Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

трофобласт

Яйцевой цилиндр

Полярный трофобласт

Первичные гигантские клетки

Амнион

Хорион (?)

Хорно-аллантоидная плацента

Рис. 17.10. Карта зачатков трофобластов и внутренней клеточной массы бластоцисты мыши в возрасте 3-5 дней. (По Gardiner R.L, 1975. In: Developmental Biology of Reproduction, ed. by C. Markert and J. Papaconstantinou, Academic Press, New York.)

8 клеток клетки тотипотентны; каждая из них может дать начало клеткам любого типа. Тотипотентность была показана путем трансплантации клетки 8-клеточного эмбриона одного генотипа в 8-кле-точный эмбрион другого генотипа и проверки генотипов клеток плаценты и зародыша, который развился из созданного таким образом эмбриона-химеры. Для определения генотипа в экспериментах часто используют электрофоретически разделяемые варианты ферментов. На стадии 64 клеток (бластоциста) эмбрион, однако, состоит уже из клеток двух хорошо различимых типов: клеток внешнего слоя, или трофобластов, и клеток внутренней клеточной массы (ВКМ). Клетки бластоцисты уже не являются тотипотентными.

Считается, что первый сигнал к тому, чтобы сестринские клетки вступили на различные пути развития, поступает на стадии 16-клеток (стадия морулы), когда в силу геометрических причин некоторые клетки оказываются со всех сторон окруженными другими клетками (inside — outside hypothesis). Вероятно, среда внутренних клеток отличается от таковой внешних клеток, которые находятся в контакте с яйцеводом. Этот позиционный сигнал вызывает первый шаг в детерминации клеток. К стадии бластоцисты эта ситуация становится очевидной благодаря разделению клеток на трофобласты и ВКМ. Однако дальнейшая судьба клеток ВКМ еще не определена. Отдельные клетки могут быть трансплантированы из ВКМ бластоцисты одного генотипа в ВКМ бластоцисты другого генотипа, где они принимают участие в процессе развития и дают начало химерным мышам, имеющим клетки двух разных генотипов. Показано, что одна клетка ВКМ дает начало дочерним клеткам, которые могут затем участвовать в образовании клеток любого типа у взрослой мыши. Сам зародыш развивается из нескольких клеток ВКМ; остальные клетки образуют ткани, не принадлежащие зародышу, такие, как плацента (рис. 17.10).

Генетический анализ развития

Развитие-это совокупность процессов, приводящих к превращению оплодотворенной яйцеклетки в сложно организованный многоклеточный организм. Разделение причины и следствия здесь, возможно,

является спекуляцией. Исследование мутаций, влияющих на развитие, предоставляет способ анализ развития и определения того, как взаимодействие различных процессов слагается в наблюдаемый нами непрерывный процесс развития.

На основе генетического анализа сформулирован ряд гипотез о том, как действуют гены, контролирующие развитие. Только для нескольких организмов разработаны генетические методики, позволяющие провести подобный анализ. Этими организмами являются лабораторная мышь- модель для исследования развития у млекопитающих и человека, плодовая мушка Drosophila melanogaster и почвенная нематода Caenorhabditis elegans. Два последних объекта имеют следующие преимущества. Благодаря 70 годам непрерывного изучения дрозофилы для нее разработаны наиболее изящные методики изучения генетического контроля развития. С другой стороны, Caenorhabditis, интенсивное изучение которой продолжается только 15 лет, имеет самый простой путь развития. Взрослые особи Caenorhabditis являются гермафродитами и состоят всего из 800 соматических клеток, образующихся из ядра зиготы в результате жестко контролируемой последовательности митозов. Происхождение всех клеток нормального организма Caenorhabditis известно; многие ее мутации, затрагивающие развитие, доступны для изучения. Однако в настоящее время большая часть наших представлений о том, как гены контролируют развитие, получена благодаря исследованиям, проведенным на дрозофиле и в меньшей степени на мыши.

Мутации, затрагивающие эмбриогенез у мыши

Локус Т у мыши долгое время привлекал генетиков благодаря разнообразию возникающих в нем мутаций (см. гл. 6). Существует много рецессивных аллелей t, которые образуют с доминантным аллелем Т сбалансированные летали. Этот удачный факт позволяет исследователям, занимающимся генетикой мышей, сохранять такие мутации для дальнейшего изучения (рис. 6.14)-преимущество, которым генетики-дрозо-филисты пользуются уже по крайней мере 60 лет, но которое отсутствует в случае большинства рецессивных летальных мутаций у мыши. Анализ комплементации аллелей t является одним из основных генетических приемов, позволяющих различить мутанты, поскольку большинство из них подавляет рекомбинацию в том районе хромосомы, где они возникли.

Показано, что некомплементарные аллели t в гомозиготном состоянии прерывают эмбриональное развитие на определенных стадиях (рис. 17.11). Эмбрионы, гомозиготные по г12, достигают стадии морулы, но погибают перед стадией бластоцисты. Гомозиготы по rw73 достигают стадии бластоцисты, начинают имплантироваться в стенку матки, однако не могут сделать этого должным образом и погибают. Другие аллели t в гомозиготном состоянии блокируют последующие стадии эмбрионального развития. Поскольку каждый мутантный аллель, вероятно, блокирует развитие на стадии, где появляются новые межклеточные взаимодействия, возникает привлекательная гипотеза: локус Т в норме контролирует развитие путем изменения свойств поверхностей

клеток и, таким образом, приводит к образованию новых клеточных ассоциаций.

Различные аллели t оказывают влияние на клеточную мембрану сперматозоидов, подтверждая тем самым высказанное выше предположение о том, что эти аллели влияют на клеточные мембраны ранних эмбрионов. Их воздействие на клеточные мембраны доказывается благодаря появлению новых антигенных свойств. Гетерозиготные самцы tj + продуцируют два типа сперматозоидов, различающихся по антигенным свойствам, что предполагает активность локуса Г после мейоза, когда развивается зрелая сперма. По неизвестной причине сперматозоиды, несущие аллель t, более эффективны при оплодотворении, чем сперматозоиды t+. Поэтому рецессивные аллели t имеют селективное преимущество во многих природных популяциях диких мышей, несмотря на свое вредное действие на организм.

Генетический анализ развития мыши производится на разных стадиях. Количество мутаций, интересных с этой точки зрения, невелико, тогда как сложность процессов развития высока. Напротив, генетический анализ Drosophila уже начинает приводить к построению логически последовательной модели того, как действуют гены при контроле менее сложного процесса развития у насекомых.

Мутации с материнским эффектом у дрозофилы

Тот факт, что положение тотипотентного яд*ра в оболочке яйцеклетки определяет путь развития этого ядра и дочерних митотических ядер, предполагает, что процесс оогенеза, предшествующий оплодотворению, должен играть важную роль в развитии зиготы. Действительно, многие мутации с материнским эффектом приводят к тому, что мутантная самка откладывает не развивающиеся нормально яйца, в которых происходит гибель зародыша независимо от его фенотипа (рис. 17.12). Наличие таких мутаций указывает на то, что развитие не может идти нормально в отсутствие должным образом подготовленной цитоплазмы яйцеклетки, образующейся под контролем материнского генома. Показано, что Х-хромосома дрозофилы (составляющая 20% всего генома) содержит около 160 генов, способных давать летальные мутации с материнским эффектом (см. гл. 20). Это значительная доля (около 10%) всего числа генов Х-хромосомы.

Природа дефектов ооплазмы, вызываемых этими мутациями, известна только в очень немногих случаях. На основе имеющихся в настоящее время данных невозможно определить, приводит ли большинство из этих мутаций к нарушению общего метаболизма или же к нарушению функций, необходимых для регуляции активности генов в эмбриональных клетках в процессе развития. Впрочем, по крайней мере некоторые из мутаций с материнским эффектом оказывают сильное влияние на развитие эмбриона.

Самки, гомозиготные по температурочувствительной мутации daughterless, откладывают яйца при непермиссивной температуре, при которой клетки XX (хромосомный набор самки) погибают. Только яйца,

Сбалансированная линия с мутацией mel

mel/SMhCy mel+ $ X mel/SMl.Cy mel + cT

mel/mel c? V mel/mel cf

Потомство Fi mel/mel $ X or mel/SMhCy mel+ $ X or

mel/SMl,Cymel+c? mel/SMl.Cy mel+c?

Все потомки погибают независимо от фенотипа, так как их мать гомозиготна по mel

Все потомки выживают независимо от фенотипа, так как их мать гетерозиготна по mel *

Рис. 17.12. Генетическая характеристика летальной мутации с материнским эффектом (mel). В качестве примера приведена мутация, расположенная во второй хромосоме дрозофилы и поддерживающаяся в линии с хромосомой-балансером SM-1, маркированной доминантной мутацией Curly (Су).

содержащие клетки ХУ (хромосомный набор самца), выживают и дают взрослых насекомых. Таким образом, самка, несущая эту мутацию, имеет только сыновей. Яйца самок генотипа daughterless, оплодотворенных сперматозоидами, несущими Х-хромосому, не погибают после инъекции в них очень малого количества цитоплазмы из нормальных неоплодотворенных яйцеклеток. Очевидно, что продукт гена daughterless дикого типа необходим для нормального развития самки.

Две другие мутации с материнским эффектом -bicaudal и dorsal -оказывают еще более глубокое влияние на поведение клеток бластодермы зародыша. Вероятно, эти мутации изменяют позиционную информацию в оболочке яйцеклетки таким способом, который предполагает наличие координирующей системы, определяющей эту информацию.

Самки, гомозиготные по мутации bicaudal, откладывают яйца, независимо от генотипа зиготы дающие уродливые эмбрионы с двумя брюшками. Передняя часть этих эмбрионов не развивается нормально, вместо нее как зеркальное отражение абдоминального отдела задней части образуется второе брюшко. Однако зачастую у обеих этих абдоминальных половин отсутствует часть абдоминальных сегментов (рис. 17.13, А).

Полярные клетки, обычно

страница 55
< 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
(24.10.2019)