,6 12,5 3,9 5,3 1,7

N15 5,1 2,2 12,3 16,1 15,8

N22 2,6 11,2 13,7 10,4

N29 13,8 —

N30 1,5 4,0

N31 4,1

) 7.11J Проводили приведенные ниже трёхгфакторные скрещивания и каждый раз отмечали преобладающий генотип по неселективному маркеру. Во всех скрещиваниях селективные маркеры были теснее сцеплены друг с другом, чем каждый из них с неселективным (сце-пленность предварительно определяли в двухфакторных скрещиваниях). Определите последовательность мутантных генов на генетической карте.

Скрещивание Преобладающий генотип

am A ts 1 x ts 5 am

am A ts 5 x ts 1 wt

am С ts 3 x ts 9 am

am С ts 9 x ts 3 wt

am E ts 9 x ts 3 am

am E ts 3 x ts 9 wt

am N ts 1 x ts 5 wt

am N ts 5 x ts 1 am

am С ts 1 x am A ts

am С x am A ts 1 wt

am E ts 1 x am N ts

am N ts 1 x am E wt

am С ts 9 x am 1 wt

am A ts 9 x am С ts

Мутант ccl образует при обеих температурах прозрачные негативные колонии, а мутант с4 дает мутные негативные колонии при 30°С и прозрачные при 40°С. По представленным ниже данным постройте генетическую карту фага ф105, включающую уже построенную ее часть.

7.12. Клетки E. coli, лизогенные no фагу X, устойчивы к нему и не могут быть инфицированы этим же фагом X. Однако возможно одновременное инфицирование чувствительных клеток двумя фагами X с различными генотипами; получаемые при этом клетки называются

двойными лизогенами и содержат в генотипе оба профага. Двойная инфекция фагами X и Xcl приводит к образованию лизогенов, содержащих оба профага, тогда как фаг Xcl сам по себе никогда не ли-зогенизирует клетку даже в присутствии «хелпера» Хс1+ во время инфекции. Опишите схематически возможную последовательность событий, приводящую к такой двойной лизогении. Что вы можете сказать относительно продукта гена с/+?

7.13. Первые генетические исследования фага X относились к мутациям, изменяющим размер или морфологию негативных колоний. Вот некоторые из этих мутаций: s (small, мелкие бляшки), с (clear, прозрачные бляшки, а не мутные, впоследствии обозначенные символом cl), сох и со2 (cocarde) прозрачные; в настоящее время для них приняты обозначения сШ и ell соответственно), mi (minute, очень мелкие бляшки, меньшие, чем у мутанта s). В таблице приведены данные по некоторым трехфакторным скрещиваниям этих мутантов. Постройте генетическую карту с указанием расстояний между соседними генами.

7.14. Фаги XcII и XcIII могут лизоге-низировать клетки Е. coli в присутствии фагов хелперов X + или Xcl. Зная ответы на две предыдущие задачи, что вы можете сказать относительно cl, ell и с11П

7.15. Все умеренные фаги лямбдойд-ного семейства обладают «липкими» концами. Большинство из них способно встраиваться в различные участки хромосомы хозяина и обладают иммунными свойствами, перечисленными ниже в таблице, где «+ » означает успешное инфицирование, а «—» устойчивость к инфекции.

При смешанной инфекции некоторые лямбдоидные фаги могут обмениваться генами друг с другом. В прилагаемой таблице указывается присутствие рекомбинантов дикого типа с Х-иммунностью в потомстве от скрещивания различных мутантов фага X с фагами дикого типа 434, 21 и 82. Какой из этих фагов наиболее близок фагу XI Что вы можете сказать относительно генетического контроля иммунности и лизогенизации, судя по этой таблице и по трем предыдущим задачам?

7.16. В результате рекомбинации между фагом X и фагом 434 иногда образуется гибридный фаг, в котором хромосома фага X обладает иммунными свойствами фага 434. Такой рекомбинант обозначается символом Ximm*3*; он споСкрещивания

собен к росту на хозяине с профагом X в геноме, но не на хозяине с профагом 434. Ген су локализован между геном О и участком, определяющим иммунные свойства. Для того чтобы определить порядок мутаций 2001 и 42 в гене су, были поставлены два скрещивания. Потомство высевали на Е. coli (Ximm4h3AOam29). Каков порядок мутаций?

Рекомбинанты

XimmA3Acy2001 х Хсу42 О am 29 су+0+/0+ = 40/1728 = 2,3%

Ximm^cy 42 х Хсу 2001 О am 29 су+0+/0 + = 10/5300 = 0,19%

По Jones М.О., Herskowitz I. (1978). Virology, 88, 199.

Скрещивание

7.17. Мутация фага Xcanl делает возможной лизогенизацию мутантами ХсШ. Другими словами, XcIIIcanl образует мутные негативные колонии. Хсап + можно отличить от Xcanl при посеве на клетки Е. coli штамма WA8067: негативные колонии Хсап+ чуть более прозрачны, чем у Xcanl. На основании приводимых ниже результатов скрещиваний определите положение canl относительно мутаций су, картированных в предыдущей задаче. Потомство высевали на Е. coli Su ~ (Ximm*3*Oam29).

сап+су+0+/0+ = = 1/1856 = 0,05% сап+су+0+/0+ = = 18/2236 = 0,81% сап+су + 0+/0+ = 12/3933 = 0,31% сап+су+0+/0+ = = 0/1221 =0,08%

Рекомбинанты

XimmibAcan 1 х х Хсу 2001 О am 29 Ximm434cy 2001 х х Хсап 1 О am 29 Ximm43*can 1 х х Хсу 42 О am 29 Ximm* cy 42 х х Хсап I О am 29

По Jones М. О., Herskowitz I. (1978). Virology, 199.

клетка содержит около 200 фагов-потомков, и уже невозможно наблюдать сцепление между сравнительно удаленными маркерами, а именно это необходимо для доказательства кольцевой структуры. Исходя из содержащегося в тексте главы обсуждения динамики скрещивания фагов, сформулируйте гипотезу, объясняющую эти наблюдения. Как должно было бы влиять на наблюдаемые частоты рекомбинации прерывание нормального лизиса клеток в соответствии с вашей гипотезой? Лизис клеток не происходит, когда оба родительских фага мутантны по соответствующему гену (е). Потомство фага может быть извлечено из клеток посредством искусственного лизиса.

7.19. Е. coli С служит нормальным хозяином фага дикого типа фХ174. У мутантного штамма Е. coli Сх поверхность клетки изменена так, что фаг фХ не может на ней адсорбироваться и соответственно не может расти и размножаться на штамме Е. coli Сх. Двойной мутант фага фХ, обозначаемый символом НаНь, способен адсорбироваться на поверхности клеток штамма Е. coli Ct (равно как и на Е. coli С), инфицировать их и производить потомство. Когда клетки Е. coli С одновременно заражают фагом дикого типа и HaHD, некоторые фаговые частицы в потомстве могут инфицировать клетки Е. coli Ct, однако их потомство уже лишено способности инфицировать клетки Е. coli Cv Объясните.

Бактериальный геном

Генетические исследования организации генома бактерий начались вскоре после того, как было показано, что именно ДНК является веществом наследственности у пневмококков. Бактерии, так же как и вирусы, представляют генетикам возможность работать с популяциями колоссальной численности, затрачивая на эксперимент сравнительно небольшое время. Описываемые в этой главе методы отбора позволяют выявлять и изучать очень редкие генетические события. Объектом наиболее обширных и тщательных исследований служили и продолжают служить кишечные бактерии Escherichia coli и именно на них мы сосредоточим внимание в этой главе. Генетические свойства Е. coli характерны не только для этого вида бактерий, а методология генетических исследований, разработанная на Е. coli, создает фундамент и для изучения других видов.

Исследования генетики бактерий внесли очень большой вклад в наши знания о наследственности. Во-первых, они продемонстрировали сколь разнообразны генетические процессы, которые могут реализовы-ваться в природе у отдельных видов организмов. Познание этого разнообразия у прокариот проливает свет на возможные механизмы взаимодействия генома человека с геномами вирусов и приводит к переоценке роли многих генетических явлений, наблюдавшихся у эукариотических организмов, но не находивших объяснения. Велика роль генетики бактерий и в изучении регуляции и экспрессии активности генов. Эта тема будет рассматриваться в последующих главах. Механизмы организации этих процессов у сравнительно простых прокариотических организмов закладывают основы для их понимания у более сложно устроенных эукариот.

Как отмечалось в гл. 7, генетический анализ генома вирусов формально развивался аналогично генетическому анализу, используемому при исследовании организмов, имеющих мейоз. Однако, когда этот же подход был использован для анализа мутаций Е. coli, возникло множество затруднений, пока генетики не осознали, что никакая аналогия между половым процессом у мейотических организмов и у бактерий невозможна. В настоящее время существуют представления, согласно которым бактерия содержит множество генетических элементов, более или менее независимых друг от друга и взаимодействующих между собой посредством механизмов, не находящих формальной аналогии с процессом мейоза. Открытие класса генетических элементов, названных эписомами, (в особенности F-эписом) и трансдуцирующих фагов дало возможность успешно применить принципы генетического анализа к бактериям и весьма подробно описать организацию бактериального генома.

Мутанты Е. coli

Прежде чем обсуждать генетику бактерий, мы должны познакомиться с типами изучаемых мутаций и с используемыми для них обозначениями. Е. coli дикого типа растет в лабораторных условиях на очень простой среде, единственным органическим составляющим которой служит источник углерода; как правило это глюкоза. Штаммы дикого типа прототрофны (см. главу 4): они способны синтезировать любые сложные органические молекулы, необходимые для их метаболизма и роста. Эти биосинтетические способности (анаболические функции) требуют работы (экспрессии) многих существенных (т.е. необходимых для существования бактерий) генов. Многие мутации, нарушающие экспрессию необходимых биосинтетических функций, называются условно летальными (см. главу 7), поскольку бактерии с такими мутациями могут существовать только при добавлении в среду необходимых органических молекул. Такие мутанты называются ауксотрофами (т. е. требующими дополнительного питания). При изучении организации бактериальных генов мы будем рассматривать ауксотрофные мутации только в качестве генетических маркеров. Более подробно они будут обсуждаться в главе 10. Фенотип ауксотрофных бактерий обозначают латинскими буквами, указывающими соединение, которое необходимо добавлять в среду для их нормального роста. Например, Me