Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

тны.) Выросшие колонии перепечатывали на другую чашку с ЕМВ-пита-тельным лактозным агаром и инкубировали при 42°. На этой чашке удалось обнаружить несколько бесцветных колоний, которые на исходной чашке при 30° были красными. Некоторые бесцветные колонии возникли в результате темпера-турочувствительных мутаций lac в факторе F'Lac + ; другие сформированы темпе-ратурочувствительными мутантами по репликации фактора F'. Предложите способ, с помощью которого можно различить между собой представителей этих двух типов мутантов. Среди штаммов, теряющих при 42° F'Lac+ -фактор, некоторые несут температурочувствительную мутацию, блокирующую репликацию F'-фактора в бактериальной хромосоме, а другие-на самом факторе F'. Как бы вы могли различить эти мутанты? Какие виды генов могут оказаться поврежденными в этих мутантах? (Заметьте, что для репликации фактора F необходимо его прикрепление к особым участкам клеточной мембраны.)

14

Рекомбинация

Рекомбинационные процессы между родительскими геномами с различными генотипами приводят к возникновению новых сочетаний генов в дочерних геномах. Есть основания полагать, что рекомбинация является одним из важнейших факторов эволюции. Она позволяет новым генетическим вариантам, возникшим у различных представителей популяции, объединиться и пройти проверку на совместимость в рамках одного и того же организма. Возникновение и развитие механизмов (половых процессов), способствующих обмену генетической информации между отдельными особями, прослеживается на уровне любых живых организмов-от одноклеточных прокариот до высших эукариот.

Разделение клеточной ДНК на относительно независимые компоненты (хромосомы) облегчает рекомбинацию посредством независимого комбинирования компонентов, в роли которых могут выступать, например, различные хромосомы гороха в опытах Менделя (см. гл. 2), бактериальные кольцевые хромосомы и эписомы (см. гл. 8). Помимо этого, как было показано в 1-й части книги, существенную роль играют рекомбинационные процессы между последовательностями ДНК в схожих, или гомологичных, хромосомах.

В этой главе основное внимание будет уделено молекулярным механизмам процессов, связанных с рекомбинацией ДНК. Эти процессы можно разделить на три категории: общая рекомбинация, которая происходит между гомологичными последовательностями ДНК; сайт-специфическая рекомбинация, затрагивающая молекулы ДНК, характеризующиеся ограниченным структурным сходством, и так называемая незаконная рекомбинация, в которую могут вовлекаться молекулы ДНК, не имеющие никакого структурного сходства.

Общая рекомбинация

Общая рекомбинация, протекающая между гомологичными молекулами ДНК или гомологичными хроматидами в мейозе, широко обсуждалась при изложении материала предыдущих глав, поскольку это явление лежит в основе генетического картирования. Протекание реком-бинационных процессов между гомологичными ДНК характеризуется очень высокой точностью, обусловленной точным спариванием оснований нуклеотидных последовательностей, вступающих в рекомбинацию родительских цепей ДНК.

На рис. 14.1 проиллюстрированы наши сегодняшние представления о последовательности событий, приводящих к возникновению реком-бинантных ДНК из двух родительских молекул ДНК. В первой серии изображений (рис. 14.1, А-Г) показан процесс обмена одноцепочечными участками между родительскими двухцепочечными молекулами ДНК, который сводится к образованию структуры креста. После образования такой структуры центр ее может перемещаться вдоль спаренных цепей ДНК подобно замку застежки «молния». При этом происходит размыкание водородных связей между комплементарными основаниями внутри одной родительской молекулы ДНК и замыкание соответствующих связей между основаниями цепей из различных родительских молекул ДНК. Этот процесс может приводить к образованию протяженных ге-теродуплексных участков в обеих родительских молекулах ДНК (рис. 14.1, Д). Благодаря возникновению гетеродуплексов обеспечивается высокая точность взаимодействия гомологичных участков ДНК. Образование такой крестообразной структуры, или структуры Холли-дея, было впервые предсказано в 1964 г. Робином Холлидеем, исходя из генетических данных по изучению генной конверсии (этот процесс рассмотрен ниже). Структуру Холлидея можно изобразить так, как показано на рис. 14.1, Е. Вращение такой структуры вокруг точки перекреста может приводить к образованию другой изомерной формы (рис. 14.1, Ж, 3). При разрезании структуры двумя возможными способами (рис. 14.1, й-Л) могут вновь возникать линейные молекулы ДНК различного типа. При разрезании по вертикальной оси образуются линейные молекулы, рекомбинантные по родительским генетическим маркерам, расположенным по обе стороны от ге-теродуплексного участка ДНК. При разрезании по горизонтальной оси две образовавшиеся молекулы ДНК не будут рекомбинантными по родительским маркерам, фланкирующим область перекреста, но обе будут содержать по гетеродуплексному участку.

Современные представления о механизме общей рекомбинации, отраженные на рис. 14.1, являются результатом многолетних генетических и биохимических исследований этого процесса как у прокариотических, так и у эукариотических организмов. Мы вкратце рассмотрим данные, свидетельствующие в пользу рассмотренной модели рекомбинации. Большая часть таких данных была получена при физическом и генетическом изучении молекул ДНК плазмид или бактериофагов. Ввиду относительно небольшого размера этих молекул при работе с ними довольно легко удается избежать их физического повреждения. Некоторые генетические данные, позволившие предсказать определенные детали механизма рекомбинации, были получены при изучении явлений генной

Д

а А

а А

а А

В

Ь В

ъ в

ъ в

в

К

а А b К а А

В

В

Рис. 14.1. Общая рекомбинация - модель Холлидея. Обратите внимание, что перемещение области перекреста может приводить к образованию протяженных участков гете-родуплексной ДНК. Показаны два варианта промежуточной структуры при рекомбинации, отличающиеся поворотом на 180° вокруг вертикальной оси. Возможны два способа расщепления структуры креста: один них приводит к рекомбинации маркеров, фланкирующих гетеродуплексную область ДНК, расщепление вторым способом не приводит к рекомбинации. (По Potter Н., Dressier D., 1976. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 73, 3000.)

из

конверсии у грибов и высокой отрицательной интерференции (о которой также пойдет речь позже) у целого ряда организмов. Кроме того, генетический анализ рекомбинационных процессов у Е. coli позволил выявить и изучить in vitro ряд важнейших ферментов, участвующих в рекомбинации.

Консервативный разрыв и воссоединение

Важнейшим допущением в рамках модели, проиллюстрированной на рис. 14.1, является представление об образовании рекомбинантных молекул ДНК за счет разрыва и воссоединения цепей родительских молекул. Этот процесс происходит независимо от процесса полуконсервативной репликации ДНК. Консервативная природа рекомбинации была впервые выявлена при работе с фагом X.

Фаги, размножавшиеся в клетках Е. coli, растущих на среде, содержащей тяжелые изотопы азота и углерода-15N и 13С, могут быть легко отделены от фагов, культивируемых на обычной среде, содержащей легкие изотопы 14N и 12С (рис. 14.2, Л). На рис. 14.2, Б показано распределение по плотности фагового потомства, образующегося при инфекции «тяжелыми» фагами (множественность инфекции около 1) клеток, растущих на «легкой» среде. Большинство дочерних фагов содержит «легкую» ДНК, состоящую из двух новосинтезированных легких цепей. В небольшой части фагового потомства содержится ДНК, возникшая в результате полуконсервативной репликации родительской ДНК «тяжелых» фагов и состоящая из одной тяжелой и одной легкой цепи. Такие фаговые частицы характеризуются более высокой плотностью. На рис. 14.2, Б показан характерный профиль распределения по плотности дочерних фагов, образующихся при заражении «легких» клеток «тяжелыми» фаговыми частицами с высокой множественностью инфекции (~ 20 фагов на клетку). В этом случае некоторые из вошедших в клетку фаговых геномов не успевают реплицироваться, а заново упаковываются в головки, образовавшиеся при созревании фагового потомства. Эти нереплицированные геномы можно идентифицировать в виде третьего, самого тяжелого пика при фракционировании смеси дочерних фагов. Изучение фагового потомства, образовавшегося при одновременной множественной инфекции клеток, растущих на легкой среде, тяжелыми фагами с двумя различными генотипами а + и + Ь, показало, что некоторые фаговые частицы с нереплицированным геномом характеризуются рекомбинантным генотипом + / + (рис. 14.2, Г). Это означает, что рекомбинация родительских геномов может происходить независимо от репликации ДНК.

На рис. 14.1 показано, что образование рекомбинантных молекул ДНК за счет разрыва и воссоединения цепей сопровождается возникновением гетеродуплексного участка ДНК. Образование таких гетеродуп-лексов не обязательно связано с последующим «разрезанием» структуры Холлидея, которое приводит к рекомбинации фланкирующих генетических маркеров. Генетическим свидетельством образования гете-родуплексных молекул ДНК является факт существования гетерозиготных фагов X, которые при инфекции с множественностью 1 фаг на

клетку дают потомство с двумя сегрегированными аллелями. В опыте, аналогичном тому, который представлен на рис. 14.2, Г, тяжелые родительские фаги были представлены генотипами Хс + и Хс, а среди потомства обнаруживались гетерозиготные фаги с+/с. Такие фаговые частицы образуют крапчатые негативные колонии (бляшки), состоящие из прозрачных и мутных участков, которые легко отличить как от прозрачных бляшек, характерных для Хс, так и от мутных, образуемых Хс + (рис. 14.3, Л). Распределение по плотности фаговых частиц, образующих крапчатые, прозрачные и мутные бляшки, представлено на рис. 14.3, Б. Гетерозиготные фаговые геномы с/с+ должны иметь структуру, схематически показанную на рис. 14.3, В. Молекулы ДНК этих фагов содержат пары некомплементарных оснований, которые были незамечены системой репараци

страница 28
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.12.2019)