Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 59
Текст из файла (страница 59)
(По Нона У., Венгег 5., 1973. 1п: Сяепег)с Месбап)зшя оу Пете!ортепз, ед. Ьу Р.Н. ВиЫ!е, Асааеш)с Ргет, Ыен Уогй, р. !29.) 258 Экспрессия генетического материала Карта зачатков, полученная путем детального количественного исследования гинандроморфов, обнаруживает поразительное сходство с организацией имаго по переднезадней оси (рис.
17,8). Сама яйцеклетка имеет хорошо различимые переднезаднюю и дорзально-вентральную оси, отражающие соответствующие оси самки, которая ее произвела. Построение логически согласованной карты зачатков бластодермы возможно только в том случае, если судьба тотипотентного ядра деления дробления определяется позицией, которую зто ядро занимает во время формирования бластодермы.
Эта ситуация является следствием случайной ориентировки первого деления дробления (рис. 17.3), на что указывает различная ориентация границы раздела полов у разных гинандроморфов. Таким образом, в пределах оболочки яйцеклетки должна существовать некая позиционная информация, в результате реализации которой клетки, занявшие различное положение, вступают на различные пути развития.
Змбриогенез мыши Развитие мыши представляет интерес как тем, что может служить модельной системой для изучения развития человека, так и тем, что, сильно отличаясь от таковой у дрозофилы, она позволяет получить дополнительное представление о фунламентальных процессах развития. После оплодотворения яйцеклетки мыши зигота прохолит несколько полных делений дробления; зародыш проходит стадии 2, 4, 8, !6, 32 и б4 клеток перед имплантацией в стенку матки (рис.
17.9). На стадии СтаЛия Ья кяеток Первое дененн дробления (1-й день) Оннод (стадня я Рнс. 17.9. Ранние стадии развития в эмбриогенезе мыши. 17. Гетгетический анализ развития 259 Перннчные + гнгыиские клетки Прнстеночный трофобласт трофобласт Дробаоия~я яйцеклетка Внутренняя клеточная масса Вторичные + гигантские кнеткц в Эктоилацентарный конус полярный трофобласт Хорно-аляантонциаи цлацента Хорион (7) Алтнытоис Эмбрион Яйценой нилл ицр 8 клеток клетки тотипотентны; каждая из них может дать начало клеткам любого типа. Тотипотентность была показана путем трансплантации клетки 8-клеточного эмбриона одного генотипа в 8-клеточный эмбрион другого генотипа и проверки генотипов клеток плаценты и зародыша, который развился из созданного таким образом эмбриона-химеры. Для определения генотипа в экспериментах часто используют электрофоретически разделяемые варианты ферментов.
На стадии 64 клеток (бласточиста) эмбрион, однако, состоит уже из клеток двух хорошо различимых типов: клеток внешнего слоя, или трофобластоя, и клеток внутренней клеточной массы (ВКМ). Клетки бластоцисты уже не являются тотипотентными. Считается, что первый сигнал к тому, чтобы сестринские клетки вступили на различные пути развития, поступает на стадии 1б-клеток (стадия морулы), когда в силу геометрических причин нехоторые клетки оказываются со всех сторон окруженными другими клетками (1явй)е— оивв)ае )туро!)тев!в). Вероятно, среда внутренних клеток отличаемся от таковой внешних клеток, которые находятся в контакте с яйцеводом.
Этот позиционный сигнал вызывает первый шаг в детерминации клеток. К стадии бластоцисты эта ситуация становится очевидной благодаря разделению клеток на трофобласты и ВКМ. Однако дальнейшая судьба клеток ВКМ еще не определена. Отдельные клетки могут быть трансплантированы из ВКМ бластоцисты одного генотипа в ВКМ бластоцисты другого генотипа, где они принимают учао~ив в процессе развития и дают начало химерным мышам, имеющим клетки двух разных генотипов. Показано, что одна клетка ВКМ дает начало дочерним клеткам, которые могут затем участвовать в образовании клеток любо~о типа у взрослой мыши. Сам зародыш развивается из нескольких клеток ВКМ; остальные клетки образуют ткани, не принадлежащие зародышу, такие, как плацента (рис.
!7.!О). Генетический анализ развития Развитие — это совокупность процессов, приводящих к превращению оплодотворенной яйцеклетки в слохсно организованный многоклеточный организм. Разделение причины и следствия злесьч возможно, Рнс. 17.!О. Карта зачатков трофобластов и внутренней клеточной массы бластоцисты мыши н возрасте 3-5 дней. 1По багй1цег Я. 1., 1975. 1ц: )уече1оршецш! В!о!ойу о! Вергодцсйоц, ед. Ьу С.
Маг!гоп аца !. Рарасопв1ацгшоц, Асайепцс Ргевв, 1ч1ете "т'ог)с.) 260 Экспрессия генетического материала является спекуляцией. Исследование мутаций, влияющих на развитие, предоставляет способ анализ развития и определения того, как взаимодействие различных процессов слагается в наблюдаемый нами непрерывный процесс развития. На основе генетического анализа сформулирован ряд гипотез о том, как действуют гены, контролирующие развитие.
Только для нескольких организмов разработаны генетические методики, позволяющие провести подобный анализ. Этими организмами являются лабораторная мышь — модель для исследования развития у млекопитающих и человека, плодовая мушка 1)голорЬ!!а те)аподаегег и почвенная нематода СаепогЬаЫ!пх е!едапж Два последних объекта имеют следующие преимущества. Благодаря 70 годам непрерывного изучения дрозофилы для нее разработаны наиболее изящные методики изучения генетического контроля развития. С другой стороны, СаепогЬаЫйра интенсивное изучение которой продолжается только 15 лет, имеет самый простой путь развития. Взрослые особи СаепогЬаЫЬВ являются гермафродитами и состоят всего из 800 соматических клеток, образующихся из ядра зиготы в результате жестко контролируемой последовательности митозов.
Происхождение всех клеток нормального организма СаепогЬаЬйс!з известно; многие ее мутации, затрагивающие развитие, доступны для изучения. Однако в настоящее время большая часть наших представлений о том, как гены контролируют развитие, получена благодаря исследованиям, проведенным на дрозофиле и в меньшей степени на мыши. Мутации, затрагивающие эмбриогенез у мыши Локус Ту мыши долгое время привлекал генетиков благодаря разнообразию возникающих в нем мутаций (см, гл. 6). Существует много рецессивных аллелей Ь которые образуют с доминантным вллелем Тсбалансированные летали. Этот удачный факт позволяет исследователям, занимающимся генетикой мышей, сохранять такие мутации для дальнейшего изучения (рис.
6.!4)-преимущество, которым геиетики-дрозофилисты пользуются уже по крайней мере 60 лет, но которое отсутствует в случае большинства рецессивных летальных мутаций у мыши. Анализ комплементации аллелей С является одним из основных генетических приемов, позволяющих различить мутанты, поскольку большинство из иих подавляет рекомбинацию в том районе хромосомы, где они возникли. Показано, что некомплементарные вплели с в гомозиготном состоянии прерывают эмбриональное развитие на определенных стадиях (рис. 17.!!). Эмбрионы, гомозиготные по !'з, достигают стадии морулы, но погибают перед стадией бластоцисты. Гомозиготы по !"эз достигают стадии бластоцисты, начинают имплантироваться в стенку матки, однако не могут сделать этого должным образом и погибают.
Другие вплели ! в гомозиготном состоянии блокируют последующие стадии эмбрионального развития. Поскольку каждый мутантный аллель, вероятно, блокирует развитие на стадии, где появляются новые межклеточные взаимодействия, возникает привлекательная гипотеза: локус Т в норме контролирует развитие путем изменения свойств поверхностей 2б1 17. Генетический анализ развития Зародышевыи Окончательный влд зародыша Рис. !7.11.
Схематическое изображение раннего эмбриогенеза мыши; показаны остановки развития, наблюдаемые у эмбрионов, гомозиготных по некоторым мутациям покуса Т. (По Веллегг В., 1975. Сец, 6, 441.) 262 Экспрессия генетического материала клеток и, таким образом, приводит к образованию новых клеточных ассоциаций. Различные аллели ! оказывают влияние на клеточную мембрану сперматозоидов, подтверждая тем самым высказанное выше предположение о том, что эти вплели влияют на клеточные мембраны ранних эмбрионов. Их воздействие на клеточные мембраны доказывается благодаря появлению новых антигенных свойств.
Гетерозиготные самцы г/+ продуцируют два типа сперматозоидов, различающихся по анти- генным свойствам, что предполагает активность локуса Т после мейоза, когда развивается зрелая сперма. По неизвестной причине сперматозоиды, несущие аллель г, более эффективны при оплодотворении, чем сперматозоиды г+, Поэтому рецессивные аллели ! имеют селективное преимущество во многих природных популяциях диких мышей, несмотря на свое вредное действие на организм. Генетический анализ развития мыши производится на разных стадиях. Количество мутаций, интересных с этой точки зрения, невелико, тогда как сложность процессов развития высока.
Напротив, генетический анализ !!голорй!!а уже начинает приводить к построению логически последовательной модели того, как действуют гены при контроле менее сложного процесса развития у насекомых. Мутации с материнским эффектом у дрозофилы Тот факт, что положение тотипотентного ядра в оболочке яйцеклетки определяет путь развития этого ядра и дочерних митотических ядер, предполагает, что процесс оогенеза, предшествующий оплодотворению, должен играть важную роль в развитии зиготы.
Действительно, многие мутации с материнским эффектом приводят к тому, что мутантная самка откладывает не развивающиеся нормально яйца, в которых происходит гибель зародыша независимо от его фенотипа (рис. 17.12), Наличие таких мутаций указывает на то, что развитие не может идти нормально в отсутствие должным образом подготовленной цитоплазмы яйцеклетки, образуюгцейся под контролем материнского генома.
Показано, что Х-хромосома дрозофилы (составляющая 20;; всего генома) содержит около !60 генов, способных давать летальные мутации с материнским эффектом (см. гл. 20). Это значительная доля (около 10;„') всего числа генов Х-хромосомы. Природа дефектов ооплазмы, вызываемых этими мутациями, известна только в очень немногих случаях. На основе имеющихся в настоящее время данных невозможно определить, приводит ли большинство из этих мутаций к нарушению общего метаболизма или же к нарушению функций, необходимых для регуляции активности генов в эмбриональных клетках в процессе развития. Впрочем, по крайней мере некоторые из мутаций с материнским эффектом оказывают сильное влияние на развитие эмбриона. Самки, гомозиготные по температурочувствительной мутации Иаидягег!езз, откладывают яйца при непермиссивной температуре, при которой клетки ХХ !хромосомный набор самки) погибают. Только яйца, 17.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
