1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Этирезультаты согласуются с тем, что 3'—>5'-экзонуклеазная активность,обнаруженная у всех ДНК-полимераз (см. гл. 5), выполняет функциюкоррекции, удаляя ошибочно включенные в ДНК основания.Таким образом, частота ошибок репликации зависит от соотношения полимеразной и экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы.Мутаторную и антимутаторную активность проявляют и аллелидругих генов, контролирующих репликацию: гены, кодирующиеДНК-лигазу, ДНК-связывающие белки и другие белки комплекса реплисомы (см. гл. 5).Зависимость частоты мутаций от состояния ДНК-полимеразы подтверждают также данные о мутаторной активности аллелей гена dnaE,контролирующего ДНК-полимеразу III у Е.
coli, а также обнаружение мутагенной ДНК-полимеразы в клетках человека, больного лейкемией.Изучение мутационного процесса в связи с репликацией ДНКпозволило выявить некоторые высокоэффективные мутагены, действующие непосредственно в репликативной вилке. К их числу относится И-метил-К-нитро-К-нитрозогуанидин (МННГ), которыйвзаимодействует с одноцепочечными участками в вилке репликацииили действует непосредственно на ферменты реплисомы.Репарация и мутационный процесс. Мутации некоторых генов,ответственных за репарацию у Е. coli, бактериофага Т4, дрожжей, атакже в клетках высших эукариот, проявляют мутаторный или антимутаторный эффект, подобно мутациям в генах, ответственных зарепликативный комплекс.Наиболее подробно участие процессов репарации в возникновениимутаций исследовано у бактерии Е. coli.
Показано, что мутация в генеuvrE, контролирующем ликвидацию однонитевых разрывов после ультрафиолетового (но не ионизирующего) облучения, повышает спон-Глава 13. Мутационный процесс. Генные мутацииФ 361тайное возникновение транзиций АТ—ЮС в 350-400 раз, а транзицийGC—>АТ в 150-200 раз. Она повышает также частоту мутаций, индуцированных ультрафиолетовым светом и метилметансульфонатом.Изучение генетического контроля репарации (а также рекомбинации) позволило доказать участие некоторых нормальных процессов,происходящих в клетке, в превращении предмутационных изменений ДНК в мутации.
В частности, оказалось, что процесс становления мутаций может быть генетически блокирован так же, как любойдругой физиологический процесс. Так, изменение генов 1ехА илигесА ведет к частичному или полному подавлению мутационногопроцесса под действием ультрафиолетового света, ионизирующихизлучений и некоторых химических мутагенов.Э.Виткин обратила внимание на связь нескольких явлений, для которых общей причиной служит облучение клеток ультрафиолетовымсветом: 1) индукция профага X; 2) повышение выживаемости облученного бактериофага X при заражении им предварительно облученных клеток Е.
coli по сравнению с выживаемостью в необлученныхклетках — так называемая W-реактивация, открытая Дж. Уэйглом;3) блокирование клеточных делений у некоторых мутантов Е. coli, врезультате чего клетки приобретают нитевидную форму; 4) повышение частоты рекомбинации; 5) повышение частоты мутаций.Оказалось, что W-реактивация бактериофага сопровождается повышением его мутабильности. Кроме того, явление W-реактивациитак же зависит от дозы ультрафиолетового света, как и индукция профага X. Для осуществления обоих процессов требуется нормальноесостояние генов гесА и 1ехА.
У мутантов гесА и 1ехА они подавлены,как и образование нитевидных клеток, не говоря уже о мутагенезе,индуцированном ультрафиолетовым светом.Параллелизм в проявлении индукции профага и W-реактивации(сопровождаемой повышением мутабильности) указывает на существование индуцируемой системы репарации, которая в связи сэтим получила наименование SOS-репарации, т. е.
репарации, включаемой для спасения. (Подробнее о системах регуляции действиягенов см. гл. 17.) Индуцибельная система репарации действует помеханизму пострепликативной репарации. На это указывает ее зависимость от гена гесА (см. гл. 6). SOS-репарация включается в техслучаях, когда «безошибочная» дорепликативная система репарациине справляется с устранением повреждений или когда она блокирована мутационным путем. Для индукции системы SOS-репарациитребуется 30-60 димеров тимина на геном Е.
coli. Сигналом индукции служит задержка репликации, которая происходит при этом.362 *Часть 3. ИзменчивостьСвязь повышенной спонтанной мутабильности с дефектами системы репарации у дрожжей-сахаромицетов была обнаружена в1968 г. в лаборатории И. А. Захарова в СССР и в лаборатории Р. фонБорстела в США при изучении мутантов, чувствительных к действию излучений.Связь репарации и мутационного процесса показана дляD.
melanogaster. Так, при действии кофеина на недокармливаемыхмух наблюдается четкий антимутагенный эффект, судя по критериюспонтанных потерь Х-хромосомы. Известен мутатор ти у дрозофилы, в присутствии которого мухи проявляют повышенную чувствительность к рентгеновым лучам и метилметансульфонату. Мутаторти находится в непосредственной близости к мутации C(3)G, блокирующей мейотическую рекомбинацию.Рекомбинация и мутационный процесс. Связь между мутационным процессом и рекомбинацией следует из общности некоторых ферментативных этапов репликации, репарации и кроссинговера. Крометого, источником мутаций могут быть ошибки рекомбинации, приводящие к появлению новых аллелей. Единство генетического контролярепарации, рекомбинации и мутационного процесса можно проиллюстрировать несколькими примерами: у дрожжей известны мутанты сповышенной частотой митотического кроссинговера, которые одновременно обнаруживают повышенную мутабильность и чувствительность к действию излучений.
Мутанты, проявляющие способность крекомбинации с повышенной частотой и одновременно проявляющиеповышенную спонтанную мутабильность, получены у Е. coli.На связь самого процесса рекомбинации с возникновением мутаций указывает корреляция обменов гомологичных участков хромосом с изменениями генов в непосредственной близости к ним.Так, у Bacillus subtilis трансформация сопровождается повышением мутабильности. Известно, что мутаген профлавин (диаминоакридин) вызывает вставки и выпадения оснований у бактериофагов,но он практически не мутагенен для бактерий.
Тем не менее с его помощью удалось получить мутантов у Е. coli в процессе конъюгации.Такой результат согласуется с точкой зрения о мутагенном действииакридинов в процессе рекомбинации.Наиболее подробно охарактеризован мутагенный эффект рекомбинации у дрожжей. В начале 60-х годов XX в. К. Маньи и Р. фон Борстел описали у S. cerevisiae так называемый мейотический эффект,который заключается в том, что некоторые типы спонтанных мутаций возникают в мейозе чаще, чем в митозе.
Это касалось появленияи ревертирования мутаций-вставок или выпадений пар оснований. УГлава 13. Мутационный процесс. Генные мутации#363другого вида дрожжей — Schizosaccharomyces pombe — У. Лойпольдс сотрудниками показали, что в ходе мейотической рекомбинациимогут происходить мутации вставки и выпадения оснований в генеade 1.Вклад рекомбинации в мутационный процесс не ограничивается только ее ошибками. В результате реципрокной рекомбинациивозникают хромосомные аберрации, а также некоторые другие изменения генома, традиционно относимые к мутациям.
Они будутрассмотрены в следующей главе.13.6. Качественные и количественные закономерностимутационного процессаКачественные закономерности. Крупнейшим обобщениемработ по изучению мутационной изменчивости в начале XX в.стал закон гомологических рядов в наследственной изменчивостиН. И. Вавилова, который он сформулировал в 1920 г. в докладена III Всероссийском селекционном съезде в Саратове.
Согласно этому закону близким видам и родам организмов свойственнысходные ряды наследственной изменчивости. Чем таксономически ближе рассматриваемые организмы, тем большее сходствонаблюдается в ряду (спектре) их изменчивости. Справедливостьэтого закона Н. И. Вавилов проиллюстрировал на огромном ботаническом материале. Закон Н. И.
Вавилова находит подтверждение в изучении изменчивости животных и микроорганизмов и нетолько на уровне целых организмов, но и отдельных их структур.Достаточно вспомнить эволюционный принцип параллелизма вразвитии тканей, сформулированный затем А. А. Заварзиным.Очевидно, что закон Н. И. Вавилова стоит в ряду научных достижений, приведших к современным представлениям об универсальности многих биологических структур и функций, о которых говорилось в главе 12.Закон Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
