Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

в ходе второго деления. Б. Нормальные и аберрантные аски распределены по группам независимо от симметрии расщепления. В нижней строчке приведены количественные данные, отражающие частоту образования каждого типа асков. (По Kitani Y. et al, 1962. Am. J. Bot., 49, 697.)

Проксимальный Дистальный

Щ % щ

% ффф

щ

ш

щ % ^)

Щ V НА

\^^^

ч 3 V 4 ч 5 6

^Чередующиеся Симметричные^

AAA AAA

6+:2m 2 + :6т

98 13

II

5 + :Зт 3 + :5т 4+:4т

108 20 15

ное явление не было обнаружено и изучено у грибов и связано с другим процессом, получившим название генной конверсии. У грибов все продукты мейоза представлены в виде группы спор, расположенных внутри аска (см. гл. 5). При скрещивании двух родительских штаммов, несущих различные аллели определенного гена, оба родительских генома оказываются в равной степени представлены в образующейся диплоидной клетке, которая впоследствии и подвергается мейозу. Диплоидная клетка гетерозиготна-в ней присутствуют одновременно оба аллеля интересующих нас генов. Можно полагать, что образовавшиеся при мейозе и содержащиеся в одном аске споры будут характеризоваться одинаковым содержанием каждого из двух аллелей, участвовавших в скрещивании. В этом можно убедиться на примере распределения двух аллелей гена, ответственного за пигментацию спор у гриба Sordaria fimicola. Характер расщепления мутантного (серые споры) и дикого (черные споры) аллелей представлен на рис. 14.7. В зависимости от того, происходит расщепление при первом или при втором мейотическом делении, наблюдается один из вариантов расщепления, изображенных в верхней части рисунка. Каждый аск содержит по четыре черные споры дикого типа и по четыре серые мутантные споры [4 + : 4т]. Однако при анализе большого числа асков в некоторых из них обнаруживается аберрантный характер расщепления. Пять типов аберрантных асков изображены на

рис. 14.7 с указанием количественных данных, характеризующих частоту встречаемости для каждого типа.

A priori можно было бы полагать, что аберрантные аски возникают за счет мутаций, превращающих черные споры дикого типа в серые и, напротив, серые мутантные споры в черные в ходе мейоза. Однако внимательное изучение этого явления показало, что образование аберрантных асков не связано непосредственно с возникновением мутаций. Напротив, было установлено, что причина аберрантного расщепления заключена в явлении, связанном с рекомбинацией и получившем название генной конверсии. Генная конверсия наблюдается у многих организмов, для которых удается обнаружить все или по крайней мере половину продуктов мейотического деления. В частности, ее можно наблюдать у Drosophila благодаря использованию сцепленных Х-хромосом, позволяющему обнаружить половину образующихся тетрад.

Явление генной конверсии подробно изучалось на дрожжах Saccharomyces cerevisiae, аски которых содержат лишь четыре споры, которые в отличие от спор Sordaria или Neurospora расположены неупорядоченно. Нормальные аски, образующиеся из диплоидных дрожжевых гетерозигот, содержат аллели в соотношении 2:2, а аберрантные аски-в соотношении 3 :1 или 1 :3. Фогель, Мортимер и их коллеги провели детальное исследование конверсии гетероаллелей цистрона arg4 S. cerevisiae, кодирующего фермент аргининсукциназу (рис. 14.8). Благодаря этому исследованию можно сделать три важных заключения относительно природы процесса генной конверсии. Во-первых, примерно половина всех конверсионных явлений связана с рекомбинацией фланкирующих маркеров. Это доказывает, что конверсия не является результатом случайных мутаций, поскольку нет никаких оснований предполагать наличие взаимосвязи для процессов мутации и рекомбинации. Во-вторых, конверсия характеризуется определенной специфичностью. Гетероаллель дикого типа агд4-4 при конверсии превращается в мутантный аллель агд4-4, а дикий гетероаллель агд4-П-в мутантный агд4-17. Ясно, что случайные мутации не могут проявлять такой специфичности. В-третьих, соконверсия (одновременная конверсия двух гетероаллелей) происходит гораздо чаще, чем это можно было бы ожидать для двух совершенно независимых событий. Это свидетель3,7 2,9/ \ /

I I

I 4

ре tl arg 4 Центромера Q ?? "^"т^

Рис. 14.8. Хромосома VIII Saccharomyces cerevisiae; показана тонкая структура гена агдА. Межгенные расстояния даны в санти-морганидах, внутри-генные расстояния -в нуклеотидных парах. (По Fogel S., Mortimer R„ 1969. Genetics, 62, 96.)

thrl

14,2

\

\520 И 128

23,7

cup 1

?ft.

ствует о том, что конверсионные процессы затрагивают скорее целые участки хромосомы, нежели единичные сайты. Более того, частота со-конверсии для тесно сцепленных гетероаллелей (2 и 17) оказывается выше, чем для более отдаленных (4 и 17) (см. рис. 14.8). И это тоже доказывает, что конверсия затрагивает не единичные сайты, а достаточно протяженные области, поскольку именно в этом случае два сайта скорее могут быть одновременно вовлечены в конверсию, если они находятся рядом, а не на большом расстоянии друг от друга. В Дополнении 14.1 приведены некоторые данные, подтверждающие правильность сформулированных выводов.

Обнаружение генной конверсии, в частности при образовании асков с соотношением сегрегантов 5 :3, а также аберрантных асков с соотношением 4 :4 (рис. 14.7, Б), указывает на то, что мейотическому делению предшествует возникновение гетеродуплексных ДНК. Это описывается в рамках модели Холлидея, основанной на предположении об образовании симметричных гетеродуплексных участков ДНК в ходе формирования структуры креста (рис. 14.1). Если гетеродуплексные участки ДНК перекрываются с участками, обеспечивающими гетерозиготность по данным генетическим маркерам, то в структуре гетеродуплекса будут присутствовать ошибочные, некомплементарные пары оснований. Подобная ситуация схематически отражена на рис. 14,9. При мейозе и последующем митотическом делении образуются аберрантные аски с соотношением 4:4 (тетрада I на рис. 14.9). Возникновение асков с соотношением 5 :3 и 6 :2 в рамках модели Холлидея объясняется действием системы репарации, которая удаляет неподходящие нуклеотиды в одной из двух цепей и использует вторую цепь в качестве матрицы для репарационного синтеза ДНК. Если исправление некомплементарной пары не характеризуется специфичностью к определенной цепи, то репарация будет с равной вероятностью происходить одним из двух возможных способов. Кроме того, симметричные неправильные пары оснований на каждой хроматиде могут быть репарированы по-разному, а в отдельных случаях могут избежать репарации. Некоторые возможные варианты репарации и их генетические «последствия», предсказываемые моделью Холлидея, представлены на диаграммах II-IV рис. 14.9t В зависимости от того, какие из нуклеотидов подвергаются репарации, наблюдаются конверсия по одному из сайтов, сок"онверсия или отсутствие конверсии. Некоторые из вариантов при этом имитируют двойной или тройной кроссинговер. Возникновение двойных или тройных перекрестов хроматид приводит к высоким наблюдаемым значениям коэффициента совпадения с и проявляется в высокой отрицательной интерференции, когда эти хроматиды входят в популяцию неупорядоченно распределенных спор или гамет. Это означает, что если бы для изучения генетической рекомбинации маркеров, отмеченных на рис. 14.9, использовались случайно выбранные споры, а не целые аски, то реальная частота генной конверсии могла бы оказаться заниженной. При этом были бы зарегистрированы преимущественно кажущиеся множественные «перекресты», которые можно было бы интерпретировать действительно как свидетельство в пользу представления о множественном кроссинговере. Истинная же природа этих явлений могла бы так и остаться непонятной.

Далее, обратите внимание на то, что возможны два варианта расщепления крестообразной структуры Холлидея (рис. 14.1, И). Расщепление

;й jjjjflljj

Образование ,. гетеродуплекса

'5'

Рекомбинация фланкирующих / маркеров

Нет рекомбинации фланкирующих маркеров

Возможные варианты репаративной репликации

Рис. 14.9. В соответствии с моделью Холлидея образование симметричных участков гетеро-дуплексной ДНК внутри области генетической гетерозиготности предшествует генной конверсии. Формирование гетеродуплексных ДНК может сопровождаться (А) или не сопровождаться (Б) рекомбинацией фланкирующих маркеров. Постмейотическое расщепление без репарации неправильных нуклеотидных пар приводит к возникновению аберрантных асков с распределением 4:4. (I) Изображены также тетрады, возникающие при реализации некоторых вариантов репарации (II-IV).

А

Б

II

Конверсия в сайте 1 (ЗАТ :1CG) с образованием хроматиды с кажущимся двойным перекрестом

Двойная конверсия в сайтах 1 (ЗАТ: 1CG) и 2 (3GC: 1ТА) с сохранением двух хроматид с единичными перекрестами

Двойная конверсия в сайтах

1(3AT:1CG)H2(3GC:1TA)

с образованием хроматиды

с кажущимся двойным перекрестом

Отсутствие конверсии в каком-либо сайте (2:2) с образованием двух хроматид с кажущимся двойным перекрестом

по «горизонтальной оси» приводит к образованию продуктов, нере-комбинантных по фланкирующим маркерам, но содержащих гетероду-плексные участки ДНК. При расщеплении «по вертикали» образуются рекомбинанты по фланкирующим маркерам, также содержащие гетеро-дуплексные участки. Если оба варианта расщепления структуры Холлидея равновероятны, то генетический обмен в половине случаев будет сопровождаться рекомбинацией фланкирующих генетических маркеров.

В первом приближении это предположение нашло подтверждение в рассмотренных опытах по изучению генной конверсии. Напомним, что половина всех наблюдаемых генно-конверсионных событий в локусе агд4 сопровождалась рекомбинацией фланкирующих маркеров. Это можно рассматривать, как генетическое подтверждение процесса изомеризации структур Холлидея (рис. 14.1, Ж, 3) и дополнительное указание на то, что структуры этого типа выступают в качестве интермедиатов при генетической рекомбинации у эукариот. В действительности «горизонтальное» расщепление структуры Холлидея, не сопрово

страница 30
< 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
(18.10.2019)