Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 96
Текст из файла (страница 96)
Милислав Демерец, 1935 Глава 17 ГЕНОМЫ ЭУНАРИОТ: МНОЖЕСТВО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ яЭукариотический генома — несколько расплывчатое понятие. Основной признак эукариот-наличие ядра, в котором заключена основная часть генома н которое отделено от цитоплазмы ядерной мембраной. В целом общее кодичество ядерной ДНК очень сггльно различается у разных организмов; число хромосом, ее содержащих, сильно варьирует; характеристики относительно небольшой части генома, заключенной в органеллах, также колеблются в широких пределах; кроме того, могут обнаруживаться значительные различия в типах последовательностей, образующих ядерный геном. В то же время эукариотическому гсному присущи черты, отсутствующие в геноме прокариот, Индивидуальные гены могут иметь прерывистое строение, геном может содержать множественные и (иногда) идентичныс копии определенных последовательностей, а также большие участки ДНК, не кодирующие белков.
Вследствие пространственной разобщенности ядра и цитоплазмы механизмы экспрессии генов у эукариот и прокариот должны неизбежно различаться. Отражают ли эти черты основополагающие принципы организации эукариотической ДНК? Не следует забывать, что царство эукариот чрезвычайно велико, а в настоящее время мы имеем подробную информацию об организации генома золько у некоторых видов. Рассматривая свойства эукариотической ДНК, мы обнаруживаем такие особенности ее организации, которые могут быть в различной степени присущи разным индивидуальным геномам. Поэтому нас будет интересовать выяснение конкретных вариантов организации эукариотической ДНК, а не гипотетической «типичной» ее структуры. Парадокс величины С характеризует различия в размерах геномов Общее количество ДНК, приходящееся па (гаплоидный) геном;характеристика каждого существующего вида организмов, извес~ива под названием величина С.
Эта величина может быть измерена химически и выражена в пикограммах (пкг) ДНК или определена методом исследования кинетики реассоцнацнн ДНК (см. ниже), когда ее обычно выражают в парах нуклеотидных оснований или дальтонах. Соотношение между этими величинами таково: ! пкг= 0,965 1Ол п.н. = 6,! 10" дальтон. Величина С колеблется в огромных пределах от такого маленького значения, как всего лишь !О п.н. у мико- плазмы, до такого большого, как -10" п.н. у некоторых растений и амфибий. Так называемый парадокс величины С вЂ” результат нашей неспособности объяснить содержание ДНК в геноме с точки зрения осуществляемых им функций.
Этот парадокс имеет два аспекта. Во-первых, наблюдаются огромныс различия в величинах С у видов, сложность организации которых так сильно не различается; существенные различия могут наблюдаться даже между некоторыми близкородственными видами. На рнс.
17.1 приведен диапазон значений величины С для организмов, находящихся на различных ступенях эволюционного развития. На каждой ступени с увеличением сложности организации набдюдается некоторое увеличение минимального размера генома. Это правило не является абсолютным, но очевидно, что одноклеточные эукариоты (чей жизненный цикл несколько напоминает прокариотический) имеют геном небольшого размера, превосходящий, однако, по размеру геном бактерий. Сама по себе принадлежность к эукариотам не означает значительного увеличения размеров генома; например, размер генома у дрожжей 5.
сеген!х)ае составляез около 2,3.10' и. н., что только в 5 раз превышает размер генома бактерии Е со!1. Дальнейшее небольшое увеличение размеров генома (немногим более, чем в два раза) оказывается достаточным для того, чтобы слизистые грибы (миксомицеты) О. Йасок(еие могли существовать в виде как одноклеточных, так и многоклеточных организмов.
Для возникновения первых полностью многоклеточных организмов необходимо дальней!пес увеличение сложности генома. Например, содержание ДНК у круглых червей Г. е(ейплл составляет 8 10' п.н. При дальнейшем эволюционированин четкой связи между сложностью организма и содержанием ДНК не наблюдается, хотя для появления насекомых понадобилось, чтобы размер генома превысил 10 п. и., для появления иглокожих — 4 10 и, н., для появления птиц или амфибий — 8 1О" п.н.
и 2 10 п.н.-для появления млекопитающих. В некоторых случаях диапазон различий в размерах генома совсем невелик. Например, у птиц, рептилий и млекопитающих обнаруживаются небольшие различия внутри класса, причем размеры генома в каждом случае могут колебаться примерно в два раза. В других же случаях наблюдается широкий диапазон колебаний размеров генома — часто более чем в десять раз. Эти факты свидетельствуют о некотором удивительном несоответствии между размерами генома и сложностью организма. Необычный диапазон колебаний величины Г обнаружен у амфибий, у которых минимальный размер генома не превышает 10ч и. н., в то время как максимальный размер составляет по'пи ! 0" п, н. Трудно поверить, что такие различия могут соответствовать 100-кратным различиям в количестве генов, опрсделяю|дих специфические особенности разных амфибий.
Подобный скептицизм усиливается фактом существования нескольких довольно блнзкородственных видов, у которых обнаруживаются удивительные различия в размерах генома в целом. Так, например, два вида амфибий, имеющих весьма сходное морфологическое строение, мо1ут различаться, скажем. в !О раз по относительному содержанию ДНК, Также кажется маловероятным существование 1О-кратных различий в числе генов. Если все-таки число генов у разных организмов примерно одинаково, то основная часп ДНК у видов с большим размером генома не кодирует белков.
Какова же тогда ее функция? ! 7. Геномьг зукариот: множество последовательностей ах10З 5х10Е 5Х10Г 5Х101 5х!ОЗ мч 223 чиж 14й ! Юг Рис. 17.1. Содержание ДНК, приходящееся иа гапяоидиый геком, непосредственно ие связано с морфологической сложностью вида. Размер генома увеличивается при переходе от прокариот к протостомам, ио варьирует в широких предезах Этн факты подводят нас ко второму аспекту парадокса величины С вЂ” существованию явного избытка ДНК по сравнению с ее количеством, необходимым для кодирования белков. В самом деле, об этом часто 1оворят как о проблеме избыточности эукариотической ДНК.
Сейчас известно, что избыточность частично объясняется тем, что размер генов существенно больше размера последовательностей, необходимых для кодирования белков (в основном из-за наличия промежуточных последовательностей, разбивающих копирующую область гена на несколько частей), Однако э~ого недостаточно для решения проблемы. Рассмо1рим два примера. Даже если предположить, что средний размер гена млекопитающих достигает 10000 п.
н. (что на самом деле превышает размеры почти всех известных прерывистых генов), число генов в геноме млекопитающих должно составить 300000. Возможно ли это? По-видимому, нет; поскольку, хотя число генов точно не известно, имеются два указания на то, что число генов измеряется в десятках тысяч, а не в сотнях тысяч. Одно прямое доказазельство получено при подсчете числа генов путем определения числа различных мРНК (гл. 18).
Хотя это Нельзя проделать для каждого типа клеток н определить тем самым обшсе число генов организма, полагают, что число генов, экспрессируюшихся в клетках определенного типа, составляет примерно 10000. Болыпинство из ннх экспрессируется во всех или почти во всех клетках организма. Таким образом, общее число экспрессируюшихся генов, вероятно, находится в пределах этой величины с коэффициентом (примерно) 2-4. Более косвенные данные получены при попытках установить число наиболее важных генов путем идснтифика- 10В 1ОЕ 10~с 1ОП п.ч.
у дейтеростомных организмов. Диапазоны колебаний размеров ДНК в 11ределах систематической едиииды обозначены заштрихованными областями. ции всех локусов, которые могут подвергаться мутапням. Большая часть этих экспериментов была проведена на Р. ше!гаюдпзгег, для которой общее число важнейших генов можно считать равным примерно 5000, Если принять средний размер гена насекомого за 2000 и, н., то общая длина всех генов составит 10 п.н., что в 10 раз меньше, чем длшза реальной ДНК.
Разумеется, с помошью мутаций можно выявить только те гены, повреждения которых приводят к видимым изменениям или летальному эффекту, К этому классу, очевидно, относятся лишь некоторые гены. Это означает, что по меньшей мере значительная часть, возможно, даже болыпннство генов кодируют белки, не имеющие существенного значения для выживания организма (по крайней мере в том смысле, что их мутационное повреждение не вызывает какого-либо заметного эффекта) Таким образом, некоторые ключевые вопросы остались нерешенными. Какая часть геномной ДНК действительно связана с образованием белков в том смьюлс, что она соответствует гену, либо его кодируюшей области, либо промежуточным или транскрибируемым фланкируюшим' последовательностям? Какое количество генов жизненно необходимо, а какое несущественно для выживания? Какова функция (если она сушествует) ДНК, которая не входит в состав генов? Какое влияние на функционирование генома оказывает значительное изменение его общего размера, как в случае родственных представителей класса амфибий? ' Расположенным по обе стороны оз геиау-Прин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
