Биологический каталог




Современная генетика. Том 3

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

ли клеток типа T1R, то р0 — 11/20 = = 0,55. Следовательно,In 0,55 0,598 9

У бактерий и фагов оценивать частоту спонтанных мутаций довольно легко, поскольку в лабораторных условиях можно исследовать очень большие популяции. Измерение частоты мутаций у высших организмов затрудняется малочисленностью популяций, доступных изучению, и ди-плоидностью, скрывающей от учета рецессивные мутации. Наиболее тщательные исследования частоты мутаций в отдельных генах проводились на кукурузе и на дрозофиле. Как правило, наблюдавшиеся частоты мутаций низки, хотя некоторые гены явно превосходят по мутабильно-сти остальные (табл. 20.2).

В большинстве исследований мутагенеза у высших организмов мутации отдельных генов не рассматриваются, поскольку они очень редки. Вместо этого оценивают частоту возникновения мутаций в хромосоме в целом. В 1927 г. Г. Мёллер разработал быстрый и простой способ выявления сцепленных с полом летальных мутаций у самцов дрозофилы. Сконструированная для этих исследований Х-хромосома Мёллер-5 маркирована полудоминантным геном Ваг (В), влияющим на форму глаз,

в

DO

DO

В ? х

(Обработаны мутагеном)

В

В

DO

DO

в

в

DO

DO

в $

о

Ю

W"

DO

Ю

Рис. 20.13. Метод Мёллер-5 для выявления сцепленных с полом летальных мутаций у дрозофилы. Хромосома Мёллер-5 маркирована рецессивной мутацией w", доминантной

сГ (Гибнут при наличии летальной мутации)

мутацией В и, кроме того, содержит инверсию, запирающую кроссинговер. Цветом выделена Х-хромосома дикого типа, исследуемая на присутствие рецессивных мутаций.

и рецессивным геном apricot (w3), определяющим цвет глаз. Она содержит также инверсии, запирающие кроссинговер (см. гл. 21). Самки, гомозиготные по хромосоме Мёллер-5, скрещиваются с самцами дикого типа, спермин которых исследуются на предмет присутствия рецессивных летальных мутаций (рис. 20,13). Дочери от таких скрещиваний обладают одной хромосомой Мёллер-5 и одной исследуемой хромосомой; каждая из них скрещивается индивидуально в отдельной пробирке с самцом-носителем хромосомы Мёллер-5. Появление самцов дикого типа в поколении F2 свидетельствует о том, что в анализируемой хромосоме нет ни одной рецессивной гемизиготной летальной мутации. Напротив, отсутствие самцов дикого типа в потомстве указывает на то, что исследуемая хромосома содержит по меньшей мере одну вновь возникшую летальную мутацию. Пусть, например, в некотором эксперименте индивидуально скрещивали 6346 самок из поколения Fj и было обнаружено, что 8 из них-носители вновь возникших, сцепленных с полом леталей. Это означает, что спонтанная частота возникновения мутаций в хромосоме составляет 0,13%. Различные линии дрозофилы D. melanogaster характеризуются различной частотой возникновения спонтанных сцепленных с полом летальных мутаций от 0,08% до более чем 1%.

Изображенные на рис. 20.13 скрещивания позволяют «заготавливать впрок» для последующих исследований Х-хромосомы, которые содерРис. 20.14. При облучении рентгеновскими лучами частота сцепленных с полом летальных мутаций у дрозофилы растет прямо пропорционально дозе радиации.

v Ч

о

§ в

15

10 1000

2000

3000

Доза (рентгены)

жат вновь возникшие летальные мутации, поскольку носителями этих хромосом являются самки, гетерозиготные по Мёллер-5, а кроссинговер в Х-хромосоме «заперт» инверсиями. Этот тип скрещиваний используется также для выявления рецессивных видимых мутаций и рецессивных мутаций, обусловливающих стерильность самок и самцов.

1 Мёллер описал мутагенное действие рентгеновских лучей на дрозофил в 1927 г. За два года до этого, в 1925 г., влияние рентгеновских лучей на мутагенез у низших грибов было открыто Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым.- Прим. перев.

Метод Мёллер-5 оказался полезным для выявления мутагенности факторов. Мёллер первым показал, что частота возникновения мутаций сильно возрастает при облучении рентгеновскими лучами1. Он обнаружил это, наблюдая потомство самцов дикого типа, подвергнутых облучению перед скрещиванием с самками, гомозиготными по хромосоме Мёллер-5 (рис. 20.14). Вообще говоря, частота возникновения мутаций прямо пропорциональна дозе рентгеновского излучения, измеряемой в рентгенах. (За один рентген принимают дозу, приводящую к образованию 2,08 ? 109 пар ионов в кубическом сантиметре воздуха.) Рентгеновские лучи вызывают мутации опосредованно. Ионизация самой молекулы ДНК или ее непосредственного окружения приводит к повреждению ДНК; это повреждение может оказаться летальным, а может быть «залечено» (репарировано). Если при репарации последовательность нуклеотидов восстановится неточно, это приведет к мутации. Мутагенная активность химического соединения была впервые обнаружена тоже с помощью метода Мёллер-5. Во время первой мировой войны в качестве химического оружия применялся горчичный газ (иприт). В годы второй мировой войны было показано, что обработка самцов дрозофилы сравнительно малыми сублетальными дозами иприта сильно увеличивает частоту летальных мутаций в Х-хромосоме (до 7,3%). В настоящее время метод Мёллер-5 широко используется при проверке на мутагенность химических соединений, загрязняющих окружающую среду.

Дополнение 20.1. Система щяьтпш 1^^ш:тт

Вновь возникающие мутации, как правило, вредны. Влияние новой мутации на жизнеспособность ее носителя может быть как едва заметным, так и катастрофическим. Вредные мутации, возникающие в человеческой популяции, усугубляют беды человечества.

В настоящее время ясно, что многие химические соединения, синтезированные для различных промышленных целей, мутагенны. Для того чтобы свести к минимуму воздействие мутагенных факторов на людей, необходимо уметь их быстро идентифицировать. Оказалось, что многие химические канцерогены вызывают мутации со сдвигом рамки сами по себе или преобразуются в клетке в формы, вызывающие такие мутации. В настоящее время активно обсуждается гипотеза, согласно которой канцерогены индуцируют мутации, которые и служат причиной образования злокачественных опухолей.

Брюс Эймс использовал хорошо изученные мутации, вызывающие сдвиг рамки в гене his D у Salmonella typhimuri-ит (рис. 20.10), для оценки химических соединений на мутагенность и канцерогенность. Эта система оказалась более дешевой и оперативной, чем те, в которых используются лабораторные млекопитающие. В данном случае выясняют способность различных химических соединений индуцировать реверсии известных мутаций со сдвигом рамки к гену his D дикого типа. Проводится эта проверка довольно просто: ревертанты дикого типа образуют колонии на среде, в которой отсутствует гистидин. Те-стерные штаммы более чувствительны к мутагенезу, если их клетки содержат мутации, инактивирующие систему экс-цизионной репарации. Поскольку многие соединения проявляют мутагенную или канцерогенную активность лишь при активации ферментами млекопитающих, то область применения метода, использующего сальмонеллу, расширяется при добавлении в культуральную среду экстракта крысиной печени.

Для контроля химических соединений, используемых при консервировании пищевых продуктов, изготовлении косметических препаратов, соединений, придающих огнеупорность и т.п., широко применяют тестирование по Эймсу и метод Мёллер-5.

Мутагенез и эволюция

Новые мутации представляют собой важнейший источник генетической изменчивости, служащей основой биологической эволюции. Мы можем задаться вопросом, достаточна ли частота возникновения новых мутаций для создания необходимой генетической изменчивости. Частоты возникновения мутаций в отдельных генах малы (табл. 20.2), но генов в каждом организме много, а каждый вид представлен множеством особей. Когда организм или вид рассматриваются в целом, мутации уже оказываются не редким, а вполне обычным событием.

Предположим, что геном человека насчитывает 100 тыс. пар генов, а геном дрозофилы-10 тыс. пар, предположим также, что средняя частота мутаций на один ген за поколение составляет 10-5. Тогда среднее число мутаций, возникающих в одном поколении, можно оценить следующим образом: (2-105 генов)• (10 ~ 5 мутаций на ген) = 2 мутации на зиготу человека, или (2 • 10* • 10 ~5) = 0,2 мутации на зиготу дрозофилы.

На земле живет около 4 • 109 людей. Если у каждого человека возникает по 2 мутации, то общее число новых мутаций у ныне живущего населения земного шара составляет 8 ? 109. У насекомых среднее число особей одного вида равно примерно 1,2 ? 108. Если считать, что у каждого насекомого в среднем появится 0,2 новых мутаций, то у вида в целом возникнет около 2,4 ? 107 новых мутаций за поколение. Виды других типов организмов, в том числе и позвоночных, могут быть менее многочисленны, чем виды насекомых, но даже у них число новых мутаций, в каждом поколении, довольно велико.

Когда рассматривается вид в целом, то в каждом поколении, даже в отдельно взятых локусах, возникает довольно много мутаций. Если средняя частота появления мутаций на ген на поколение равна Ю-5, то в среднем на каждый локус человека, рассматриваемого как биологический вид, приходится около 80 ООО новых, неизученных мутаций за одно поколение в каждом локусе (4 • 109 людей х 2 гена в локусе х 10 ~ 5 мутаций на ген). У среднего по численности вида насекомых число мутаций, возникающих в каждом локусе за поколение, может составлять около 2400. Вот почему не удивительно, что разные виды и различные популяции одного вида приспособлены к конкретным условиям. Например, в районах активного применения инсектицида ДДТ у многих видов насекомых эволюционно возникла устойчивость к нему. В гл. 22 мы увидим, что природные популяции обладают большим запасом генетической изменчивости, накопленной за счет мутаций, возникших в предшествовавших поколениях. Но даже если у вида в данный момент не оказывается аллеля, необходимого для адаптации к новым условиям, такой аллель вполне может скоро появиться в результате мутации. Потенциальные возможности мутационного процесса в создании новой изменчивости огромны.

Мутации как случайный процесс

Часто мутации характеризуют как редкие случайные, ненаправл

страница 3
< 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

Скачать книгу "Современная генетика. Том 3" (4.14Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.11.2019)