Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Набор активных в данном районе генов комплекса ВХ-С приводит к выбору клетками этого района определен- ного пути развития. Действие трех му- тантных регуляторных сайтов (которые не могут связывать репрессор) на выбор пути развития выделено цветом. 17. Генетический анализ развития 273 Данные, подтверждающие существование гипотетического репрессора, получены при исследовании мутаций гена ехца зех сотЬз (езс). Ген езс был впервые идентифицирован благодаря рецессивной мутации с частичной потерей функции, хоторая приводит к замене пар ног сегментов Т2 и ТЗ на пары ног сегмента Т1. Однако мутационный анализ, приведенный Штрулем, выявил вплели с полной потерей функции (езс ), а также температурочувствительный аллель (езс").
Исследование этих мутаций показало, что ген езс+ действует в течение первых нескольких часов эмбриогенеза, инициируя активность комплекса ВХ-С сегмент- специфическим образом. Мутация езс приводит к тому, что все эмбриональные сегменты развиваются по типу А8, т.е. имеет фенотип, ожидаемый для мутации, инактивирующей репрессор генов ВХ-С. Отметим, что езс является мутацией с материнским эффектом. Когда яйцеклетки матерей генотипа езс 1езс+ оплодотворяются сперматозоидами езс, зиготы езс !езс развиваются вплоть до имагинальной стадии. С другой стороны, если яйцеклетки самок езс 7ехс оплодотворяются сперматозоидами езс, развитие зигот дает эмбрионы, в которых все сегменты развиваются по типу А8.
Очевидно, организм матери предоставляет продукт гена езс+ в количестве, достаточном для инициации нормальной сегментации; после инициации для поддержания детерминированного состояния клеток под контролем комплекса ВХ-С этот генный продукт уже не требуется. Доказательство того, что в отсутствие продукта гена езс+ гены комплекса ВХ-С активируются в сегментах торакса и абдомена беспорядочно, получено путем создания гомозиготных делеций, захватывающих весь район ВХ-С или его часть, в зиготах, где отсутствует продукт гена езс+. Развитие таких зигот показано на рис. 17.19. У эмбрионов, у которых отсутствуют все гены ВХ-С (7771Р9), сегменты ТЗ и абдоминальные сегменты напоминают се~менты Т2, следовательно, сходство этих сегментов с А8 в отсутствие продукта гена езс+ действительно обусловлено активацией генов ВХ-С.
Однако у головных сегментов эмбрионов с делецией ВХ-С по-прежнему наблюдается трансформация, характерная для эмбрионов, у которых продукт гена езс отсутствует. Это указывает на то, что езс+ также регулирует другие гомеозисные гены, необходимые для установления нормальных путей развития головных сегментов. В других исследованиях показано, что развитие головы и сегментов Т1 контролируется генами комплекса Алгеияарейа (АХТ-С), организация которого, возможно, сходна с организацией комплекса ВХ-С. Тогда возможно, что езс+ контролирует экспрессию как ВХ-С, так и А)ч(Т-С, определяя пути, по которым развиваются клетки всех сегментов. Экспрессия генов ВХ-С контролируется также геном Ро1усот(г (Рс).
Подобно езс , Рс также характеризуется напичием материнского эффекта на детерминацию клеток эмбриона на стадии бластодермы. Однако в отличие от езс+ продукт гена Рс необходим в течение всего времени развития для обеспечения нормальной экспрессии генов ВХ-С в клетках различных сегментов. Это было показано путем непользования индуцированной рентгеновским облучением митотической рекомбинации для изменения генотипа отдельных клеток в имагинальных дисках во время развития личинки (см. Дополнение 17.1 в конце главы). Таким образом, модель Льюиса предлагае~ общий механизм детерминации клеток эмбриона на стадии бластодермы. Позиционная Экспрессия генетического материала Генотип ВХ С ОД Р70 Ор- Ор ьм' ще Дикий тип Од Ьтгрее ОГР9 Рд уьк'и ренцировку сегментов показывает, что ВХ-С является эпистатическим по отношению к етс в сегментах Т1 — Б9 (т.е. для экспрессии фенотипа етс необходимо присутствие генов ВХ-С).
На основе этого факта было высказано предположение, что етс+ подавляет действие генов комплекса ВХ-С. Генотип ВХ-С не оказывает влияния на некоторые трансформа- ции головы, что свидетельствует О тОМ, Чта Етое таКжЕ ПОДаВЛЯЕт действие других генов, возможно принадлежащих комплексу А)ЧТ-С.
(Ло 8тгий( 6., 1981. )т)а!иге, 293, Зб.) информация вдоль переднезадней оси реализуется через концентрацию репрессора. Этот репрессор связывается с активными в т)ис-положении регуляторными последовательностями ДНК, причем степень связывания определяется как концентрацией репрессора, так и степенью его сродства к регуляторным последовательностям. Эти взаимодействия определяют экспрессию генов, находящихся под контролем регуляторных последовательностей.
В клетках каждого сегмента происходит экспрессия определенного набора генов, действие которых определяет путь развития каждой клетки и дочерних клеток, возникших в результате митотических делений. Определение пола и дозовая компенсация Наличие пола, т.е. развитие двух различных типов скрещивающихся особей внутри одного вида,— общая черта всех эукариотических организмов, от дрожжей до человека. Выбор пола, очевидно, наиболее важный г Т! 'Г2 ТЗ Б! Б2 БЗ Б4 Б5 Бб Б7 Бб Б9 Рис, 17.!9.
Влияние утраты функции гена етое на детерминацию сегментации мутантных эмбрионов на стадии выхода из яйца. Взаимодействие с различными генотипами ВХ-С показано слева направо. В присутствии нормального генотипа ВХ-С, утрата функции езс+ приводит к тому, что сегменты Т! — Б8 дифференцируются как Б8. Кроме того, у таких личинок присутствует сегмент Б9 (отсутствующий у нормальных личинок) и наблюдается сложная трансформация головных сегментов. Эффект мутантных генотипов ВХ-С на диффе- Г Т! Т2 ТЗ Б! Б2 БЗ Б4 Б5 Бб Б7 ББ Б9 17. Генетический анализ развития 275 выбор, который делает в процессе развития оплодотворенная яйцеклетка высшего организма.
Как и следовало ожидать, наше понимание того, как происходит этот выбор, в основном основывается на изучении дрозофилы и мыши. У данных видов пол определяется хромосомным составом зиготы (см. гл. 3): зиготы, несущие две Х-хромосомы, развиваются как самки, зиготы, несущие одну Х и одну У хромосому,— как самцы. Несмотря на эту общую черту, генетические механизмы, приводящие к выбору определенного пути развития на основе хромосомного состава и осуществляющие этот путь развития, совершенно различны у мыши и дрозофилы.
Как у мыши, так и у дрозофилы Ъ'-хромосома несет аллелн только нескольких генов Х-хромосомы или вообще не имеет таких аллелей. Означает ли это, что у данных организмов самцы и самки различаются по уровню экспрессии сцепленных с полом генов? Ответ на этот вопрос отрицательный: уровень экспрессии большинства генов Х-хромосомы одинаков в мужских и женских клетках мыши и дрозофилы.
Однако способы компенсации зависящей от пола дозы генов, сцепленных с полом, у этих двух организмов, родство между которыми очень отдаленное, совершенно различны. Кроме того, генетические регуляторные механизмы дозовой компенсации и определения пола нельзя назвать полностью независимыми друг от друга: необходимость дозовой компенсации обусловлена определением пола. У Ргозор/з!!а пол определяется отношением числа Х-хромосом к числу аутосом: при Х/А=),0 развиваются самки; если Х/А=0,5, развиваются самцы. Как данное отношение определяется на молекулярном уровне, неясно. Клетки особей с хромосомным набором 2Х/ЗА, где Х/А = 0,6?, очевидно, получают сигнал с неясным смыслом, поскольку в этом случае получаются мозаики, состояшие из чередующихся небольших участков мужских и женских клеток, т.е. отдельные клетки развиваются либо по мужскому, либо по женскому типу. Этот интерсексуальный фенотип обнаруживает высокую степень изменчивости от особи к особи по степени развития таких признаков, как половые органы, половые гребешки на передних ногах у самцов и абдоминальная пигментация.
Считается, что сигнал, возникший как следствие отношения Х/А, ответствен за дозовую компенсацию и определение пола. Дозовая компенсация достигается в ответ на этот сигнал путем повышения транскрипционной активности генов единственной Х-хромосомы мужских клеток по сравнению с каждой Х-хромосомой женских клеток. Генетический анализ определения пола и дозовой компенсации у )угозорй!!а в настояшее время является интенсивно исследуемой областью.
Идентифицировано большое количество мутантов, влияющих на развитие фенотипа, характерного для определения пола, и (или) на поло-специфическую активность генов Х-хромосомы. Понимания взаимосвязанного действия этих генов пока не достигнуто. Как ни странно, сейчас существует более ясное представление о том, как происходят дозовая компенсация и определение пола в процессе развития млекопитающих. У млекопитающих дозовая компенсация достигается путем инактивации одной из Х-хромосом в клетках 2Х/2А (в коротком плече Х-хромосомы остаются активными по крайней мере два гена; возможно, что целиком инактивируется только ее левое плечо). Инактивированная губ Экспрессия генетического материала Х-хромосома представлена в интерфазных ядрах соматических клеток самок в виде гетерохроматинового образования, которое в таких же ядрах самцов отсутствует.
Эти образования из неактивного гетерохроматина иногда называют тельцами Барра в честь Мэррея Барра, который впервые наблюдал их в нейронах самок кошек в 1949 г. Инактивация Х-хромосом соматических клеток происходит приблизительно во время имплантации эмбриона раннего возраста в матку. В период гаметогенеза и раннего развития инактивация и активация Х-хромосом регулируются, У плацентарных млекопитающих, таких, как человек, кошка, мышь, материнские и отцовские Х-хромосомы инактивируются в различных клетках эмбриона случайным образом. Если определенная Х-хромосома инактивируется, она остается инактнвированной и у других клеток. Отсюда следует, что самки, гетерозиготные по генам Х-хромосомы, являются мозаиками: они состоят из учао~кон клеток, в которых происходит экспрессия разных аллелей гетерозиготы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
