1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Структура и функция генаС учетом этих особенностей модификационной изменчивостипри ее изучении необходимо соблюдать некоторые общие правила.1. Исходный материал должен быть генотипически однороден.2. Следует охарактеризовать норму реакции исследуемой линии,культуры, клона на применяемые воздействия.3. Необходима статистическая обработка материала, при которойучитывают варьирование признака в контрольном и опытном вариантах и воспроизводимость результатов при повторных опытах.4. Должны быть проанализированы наблюдаемые изменения: их обратимость в онтогенезе, проявление в последующих поколенияхдля различения мутаций и модификаций.Несоблюдение этих правил приводит к невозможности интерпретировать результаты.Причины модификационных изменений, особенно адаптивныхмодификаций, следует искать в механизмах регуляции действия генов, чему была посвящена глава 17.
Очевидно, индукция адаптивных ферментов, регулируемых по оперонной схеме у бактерий, —пример адаптивной модификации в пределах нормы реакции. То жеможно сказать и об упомянутой уже индуцибельной системе репарации у Е. coli.Еще один пример универсального механизма адаптивных модификаций — синдром теплового шока.
Как показал в 1962 г. Ф. Ритосса, в гигантских хромосомах личинок дрозофилы в результатереакции на резкие температурные воздействия (37 °С), а также надействие многих других повреждающих агентов образуется специфический набор пуфов. Этих пуфов немного — от 5 до 10 у разныхвидов D rosophila. Они возникают в течение первой минуты после воздействия на личинок или изолированные слюнные железы.Пуфы имеют повышенную транскрипционную активность: к нимнаправляются молекулы РНК-полимеразы II и белки, дестабилизирующие двойную спираль ДНК.
В пуфах теплового шока уменьшается количество гистона Н1 (см. гл. 5). Все это согласуется спредставлениями о том, что синдром теплового шока затрагиваетуровень транскрипции.Через 30-40 мин пуфы уменьшаются. Если раньше понизитьтемпературу, то этот процесс ускоряется. Пуфы теплового шока неудается индуцировать на изолированных ядрах, и в то же времяони образуются, если ядра из непрогретых клеток слюнных железинкубировать вместе с цитоплазмой клеток, подвергнутых тепловому шоку.$8 535Глава 19. МодификацииПоказано, что во всех клетках организма при тепловом шоке идутсходные (а возможно, и одинаковые) процессы, о чем можно судитьпо активации в них одних и тех же генов: появляются одни и те жебелки и РНК. В дальнейшем выяснилось, что реакция тепловогошока развивается у дрозофилы при действии многих повреждающих агентов, например антибиотика антимицина А, азида натрия,гидроксиламина, колхицина, хлорида аммония и др.Характерная черта реакции на тепловой шок — уменьшение пуфов, присутствовавших в политенных хромосомах до нагревания.При этом прекращается синтез ранее синтезировавшихся иРНК, атранскрипция генов, кодирующих гистоны, рРНК, тРНК и генов митохондрий, сохраняется на прежнем уровне.
Правда, наблюдаетсянарушение созревания 18S, 28S и 5S рРНК.Трансляция в клетках орга23 26 29 31 33 35 37 38 t°Cнизма, подвергнутого тепловомуLiшоку, переключается со старыхиРНК на новые иРНК, синтезированные в результате реакциина повреждающее воздействие.82,000Старые полисомы разрушаются- 70,000и образуются новые. Продуктами68,000этих полисом у D. melanogasterоказываются восемь основныхбелков теплового шока (рис.19.7). Через 6-8 ч после началапрогревания они составляют до-36,00010% всего белка клетки.Если синтез белков тепловогошока подавить при повышениитемпературы, то после снижения—-27,000температуры клетка не может—-26,000вернуться к синтезу нормаль— ——-23,000ных белков.
Это указывает на---------- 22,000адаптивный характер синдроматеплового шока. Сами белки те Рис. 19.7. Синтез белков теплового шокаплового шока обнаруживают по в клетках D. melanogaster при разныхвышенное сродство к хроматину. температурах (из М. Mirault et al., 1978)Они мигрируют в ядро и связы Результаты электрофореза вваются с хромосомами преиму полиакриламидном геле. Справа указанащественно в районах расположе молекулярная масса основных белковтеплового шокания эухроматина.-536 Ф Часть 4. Структура и функция генаО важной роли белков теплового шока свидетельствует и высокий уровень их эволюционной консервативности. Так, ген дрозофилы, кодирующий белок теплового шока массой 70000 Д, обнаружилгомологию в опытах по гибридизации с ДНК человека, мыши, курицы, ящериц, дрожжей и кукурузы. У всех этих и ряда других организмов обнаружены белки теплового шока, аналогичные таковымD.
melanogaster.Белки теплового шока и другие т. н. стрессовые бачки (Hsp — heatshock proteins) относятся к классу шаперонов. Эти белки участвуютв укладке и транспорте многих других белков клетки, в ренатурацииденатурированных белков, «разборке» агрегатов белков и многих других процессах. В стрессовой ситуации клетка переключается на синтез преимущественно белков Hsp, а также так называемого факторатемпературного шока (H sf— heat shock factor), который и запускаетих синтез. Набор белков теплового шока несколько различается приразных видах стресса — температурном, холодовом, окислительном,этанольном и т. д. Некоторые Hsp, даже одного и того же класса, клетка синтезирует конститутивно, а другие — только при стрессе.Таким образом, существует еще один универсальный генетический механизм — механизм «неспецифических» адаптивных модификаций.Причины модификаций, очевидно, не сводятся только к механизмам репрессии и индукции ферментов.
Как мы уже упоминалив предыдущем разделе, существуют и спонтанные нарушения в действии генов, которые могут быть причинами морфозов и фенокопий.Закономерная неустойчивость в действии гена, экспрессия которогоможет спонтанно варьировать, и служит основой проявления модификаций. Еще один пример этой закономерности предоставляетизучение мутантного признака Ваг у D. melanogaster. Число фасетокв левом и правом глазах дрозофилы может варьировать. В дальнейшем эти явления получили обобщенное название «шумы индивидуального развития» (developmental noise).Причиной таких нерегулярных модификаций может быть нарушение экспрессии генетической информации на различных стадиях:от транскрипции до ферментативной реакции, осуществляемой белком — генным продуктом, и далее нарушения морфогенетическихпроцессов.
Один из подходов к изучению закономерной неустойчивости в экспрессии генетической информации на уровне трансляциинаметился в 60-х годах XX в., когда JI. Горини и другие исследовали явление фенотипической супрессии нонсенс-мутаций Е. coli придействии стрептомицина, упомянутое в предыдущем разделе.Глава 19. Модификации$? 537Неоднозначность трансляции, усиливающаяся при некоторыхвнешних воздействиях, в том числе при понижении и повышениитемпературы, повышении концентрации ионов некоторых металлов,голодании по аминокислотам и т. д., характерна как для прокариот,так и для эукариот и может быть причиной модификационных изменений — фенокопии нормы.Другой возможный механизм модификаций — временные ненаследуемые изменения генетического материала, устраняемые затемсистемами репарации (см. гл.
6). Так, М. Резник и Р. Холлидей (1971)исследовали синтез индуцируемого фермента нитратредуктазы угриба Ustilago maidis. Если этот фермент индуцировать у U. maidisнепосредственно после облучения гриба ультрафиолетовым светом,то ферментативная активность по сравнению с нормой падает. Приэтом в клетках синтезируется значительное количество белка, иммунологически родственного нитратредуктазе, но не обладающегоферментативной активностью. Если же перед индукцией ферментапосле облучения в течение некоторого времени происходит темновая(эксцизионная) репарация (см.
гл. 6), то активность фермента вновьповышается. Этот эксперимент показывает, что фотопродукты, образующиеся в ДНК, служат причиной снижения активности фермента, появления его аномальных вариантов. Следовательно, подобныеизменения оказываются ненаследуемыми, т. е. модификационными.Как известно, большинство первичных (предмутационных) изменений ДНК устраняют системы репарации (см. гл. 6, 13). Подобныененаследуемые нарушения структуры генетического материала, еслиони проявляются в критические периоды индивидуального развитияорганизма, при детерминации клеток могут стать причиной модификаций типа морфозов и других врожденных (но не наследственных)аномалий развития.19.5.
Взаимосвязь модификационной и наследственнойизменчивостиВ этой главе мы неоднократно отмечали различия модификационной и наследственной изменчивости. Тем не менее между нимисуществует взаимосвязь.Модификации представляют собой ненаследуемые измененияв пределах нормы реакции, обусловленной генотипом. Это создает определенные трудности при изучении модификаций в природных популяциях, где нет чистых линий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
