Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 136
Текст из файла (страница 136)
Эта последовательность, вероятно, представляет собой разновидность ранее сушествовавшей сателлитной ДНК или имеет какое-то иное происхождение. По-видимому, во всех случаях сателлитные ДНК постоянно образуются в геноме и исчезают из него. Поэтому трудно установить, как эволюционировали сателлиты, поскольку сушествуюший в настоящее время сателлит мог произой~и от некоторого ранее сушествовавшего сателлита, позже исчезнувшего из генома.
Важная особенность таких сателлитных ДНК заключается в том, что они представляют собой очень длинные участки ДНК с очень низкой генетической сложностью, внутри которых может поддерживаться постоянство последовательностей нуклеотндных оснований. Одно из свойств многих сателлитных ДНК --выраженная асимметрия в ориентации нуклсотидных пар двух цепей ДНК. В случае О.
г1гя)з (см. табл. 24.1) в каждой нз основных фракций сателлитной ДНК одна цепь существенно богаче основаниями Т н О. Это увеличивает ее плавучую плотность, поэтому после денатурации тяжелая цепь (Н) может быть отделена от легкой цепи (Ь). Это может оказаться полезным при определении нуклеотидной последовательности сателлитной ДНК. Сателлитная ДНК млекопитающих состоит из иерархически организованных повторов У млекопитающих, как это показано на примере грызунов, нуклеотидные последовательности, входящие в состав таидсмных лов~оров каждой сателлитной ДНК, сильно различаются.
Общие для всех тандемов короткие последовательности могут быль обнаружены по их преобладанию среди олигонуклеотидных фрагментов, полученных при химической илн ферментативной обработке ДНК. Однако преобладаюшая короткая последовательность обычно составляет только небольшую часть копий. Другие короткие последовательности отличаются от нее множеством замен оснований, делеций и вставок, Ряд таких вариантов короткой повторяюшейся единицы может сформировать более длинную, которая сама по себе тандемно повторяется с некоторыми изменениями.
Таким образом, сателлитные ДНК млекопитающих состоят из иерархически организованных повторяющихся единиц. Более длинные повторяющиеся единицы входят в состав последовательностей, ренатурируюших при проведении реассоциации. Их также можно обнаружить при расщеплении ДНК рестриктазами. Некоторая неточность прн оценке сложности повторяюшейся ДНК обусловлена неправильным спариваннем при реассоциации сходных, но не идентичных повторяю- шихся единиц, Этот эффект особенно выражен в случае сателлитной ДНК, и это означает, что при оценке длины реассоциируюшей единицы можно ошибиться примерно в два раза.
Когда сателлитную ДНК расщепляют ферментом, сайт узнавания которого находится в повторяюШейся единице ДНК, из каждой повторяющейся единицы будет 24. Организация простых последовательностей ДНК 303 и и и и и Ю тс н Ю вю пс ссасстссаататввсваваааастсаааатсассваааатсавааатасасастттассасствааататсвссассаааастсаааааввтссаааатттасааатстссастста 1111 11Ш!11Ш 111111 Ш1116111111111111111 1Ш11 Ш 1Ш1 Ш Ш 1 Ш 11Ш Ш Ш11 Ш1 Ш 11 Ш 1 ссасствваататсссаасаааастсаааатсатссаааатсасааасатссасттсассасттсааааатсассааатсастаааааасстсааааатсасааатссасастсаа ав вя ттс ттс ти ти Рис 24.5.
При расположении четвсртьповто- ров олин под другим обнаруживается гомо- логия между первой и второй половинами каждого полуповтора, апасствааататпосааваяаастаяяаатсасаваяаатсааааатасасясттта !!! !! !!й ! ! !. й !Ш. ! Ш~ Ш !,. ! !! ! о и А с а т а а А а т А т а о с а асса а А А с т и я я А А А а а т в с я А я я т г'я о А я а т а т с с А с т а т а й !,! ! ! !,.! ! ! ааасатаааататаосааваааастваааятсатооаааатааоааасатссасттаа Ш !!!!~~ ! !. ! „.! ! !~.! Ш саасттаааааатаасаааатсастаааааасотпааааатаапааатасасастоаа Рис.
244 Повторяющаяся сливина сатсллитной ДНК мыши содержит два полуповтора, гомологичные участки которых обозначены вертикальными линиями. получен один фрагмент, в котором находится этот сайт. Действительно, при обработке эукариотической ДНК рестриктазами основная ее часть при электрофорезе имеет вид пятна вследствие случайного распределения сайтов рестрикции, Однако сателлитная ДНК образует четкие полосы, поскольку при расщеплении ДНК по сайтам рестрикции, расположенным через регулярные интервалы, образуется множество одинаковых или поч~и одинаковых фрагментов.
Прямое определение нуклеотидной последовательности сателлитной ДНК может оказаться сложным. Можно попытаться сделать это, используя дискретный набор последовательностей, получаемых при расщеплении ДНК рестриктазами. Однако при наличии существенных различий между нуклеотидными последовательностями отдельных повторяюшихся единиц в одном и том же положении разных повторов будут находиться разные нуклеотиды, поэтому при электрофорезе получится нечеткая картина.
Если различия не слишком велики, скажем находятся в пределах 20;4ь то можно непосредственно выявить повторяюшуюся единицу усредненного состава. Отдельные участки сателлитной ДНК мокнут быть встроены в плазмиды с целью клонирования. Трудность в этом случае состоит в том, что последовательности сателлитной ДНК иногда имеют тенденцию исчезать из химерных плазмид при рекомбинации в бактерии-хозяине.
Однако при успеппюм клонировании можно однозначно определить нуклеотидную последовательность клонированного фрагмента. Таким способом можно установить реальную нуклеотидпую последовательность повторяю- шейся единицы или единиц, но при этом для определения характера различий, типичных для сателлитной ДНК в целом, необходимо располагать данными о большом числе таких индивидуальных последовательностей. При любом методе определения последовательностей ДНК можно получить информацию об участке ДНК, который может быть исследован в пределах одного секвенируюшего геля. Поскольку повторяются различающиеся тандемные копии, невозможно реконструировать более длинные последовательности путем получения перекрывающихся индивидуальных рестриктов.
Сателлитная ДНК мыши М. оиасп1ис расшепляется рестриктазами ЕсоВП или Бап961 на ряд фрагментов, включая основной мономерный фрагмент, электрофоретическая подвижность которого соответствует длине 230 — 240 п.н. При исследовании этого фрагмента обнаруживается одна нуклеотидная последовательность длиной 234 п.н.
Эта последовательность, по-видимому, повторяется с небольшими вариациями и составляет 60 — 70",,' сателлитной ДНК, расщепляемой с образованием моно- мерных фрагментов. Проанализируем эту последовательность с точки зрения составляющих ее следуюших друг за другом повторяющихся единиц меньшего размера. На рис. 24.4 показана последовательность, содержащая два полуповтора.
Изобразив последовательность длиной 234 п.н. так, чтобы первые ! 17 п. и. располагались напротив вторых 117 п.н., мы увидим, что две ее половины обладают большим сходством. Они различаются 22 нуклеотидиыми основаниями, что соответствует степени днвергенции этих последовательностей, равной 19",ж Это означает, что существующая в настояшее время повторяюшаяся единица размером 234 п.н., по-видимому, когда-то в прошлом возникла в результате дупликации повторяюшейся единицы размером ! 17 п.
и., после чего произошло накопление различий между двумя копиями. Внутри последовательности размером 117 п. н, можно обнаружить две другие субъединицы. Каждая из них — это четвертая часть повторяющейся единицы, входящей в состав сателлитной ДНК. На рис. 24.5 показаны четыре фрагметгг, составляюшие четвертьповтора. Две верхние строки соответствуют первому повтору, изображенному на рис. 24.4, две нижние второму.
Вилно, что дивергенция между четырьмя четвертьповторами возросла до различий в 23 положениях из 58, илн 404. При этом первые три четиертьповтора обладают несколько большим сходством, а значительная степень дивергенции обусловлена изменениями в четвертом четвертьповторе. Рассматривая фрагменты, составляюшие четвертую часть повторяющейся единицы, можно обнаружить, что каждый из них состоит из двух сходных субъединиц тсоставляюших каждая одну восьмую часть повтора), обозначенных на рис. 24.6 как и- и 13-последовательности.
Во Часть УЕ Кластеры сходных последовательностей ДНК 304 аахсст ааАА ааА А ахаАА А А СТОАА стттх стаха а АА А т АС АС А ат Ахтсхс ог аахеатаААА а хаАОА А А статх ОАААтатссх ООАА аа АА ООАА рг АААаат ААОА А ОА А А с О А А А Т аААА т з аахсат А А стаха Атссхс ттах азххтсхт С АС ТААА 4 СОАС ТТ ОААА аслсхстаАА ОААА аа АААСОТ Каноннемнал 77®фЩфф поспепоаа- селеносс А А:А"О О т а АсА'Аай та А О"АЗАФАес).'"';,*Э:ЖЯФ,Т'ася А селюоссе 7 довательности длиной 9 п.н. Каноническая последовательность целиком может быть записана как ЯДДД"Д~ЯТ, и она фактически представляет собой мозаику трех повторов размером 9 и. нн приведенных на рис.
24.6. Реконструкция этапов эволюции сателлитной ДНК мыши По нуклеотидной последовательности сателлнтной ДНК мы можем воссоздать картину ее эволюции и объяснить присущие ей в настоящее время свойства. Модель, демонстрирующая возможные этапы такой эволюции, приведена на рис. 24.8. Эта модель основана на том, что в разные моменты может внезапно происходить латеральная амплификация группы повторяющихся единиц с образованием больпюго числа идентичных тандемных копий.
Такое событие называется скачкообразной репликапией. Далее в результате последующего накопления мутаций копии перестают быть идентичными. Позднее в группе таких копий снова может произойти скачкообразная реплнкация. Степень различия между копиями, амплифипировавшнмися в каждый момент времени, будет зависеть от времени, прошедшего с момента последней скачкообразной реплнкацин, когда образовался набор идентичных сателлитных ДНК. Она может эволюционировать путем ряда таких скачкообразных репликаций, чередующихся с накоплением мутаций. Предположим, что существующая в настоящее время сателлитная ДНК произотпла от тандемно повторяющейся последовательности с нуклеотидным составом ОАААААТОТ или близким к нему. (Эта последовательность могла входить в состав сателлнтной ДНК илн иметь совершенно иное происхождение; она существует столько же времени, сколько и сам сателлит.) Все исходные фрагменты размером 9 и.н.
были идентичны, но со временем в результате накопления мутаций между ними появились различия. Потом произошла амплнфика- аДДДДДСаТ аДДДДДтаД аДДДДДДСт тхтаас хатах тхтаас А А т т"А т А т а а с А А т а А А А т а А с А А т а А всех и-последовательностях имеется вставка С, а во всех б-последовательностях — вставка тринуклеотида, сходная с канонической последовательностью. Это позволяет предположить, что четвертьповторы образовались в результате дупликации последовательности, сходной с канонической, после чего в них произошли изменения, которые привели к образованию компонентов, обозначенных нами как ст и В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
