мбинантные хромосомы в первом делении, возможны четыре различные последовательности спор в аске; на рисунке представлены две из них.

Первое деление

Двойной кроссинговер, захватывающий две хроматиды

О

в

2^

Митоз

Порядок аскоспор

АВ АВ аВ аВ

АЪ АЪ ab ab

Двойной кроссинговер, захватывающий три хроматиды

71|iiiji>???;? < - vat l 4 ? rv

ТА I В Первое " Ь Второе

дв

АВ ab

деление . h Митоз ab

—, , г аъ

аВ

О

А

Двойной кроссинговер, захватывающий четыре хроматиды

В А Ъ

В

О* О*

О '

АЬ АЬ ab

Митоз ab

>

АВ АВ аВ аВ

Рис. 5.14. По последовательности спор в аске можно выделить четыре типа двойных кроссоверов.

генами (рис. 5.13). В отсутствие кроссинговера аллели расходятся в первом мейотическом делении и попадают в споры, расположенные в противоположных концах аска. Если происходит один кроссинговер между центромерой и различными аллелями одного гена, то аллели расщепляются во втором мейотическом делении, и в результате на противоположных концах аска оказываются споры с двумя родительскими генотипами. Если единственный кроссинговер происходит между двумя генами, то половина спор в аске относится к родительским типам, а половина-к рекомбинантным. Доля асков, содержащих продукты расщепления во втором делении, служит мерой генетического расстояния между центромерой и исследуемым локусом. Однако поскольку лишь половина хроматид в тетраде рекомбинанта, то расстояние между геном и центромерой равно лишь половине частоты асков с продуктами расщепления во втором делении. Упорядоченное расположение спор у хлебной плесени позволяет, таким образом, определить положение центромеры по отношению к мутантным аллелям генов соответствующей хромосомы.

На рис. 5.14 изображены четыре типа событий, наблюдаемых в тетрадах хлебной плесени при двойном кроссинговере. Существование асков с таким расположением спор, которое возможно лишь в результате кроссинговеров, затрагивающих одновременно три и четыре хроматиды, доказывает, что кроссинговер происходит именно на стадии тетрады, а не на двунитчатой стадии, предшествующей репликации ДНК хромосом. Кроме того, эти данные демонстрируют еще одно важное положение, а именно то, что происходящая в мейозе рекомбинация приводит одновременно к возникновению реципрокных рекомбинантных типов.

Цитологические наблюдения кроссинговера

До сих пор мы могли основываться лишь на косвенных данных, полагая, что в основе рекомбинации лежит кроссинговер, т. е. физический обмен реципрокными участками хромосом между двумя разорванными хроматидами. Прямые доказательства были впервые получены в 1931 г. Харриетом Крейтоном и Барбарой Мак-Клинток при исследовании кукурузы и Куртом Штерном на дрозофиле. В обоих случаях данные по генетической рекомбинации совпадали с цитологически наблюдаемым физическим обменом участками хромосом. Результаты, полученные на кукурузе, состояли в следующем. Скрещивали растения кукурузы, гетерозиготные по двум генетическим маркерам, а именно аллелю бесцветности (с) при окрашенном диком типе (с +) и аллелю восковистости (wx) при крахмалистом диком типе (wx +), и двум цитологическим маркерам, а именно гетерохроматиновому вздутию и транслокации (рис. 5.15). В потомстве одного из таких скрещиваний было получено 28 зерен четырех различных фенотипов, представленных на рисунке. Зерна были пророщены, и хромосомы каждого растения исследовали на предмет наличия или отсутствия вздутия и транслоцированного участка. Растения wx + /wx + можно было отличить от wx + /wx, поскольку в первом случае все пыльцевые зерна были крахмалистыми, тогда как во втором случае-лишь половина. Обнаруженная взаимосвязь между

Фенотипы и генотипы потомства

I. Окрашенные, восковые (3 зерна)

wx

II. Бесцветные, восковые (2 зерна)

ИУС

III. Окрашенные, крахмалистые (8 зерен)

IV. Бесцветные, крахмалистые (15 зерен)

с WX*

wx

[3]

[2]

[0]

[5]

[5]

Рис. 5.15. Взаимосвязь между генетическим обменом и перестройками хромосом; с и wx — генетические маркеры, вздутие (изображено кружком) и транслоцированный участок (волнистая линия)-цитологические маркеры. Генотипы, помещенные в окрашенные прямоугольники, демонстрируют связь между генетической и цитологической рекомбинациями. Обратите внимание на то, что изображенное скрещивание не является анализирующим и что не все генотипы могут быть однозначно идентифицированы.

г—

WX

[2]

WX

с WX*

[21

кроссинговером и цитологическими перестройками свидетельствует о том, что генетический обмен аллелями сопровождается физическим обменом участками хромосом.

Корреляция между генетическими и цитологическими картами хромосом дрозофилы

Большая часть хромосом эукариот, в том числе и хромосомы дрозофил, характеризуется чередованием генетически активных, или эухрома-тиновых, участков и генетически неактивных участков, называемых гетерохроматиновыми (см. дополнение 1.1). Большинство известных генов дрозофилы расположены в эухроматиновых участках. В соматических клетках некоторых тканей дрозофилы и других видов двукрылых, в особенности в клетках слюнных желез их личинок, содержатся так назы

ваемые гигантские хромосомы. Они образуются в результате множества последовательных удвоений хромосом, не сопровождающихся ядерными делениями. В зависимости от вида и стадии развития в каждом ядре каждая хромосомная нить может быть представлена более чем в 1000 копиях, и все нити обоих гомологов располагаются по всей длине в точности друг против друга, образуя политенные интерфазные хромосомы, представляющие собой подобия многожильного троса. Схематическая модель политенной Х-хромосомы изображена на рис. 5.16, а электронная микрофотография ядра клетки слюнных желез дрозофилы-на рис. 5.17. Различия в содержании белка и в степени спи-рализации интерфазных хромосом обусловливают их поперечную ис-черченность, хорошо заметную на рис. 5.18.

У дрозофил известны многочисленные хромосомные аберрации, при которых отдельные участки хромосом утрачиваются (делеции DJ) или удваиваются (дупликации, Dp, см. гл. 21). На цитологических препаратах политенных хромосом с делециями или дупликациями концевые точки этих аберраций обычно можно определить очень точно. На рис. 5.19 изображены границы некоторых известных делеций и дупликаций в Х-хромосоме дрозофилы. Потери генетической информации, свяшо видна исчерченностъ. Крупное сферическое образование в середине это ядрышко. (Dr. John W. Sedat, University of California, San Francisco.)

занные с делециями, фенотипически проявляются у гетерозигот по рецессивным мутациям. Например, у гетерозигот Df(1 )N8/w, Df (1 )NSt/w и Df(l)N~ 67fc30/w глаза белые, что указывает на то, что в хромосомах с этими тремя нехватками ген w+ отсутствует, и, следовательно, этот ген расположен в участке, общем для всех трех делеций, т. е. в полосах ЗС2-ЗС6. У гетерозиготы Df(l)NM'l6/w глаза красные, таким образом, ген w + в этой хромосоме присутствует. Следовательно, ген w + должен быть расположен между левыми концами делеций Df(l)N64'116 и Df( 1 )NSt или Df (1 )w~61 30, т.е. должен находиться в полосе ЗС2. Заметим, что полоса ЗС2 находится внутри всех трех дупликаций, представленных на рис. 5.19. Эти участки могут быть транслоцированы во вторую аутосому, в третью аутосому и в Y-хромосому соответственно, и во всех трех случаях можно установить присутствие гена w + в геноме, что подтверждает локализацию w + в полосе ЗС2. Например, самцы

с генотипом w/Dp(l; Y)w+ обладают красными глазами, отсюда следует, что ген w+ содержится в участке Х-хромосомы, транслоцирован-ном на Y-хромосому. Такие цитологические сопоставления были проведены для многих генов, локализованных в различных хромосомах дрозофилы, и они убедительно продемонстрировали, что генетическая карта каждой хромосомы, полученная на основе данных по рекомбинации, хорошо соответствует реальной физической структуре хромосом (рис. 5.20). Неполное количественное совпадение между расстояниями на генетической карте и реальными расстояниями в политенной хромосоме может быть следствием неравномерного растяжения различных участков хромосомы в процессе приготовления хромосомных препаратов. Возможно, однако, что некоторые участки Х-хромосомы участвуют в генетической рекомбинации чаще других и вследствие этого на генетической карте занимают больше места, чем на физической.

Внеядерная наследственность

Принципы генетического анализа применялись при исследовании многих эукариотических организмов: высших животных и растений, а также более просто устроенных эукариот, таких как грибы, водоросли и простейшие. Составлены подробные хромосомные карты множества различных видов, представляющих научный или практический интерес. Эти карты детально описывают организацию генов в ядрах клеток. Однако не все эукариотические гены локализованы в хромосомах клеточных ядер. Вскоре после переоткрытия менделевских законов наследования стало ясно, что некоторые типы изменчивости не подчиняются этим законам. В 1909 г. Карл Корренс опубликовал работу по наследованию пестролистности у Mirabilis jalapa, в которой был описан неменделев-ский тип наследования.

Рис. 5.21. Пестролист-ность у распространенного декоративного растения.

Для многих видов декоративных растений характерна пестролист-ность-появление белых или желтых пятен и полос на листьях зеленых растений (рис. 5.21). Желтые участки могут быть небольших размеров,

Таблица 5.2. Потомство от скрещивания растений Mirabilis jalapa с различными типами цветков1

Отцовское растение

Материнское растение

Потомство

Желтое

Пестролистное

Зеленое

Желтое Пестролистное

Зеленое Желтое Пестролистное

Зеленое Желтое Пестролистное

Зеленое

Желтое

Желтое, пестролистное

и зеленое Зеленое Желтое

Желтое, пестролистное

и зеленое Зеленое Желтое

Желтое, пестролистное

и зеленое Зеленое

однако иногда желтыми становятся целые побеги, тогда как другие остаются зелеными или пестрыми. Корренс брал пыльцу с цветков, растущих на желтых, пестрых и зеленых побегах, и наносил ее (предварительно удалив тычинки) на пест