тического материала, которое нашло наиболее удачное выражение впринципе конвариантнойредупликации Н. В. Тимофеева-Ресовского(см. гл. 1).2. Свойство дискретности генетического материала обобщаеточень разные по форме конкретные проявления менделевских за­конов расщепления и независимого наследования генов.

Если длягороха наследование дискретных единиц-генов выражается в фор­мулах: З А - : 1 аа при моногибридном n 9 A - B - : 3 A - b b : ? > a a B - : 1304 ФЧасть 2. Разнообразие и единство генетических механизмовпри дигибридном скрещивании, то для микроорганизмов те жезакономерности проявляются иначе. В тетрадном анализе у грибови водорослей расщепление в моногибридном скрещивании симво­лизирует соотношение 2 А : 2 а, а при дигибридном: 1 Р : 1 N : 4 Т(см.

гл. 9). Можно вспомнить также расщепление в случайной вы­борке гамет или в анализирующем скрещивании. В более сложнойформе те же закономерности выражаются при расщеплении у бакте­рий, вирусов и при анализе нехромосомного наследования. Все при­веденные примеры — не что иное, как частные проявления обще­го свойства генетического материала — его генной дискретности.Первая попытка формулирования этого свойства связана с именемУ.

Бэтсона и его правилом чистоты гамет (см. гл. 2). Дискретностьгенетического материала выражается на нескольких уровнях: ген­ном, хромосомном и геномном, включающем всю совокупность хро­мосомных и нехромосомных генетических детерминант.3.

Свойство линейности генетического материала обобщаетзакономерности, открытые школой Т. X. Моргана и лежащие в осно­ве хромосомной теории наследственности. У всех исследованных досих пор организмов группы сцепления линейны, т. е. их изображаютотрезками или замкнутыми линиями (окружностями) на плоскости.Хромосомы не бывают разветвленными. В группах сцепления генырасположены в линейной последовательности, как и участки внутригенов (см. гл. 16).4.

Свойство непрерывности генетического материала прояв­ляется наряду со свойством дискретности. Дискретные единицы —гены, маркированные мутациями, — позволяют строить линейныекарты групп сцепления, в которых можно последовательно перехо­дить от мутации к мутации, от гена к гену. Между генами не обна­руживают каких-либо негенетических элементов, чуждых функциихромосом как носителей наследственной информации.

В дальней­шем мы обратимся к системе регуляторных элементов, влияющихна активность генов, некоторые из них действуют на ген, находясьна значительном расстоянии от него (см. гл. 17), изменяя структурухроматина. Перенос гена в новое окружение при хромосомных пе­рестройках может менять экспрессию (выражение) гена (см. гл. 14).Все это подчеркивает непрерывность генетического материала.Эти четыре универсальных свойства генетического материаламожно выявить у любого организма.

В основе их лежат свойстваДНК — линейного полимера, молекулы которого имеют дискретныеразмеры. Каждая хромосома — это непрерывная молекула ДНК, спо­собная к воспроизведению при наличии в ней участка (или участков)аа bbГлава 12. Клеточная и генная инженерия305начала репликации. Генная дискретность выражается благодаря раз­личному чередованию нуклеотидов в разных участках ДНК, а такжеблагодаря специфическим сигналам — сочетаниям нуклеотидов, илирегуляторным последовательностям, обозначающим начало и конецсчитывания генетической информации, соответствующей дискрет­ной макромолекуле (см. гл. 16, 17).В то же время следует помнить, что все перечисленные свойствагенетического материала существуют в неразрывном единстве.

Ихнельзя отрывать друг от друга и изучать изолированно. Так, напри­мер, свойства дискретности и непрерывности составляют некую об­щую характеристику носителей наследственной информации. Дис­кретные единицы — гены — составляют единое целое в виде группысцепления — хромосомы — и входят в общую систему более высо­кого порядка — систему генома, систему функционирующих геновразличных клеток многоклеточного организма и т. д.Представление об универсальных свойствах генетического мате­риала восходит к принципам рассмотрения «законов наследственно­сти», которые сформулировал М.

Е. Лобашев (1967)*.12.2. Элементы парасексуального циклаи клеточная инженерияПоиски единства в разнообразии процессов и законов живой при­роды подвели к представлениям о биохимической универсальности,т. е. о сходстве многих путей метаболизма и молекулярных структуру разных объектов и к представлениям об универсальности клеточно­го строения организмов. Поэтому область сравнительной генетики,изучающей особенности организации и функционирования генети­ческого материала разных таксонов, делает возможными не толькотеоретические обобщения, но и позволяет переносить способы об­мена генетической информацией, найденные у одних организмов, надругие. То, что является исключением из правил в одной таксономи­ческой группе, становится правилом в другой. Более того, подобные«исключения» в руках экспериментатора превращаются в новые ме­тодические подходы.

Достаточно вспомнить нерегулярные типы по­лового размножения у растений и животных и их использование длярешения экспериментальных и практических задач (см. гл. 9).Как мы знаем из главы 9, парасексуальный цикл в полном объемесвойствен мицелиальным грибам. Элементы парасексуального про­* Лобашев М. Е. Генетика. 1967. С. 149-151.306 $Часть 2. Разнообразие и единство генетических механизмовцесса встречаются у многих эукариот. Широко распространен в при­роде митотический кроссинговер, так же как явления нерасхожденияи потери хромосом. С потерей хромосом в митозе мы познакоми­лись на примере возникновения билатерального гинандроморфа уD.

melanogaster (гл. 7). Подобные потери хромосом могут происхо­дить не только при первом дроблении зиготы, но и на более позднихстадиях развития. Тогда генетически различающиеся ткани у дро­зофилы будут представлены не симметричными половинами тела,а более дробными участками. Получение таких мозаичных особейиспользуют в генетике индивидуального развития для установлениявремени детерминации клеток, участвующих в формировании техили иных органов насекомого (см. гл. 18).Как показано в главе 9, элементы парасексуального цикла встре­чаются и у немицелиальных грибов, например у дрожжей. У этогообъекта они находят применение в экспериментах по цитодукции, ко­торую успешно используют для изучения рекомбинации ядра и мито­хондрий, для получения ядерно-цитоплазматических гибридов, длялокализации наследственных детерминант в цитоплазме.

Более того,цитодукцию применяют для переноса отдельных хромосом у того жеобъекта. Как показал Т. Нильссон-Тилгрен и др., при образовании цитодуктантов изредка происходит передача отдельных ядерных группсцепления. Это явление используют для «похромосомной» гибриди­зации, получают гибриды, имеющие необычный набор хромосом:n + 1, в котором весь набор гаплоиден, за исключением одной пары.С помощью селективных маркеров такие «гибриды» сравнитель­но легко отобрать. В дальнейшем использование митотическогокроссинговера и потеря того или другого из пары гомологов позво­ляют получить гаплоиды с замещением отдельных хромосом или ихучастков.

Характеристики

Список файлов книги