Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 132
Текст из файла (страница 132)
Сходство и различия кластеров тандемных генов в с н ь "ч Единица транокрипции Повторяющийся учаоток 3 Повторяющийся Ва шучасток 2 островок повторяющийся Ваптучаоток 1 оотровок 300 п. н. Повторы длиной 97 п. н. 300 п. н. Повтооы длиной -300 п. н, Повторы длиной Вариабапьная длина ОΠ— 91 п. н. бО-81 п. н. Вариабвльнал длина Вариабельная длина 2300- 3300 п.н. Эволюционная дилемма гвн Поввдота ба-пооледоватальнооти Ю О.С -богатый опайсар Рнс. 23.7. В составе нетранскрнбирующегося спейсера рДНК Х. 1аеща имеются внутренние повторы, что объясняет различия в длинах спейсерав. другого синтезируются в соматических клетках. Аналогичные типы последовательностей обнаружены у близкой к Х.
)пеон лягушке Х. Ьогеа)рх Фактически сходство между соответствующими типами молекул 58-РНК у эт.их двух видов больше, чем между молекулами двух типов в пределах одно~о вида. У Х. 1аер(х 5Я-РНК ооцита и соматических клеток различаются шестью основаниями. 58-РНК Х.
1аешб кодируется около 20000 генов, однако подавляютцее большинство этих генов кодирует РНК, обнаруживаемую в ооцитах. Такое большое число генов, по-видимому, требуется для поддержания их экспрессии на уровне экспрессии амплифицированных генов для высокомолекулярных рРНК во время оогенеза. Гены, кодирующие 58-рРНК, не амплифицируются. Основной кластер 58-генов ооцита имеет уже знакомую нам организацию в виде чередующихся генов и нетранскрибируюшихся спейсеров. Однако повторяющаяся единица в свою очередь имеет внутренние повторы, возникшие, по-видимому, в результате ранее происшедшей дупликации.
Структура этого кластера изображена на рис. 23.8. В составе спейсера имеется (А — Т)-богатая последовательность, основу которой составляет повторяющаяся разное число раз последовательность длиной ! 5 и.н. и некоторые ее разновидности, обладающие большим сходством с ней. Длина каждого нетранскрибирующегося спейсера колсблется в соответствии с числом тандемных копий этого повтора. Средняя длина (А — Т)-богатой последовательности составляет около 400 п.н. Остальные 300 п.н, повторяющейся единицы обогащены основаниями Π— С.
Этот участок начинается с последовательности длиной 49 п.ин за которой следует последовательность собственно 5$-гена длиной 120 п.н. 1 Далее следует около ! — (А--Т)-богатой повторяющейся 2 единицы, за которой находится еще одна копия (Π— С)- богатой спейсерной последовательности длиной 49 п.н.
Затем снова повторяются первые 10! и.н. гена; поскольку эта неполная последовательность не транскрибируется в РНК, она является псевдогеном. Область, включающая псевдоген, — это повтор последовательности, окружающей начало активного гена, начиная от 73 п.н.
слева от него и кончая 1О! и.н. справа (от — 73 до + 1О! п.н.). Удивительная особенность кластера в целом заключается в том, что он таким образом должен содержать одинаковое число генов и псевдогенов. Промотор транскрипции 55-РНК целиком расположен внутри гена (гл. 11). Псевдоген приобрел отличия от гена в результате всего лишь девяти точковых мутаций. Таким образом, в состав псевдогена входит участок, со- держащий слегка измененный внутренний промотор гена. Необходимо понять, являются ли эти изменения достаточными для того, чтобы псевдоген утратил способность к транскрипции с образованием РНК-продукта тп утуо.
Не все 58-гены идентичны. Нуклеотидная последовательность минорного компонента 5Я-РНК ооцита (!гасе 5Я-й)ч)А) имеет некоторые отличия. Она также кодирует'- ся набором тандемно организованных генов и спейсеров, но длина повтора составляет только 350 п.н., и спейсер не имеет сходства со спейсером большого кластера. И снова мы видим, что нуклеотидная последовательность гена может претерпевать небольшие изменения, тогда как спейсер меняется полностью. Аналогичным образом нуклеотидная последовательность спейсера кластера 58-генов Х.
Ьогеайх не обладает сходством ни с одной из охарактеризованных нуклеотидных последовательностей спейсеров Х. !аешж При изучении всех кластеров идентичных генов возникает один и тот же вопрос: каким образом при наличии такого большого числа копий каждого гена поддерживается постоянство их нуклеотидиых последовательностей? Говоря точнее, нас интересует, каким образом естественный отбор может препятствовать накоплению вредных мутаций. При наличии большого числа копий гена непосредственное последствие мутации в какой-либо копии гена может быть лишь весьма незначительным. Эффект одиночной мутации разбавляется в связи с наличием большого числа копий гена, сохраняющих нуклеотидные последовательности дикого типа. Из это~о можно сделать вывод, что к тому моменту, когда эффект мутаций станет достаточно явным, чтобы быть отброшенным в процессе эволюции, в геноме уже может накопиться достаточное количество мутантных копий.
Летальность приобретает количественный характер-.утверждение, согласуюгцееся А- Т.богатый снайпер, в оонавноы ооотоящий иа ! 3- повторов поопваоватвльнооти САААОТТТОАОТТТт Рнс. 23.8. В состав повторяющейся единицы большого кластера 55-генов ооннта Х. !пепи входят ген н псевдоген. 29б Часть ЧЪ. Кластеры сходных последовательностей ДНК днк 2З8-РРНК ба- гРНК 11 12 рнк Р1 Р2 1бн РРНК тРНК 308.Рн к аралы а продукты РРНК тРНК РРНК бв-РНК тРНК Рне. 23.9. В состав оперонов ггп входят гены, коднруюшне н ррНК, н тРНК. Кажлая функпнонально активная последовательность отделяется от сле- дующей участком транокрнбнруемого спейсера; длины лндорной н кон- с тем наблюдением, что утрата половины единиц, входящих в состав кластеров рДНК Х.
1аерьу и 12. телтпораегег, может не привести к гибельному эффекту. Каким же образом в этих единицах не происходит постоянного накопления вредных мутаций? И какова вероятность проявления полезных свойств редкой благоприятной мутации в кластере? Кажется очевидным, что должен существовать некий механизм эволюдионного отбора отдельных изменений. Были предложены два возможных типа механизмов. В соответствии с моделью внезапной коррекции периодически весь кластер генов заменяется новым набором копий, происшедшим от одной или в крайнем случае от очень небольшого числа копий из генома предыдущего поколения. Чтобы отбор был достаточно эффективным, «периодически» должно означать каждые несколъко поколений.
Однако на практике любой механизм должен быть основан на регулярной повторяемости, поэтому гбтериодически» означает каждое поколение. Небольшое число копий, дающих начало новому кластеру, †э исходный набор, на который воздействует естественный отбор; отбрасываемые копии не подвергаются отбору. Исходные копии могут составлять определенный набор или мокнут быть отобраны случайным образом. Недостаток этой модели заключается в том, что она предполагает регенерацию кластера из нескольких повптаряюи1ихся единиц. Это означает, что должны регенерировать и транскрипционные единицы, и спейсеры, а, значит; вся повторяющаяся единица должна быть представлена одинаковыми последовательностями или по крайней мере различающимися настолько же, насколько различается небольшое число исходных копий.
В действительности же только транскрипционные единицы постоянны, а в спей- серах наблюдаются значительные вариации. Модель фиксации при кроссинговере предполагает, что весь кластер подвергается постоянным перестройкам, осуществляемым путем неравного кроссинговера. По существу, это означает, что на тандемный кластер должны действовать в широком масппабе все те механизмы, которые мы уже обсуждали для случая глобиновых генов, где они носят более ограниченнъгй и случайный характер. Более подробно значение таких механизмов будет обсуждено в гл. 24, но уже теперь ясно, что наличие тандемных кластеров может быть причиной частых неправильных спариваний генов, нуклеотидные последовательности ко- павой последовательностей зависят от того, какна промоторы н тармн наторы используются.
Каждый РНК-продукт образуется путем расщо плення первичного транскрнпта с двук сторон от оовобожлаемой РНК торых практически одинаковы, но располагаются в разных участках кластеров. В результате постоянного увеличения н уменьшения числа единиц прн неравном кроссинговере ма~по получиться так, что все повторяющиеся единицы данного кластера произошли из относительно небольшого их числа в исходном кластере. Различие спейсеров по длине согласуется с предположением о том, что в неравном кроссннговере участвуют спейсеры, содержащие внутренние «неправильное спариваюгциеся участки. Это может объяснить постоянство нуклеотндных последовательностей генов по сравнению с их вариабельностью в спейсерах.
Гены подвергаются воздействию естественного отбора, когда происходит амплнфикация отдельных повторяющихся единиц кластера; однако спейсеры отбору не подвергаются и могут накапливать изменения. Бактериальные рРНК-гены и тРНК-гены входят в состав одних и тех эке онеронов Семь оперонов, кодирующих рРНК Е. сой, называются пзгА-б. Тесная связь нх в хромосоме отсутствует, и не известно, как поддерживается одинаковый нуклеотидный состав нх последовательностей.
Поскольку число генов невелико, можно определить их точные нуклеотидные последовательности и таким образом непосредственно увидеть, являются ли все рРНК-гены идентичными илн имеют небольшие различия, не обнаруживаемые в популяции молекул рРНК. Каждый такой оперон транскрибируется с образованием единого РНК-предшественника, при расщеплении которого образуются молекулы зрелых рРНК. У бактерий, у которых реакция расгцеплення блокирована в результате мутации гена, кодирующего соответствующий фермент, предшественник накапливается в виде РНК с константой седиментацнн примерно ЗОБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
