1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 65
Текст из файла (страница 65)
13.7. Метод сбалансированных леталей для учета рецессивных мутаций в хромосоме 2 у дрозофилыА — мутации не возникли; Б — в хромосоме 2 возникла рецессивная летальная мутациямух 2 Су L : 0 Су+L +(рис. 13.7, Б). Аналогично учитывают в F3 ирецессивные мутации с видимым проявлением в хромосоме 2.Учет рецессивных мутаций у высших растений удобнее всего проводить на самофертильных (см. гл. 9) формах, к которым354 *Часть 3.
Изменчивость/01i®IооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооАвтостерильные формы ]оооооооооооооооооооооооооооооо• о о# оо о* оо• от отот о о ооо т отоооооАвтофертильная линия|]Самоопылениерастений F\о о о о оот о о оо от о оСемьи F 2 о о О о О(по 60 растений)^ О 2оооОООООоО О О ОО09 ОООО^ООооооооооооооооооот о о о о о о о *ооооооооооооооооооооооо • о оо•ооОО ОООоо О О О О О#оо О ОООООГруппы семей F 2 , соответствующие исходнымавтостерильным растениямРис. 13.8. Схема закладки самоопыляющихся линий для учета рецессивных мутаций урастений (по В. Г.
Смирнову и С. П. Соснихиной,1981)А — автофертильных; Б — автостерильных с использованием автофертильных форм.Черные кружки — мутантные растенияГлава 13. Мутационный процесс. Генные мутации355относятся, прежде всего, самоопыляющиеся виды. У них послеобработки мутагенами семян или пыльцы закладывают индивидуальные линии и в 12 (так называют второе поколение, полученное от самоопыления) изучают потомство согласно схеме(рис. 13.8, А). Мутации у самосовместимых видов растений изучены лучше, чем у самонесовместимых форм, размножающихсяперекрестным опылением.
В последнем случае закладке индивидуальных (самоопыляющихся) линий должен предшествоватьэтап скрещивания с самофертильными мутантными формами,которые получены у ряда перекрестно опыляющихся растений. Этот принцип впервые был применен В. Г. Смирновым иС. П. Соснихиной для анализа наследственной изменчивости впопуляциях ржи (рис. 13.8, Б).13.5. Причины генных мутацийДо сих пор мы говорили о мутациях в широком смысле слова. Например, рецессивные сцепленные с полом летальные мутации могутбыть генными, но чаще бывают различными хромосомными аберрациями. Для детального изучения механизмов мутационного процесса мутации необходимо классифицировать по характеру изменениягенетического материала (см.
с. 340). Рассмотрим подробнее генныемутации и причины их возникновения.Основное внимание при изучении генных мутаций уделяют изменениям чередования пар нуклеотидов в ДНК и прежде всего изменениям, затрагивающим отдельные пары нуклеотидов, которыепредставляют класс точковых, или точечных, мутаций. Более крупные изменения генетического материала будут рассмотрены в следующих двух главах.Точковые мутации представляют собой изменения пары нуклеотидов ДНК (или нуклеотида РНК).
Далее этот класс мутаций подразделяют на следующие группы:а) транзиции — такие замены пар нуклеотидов (АТ <-►GC), которые не изменяют ориентации: пурин — пиримидин в пределахпары (рис. 13.9, А);б) трансверсии — замены пар нуклеотидов (АТ <-►CG, АТТА,GCCG), изменяющие эту ориентацию (рис. 13.9, Б);в) вставка лишней пары нуклеотидов;г) выпадение пары нуклеотидов.В соответствии с физиологической теорией мутационного процесса мутации следует рассматривать как побочные продукты нормальных процессов клеточной физиологии. С конца 60-х гг.
XX в.356 &Часть 3. ИзменчивостьАТАТGCТАCGGCРис. 13.9. Точковые мутации. А — транзиции; Б — трансверсииполучила распространение концепция Р. фон Борстела, согласнокоторой мутации возникают в результате «ошибок трех Р»: репликации, репарации и рекомбинации. Такие ошибки происходят спонтанно и под влиянием мутагенов. В связи с этим вполне понятно,что решающую роль в понимании механизмов мутагенеза сыгралоизучение энзимологии репликации, репарации, рекомбинации и ихгенетического контроля. Оказалось, что многие гены, контролирующие эти процессы, одновременно контролируют частоту спонтанного и индуцированного мутационного процесса.Репликация и мутационный процесс. Все транзиции и трансверсии можно объяснить некоторой неоднозначностью соответствияпри спаривании отдельных нуклеотидов в комплементарных цепяхДНК.
Прямым указанием на участие процесса репликации в мутагенезе было открытие мутагенного эффекта аналогов оснований ДНК:5-бромурацила и 2-аминопурина, вызывающих мутации у бактериофагов и бактерий.5-бромурацил включается в ДНК вместо тимина и образует парыс аденином (рис. 13.10, А). При этом возможно ошибочное спаривание с гуанином (рис. 13.10, Б) при репликации ДНК, уже включившей 5-бромурацил (ошибка репликации), а возможна ошибка привключении аналога в ДНК (ошибка включения). В первом случае врезультате ошибки репликации происходят транзиции АТ —►GC, а вовтором — в результате ошибки включения — транзиции GC —►АТ(рис. 13.10, В, Г).
Аналогичны ошибки включения и ошибки репликации и при действии другого аналога оснований — 2-аминопурина(рис. 13.11).Необходима репликация и для возникновения мутаций, индуцированных азотистой кислотой, дезаминирующей аденин, цитозин и гуанин. Взаимодействие азотистой кислоты с первыми двумяоснованиями приводит соответственно к транзициям АТ —> GC иГлава 13. Мутационный процесс. Генные мутации$8 3571а '|Т-rA> ^ V fc.® -©(s fII ^Ошибка репликации^ \ н )АденинАи\Ев5-бромурацил(нормальная кетоформа)BUОшибка включенияРис. 13.10.
Механизм мутагенного действия 5-бромурацила (по Г. Стенту, 1974, с дополнениями)А — спаривание 5-бромурацила (BU) с аденином и Б — с гуанином (справа — двамеханизма индукции транзиций);В — ошибка репликации, состоящая в том, что BU включается при репликации (1)на место Т, а затем спаривается с G (2); в третьем цикле репликации (3) G нормальноспаривается с С, и таким образом завершается переход АТ —►GC;Г — ошибка включения, состоящая в том, что BU спаривается с G (1), а затем спаривается с А (2); в третьем цикле репликации (3) А нормально спаривается с Т, и такимобразом завершается переход GC —►АТGC —>АТ. Продукт дезаминирования гуанина — ксантин — образуетпары так же, как гуанин с цитозином, поэтому мутации не возникают (рис.
13.12). Однако спаривание ксантина с цитозином происходит с очень низкой эффективностью, поэтому ксантин, находящийсяв ДНК, с большей вероятностью блокирует репликацию, что можетприводить к гибели клетки. В последнем случае мутации также невозникают.
Азотистая кислота — высокоэффективный мутаген длявирусов, бактерий и эукариот.358 фЧасть 3. ИзменчивостьИТ|А -Г т " * ' 1Л [ГсС.1А>^,Гт ^IАРОшибка репликации2-аминопурин (АР)Цитозин (С)Г/сWr c ^ b ' ’^ j TLG ^(А РОшибка включения2-аминопурин (АР)Тимин (Т)Рис. 13.11. Механизм мутагенного действия 2-аминопурина (по Г. Стенту, 1974, с дополнениями)Спаривание 2-аминопурина с цитозином (А) и тимином (Б).
Справа — два механизмаиндукции транзиций. В — ошибка репликации, состоящая в том, что АР включается прирепликации (1) на место А, а затем спаривается с С (2); в третьем цикле репликации(3) С нормально спаривается с G, и таким образом завершается переход АТ —»• GC. Г —ошибка включения, состоящая в том, что АР спаривается с С (1), а затем нормальноспаривается с Т (2); в третьем цикле репликации Т спаривается с А, и таким образомзавершается переход GC —> АТСпонтанная мутабильность повышается в результате мутационного изменения генов, контролирующих репликацию ДНК.
Так,Дж. Спейер в 1965 г. обнаружил, что некоторые мутанты по гену43 бактериофага Т4 отличаются повышенной частотой возникновения спонтанных мутаций в других генах бактериофага. В частности,некоторые мутанты по гену rll, контролирующему скорость лизисабактерии, ревертировали к дикому типу rll —►г+ в 2 ООО раз чаще,Глава 13. Мутационный процесс.
Генные мутацииФ 359N) UNOАденин(А)Гипоксантин (Нх)Цитозин (С)Аденин (А)Цитозин (С)Ксантин (X)Цитозин (С)Рис. 13.12. Схема возникновения транзиций в результате окислительного дезаминирования оснований ДНК азотистой кислотой (по Дж. Уотсону, 1978, с дополнениямииз Г. Стента, 1974)А — аденин дезаминируется до гипоксантина, который спаривается с цитозином;Б — цитозин дезаминируется до урацила, который спаривается с аденином;В — гуанин дезаминируется до ксантина, который продолжает, как и гуанин, спариваться с цитозином.Таким образом, дезаминирование гуанина не влечет за собой мутаций.
Справа — последовательные стадии спаривания оснований при репликации ДНК, обработаннойазотистой кислотойчем обычно. Таким образом, эта мутантная аллель гена 43 обладаласвойствами мутатора.Ген 43 фага Т4 контролирует репликативную ДНК-полимеразу,которая обладает двумя активностями: 5' —►З'-полимеразной и3' —►5'-экзонуклеазной. Последняя выполняет функцию коррекции (см. гл. 6) при репликации ДНК.360 ФЧасть 3.
ИзменчивостьБыли обнаружены и мутанты фага Т4 по гену 43 со сниженной(по сравнению со спонтанной) мутабильностью. У этих мутантовтакже был понижен мутагенез под действием 2-аминопурина. Следовательно, эта мутантная аллель гена 43 обладала свойствами антимутатора. Поскольку антимутаторная полимераза в экспериментах in vivo подавляла мутагенез, индуцированный 2-аминопурином,были проведены эксперименты in vitro с использованием этого аналога оснований в качестве субстрата в ДНК-полимеразной реакции.Оказалось, что антимутаторная ДНК-полимераза включает меньше2-аминопурина в ДНК, чем полимераза дикого типа или мутаторнаяполимераза. Исследования нескольких мутантов по гену 43 показали,что отношение полимеразной к экзонуклеазной активности, как правило, уменьшается в ряду мутатор > дикий тип > антимутатор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
