Айала, Кайгер - Современная генетика - т.1 (947304), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Препарат гетероду- плекса )и!да! Р73)ХЬ5. Одноцепочечные участ- ки на фотографии ис- пещрены кружочками (обозначенне Ь5 объяс- нено в подписи к предьзлушему рисун- ку). Б. Препарат гете- ролуплекса )в!да! Р7477.+, на котором отчетливо видны одно- цепочечные участки. Измерение длины двухцепочечных участ- ков дает оценку физи- ческого расстояния от концов делений до концов молекулы.
При- сутствие делецнн Ь5 на микрофотографии А показывает, что правый конец изобра- женной здесь моле- кулы соответствует правому концу генети- ческой карты, посколь- ку Ь5 расположена справа от да!. [!за- Ых й. И'., РпгНпхпп З.Я. 1!97!). Х Мо!. В)о1., 56, 403.~ Организация г енома фагов Т2 и Т4 Крупные фаги Т2 и Т4 близкородственны. Они обладают идентичной организацией генома, н большинство генов у них общие. Радиоавтография хромосомы фага Т4 !рис. 7.13) свидетельствует о линейности молекулы ДНК. Ее мол, масса равна 120.10в дальтон, а длина составляет 182 000 пары нуклеотидов.
Фаг Т4 бьш предметом интенсивных генети- ДНК с известными генетически картированными лелециями и добавками !рис. 7.! 1). Такой гетеродуплекспый анализ позволяет построить физическую карту параллельно с генетической картой на рис. 7.7. Поскольку известна общая длина молекулы ДНК ), !она составляет около 49 000 н. и.), можно определить примерную величину каждого гена. Организация и передача генетического материага Рнс. 7.13.
Ралиоавго- граф хромосом фага Т2. Каждая молекула содержи г полный ге- ном бактсриального вируса н имеет протя- женность 52мкм (Гэг. уойп Спит, !трег!а1 Сапсег йехеагсй Еппа, Еопдоп.) ' ° 4 " ч» ва 44 'В»ъ вя ,'-..и!~ й! „, я„г» вй»" ' в!»,Ь'Цг» ческих исследований (вспомните гП-мутанты из гл. б), и для него известны мутации во многих цистронах. Анализ рекомбинации с использованием трех- и четырехфакторных скрещиваний показал, что генетическая карта фага Т4 имеет кольцевую форму (рис. 7.14).
Противоречие между линейностью молекулы ДНК фага и кольцевой формой его генетической карты удалось разрешить в результате генетических и физических экспериментов, показавших, что выделенные из фага Т2 линейные молекулы ДНК содержат на обоих концах участки с одинаковыми последовательностями нуклеотидов (концевую избыточность), а порядок генов в молекуле допускает циклические перестановки, Физические данные о концевой избыточности (дуплицированности) последовательностей оснований получены из экспериментов, в которых ДНК Т2 подвергалась действию экзонуклеазы 111. Этот фермент последовательно отщецляет нуклеотиды с 3-ОН-концов цепей ДНК, в результате чего на концах двухцепочечной молекулы образуются одноцепочечные участки с 5СРО.;концами (рис.
7.15), Инкубация этих подвергнутых действию фермента молекул в условиях, допускающих установление водородных связей между комплементарными одноцепочечными последовательно- г48 45а Рис. 7.14. Кольцевая генетическая карта фага Т4. На цветных лугах обозначены маркеры, сцепление между которыми определили в трех- и четырсхфакторных скрещиваниях. г47 гЕПЬ48 г7 н44 2Ь 5 7. Геном вируса 6' 7' 8' 9' О' 1' 2' У 4' 5' 6' Экэонуклеаза Кц 6 7 8 9 О 1 2 3 4 5 3' 4' 5' 6' 7' В' 9' О' 1' 2' 3 4 5 6 7 8 9 О 1 2 6' 7' 8' 9' О' 1' 2' У 4' 5 6 7 8 9 О 1 2 3 8' 9' О' 1' 2' 3' 4' 5' 6' Образование колы1а Э 4 5 6 Одна брешь Бреши с двух сторон Бреши нет стями, приводит к образованию кольцевых молекул (рис.
7.16). Замыкание в кольцо возможно лишь в том случае, если двухцепочечная молекула ДНК фага Т2 содержит идентичные последовательности оснований на обоих концах, как это схематически изображено на рис. 7.15. Прежде чем молекулы становятся способны образовывать кольца, фермент должен отщепнть около 2; ДНК Т2. Это означает, что протяженность дуплицированных (избыточных) концов молекулы составляет около !% длины генома.
Генетические данные о концевой избыточности гепомов фагов Т2 и Т4 проистекают из существования гетерозиготных фаговых частиц. Фаговые гетерозиготы возникают в результате рекомбинации между фагами с различными генотипами. Оии легко идентифицируются, поскольку каждый такой фаг образует негативную колонию, содержащую фаги обоих генотипов (см. рис. 6.1). Геном единичного фага может быть Рис. 7.15. Схема, де- монстрирующая конце- вую избыточность в геноме фага Т2 и образование кольце- вой молекулы ДНК.
Каждую из трех моле- кул можно превратить в любую другую пу- тем циклической пере- становки, и оба конца каждой молекулы со- зержат концевые пов- торы. Экзонуклеаза 1И действует на 5скоицы (место действия фер- мента указано стрел- кой), и образовавшиеся комплементариые участки «склеиваются», образуя кольцевые мо- лекулы, Бели длина отрезанных концов превышает длину повторяющихся учасг- ков, то в кольцевой молекуле дуплексный сегмент оказывается обрамлеинь1м двумя одиоцепочечными учасгками (брешамн). Длина лвухцепочечного сегмента (и его состав) совпадает с длиной концевых повторов (см.
рис. 7.16). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 О 1 2 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' О' 1' 2' 3 4 5 6 7 8 9 О 1 2 3 4 Э' 4' 5' 6' 7' В' 9' О' 1' 2' 3' 4' 5 Ь 7 8 9 О 1 2 Э 4 5 6 2(б Организация и передача генетического лютериала Рис. 7.16. Электронная микрофотография колызевых молекул ДНК фага Т2. А. Кольцевая молекула протяженностью 54,9. Б.
Кольцевая молекула, на которой видны лва близко расположенных одяоцепочечвых участка, разделенные дуплексным сегментом длиной 1,7 мкм (см. стрелки). Этот дуплексный сегмент соответствует концевой избыточности молекулы. [Мас Нап1е К А. е1 а!. (1967). Х Мо!. Вю1., 23, 355.1 гетерозиготным лишь по тесно сцепленным генам. В популяции фагов, однако, встречаются гетерозиготы по всем генам, безотносительно к нх положению на карте. Кроме того, размер участка, по которому фаг избыточен и гетерозиготен, увеличивается у мутантов, несущих делеции, в связи с особым механизмом упаковки, который мы вкратце рассмотрим ниже. (В отличие от фага ). у фагов Т2 и Т4 делении не уменьшают количество ДНК в головке фага.) Из зтих наблюдений можно сделать лишь один логический вывод: не существует единственного уникального порядка генов вдоль всей молекулы ДНК, другими словами, у конкретных фагов в популяции избыточным может быть любой ген.
217 7. Геном вируса единение цепей 9 О 1 2 1 2 3 4 5 б 7 8 2 3 4 Следующий эксперимент подтверждает зто поразительное заключение. Препарат ДНК фага Т2 денатурировали на~реванием, для того чтобы разделить комплементарные цепи каждой молекулы. Смесь одиночных цепей выдерживали затем в условиях, допускающих восстановление водородных связей между комплементарными последовательностями оснований.
Большинство одиночных цепей в смеси оказалось способно восстановить двухцепочечную структуру с партнером, исходно принадлежавшим другой нативной молекуле ДНК (рис. 7.17). При электронно-микроскопическом анализе такой смеси обнаруживается много кольцевых двухцепочечных молекул (рис. 7.!8). Образование двухцепочечных структур возможно лишь в том случае, если исходный препарат ДНК содержит такую популяцию молекул, в которой последовательность генов в любой молекуле можно получить посредством циклической перестановки (пермутации) генов в любой другой молекуле. Именно циклические перестановки и концевая избыточность индивидуальных молекул ДНК фагов Т2 и Т4 обусловливают кольцевую структуру их генетической карты, отражая отношения сцепления между генами в популяции индивидуальных молекул.
Рис. 7.17. Схема, де- монстрирующая цикли- ческие перестановки (пермутации) нуклео- тидных последователь- ностей геномов в по- пуляции фатов Т2. Ка- ждая пермутадия имеет концевой по- втор. Концевые по- вторы не находят себе комплементарных партнеров и оказы- ваются вне кольцеео!о дуплекса 1 2 3 4 5 б 7 8 9 О 1 2 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' О' 1' 2' 4 5' б 7 8 9 О 1 2 3 4 5 4 ' 5' 6' 7' 8' 9' О' 1' 2' 3' 4' 5' ,с 5 б 7 В 9 О 1 2 3 4 5 б )(сна!урания 5' б' 7' 8' 9' О' 1' 2' 3' 4' 5' б 5' 6' 7' В' 9' О' 1' 2' 3' 4' 5' б' 4 5 б 7 8 9 О 1 2 3 4 5 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' О' 1' 2' 5 6 7 8 9 О 1 2 3 4 5 б 4' 5' б' 7' 8' 9' О' 1' 2' 3' 4' 5' Организация и передача генетического материала 218 Рис.
7.1В. Электронная микрофотография кольцевого дуплекса фага Т2, образовавшегося так, как это схематически изображено иа рис. 7.17. Стрелками показаны одиоцепочечиые «петли». образованные ковцевымя повторами. (Мас Е1аепе Е..А. ез а1. (1967). з. Мо1. В1о1., 23, 355.) Специальный способ репликации ДНК и упаковки дочерних молекул ДНК в головки фагов Т2 и Т4 обеспечивает возможность получения от единичных фаговых частиц потомства с циклической перестановкой и концевой избыточностью.
На ранних стадиях инфекции линейная родительская молекула ДНК претерпевает несколько последовательных репликаций, образуя такие же линейные дочерние молекулы, содержащие весь геном фага плюс концевую избыточность. Затем в результате рекомбинации между избыточными концами дочерних молекул образуются конкатемеры (тандемно повторяющиеся последовательности геномов фага (рис. 7.19), которые затем реплицируются и рекомбинируют, образуя еще более длинные конкатемеры.
На заключительной стадии инфекции молекулы ДНК начинают упаковываться в головки (капснды) фагов (вспомните рис. 7.2). Размер молекулы ДНК, помещае- 119 у, Геном вируса 1. Инфекция инициируется одной хромосомой 234567В9012 234567В9012 2. Репликепия 1234567В9012 12345675 9012 123456769012 3. Рекомбннеция 1 2 3 4 5 6 7 В 9 О 1 2 3 4 5 6 7 В 9 О 1 2 6 75 4. Последуюшея ревпикеция и рекомбинеция соэдеют конкете- меры ДНК фзге Т4 5. Упековке ДНК в кепсидм до полно- го их зеполнения приводит к образо- вению хромосом с концевой избыточ- ностью и цикличес- кими перестевов- кемн последовх- тельностей мой в капсид каждого фага, определяется размером самого капсида.
Капсид вмещает чуть больше ДНК, чем ее содержится в гепоме фага Т4, как раз настолько, чтобы осталось место для избыточных участков на концах генома. Такой механизм упаковки ДНК посредством отрезания от длинного конкатемера кусков, по длине несколько превышающих протяженность генома фага, приводит к циклической перестановке (пермутации) последовательности генов в отдельных дочерних фагах, Рис. 7.19. А.
Коикатемеры ДНК фага Т4, Нри упаковке в головки фага нз них формируются молекуды ДНК с концевыми повторами и циклическими пере- становками. Организация и передача генетического материала 220 123456789012 Инфекция инициируется ддумя хромосомами, несущими ряяцые яяяеяя 8 участке 567890123456 123456789012 2. Реяяикяцяя я рякомбяяяцяя 567890123456 1234567890123456 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
