Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Генетический анализ развития гбЗ Сбапанснрованнан пенне с мутапвея те! | Х ме1/5М!.Су ме!+о юе!/5М!,Су юе1+ х ме!/5М1,Су ме1+ $ ме1/ме1 Стз ог ме1/ме1 сзз ме!/юе! $ зс ог | мел 5М !, Су ме! ь гу Потомство Г Все потомки выживают незавнснмо от фенотнпа, так как нх мать гетерозвготна номе/' Все потомкн погнбают независимо от фенотнпа, так как нх мать гомознгапм по те/ содержащие клетки ХУ (хромосомный набор самца), выживают и дают взрослых насекомых. Таким образом, самка, несущая эту мутацию, имеет только сыновей.
Яйца самок генотипа Ыандй!ег(еул, оплодотворенных сперматозоидами, несущими Х-хромосому, не погибают после инъекции в них очень малого количества цитоплазмы из нормальных неоплодотвореиных яйцеклеток. Очевидно, что продукт гена с)аидЬ!ег1езу дикого типа необходим для нормального развития самки. Две другие мутации с материнским эффектом — Ь(саийа! и т(о/за!— оказывают еще более глубокое влияние на поведение клеток бластодермы зародыша. Вероятно, эти мутации изменяют позиционную информацию в оболочке яйцеклетки таким способом, который предполагает наличие координирующей снов!емы, определяющей эту информацию.
Самки, гомозиготные по мутации Ь!саЫа!, откладывают яйца, независимо от генотипа зиготы дающие уродливые эмбрионы с двумя брюшками. Передняя часть этих эмбрионов не развивается нормально, вместо нее как зеркальное отражение абдоминального отдела задней части образуется второе брюшко. Однако зачастую у обеих этих абдоминальных половин отсутствует часть абдоминальных сегментов (рис. 17.13, А). Полярные клетки, обычно находящиеся в задней части зародыша, в аномальной передней части эмбриона Ь)саит)а! также не образуются. Ясно, что детерминация полярных клеток и клеток бластодермы осуществляется различными механизмами.
Такое грубое нарушение путей развития, как у клеток бластодермы в переднем конце эмбриона Ь!саит)а1, предполагает, что позиционная информация задней части эмбриона замещается на позиционную информацию его передней части. Одна из простых моделей утверждает, что положение переднезадней оси в яйцеклетке определяется концентрацией некоего морфогена, образующего градиент концентрации вдоль этой оси. Возможно, что мута- Рис. 17.12. Генетическая характеристика летальной мутации с материнским эффектом (и!еф В качестве примера приведена мутация, расположенная во второй хромосоме дрозофияы и поддержнввющаяся в линни с хромосомой-балансером 5М-1, маркированной доминантной мутацией Снг!у (Су). 17, Генетический анализ развития 265 Ф $ й 20 50 80 Р ДЛина яйца, % л ция Ысаие(а( нарушает этот градиент так, что концентрации морфогена вдоль оси яйцеклетки изменяются, как показано на рис.
17.13,Б. Самки, гомозиготные по мутации Иогва1, откладывают яйца, в которых развивается трубка из эмбриональной гиподермы, т.е. из клеток, которые обычно образуют дорзальные клетки бластодермы. Внутренние органы, формирующиеся вследствие инвагинацни вентральных клеток, не образуются; трубка гиподермы заключает в себе просто желточную массу. Вероятно, все клетки бластодермы, находящиеся ниже дорзальио-вентральной линии, в этом случае развиваются не как вентральные, а как дорзальные клетки. Фенотип Ыогза! предполагает по аналогии с Ысаш(а1, что мутация в(огва! может нарушать образование градиента морфогена вдоль дорзально-вентральной оси яйца. Этот Рис.
17.13. А. Эмбрионы, имеющие фенотип Ысам)а! выраженный в различной степени. Б. Градиент концентрации гипотетического морфогена вдоль передие-звдией оси нор- мального эмбриона иа стадии бластодермы (черная линия). Региональная детерминация частей тела определяется специфическими концентрациями морфогена в различных ча- стях эмбриона. Высокие кондентрации опре- деляют развитие брюшка, низкие-головы, а промежуточные — торакса. Красными линия- ми обозначены нарушения градиента, приво- дящие к появлению абдоминальиых сегмен- тов как в передней, так и в задней частях эмбриона, расположенных как зеркальное от- ражеиие друг друга. Увеличение этих нару- шений градиента (1 — 5) приводит к увеличе- нию нарушений в общей организации ано- мального эмбриона.
Градиент, соответствую- щий кривой 1, приведет к отсутствию го- ловы; соответствующий кривой 2 — к появле- нию крайней задней части брюшка в обла- сти головы, градиент, соответствующий кри- вой 3,— к возникновению симметричной зер- кальной копни крайней задней части брюш- ка у цептра яйца. (По г(йвв!е!л С. )го!йап), 1979. 1ц: Оегегпипапы оГ Бра!из! Огйац!ваг(оп, ее). Ьу Б.
БпЫе!пу аиа) К. Коп!йвЬегд, Асае)еппс Ргевв, )чевв 'в'огй, р. 199.) 266 Экспрессия генетического материала морфоген предположительно отличается от морфогена, определяющего развитие по переднезадней оси. Существование двух данных мутаций предполагает, что организация яйцеклетки, сформированная в процессе онтогенеза, способствует возникновению градиентов двух морфогенов, расположенных под прямым углом друг к другу. Это обусловливает наличие в яйцеклетке координирующей системы, которая определяет положение каждой точки в пределах яйцеклетки через концентрацию двух морфогенов.
Таким образом, детерминация клеток эмбриона, т.е. выбор ими определенного пути развития, на стадии бластодермы осуществляется путем реализации позиционной информации, присутствующей в яйце- клетке. Отсюда следует, что реализации позиционной информации, возможно, является функцией ядер, мигрирующих к оболочке яйца во время формирования бластодермы, и поэтому на нее должен оказывать влияние генетический состав ядра зиготы. Если это так, то должны существовать мутанты, неправильно интерпретируюшие позиционную информацию; эти мутанты должны влиять на развитие зародыша в зависимости от генотипа зиготы, а не материнского генотипа (см. рис.
17.! 2). Гомеозисные мутации у ВтозорИ1а Выбор клетками бластодермы определенного пути развития требует, чтобы позиционная информация ядра интерпретировалась клетками правильно, поскольку в этом случае для активации выбираются гены, специфичные для каждого данного пути развития. Поэтому экспрессия мутаций, нарушающих правильную интерпретацию позиционной информации или память об этой информации, должна осуществляться не материнским геномом, а геномом эмбриона. Известно много таких мутаций; они называются гомеозисными. Эти мутации приводят к тому, что клетки вступают на иной путь развития, чем тот, который им следовало выбрать, исходя нз их расположения в бластодерме.
Например, в результате мутации Апгеппарес)(а из клеток, дающих начало антенне, формируется нога. Мутация Орйга!торгега приводит к тому, что клетки, из которых обычно развивается глаз, дают начало структурам ноги. В результате мутации РчоЬозе)рей)а клетки, из которых у мух дикого типа возникает хоботок, дают при 25'С первую (проторакальную) пару ног, а при 17'С вЂ” антенны. Многие гомеозисные мутации действуют так, как будто нх результатом является ошибочное определение клетками бластодермы своего расположения относительно переднезадней оси.
Так, мутация РгоЬозс1рес)1а приводит к тому, что клетки, у нормальной мухи дающие начало хоботку, при 25'С развиваются как клетки следующего сегмента (проторакса), а при 17'С вЂ” как клетки предыдущего сегмента (антенно-глазного). Гомеозисные мутации открывают нам существование генов, нормальной функцией которых является, вероятно, выбор нли поддержание определенного пути развития, по которому следуют клетки. Каждый путь развития характеризуется экспрессией определенного набора генов, действие которых приводит к появлению конечного результата этого пути развития: глаза крыла, ноги и т.д. С первого взгляда кажется уди- !7. Генетический анализ развития 267 Ант Нога РК вя ок вв) Имаго С Лнчннка ральные ямки; ОК-сенсорные ор- ганы Кейлина; ВЩП вЂ” вентральный Шетиночный пояс; ЗД вЂ” заднее лы- хальпе (отверстие трахеальной си- стемы).
Обозначения имагинальных структур см. на подписи к рис. 17.5. (По ).егчга Е,В,, 19о2. !и; ЕтЬгуотс Оече1ортеп1, Рагг А: Оепейс Ааресш А)ап й. 1.!аа, )а)еи 'а'ог)г, р. 272.) Рнс. !7.14. Внд с нентральиой сто- роны нормальной сегментации внеш- них органов дрозофилы: имаго (спрана) и только что вышедшей нз яйла личинки (слева). Г-голова; Т вЂ” торакс; Б — брюшко. Сегмент — спе- цифические структуры личинки обо- значены следующим образом: РК вЂ” роговые крючки; ВЯ-вент- вительным, что несмотря на наличие мутаций, приводящих к таким грубым нарушениям, развитие организма тем не менее доходит до стадии взрослой особи. Возможно, единственная, наиболее важная причина выживания подобных мутантов состоит в том, что такие мутации вызывают сравнительно небольшое нарушение нормальной функции гена.
Экспрессивность этих мутаций низка: только некоторые, особо чувствительные клетки действительно имеют мутантный фенотип, тогда как у большей части клеток функциональная активность этого гена обеспечивает развитие нормального фенотипа. Мутационный анализ гомеозисных генов часто выявляет летальность для эмбриона мутаций, которые полностью подавляют функцию гена (таких, как, например, хромосомные делеции).
Наиболее хорошо изученная группа гомеозисных генов-это гены комплекса Ьггйогах (ВХ-С), гигантского кластера тесно сцепленных генов, функция которых необходима для нормальной сегментации торакса и брюшка. На рис. 17.14 показана нормальная сегментация у только что вылупившейся из яйца личинки и у имаго. Фундаментальное исследование генов группы Ьгуйогах с !94б г. проводит Льюис.
Эти исследования привели к появлению связной картины координации функций генов ВХ-С, необходимой для получения нормальной сегментации (рис. 17.15гА). Район ВХ-С содержит целый ряд рецессивных и доминантных точечных мутаций, приводящих к сегмент- Экспрессия генетического материала 268 г .'ось;:, Рнс. !7.!5 Внд со спинной стороны (А) нормального саьша дрозофнлы и (Ь) тройного мутанта, гомозиготного по мутациям аЬх, Ьх, рЬх, у которого метаторакс (Т3) полностью превращен в мезоторакс (Т2). (Из Ьгна К. В., 1982. 1п: ЕшЬгуошс Оече!оршеп1, Рагг А: Оепег!с Азресш.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
