er. Изображен лишь участок конъюгирующих Х-хромосом личинки, гетерозиготной по Notch. В нижней хромосоме отсутствует участок между ЗС2 и ЗС11.

Цитологически делеции можно выявить по появлению петли при конъюгации гомологичных хромосом в мейозе или в политенных хромосомах (рис. 21.6). Развитие метода дифференциального окрашивания хромосом (дополнение 18.1) облегчает цитологическое выявление делеции в метафазных хромосомах (рис. 21.7). Делеции позволяют определять точное положение определенных генов на хромосомных картах (см. гл. 5 и 18).

Дупликации

Присутствие одного и того же участка хромосомы более чем в одном экземпляре в одной хромосоме или в разных негомологичных хромосомах называется дупликацией, или повтором. Дуплицированные участки часто образуют тандем, т.е. расположены друг за другом. Тандемная дупликация называется обращенной (или инвертированной), если последовательности генов в смежных участках взаимно противоположны. Если дуплицированный участок расположен на конце хромосомы, то дупликация называется концевой (рис. 21.8).

Дупликации могут обладать фенотипическим проявлением. Наиболее известным примером служит мутация Ваг в Х-хромосоме Drosophila

16А

Нормальная хромосома А В С D Е

19

С

Дупликации

16А 1 16А

Прямая тандемная

А В С D Е

16А

В С

Обращенная тандемная

ABC D Е

Е 16А

Р 16А Q 16А р 16А И

С В

Концевая А В

16А

16А

С D Е

I6A

А В

О 16А Г1бА I 16А ?

Рис. 21.8. Основные типы

дупликаций: прямая тан- А

демная, обращенная (или

инвертированная) тандемная Рис. 21.9. Дупликация участка 16А в Х-хромосоме D. melanogaster

и концевая. уменьшает размер глаза (Ваг).

melanogaster. Эта мутация проявляет неполное доминирование, уменьшая число глазных фасеток. У самок, гетерозиготных по Ваг, глаза маленькие и полосковидной формы. У гомозигот и гемизигот по Ваг глаза еще меньше. Мутация Ваг возникает вследствие дупликации маленького участка Х-хромосомы. Если этот участок утроен, то соответствующее нарушение называется Double Bar или Ultra Bar (рис. 21.9).

Иногда дупликации выявляются благодаря тому, что у особи, гомозиготной по рецессивному аллелю, рецессивный признак тем не менее не проявляется. Этот факт объясняется тем, что соответствующий до

минантный аллель содержится в дуплицированном участке хромосомы. На цитологических препаратах гетерозиготность по дупликациям приводит к образованию петель, аналогичных возникающим у гетерозигот по делециям (рис. 21.6).

Многие дупликации и делеции возникают в результате разрывов хромосомы. Причиной разрывов могут служить ионизирующая радиация, действие некоторых химических веществ или вирусов. Разрывы могут также индуцироваться некоторыми особенностями строения и функционирования хромосом. Делеции и дупликации могут возникать и при неравном кроссинговере. Когда в соседних участках хромосомы оказываются похожие последовательности ДНК, то конъюгация гомологов может произойти неправильно. Кроссинговер в таких неправильно конъюгировавших участках хромосом приводит к образованию гамет с дупликацией или делецией. Именно этим способом в результате неравного кроссинговера возникают гемоглобины Lepore и анти-Lepore (рис. 21.10). К дупликациям и делециям приводит также иногда кроссинговер у особей, гетерозиготных по инверсиям или транслокациям. (Эти типы перестроек мы обсудим в двух следующих разделах этой главы.)

Дупликации сравнительно небольших участков ДНК, состоящих из нескольких нуклеотидов, входящих в состав одного гена или соседних генов, происходят в процессе эволюции весьма часто. Около 10% генома мыши составляют высокоповторяющиеся нуклеотидные последовательности, причем каждый такой участок содержит около 10 нуклеотидов и повторяется тандемно примерно 10б раз (гл. 9). В основном эти последовательности сосредоточены в гетерохроматиновых центро-мерных участках хромосом. Другие, более длинные последовательности повторяются реже; они рассеяны среди уникальных последовательностей ДНК и транскрибируются вместе с ними (см. рис. 9.5). Участки с высокой и умеренной повторностью нуклеотидных последовательностей имеются в генотипах многих млекопитающих, а также у представителей других классов животных и у растений.

У эукариот некоторые структурные гены представлены в генотипе двумя или более тождественными копиями. Другие структурные гены произошли путем дупликаций от общего предкового гена, но в процессе эволюции накопили некоторые различия и в настоящее время кодируют несколько различные белки с различными функциями. Примерами могут служить гены семейств иммуноглобулинов и глобинов (гл. 16).

Молекулы гемоглобинов человека представляют собой тетрамеры, каждый из которых содержит по два полипептида одного типа, и по два-другого. Полипептиды одного из этих двух типов кодируются геном, принадлежащим к Р-семейству (хромосома 11), полипептиды другого типа кодируются генами а-семейства (хромосома 16) (рис. 21.11). Каждый полипептид р-семейства состоит из 146 аминокислотных остатков, а полипептиды а-семейства содержат по 141 остатку. Последовательность ДНК в этих генах и в промежутках между ними полностью расшифрована. Некоторые гены представлены парами, оба члена которых тождественны друг другу: *у и Ау или ocl и а2. Все гены одного семейства имеют сходные последовательности ДНК и кодируют похожие полипептиды. Некоторое сходство существует также между генами и полипептидами разных семейств, однако оно гораздо слабее сходства внутри каждого семейства. Промежутки между генами также содержат сходные последовательности ДНК, как это показано на

Рис. 21.10. Возможный механизм возникновения гемоглобинов Lepore в результате неравного кроссингове-ра. У гемоглобинов Lepore N-конец такой же, как у 5-цепи, а карбоксильный конец-такой же, как у Р-цепи. Каждая из этих цепей состоит из 146 аминокислот, последовательность расположения которых очень близка. Гены, ответственные за синтез этих цепей, локализованы в хромосоме 11 поблизости друг от друга.

Их сходство провоцирует неправильную конъюгацию, при которой Р-ген одной хромосомы конъюгирует не с Р-, а с 8-геном гомологичной хромосомы. В результате неравного кроссинговера образуется хромосома с делецией (Lepore) и хромосома с дупликацией (анти-Lepore). Гемо-глобины анти-Lepore с 0-аминным концом и 5-карбоксильным концом также обнаружены у человека.

дель, а затем постепенно замещается гемоглобинами Portland и Gower 2. По мере превращения эмбриона в плод происходит смена эмбрионального гемоглобина на фетальный. Примерно 98% гемоглобина взрослого человека составляет А., 2%-А,.

Фа ей ol

?—ИНИ-з

1—I 1

? Е

Миоглобии

ioo MY

довательности также в значительной степени гомологичны, хотя последовательность между \|/ос и а.2 длиннее, чем последовательность между ос2 и od (это означает, что либо в первой из них содержатся вставки ну-клеотидов, либо во второй-делеции; возможно и то и другое).

происходили в процессе радиальной эволюции этой таксономической группы. Аналогично в результате генетической конверсии тождественны гены Ау и су человека. Поскольку они дуплицированы и у крупных человекообразных обезьян, можно сделать вывод, что дупликация произошла до того, как разошлись линии эволюции каждого из этих видов, а также линия, приведшая к возникновению человека.

•1100 MY

Рис. 21.13. Филогенетическое древо генов глобинов. Кружочками обозначены дупликации предковых генов, дающие начало новым линиям эволюции. Обозначено примерное время, прошедшее от момента дупликаций в миллионах лет. У человека гены al и а2 идентичны вследствие конверсии, однако присутствие дуп-лицированных генов у многих (а возможно, и у всех) позвоночных свидетельствует о том, что дупликации

рис. 21.12 в отношении генов ocl и а 2. Сходство между всеми генами глобинов человека не оставляет сомнений в том, что все они гомологичны, другими словами, произошли в результате последовательных дупликаций от одного предкового гена. Последовательные дупликации, включающие ген миоглобина, представлены на рис. 21.13. Этот ген кодирует молекулу мономера и гомологичен генам гемоглобина, хотя сходство между миоглобином и гемоглобинами меньше, чем между различными гемоглобинами.

Инверсии

Инверсией называют поворот на 180° отдельных участков хромосомы; при этом ни число хромосом, ни число генов в каждой хромосоме не меняются. Если последовательность генов в исходной хромосоме обозначить ABCDEF и инверсии подвергся участок BCD, то в новой хромосоме гены будут расположены в последовательности ADCBEF. При пе-рицентрических инверсиях центромера входит в состав инвертированного участка, при парацентрических инверсиях-лежит вне его (рис. 21.2).

В организмах, гомозиготных по хромосомной инверсии, меняется последовательность сцепления генов. У гомозиготы по ADCBEF ген А тесно сцеплен с D (а не с В, как в исходной последовательности ABCDEF), а ген Е тесно сцеплен с В (а не с D). При перицентрических инверсиях конфигурация хромосомы меняется, если концы инвертированного участка расположены относительно центромеры асимметрично. В предельных случаях метацентрическая хромосома в результате инверсии может превратиться в акроцентрическую, и наоборот. Перицентри-ческие инверсии ответственны за некоторые изменения в конфигурации хромосом, происшедшие в процессе эволюции. Например, у человека 17-я хромосома акроцентрична, тогда как соответствующая хромосома шимпанзе -метацентрик. Некоторые другие хромосомы человека и шимпанзе отличаются друг от друга, как мы увидим ниже, перицен-трическими инверсиями.

Рис. 21.14. Участок по-литенной хромосомы третьей пары личинки D. pseudoobscura, гетерозиготной по парацентрической инверсии

У гетерозигот по инверсии для синапсиса гомологичных хромосом требуется образование петли, включающей взаимно инвертированные

в

участки (рис. 21.14, 21.15 и 21.16). При анализе цитологических препаратов хромосом, находящихся на стадии пахитены, наличие таких петель указывает на гетерозиготность по инверсиям. Сходные