Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

находящиеся в задней части зародыша, в аномальной передней части эмбриона bicaudal также не образуются. Ясно, что детерминация полярных клеток и клеток бластодермы осуществляется различными механизмами.

Такое грубое нарушение путей развития, как у клеток бластодермы в переднем конце эмбриона bicaudal, предполагает, что позиционная информация задней части эмбриона замещается на позиционную информацию его передней части.

Одна из простых моделей утверждает, что положение переднезадней оси в яйцеклетке определяется концентрацией некоего морфогена, образующего градиент концентрации вдоль этой оси. Возможно, что мутация bicaudal нарушает этот градиент так, что концентрации морфогена вдоль оси яйцеклетки изменяются, как показано на рис. 17.13, Б.

Самки, гомозиготные по мутации dorsal, откладывают яйца, в которых развивается трубка из эмбриональной гиподермы, т. е. из клеток, которые обычно образуют дорзальные клетки бластодермы. Внутренние органы, формирующиеся вследствие инвагинации вентральных клеток, не образуются; трубка гиподермы заключает в себе просто желточную массу. Вероятно, все клетки бластодермы, находящиеся ниже дорзально-вентральной линии, в этом случае развиваются не как вентральные, а как дорзальные клетки. Фенотип dorsal предполагает по аналогии с bicaudal, что мутация dorsal может нарушать образование градиента морфогена вдоль дорзально-вентральной оси яйца. Этот морфоген предположительно отличается от морфогена, определяющего развитие по переднезадней оси. Существование двух данных мутаций предполагает, что организация яйцеклетки, сформированная в процессе онтогенеза, способствует возникновению градиентов двух морфогенов, расположенных под прямым углом друг к другу. Это обусловливает наличие в яйцеклетке координирующей системы, которая определяет положение каждой точки в пределах яйцеклетки через концентрацию двух морфогенов.

Таким образом, детерминация клеток эмбриона, т.е. выбор ими определенного пути развития, на стадии бластодермы осуществляется путем реализации позиционной информации, присутствующей в яйцеклетке. Отсюда следует, что реализация позиционной информации, возможно, является функцией ядер, мигрирующих к оболочке яйца во время формирования бластодермы, и поэтому на нее должен оказывать влияние генетический состав ядра зиготы. Если это так, то должны существовать мутанты, неправильно интерпретирующие позиционную информацию; эти мутанты должны влиять на развитие зародыша в зависимости от генотипа зиготы, а не материнского генотипа (см. рис. 17.12).

Гомеозисные мутации у Drosophila

Выбор клетками бластодермы определенного пути развития требует, чтобы позиционная информация ядра интерпретировалась клетками правильно, поскольку в этом случае для активации выбираются гены, специфичные для каждого данного пути развития. Поэтому экспрессия мутаций, нарушающих правильную интерпретацию позиционной информации или память об этой информации, должна осуществляться не материнским геномом, а геномом эмбриона. Известно много таких мутаций; они называются гомеозисными. Эти мутации приводят к тому, что клетки вступают на иной путь развития, чем тот, который им следовало выбрать, исходя из их расположения в бластодерме. Например, в результате мутации Antennapedia из клеток, дающих начало антенне, формируется нога. Мутация Ophtalmoptera приводит к тому, что клетки, из которых обычно развивается глаз, дают начало структурам ноги. В результате мутации Proboseipedia клетки, из которых у мух дикого типа возникает хоботок, дают при 25°С первую (проторакальную) пару ног, а при 17°С- антенны. Многие гомеозисные мутации действуют так, как будто их результатом является ошибочное определение клетками бластодермы своего расположения относительно переднезадней оси. Так, мутация Proboseipedia приводит к тому, что клетки, у нормальной мухи дающие начало хоботку, при 25°С развиваются как клетки следующего сегмента (проторакса), а при 17°С-как клетки предыдущего сегмента (антенно-глазного).

Гомеозисные мутации открывают нам существование генов, нормальной функцией которых является, вероятно, выбор или поддержание определенного пути развития, по которому следуют клетки. Каждый путь развития характеризуется экспрессией определенного набора генов, действие которых приводит к появлению конечного результата этого пути развития: глаза, крыла, ноги и т.д. С первого взгляда кажется удивительным, что несмотря на наличие мутаций, приводящих к таким грубым нарушениям, развитие организма тем не менее доходит до стадии взрослой особи. Возможно, единственная, наиболее важная причина выживания подобных мутантов состоит в том, что такие мутации вызывают сравнительно небольшое нарушение нормальной функции гена. Экспрессивность этих мутаций низка: только некоторые, особо чувствительные клетки действительно имеют мутантный фенотип, тогда как у большей части клеток функциональная активность этого гена обеспечивает развитие нормального фенотипа. Мутационный анализ гомео-зисных генов часто выявляет летальность для эмбриона мутаций, которые полностью подавляют функцию гена (таких, как, например, хромосомные делеции).

Наиболее хорошо изученная группа гомеозисных генов-это гены комплекса bithorax (ВХ-С), гигантского кластера тесно сцепленных генов, функция которых необходима для нормальной сегментации торакса и брюшка. На рис. 17.14 показана нормальная сегментация у только что вылупившейся из яйца личинки и у имаго.

Фундаментальное исследование генов группы bithorax с 1946 г. проводит Льюис. Эти исследования привели к появлению связной картины координации функций генов ВХ-С, необходимой для получения нормальной сегментации (рис. 17.15, А). Район ВХ-С со держит целый ряд рецессивных и доминантных точечных мутаций, приводящих к сегментРис. 17.15. Вид со спинной стороны (А) нормального самца дрозофилы и (Б) тройного мутанта, гомозиготного по мутациям abx, bx, pbx, у которого ме-таторакс (ТЗ) полностью превращен в мезоторакс (Т2). (Из Lewis Е. В., 1982. In: Embryonic Development, Part A: Genetic Aspects. Alan R. Liss, New York, p. 274.)

Таблица 17.1. Трансформации имаго, вызванные точечными мутациями в ВХ-С

Рецессивные мутации, приводящие к утрате функции и вызывающие трансформацию в сегмент, находящийся в переднем положении

Мутант Трансформация

аЪх Крайний передний ТЗ -> крайний передний Т2

Ьх Передний ТЗ -»• передний Т2

Pbx Задний ТЗ -> задний Т2

DXd Задний ТЗ -? задний Т2

А1 ^ТЗ

Ubx Все перечисленные

iab-2 А2 -> Al

Доминантные мутации, приводящие к восстановлению функции и вызывающие трансформацию в сегмент, находящийся в заднем положении

Мутант Трансформация

СЬх Т2^ТЗ

НаЬ ГЗ^А2

UaB А1^А2

Мер А4 -»А5

но-специфичным гомеозисным трансформациям у имаго (см. рис. 17.15, Б и табл. 17.1). При помощи хромосомных делеции или перестроек в ВХ-С можно сконструировать генотипы, у которых отсутствуют все или часть нормальных генов этого района. Такие делегированные генотипы позволяют изучить функции всех присутствующих генов независимо от того, были ли они идентифицированы благодаря точечным мутациям. Эти делеции летальны: развитие мухи происходит только до стадии выхода из куколки, на которой можно судить о функциях отсутствующих генов по сегментационной трансформации мутантных личинок. На рис. 17.16 показано расположение на хромосоме данных точечных мутаций и точек хромосомных разрывов, происходящих при делециях и перестройках, представляющих интерес для анализа района ВХ-С.

На рис. 17.17 сегментация нормальной линии сравнивается с типами сегментации личинок, у которых отсутствуют различные участки ВХ-С. Нормальные сегменты торакса и абдомена можно идентифицировать по ряду морфологических признаков, приведенных на рис. 17.14. Каждый из этих сегментов отличается по форме вентрального пояса щетинок (ВПЩ), по присутствию или отсутствию органов Кейлина, которые представляют собой три сенсорные щетинки, расположенные в углублении (КО), и присутствию или отсутствию вентральных ямок (ВЯ). Генотип, гомозиготный по DfPg, у которого отсутствует весь район ВХ-С, приводит к появлению фенотипа, где сегменты ТЗ и А1-А7 представляют собой серию повторов сегмента Т2. Кроме того, аномален сегмент А8: у его задней части присутствуют хитиновые структуры, сходные с ротовыми частями головного сегмента. Ясно, что нормальный район ВХ-С содержит гены, необходимые для правильной дифференциации затронутых сегментов. В отсутствие этих генов все сегВХ—с

I

58,8 СЬх

Ubx bxd pbx -0,008^-0,006-^-0,006-ф-0,01Hab

iab-2 I

Uab

Мер

iab-5 iab-8

59,0 i

Л/с

менты, кроме A8, развиваются как сегмент Т2, что указывает на необходимость этих генов для определения сегмент-специфических путей развития всех сегментов, расположенных после Т2.

Другие делегированные генотипы, приведенные на рис. 17.17, показывают, что различные участки ВХ-С содержат гены, контролирующие нормальное строение сегментов. С этими данными согласуется и тот факт, что точечные мутации района ВХ-С, нарушающие развитие определенных сегментов (см. табл. 17.1), картируются последовательно слева направо в соответствии с расположением аномальных сегментов от переднего к заднему концу личинки. Рецессивные (приводящие к утрате функции) мутации, нарушающие развитие нормального сегмента ТЗ и подавляющие путь развития Т2, картированы в крайнем левом участке комплекса ВХ-С. Правее расположены гены, нарушающие развитие сегмента А2, еще правее-нарушающие развитие сегмента A3, и так далее. Единственное исключение из этого правила - мутация pbx

Рис. 17.17. Изменения сегментации только что вышедших из яйца личинок, имеющих генотипы с делециями части или всех генов ВХ-С. Отсутствующие участки 3-й пары хромосом показаны внизу рисунка; незакрашенная часть обозначает отсутствующий участок. Отметим, что различные участки ВХ-С затрагивают специфические признаки всех или некоторых сегментов Т и Б. Например, потеря крайнего левого участка (Df-bdx100) приводит к появлению центральных ямок на всех сегментах А, однако органы Кейлина возникают только на Б1

страница 56
< 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)