1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 67
Текст из файла (страница 67)
И. Вавилова имеет большое значение для селекционнойпрактики, поскольку прогнозирует поиск определенных форм культурных растений и животных. Зная характер изменчивости одногоили нескольких близких видов, можно целенаправленно искать формы, еще не известные у данного организма, но уже открытые у еготаксономических родственников. Своим законом гомологическихрядов Н. И. Вавилов фактически заложил основы нового направления — сравнительной генетики. С возникновением геномики сталоочевидным, что в основе закона гомологических рядов Н. И. Вавило364 «Часть 3.
Изменчивостьва лежит наличие большого числа гомологичных генов (их принятоназывать ортологичными) у таксономически близких организмов.Количественные закономерности. Принято считать, что мутационный процесс случаен и не направлен. Это значит, что неизвестно, когда и в каком гене произойдет мутация, какой признак будетизменен, будет ли мутация полезной или вредной для организма.Тем не менее, связывая мутационный процесс с системами регулируемой репарации, в частности SOS-репарации, следует искать путирегулирования и частоты мутаций.Еще в начале 1920-х годов А.
Стертевант, а затем Н. И. Шапирона основе исследований D. melanogaster предложили рассматриватьмутабильность как адаптивный признак вида. Действительно, знаяо существовании генов-мутаторов и антимутаторов, повышающих ипонижающих спонтанную частоту мутаций, характерную для организмов дикого типа, следует принять, что частота мутаций в природеоптимизирована на каком-то определенном уровне.Так, Дж.
Дрейк обратил внимание на то, что у различных микроорганизмов — бактерий, бактериофагов, грибов — общая частотаспонтанного мутирования в пересчете на репликацию генома приблизительно одинакова — около 1 %. Поскольку величина генома умикроорганизмов варьирует более чем в 1 ООО раз, и средняя мутабильность в пересчете на пару нуклеотидов или на один ген среднего размера должна варьировать обратно пропорционально размеругенома, т. е. более чем в 1ООО раз. Пока неизвестно, каким образомвыравнивается частота мутаций в пересчете на гаплоидный геном ипочему у диплоидных организмов эта величина, по некоторым данным, возрастает почти до 100 % на геном за половое поколение.Еще в конце 40-х — начале 50-х годов XX в.
А. Новик и JI. Сциллард обнаружили, что при выращивании бактерий в хемостате частота мутаций пропорциональна продолжительности клеточнойгенерации, а не числу делений. Это означало, что мутации могутпроисходить не только при удвоении генов. Ф. Райан показал, чтоспонтанные мутации происходят в покоящихся клетках Е. coli, вкоторых не удается обнаружить синтез ДНК.
Спонтанные мутациинакапливаются при хранении сухих семян, в покоящихся спорахактиномицетов, в нереплицирующихся частицах бактериофагов.При этом следует помнить, что мутации учитывают как измененные, мутантные организмы. Следовательно, если в не реплицирующихся генах и происходят некие изменения, то обнаружить их последствия можно только в результате последующего размножения клеток,последующей репликации ДНК.Глава 13. Мутационный процесс. Генные мутацииФ 36513.7.
Первичныеи предмутационныеизменения генетическогоматериалаУчитывая, что мутационноеизменение гена — процесс, длящийся во времени, по-видимому,можно говорить о том, что в покоящихся спорах, семенах, бактериофагах происходят первичныеили предмутационные изменения,которые реализуются при последующем синтезе ДНК. При этомнужно иметь в виду, что синтезДНК идет не только при воспроизведении генов, но и при репара Рис.
13.13. Реализация потенциальныхции и рекомбинации.повреждений, вызываемых рентгеновымиКакова природа первичных лучами, у D. melanogaster (К. В. Ватти,предмутационных, или потенци 1961; М. М. Тихомирова, 1979)альных, изменений генетическо Показана зависимость частоты рецесго материала и какова их даль сивных, сцепленных с полом летальныхнейшая судьба? Из этой главы мутаций от дополнительного действиястановится очевидным, что лишь повышенной температуры.небольшая часть первичных по I — самки линии yw/y+Y (ооциты); II —вреждений генетического мате самцы линии Кантон-С (сперматогонии).риала превращается затем в му К — контроль (без воздействия); Т — темтационные изменения. Большую пература 37 °С в течение 8 ч; 0 — рентгечасть первичных повреждений новские лучи 1000 Р (I) или 1500 Р (II);устраняют системы репарации.
0 + Т — последовательное действие обОдин из способов выявления по лучения и температурытенциальных, предмутационныхизменений генов был предложен М. Е. Лобашевым. Это последовательное действие двух факторов: мутагенного, например рентгеновых лучей, и немутагенного — повышенной температуры.
М. М. Тихомирова и К. В. Ватти применили этот подход к исследованиюмутационного процесса у дрозофилы. Оказалось, что значительнаядоля потенциальных изменений, вызываемых рентгеновыми лучами,обычно устраняемых репарацией, может быть превращена в мутациипри последующем действии повышенной температуры (рис. 13.13).Это явление получило название эффекта последействия.366 *Часть 3. ИзменчивостьНепосредственное изучение возникновения и даже фенотипического проявления первичных повреждений генетического материалас их последующим превращением в мутации в зависимости от активности систем репарации возможно с использованием некоторыхмодельных микробиологических объектов (см.
гл. 23).Изучение путей становления мутационного изменения имеет решающее значение для понимания механизмов мутационного процесса.Эти пути зависят от воздействия различных агентов, например, аналоги азотистых оснований могут индуцировать мутации, по-видимому,«избегая» контроля со стороны систем репарации, а ультрафиолетовый свет, приводящий к локальным нарушениям структуры ДНК,запускает репарацию, склонную к ошибкам. Отсюда по аналогии спутями метаболизма возникает концепция путей мутационного процесса, которые могут быть исследованы с применением методов ихгенетического блокирования, как явствует из материала этой главы.13.8.
«Адаптивный» мутагенезВ конце XX столетия возникла концепция т. н. адаптивногомутагенеза. Ее предложил Дж. Кейрнс на основании изученияспонтанных мутаций (реверсий) Lac “ —*■Lac + у Е. coli. Мутантные клетки (Lac ) этой бактерии, не способные усваивать лактозу,на среде с лактозой в качестве единственного источника углерода мутировали к способности усваивать лактозу (L ac+) чаще, чемэтого следует ожидать на основании предположения о случайном,не направленном возникновении мутаций (см. 13.4). Создавалосьвпечатление, что направление отбора влияет на частоту мутацийпо признаку, адаптивному в данных условиях. Следует учесть, что«адаптивный мутагенез» характерен для неделящихся клеток, вкоторых практически не происходит репликация.
Тем не менееповреждения ДНК происходят, их устраняют системы репарации.Следовательно, мутагенез в данном случае связан преимущественно с репарацией, которая в неделящихся клетках изучена хуже,чем при репликации ДНК. Тем не менее уже известно, что в репарацию в отсутствие репликации часто вовлечены т. н. неточныеДНК-полимеразы, что сопряжено с повышением частоты мутаций(см. гл. 6). Кроме того, Lac-оперон или аналогичные системы, которые служат моделями в исследовании адаптивного мутагенеза,находятся в состоянии индукции.
Известно, что активно транскрибируемые гены мутируют чаще, чем те, транскрипция которыхподавлена. Лактозный оперон Е. coli на среде с галактозой находится в состоянии индукции, т. е. активно транскрибируется. ОбГлава 13. Мутационный процесс. Генные мутацииФ 367Переход парыА-Т в пару G-CРазрезание иразделение нитей----------------- ►ДобавлениеолигонуклеотидаAGCCTРепликация in vitroполимеразой pol 1 илигированиеСайт-специфическая мутацияРис.
13.14. Схема сайт-направленного мутагенеза (из D. Freifelder, 1987)экспрессии генетической информации, в частности о транскрипции, смотри в главе 16. Мы уже упоминали о связи репарации итранскрипции (см. гл. 6). Учитывая роль репарации в становлениимутаций, можно ожидать повышения частоты мутаций именно втранскрибируемых генах. При этом часто упоминают также голодный, или пищевой, «стресс». Как известно, стресс может бытьисточником наследственной изменчивости.13.9. Сайт-направленный мутагенез in vitroРазработка методов генной инженерии (см. гл. 12) позволилапроводить мутагенез in vitro на выделенных индивидуальных генах, изменяя и заменяя участки ДНК по желанию экспериментато-368 ФЧасть 3.
Изменчивостьра. Для этого химическим путем синтезируют праймер (см. 12.4), свключением измененной нуклеотидной последовательности — замены, вставки или выпадения нуклеотидов. Праймер достраивают в реакции репликации in vitro. Полученный таким образом генвстраивают в вектор и размножают его в Е. coli.
Далее измененныйген может быть введен трансформацией в исходный объект илиперенесен в клетки другого вида (рис. 13.14).Разработка методов сайт-направленного мутагенеза вместе с другими методами генной инженерии позволяет направленно изменятьгенетический материал, что находит применение в фундаментальных и прикладных исследованиях.
Тем не менее рано утверждать,что мы понимаем все закономерности мутационного процесса. Досих пор нет удовлетворительного определения понятия «мутация».Часто этот термин объединяет разнородные изменения генетического материала.Вопросы к главе 131. Какие способы классификации мутаций вам известны?2. Что такое транзиции? Трансверсии?3. Чем отличается наследование соматических мутаций от наследования генеративных мутаций?4. Каковы функции генов, мутации в которых приводят к повышению уровня спонтанной мутабильности?5. В чем заключается физиологическая гипотеза мутационногопроцесса, кем впервые она была высказана?6. Какие типы генных мутаций могут ревертировать под действием5-бромурацила?7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
