Биологический каталог




Современная генетика. Том 3

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

в результате соединения трех участков длиной 14, 21 и 15 п.н. со сходными последовательностями, возможно возникших друг из друга также посредством тандемной дупликации (рис. 26.25). Сходство между предковыми блоками и гомологичными им последовательностями в современных генах может достигать 60-80% (рис. 26.26).

Самым ярким примером удлинения генов посредством тандемных дупликаций служит ген коллагена а 2(1). Коллаген-это основной струкPhe Ser Leu Thr Gly Tyr Asp Leu Glu Trp Thr Tyr Cys Ala Arg

ТТС AGC AGC CTG ACT GGA TAT GAC CTG GAG TGG ACT TAC TGC GCA AGA

7 3 4 6 7 9 10 12 73 IS 16 18 79 21 22 24 25 27 28 30 31 33 34 36 37 39 40 42 43 45 46 48

ТТС AGC AGC CTG GG 81,3% A AGT CCA TGC TGA GT 46,7%

7 3 4 6 7 9 10 12 73 30 31 33 34 36 37 39

Sis 40 42 4 J 44

Thr Gly Tyr Asp Leu Glu Trp

ACT GGA TAT GAC CTG GAG TGG 100%

13 15 16 IS 19 21 22 24 25 27 28 30 31 33

Рис. 26.25. Расшифрованная последовательность нуклеотидов исходного строительного блока VH длиной 48 п. н. и кодируемая ею последовательность аминокислот (сверху). Ниже изображены три части современного

гена JgVH мыши и указана степень их совпадения с исходной последовательностью. (По S. Ohno et al, 1982, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 1999-2002.)

Прототип А

Прототип Б

Lys Ser Met Leu Ser

Thr Gly Tyr Asp Leu GJu Trp

CC С TG 68,8%

3 18

T G 80,0%

35 485yTh - rAl- aGG G A G 60,0%

169 182

233

CT

TC 66,7% 247

13

AAA 57,2% 309

36

66,7%

378

47

66,7%

411

64 Phe

те 66,7%

462

Рис. 26.26. Два строительных блока гена JgvH мыши рСЫ08А. Прототип А-это участок последовательности, изображенный в правой части рис, 26.25; прототип Б-на том же рисунке в центре. Под протошпами изображены их узнаваемые копии с указанием доли последовательности (в %), гомологичной прототипу. Копии расположены на

рисунке в том же порядке, что и в гене. Числа над нуклеотидами означают их положение в полной нуклеотидной последовательности, числа внизу-положения аминокислот в полипептидной цепи. (По S. Ohno et al, 1982, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 132-136.)

GGC ССТ ССТ GGG ТТТ САА GGT GTT ССТ GGT GAA ССТ GGT GAA ССТ GGT САА АСА GlyPro ProGlyPhe GlnGlyVal ProGlyGlu Pro Gly Glu Pro Gly Gin Thr

a—

Рис. 26,27. Эволюция экзонов, кодирующих спиральный участок полипептидной цепи коллагена о 2(1) курицы. Вверху изображены нуклеотидная и кодируемая ею аминокислотная последовательности строительного блока. Неравный кроссинговер между двумя эк-зонами длиной по 54 п.н. мог привести к образованию экзона длиной 99 п.н.

и остатка длиной 9 п.н. Затем в результате неравного кроссинговера между экзоном длиной 99 п.н. и одним из экзонов по 54 п.н. могли образоваться экзоны длиной 108 и 45 п.н. (По W.-H, Li. In: Evolution of Genes and Proteins, ed. by M. Nei and R. Koehn, Sinauer, Sunderland, Mass pp. 14-37, 1983.)

турообразующий белок костей, хрящей, соединительной ткани и кожи у позвоночных. Ген коллагена курицы имеет длину около 34 т. п. н. и содержит более 50 экзонов. Установлены нуклеотидные последовательности 21 экзона, кодирующего спираль коллагена; два из них имеют длину по 45п.н., 12-по 54п.н., 4-по 99 п.н. и 3-по 108 п.н. Во всех случаях длина кратна 9 п.н.-тройке триплетов, кодирующих последовательность аминокислот типа Glu—X—У, где X и Y часто бывают представлены пролином. На рис. 26.27 изображена гипотетическая схема эволюции этих экзонов от исходного строительного блока длиной 54 п.н. В табл. 26.11 приведены некоторые другие примеры удлинения генов посредством тандемных повторов «строительных блоков».

Некоторые гены, по-видимому, эволюционно возникли в результате слияния более мелких исходных предковых генов, осуществлявших различные функции; потомство этих предковых генов образует различные экзоны современных генов. В таких случаях каждый экзон кодирует определенный белковый домен, т. е. часть белковой молекулы с определенными функциями, гомологичными функциям, кодировавшимся простым предковым геном. Константный участок тяжелой цепи иммуноглобулина у состоит из трех структурных доменов CHls СН2 и СН3. Каждый домен осуществляет собственную функцию: СН3 участвует во взаимодействиях клеточной поверхности, СН2-в фиксации комплемен

та, а СНХ служит точкой крепления легкой цепи. Кроме того, существует «шарнирный» участок, разделяющий две части молекулы иммуноглобулина. Рестрикционный анализ и секвенирование показывают, что ген состоит из трех экзонов, каждый из которых кодирует определенный домен белка, и четвертого экзона, кодирующего шарнирный участок.

В генах гемоглобина средний экзон кодирует домен белка, содержащий сайты, ответственные за связывание гема. Этот домен может быть предком мини-глобина, служившего переносчиком гема. Два фланговых экзона кодируют участки полипептидной цепи, окружающие продукт центрального экзона (рис. 26.28). Ген, кодирующий ADH Drosophila melanogaster, также состоит из трех экзонов, разделенных двумя нитронами длиной 65 и 70 п. н. Один экзон кодирует участок из 140 аминокислотных остатков, ответственный за связь с коэнзимом. Более длинный интрон отделяет этот участок от элементов, детерминирующих каталитическую активность.

Дупликация гена часто сопровождается постепенной дивергенцией дуплицированных генов, в результате чего они приобретают в процессе эволюции различные, хотя и родственные функции. Примерами могут служить гены иммуноглобулинов (гл. 16) и глобинов (рис. 21.13). Установлено существование гомологии между дегидрогеназами, а также в других семействах ферментов, осуществляющих хотя и существенно различные, но все же родственные функции. У бактерии Acinetobacter обнаружена гомология между генами, кодирующими ферменты, которые осуществляют последовательные этапы единой цепи метаболических реакций (лактаза, декарбоксилаза, гидролаза и трансфераза); вероятно, эти гены произошли от одного предкового гена.

Псевдогенами называют участки ДНК, обладающие высокой гомологией с функциональными генами, но несущие либо nonsense-мутацию, либо мутацию со сдвигом рамки считывания, что лишает псевдогены

Рис. 26.28. Три части полипептидной цепи гемоглобина, кодируемые тремя экзонами гена. Область, кодируемая центральным экзо-ном, включает участки контакта с гемом: два гистидина, связывающих железо, 18 из 21 аминокислот, контактирующих с гемом в Р-цепи, и 15 из 19, выполняющих ту же

функцию в а-цепи. Два фланговых экзона кодируют полипептидные цепи, окружающие продукт центрального экзона. (По W. Gilbert. In: Eucaryotic Gene Regulation, ed. by R. Axel, T. Maniatis and C, F. Fox, Academic Press, New York, 1979.)

возможности продуцировать функциональный полипептид. Эти мутации могут накапливаться, поскольку второй ген, возникший в результате дупликации, сохраняет способность функционировать нормально. Очень интересен вопрос о возможности эволюционного превращения псевдогена в функциональный ген с новыми функциями, отличными от исходных.

Характерным примером генов, существующих во многих копиях, функционально и структурно тождественных друг другу, Могут служить гены, кодирующие рибосомную или транспортную РНК (табл. 26.12). Многие повторяющиеся последовательности с неизвестными функциями состоят из тождественных или очень сходных участков. Так, последовательность Alu длиной около 300 п. н. представлена в геноме человека 300 ООО копиями, что составляет около 3% всей ДНК. Последовательность длиной 6,4 т. п. н., обнаруженная в кластере генов |3-глобинов, представлена 3000 копий, разбросанными по всему геному человека, что в сумме составляет еще около 1% общей ДНК генома.

Горизонтальный перенос генов

Дупликации генов увеличивают общее количество ДНК в клетке и создают возможность для приобретения генами в процессе эволюции новых функций. Дуплицированные гены входят в состав генома потомков носителя предкового гена. Другими словами, предковый и дуплицированные гены входят в состав генофонда одного и того же вида. На первый взгляд эволюция посредством включения гена, возникшего в одном виде, в генофонд другого вида невозможна: поскольку виды репродуктивно изолированы друг от друга, они эволюционируют как независимые общности. Однако уже несколько десятков лет известно, что прокариоты способны включать чужеродную ДНК посредством процессов трансформации и трансдукции. Хорошо также установлено, что эукариотические клетки в культуре ткани способны включать ДНК другого вида (см. гл. 18). Недавно получены данные, свидетельствующие о том, что гены могут переходить от одного эукариотического организма к другому и даже от эукариот к прокариотам, хотя такое явление должно происходить очень редко даже в эволюционном масштабе времени, если оно вообще происходит.

Два возможных случая горизонтального переноса генов (т. е. переноса генов между одновременно существующими видами, а не от предка потомкам) относятся к морским ежам. Молчащие сайты избыточных ко-донов высокоповторяющихся генов, кодирующих гистоны Н4 и НЗ, эволюционировали в нескольких видах морских ежей со скоростью 0,5-0,6 нуклеотидных замен в миллион лет, т.е. со скоростью, близкой к наблюдаемой для генов с уникальными последовательностями, кодирующих белки. У одного из видов, Psammechinus miliaris, скорость эволюции этих молчащих сайтов оказалась в 100-200 раз ниже нормальной. Одно из возможных объяснений состоит в том, что по некоторым неизвестным причинам Psammechinus находится под действием сильного отбора, более чем в сто раз снижающего скорость эволюции молчащих сайтов по сравнению с другими видами. Альтернативное объяснение: кластер генов гистона получен от другого вида, Strongylocentrotus drobachiensis, в последний миллион лет, хотя эти виды разошлись от общего предка 65 миллионов лет тому назад. Другая пара видов морских ежей Strongylocentrotus purpuratus и Tripneustes gratilla разошлась в процессе эволюции еще раньше. Уникальные последовательности ДНК этих видов дивергировали с обычной скоростью, однако обнаружено семейство повторяющи

страница 49
< 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
(01.10.2020)