Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 124
Текст из файла (страница 124)
А какому из них оказать предпочтение в процессе эволюции — функция естественного отбора. Семейства генов обычно кодируют белки, богато представленные в клетке Из экспериментов по определению числа генов путем выделения фрагментов генома, соответствующих определенному мРНК- или кДНК-зонду, известно, что в ряде случаев зонду соответствует множество последовательностей генома. Конечно, до тех пор пока не будет установлена первичная структура каждой такой последовательности, мы не будем знать, все ли последовательности активно функционируют или некоторые из них относятся к псевдогенам. Обычно предполагают, что в большинстве своем геньц по-вндимому, активны.
По такому критерию (соответствия последовательно- отей специфичному зонду) обнаруживается множество генов, кодируюших синтез интерферона, актина и тубулина. Внутри семейства генов некоторые его члены могут повторяться чаще, чем другие. Например, существует, повидимому, по меньшей мере восемь генов для а-типа (лейкоцнтарного) интерферона человека, но только олин для (3-типа (фибробластного). Множественные гены могут быть объединены в кластеры или рассеяны по геному.
В случае интерферона ясно, что они объединены в кластер. В случае генов актина и тубулина 1). те)аподаиег копии одного гена, по-видимому, расположены в разных участках хромосомы; следовательно, они явно не связаны. Является ли постоянство структуры характерным признаком копий множественных генов? Общий план строения глобиновых генов консервативен. Гены интерферона, по-видимому, имеют сходную в общих чертах структуру, для которой характерно полное отсу~стане интронов.
Но гены актнна имеют прерывистую структуру, сильно варьируюшую у разных генов. У этих генов участки, кодирующие белок, обладают высокой степенъю гомологии, но сходство между фланкирующими или даже нетранслнруемыми областями в пределах одного вида организмов незначительно (или оно вообше отсутствует). Например, интроны генов актина О. те1алодазгег занимают разные положения. Ни один из этих генов не похож на единственный ген актина, обнаруженный в дрожжах. Они отличаются также от актиновых ~снов морского ежа; по меньшей мере некоторые из них объединены в кластер. Таким образом, если все эти актиновые гены произошли от общего гена-предка, расположение экзонов и интронов претерпело существенные изменения.
Возможно, что генпредок обладал большим числом интронов, и в разных копиях гена внутри вида или у разных видов были утеряны разные интроны, Несомненно, это предполагает более высокую скорость изменений, чем в случае глобиновых генон. Такие данные выглядят несколько анекдотично, поскольку они говорят о том, что строение гена может варьировать в широких пределах, но ничего не говорят о том, что же следует принимать за норму.
Единственный вывод общего характера, который можно сделать на основе приведенного ограниченного объема данных, состоит в том, что функционируюшие гены могут иметь прерывистое и непрерывное строение и что изменения в расположении интронов не обязательно влияют на активность генов. Гены, кодируюшие одинаковые или близкие белки, не обязательно должны быть организованы в виде тандема, но могут быль рассеяны по геному в виде отдельных индивидуальных генов илн, возможно, неболыпих кластеров. Какое заключение можно сделать относительно обшего числа генов? Пытаясь найти ген, соответствующий определенному белку, мы часто находим другие сходные с ним активные гены и (иногда) псевдогены.
Мы не располагаем достаточным количеством данных, чтобы по ним экстраполировать общее число генов, но можно задать вопрос: в какой мере обнаруживаемая степень повторяемости может помочь нам понять, чем объясняется наличие явно избыточного количества ДНК? Повторение последовательностей приводит к увеличению количества ДНК, кодируюшей определенную функцию. Возможно существование нескольких активных генов, коднруюшдх либо один и тот же белок, либо какие-то неожиданные его варианты. В тех случаях, когда 280 Часть УЕ Кластеры сходных последовательностей ДНК Глава 22 ГЕНОМЫ КЛЕТОЧНЫХ ОРГАНЕЛЛ копии генов объединены в кластер, расстояния между генами могут быть весьма значительными, в связи с чем увеличивается общее количество ДНК, ответственное за осуществление данной функции. Псевдогены можно рассматривать как дополнительные последовательности, связанные с осуществлением функции, но не участвующие н ее реализации.
Было бы не удивительно, если бы количество ДНК, кодирующее определенную функцию, в 3 — 4 раза превышало ее ожидаемое количество в случае кодирования каждой функции одним-единственным геном. Анализируя число генов в гл. 18 и 19, мы пришли к выводу о наличии у млекопитающих примерно 30000 — 40000 копируемых генами функций. Если допустить, что это, по-видимому, соответствует! 50000 генов, считая, что каждый ген в несколько раз длиннее своей кодирукццей области и занимает участок ДНК, скажем, 5000 п.н., то мы получим величину около 10« п.н., что составляет около трети от размеров генома. Первое предположение, касающееся этой части генома, состоит в том, что основная часть функции кодируется несколькими генами, а не уникальным геном, как казалось ранее. Второе предположение заключается в том, что значительное количество ДНК не несет кодирующей функции, находясь либо внутри генов (в виде интронов), либо между ними (поскольку кластеры генов могут быть достаточно протяженными и при этом находиться на значительном расстоянии друг от друга).
Это чрезвычайно большое количество ДНК только косвенным образом связано с фунционированием генов. Мы ощутимо продвинулись вперед н определении количества ДНК, допустив, что число ~снов просто больше предполагаемого, поскольку при изучении определенной функции мы чаще имеем дело с небольшими семействами, а не с индивидуальными генами. Принимая это во внимание, можно считать, что около 2 1О' п.н. генома млекопитающих (около 10",, ДНК) непосредственно кодируют белки.
С учетом дополнительной ДНК, находящейся внутри этих генов или в межгенных последовательностях, ие кодирующих каких-либо других функций, мы получим в В геноме высших эукариот не обнаружено точного аналога оперона прокариот, зато в ряде случаев имеется определенный участок ДНК, содержащий набор генов, каждый из которых вносит свой вклад в создание одного и того же элемента фенотипа клетки. ДНК-геномы митохондрий и хлоропластов кодируют образование всех видов РНК и некоторых видов белков, обеспечиваюгцих осуществление функций органеллы.
Несмотря на то что геном клеточной органеллы не есть кластер в смысле объединения тандемно повторяющихся генов, возникших в резуль~ате дупликации и изменения общего гена- предка, его можно считать кластером в том смысле, что все его гены кодируют белки с близкими функциями. В некоторых отношениях организация генома орга- 3 раза большее количество ДНК, т,е. 6.10Я п.н. Оценка количества ДНК, осуществляющей определенную функцию, будет заниженной, если размеры генов или расстояние между ними больше, чем мы предполагали. Может ли геном млекопитающих размером 3 10Я п.н.
целиком состоять только из !снов, число которых предположительно составляет 150000? Мы разобрались с частью генома, допустив, что она как-то связана с кодирующими участками; хотя эта часть сама по себе не кодирует белков, она не выполняет какой-либо дру!ой явной функции. Можно ли быть в этом уверенным? А что если что-то не так в системе с таким избыточным количеством ДНК; не пропустили ли мы какое-то важное свойство генома? Даже если наши рассуждения о составе генома млекопитающих верны, они не объясняют парадоксальности значений величины С, т.е. того, что общее количество ДНК может варьировать в более широких пределах, чем можно было бы ожидать при существующей вариации числа генов.
Означает ли это, что размеры самих генов или расстояния между генами не столь существенны для организма и подвержены целенаправленной коррекции? Рекомендуемая литература Обзор, посвященный структуре и функции гемоглобинон человека, написан Маниатисом и др. !Мш!!агЬ е! а!., Апп. Веч. Оспе!., 14, 145-178, 1980). Оснонные черты эволюции генов и белков рассмотрены в обзоре Уилсона и др.
(И'!Ьоп ег а!., Апп. Кем В!ос)зеш., 46, 573-639, 1977). Оригинальное сообщение о псевдогене, не имеющем интронов, было сделано Нишиока и др. (А'Ьйю)га ег а1., Ргос. )х)а!. Асах). Ясй \?ЯА, 77, 2806 — 2809, 1980.) Псевдогенам посвящен обзор Литтла !Ейг!е, Се11, 28, 683 — 684, 1982). Новые данные, касающиеся причин возникновения нарушений при талассемиях', изложены Уэзероллом и Клэггом (Хеайега!1, С1е88, Се!1, 29, рр, 7 — 9, 1982). ' Ллмборская С.А. Системы ~лобановых генов.— Итоги наука л техники, Молекулярная биология, ВИНИТИ, 19, 84-!1б, ! 982.— Прим.
ряд. неллы, возможно, имеет болыпее сходство со с~роением вирусного, а не клеточного генома, поскольку он кодирует лишь некоторые, а не все белки, необходимые для постоянного воспроизведения органеллы. Другие белки кодируются генами ядра, синтезируются с помощью цитоплазматического аппарата синтеза белка, а затем «импортируются» в органеллу, Взаимоотношения органеллы и клетки носят скорее характер симбиоза, а не паразитирования, поскольку органелла-постоянный компонент клетки, а не вирус, использующий ее. Фактически геном органеллы — часть ДНК, физически ограниченная определенным участком клетки и поэтому характеризующаяся своим собственным способом экспрессии генов и ее регуляции. 22. Геномы клеточных органелл га( Гены органелл не подчиняются законам Менделя Первым доводом в пользу наличия генов за пределами ядра послужили данные о неменделевском наследовании признаков у растений (обнаруженном в начале этого века сразу после переоткрытия менделевского наследования).
Неменделевское наследование отличается в двух отношениях. Во-первых, при скрепшвании между мутантным видом и видом дикого типа наблюдается аномальное распределение признаков. Крайняя форма этого — одпородыпельгкое наследование, когда наследуется генотип только одного из родителей, а генотип второго родителя постоянно теряется. В более умеренных случаях потомство с генотипом одного нз родителей преобладает по сравнению с потомством, наследующим генотип другого родителя.
Обычно предпочтительнее наследуется материнский генотип. Это явление иногда называют материнским наследованием. Здесь важно то, что в потомстве преобладает генотип родителя одного пола в отличие оз законов генетики Менделя, когда при реципрокных скрещиваниях признаки обоих родителей наследуются в равной степени (гл. 1).
Во-вторых, в тех сдучаях, когда сохраняются оба генотипа, происходит сегрегация дикого и мутантного фенотипов во время соматического роста растения. Так у одного и того же растения некоторые ткани могут иметь фенотип одного из родителей, тогда как другие ткани имеют фенотип второго родителя. Это противоречит представлению о постоянстве фенотипа всех соматических клеток, определяемого ядерным гено~ином, как следует из законов Менделя. Традиционныс генетические методы не могли быть применены к наследованию таких признаков; поэтому все, что можно было сказать, исходя из этих результатов,— это то, что, какой бы механизм их ни обусловливал, он не связан с хромосомами. Каждый такой ген необходимо было исследовать независимо, поскольку рекомбинации между признаками не наблюдалось; соответственно было невозможно построить карты сцепления. Спорным был вопрос о том, какие механизмы, генетические или эпигенетнческие, определяли такое наследование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
