6. Тонкая структура гена
Тонкая структура генов
Тонкая структура гена
Большинство эволюционистов считает, что эволюцию на всех ее уровнях и стадиях можно объяснить на основе единственного главного процесса — естественного отбора организмов, которые приобрели какое-либо преимущество в результате благоприятной генной мутации. На первых этапах эволюционного развития внезапное появление новых генов, вероятно, происходило часто, и значение его было очень велико. Однако представление о том, что эволюция в основном результат длительного процесса модификации и интеграции в новые системы генетических потенций, имевшихся у наших весьма отдаленных предков, не кажется нам еретическим. Хотя тип эволюции, характерный для рода Gryphaea, обычно считают микроэволюцией, однако процесс развития этого рода на многих этапах был гораздо сложнее, чем те явления, которые можно продемонстрировать на таких удобных объектах, как фаги. Он показал, что это необычайно мелкие частицы, невидимые в обычный микроскоп, которые паразитически размножаются в своих хозяевах — бактериальных клетках и выходят из них в виде лизата, когда стенка бактерии лопается. Дальнейшие исследования многих авторов, в том числе столь известных, как Дельбрюк, Демерец, Луриа и Бернет, показали, что в микромире фага и бактериальной клетки можно найти много изящных примеров эволюционных адаптаций. Особенно убедительным примером могут служить мутанты r фага Т4. При выращивании фага Т4 дикого типа на агаре, засеянном Escherichia coli В, каждая частица фага дает маленькое. Пятна такого типа — один из фенотипических признаков данного фага. Время от времени у этого фага возникают мутации, которые вызывают появление новых фенотипических признаков. Так, из отдельных пятен фага Т4 дикого типа можно выделить мутантов, которые дают пятна совсем другого типа. Хотя все эти мутанты r при выращивании на Е. Если эти 9 мутантов выращивать на другом штамме Е. Таким образом, по-видимому, Е. Мутанты г, которые при выращивании на Е. Читатель должен помнить, что в строении челюсти рептилий произошли изменения, которые не имели явного адаптивного значения. И лишь по прошествии миллионов лет некоторые из костей челюсти рептилий оказались важными элементами строения уха млекопитающих. Эти изменения не могли дать преимущества до тех пор, пока определенные экологические условия не сделали их весьма ценными для только что возникших млекопитающих. Возможно, что эти мутации r сохранялись в течение длительного времени, а затем, когда условия среды в данном случае бактерия-хозяин неожиданно изменились штамм К вместо штамма В , приобрели очень важное значение. Могло бы случиться причем последнее более вероятно , что аномальный ген в результате обратной мутации вновь вернулся бы к нормальному аллелю и мутант был бы забыт, как случайное эволюционное уклонение. При выращивании фага Т4 дикого типа на агаре, засеянном Escherichia coli В, каждая частица фага дает маленькое неясное пятно. Поделитесь ссылкой с друзьями Вконтакте. Сообщить об опечатке Текст, который будет отправлен нашим редакторам:
Рестрикционные ферменты и палиндромы Секвенирование ДНК Рис. Один из методов определения последовательности молекулы ДНК Рестрикционное картирование EcoRI и убедившись, что они в итоге разрезаются на те же малые фрагменты. Далее обработаем ту же вирусную ДНК ферментом Sai SaiI располагаются относительно участков Eco Расшифровка кода жизни Как строятся белки? Поэтому ген А можно поместить на хромосомной карте в 15 единицах от гена С. Для уточнения положения третьего гена следует учесть данные скрещиваний по генам А и Н. Легче всего определять положение генов, сцепленных с полом, потому что расположение аллелей как минимум одной из Х-хромосом женщины можно определить по Х-хромосоме ее отца, а генотип Х-хромосомы ее сыновей также определяется непосредственно. Построить карту аутосомных хромосом труднее. В наше время созданы превосходные карты для некоторых лабораторных и культурных растений и животных рис. Карты сцепления хромосом человека оказали бы неоценимую помощь генетическому консультанту. Например, одной аутосомной доминантной мутацией Ht вызывается наследственное заболевание — хорея Гентингтона. Для этого заболевания характерно ослабление со временем функционирования нервной системы, особенно после среднего возраста. Можно ли уменьшить вероятность? Предположим, что существует другой ген с двумя аллелями А и а, расположенный в 5 единицах от Ht, и что определить аллели у каждого человека легко. Генетическая карта плодовой мушки Drosophila melanogaster. На основании этих данных можно уточнить вероятность передачи дефектного гена. Конечно, родителям было бы полезно узнать, переносят ли они еще не проявивший себя аллель Ht и с какой вероятностью передадут его своим детям. Но здесь мы опять подходим к неизбежному вопросу, какую ценность имеет знание, что человек переносит ген, способный вызвать умственную отсталость у его детей или даже послужить причиной их ранней смерти. Многие предпочли бы не знать этого и в свободном обществе они имеют полное на то право. Право на незнание стали рассматривать в недавнее время, в связи с развитием современной науки. Однако некоторые люди были бы этому рады; такое знание избавило бы их от пугающей неопределенности и помогло бы оценить шансы завести здоровое потомство. Кроме того, медицина постоянно развивается, и появляются новые методы лечения наследственных нарушений, которые могут проявиться в более позднем возрасте, так что со временем ценность знания, что человек является переносчиком того или иного аллеля, будет только повышаться. Аллель, который мы обозначили как а, мог быть либо геном с определенной функцией, выражаемой фенотипически, либо участком нейтральной вариации ДНК, таким, как полиморфизм длины рестрикционных фрагментов см. В обоих случаях фрагменты ДНК помогают определить наличие дефектного аллеля, но нейтральные участки встречаются чаще и потому они, как правило, более полезны. Но некоторые опыты на плодовой мушке Drosophila melanogaster показали, что кроссинговер может происходить и внутри гена. Предположим, что в каком-то локусе двух гомологичных хромосом располагаются два явно выраженных мутантных аллеля; у мушки могут быть разные аллели, так что мушка гетерозиготна по этим аллелям. У таких мух мутантный фенотип, потому что обе копии гена мутировали. Это значит, что ген представляет собой не неделимый кусок хромосомы, а линейную последовательность вдоль хромосомы и что различные аллели гена могут возникать в результате мутаций во многих местах этой последовательности, а между различными участками гена возможны рекомбинации. Гетерозиготные по обоим аллелям мушки имеют следующий генотип: В результате внутреннего кроссинговера получается одна копия полностью дикого гена и одна копия гена с обоими мутантными участками, то есть мутантного вдвойне: В результате у мутантных мушек очень редко может появляться потомство с диким генотипом. На примере таких редких событий можно составлять карту аллелей внутри гена. Но внутригенный кроссинговер настолько редок порядка одного на —10 мейозов , что для составления таких карт потребуется пересчитать очень много мушек. Кроме того, необходим особый метод, чтобы легко рассекать на части гены любой особи. Такой метод составления генных карт — весьма мощное средство, позволившее в подробностях исследовать гены многих организмов и вирусов. В сочетании с биохимическими технологиями, о которых мы расскажем далее, он помог ученым исследовать полную структуру генома многих вирусов, хотя о функциях некоторых генов известно еще мало. Далее мы расскажем, как исследовать структуру гена помогают фаги. Первый серьезный эксперимент с фагами провел Херши, доказав, что различные штаммы фага Т2 могут рекомбиниро-вать. Для этого ему, конечно, необходимо было выделить генетически разные штаммы, и первые обнаруженные им мутанты отличались формой стерильных пятен. Например, один из мутантов образует крупные пятна с четкими краями, и Херши обозначил его буквой r от англ. Все эти мутанты имеют отчетливо выраженный фенотип, то есть легко обнаружить образованные ими пятна, выделить их и вырастить штамм фагов с генотипом, отличающимся от дикого. Бактерии можно заразить несколькими фагами одновременно. Херши заражал клетки мутантами r и tu, взятыми в достаточном количестве, чтобы почти каждая клетка была заражена фагами обоих типов. Большая часть потомства этих фагов принадлежала к типам r или tu, но появлялось также некоторое количество двойных мутантов r, tu и диких фагов. Таким образом, взаимодействовать могут даже ДНК вирусов, образуя в процессе кроссинговера рекомбинации. Херши использовал в своих экспериментах несколько независимых мутантов и, приняв частоту рекомбинаций между ними за условное относительное расстояние как в классической генетике , смог расположить участки их мутаций на генетической карте. С тех пор эта карта была дополнена и расширена. Бензер сосредоточил внимание на классе мутантов r — rII. Они растут и образуют большие стерильные пятна на штамме Е. Бензер обнаружил сотни новых мутантов rII,, которые оказались полезными не только для составления карты, но и для уточнения того, что же, собственно, представляет собой ген. В типичном эксперименте по составлению карты штамм В бактерий заражают двумя различными мутантами rII и получают потомство, состоящее в основном из тех же двух типов мутантов, как и родители, но и, кроме того, из нескольких рекомби-нантов. Общее число фагов определяется в результате подсчета стерильных пятен на штамме В. Если выращивать потомство на штамме бактерий К, то мутан-тные типы вымирают и остаются только рекомби-нантные, так что появляется возможность установить более точное их соотношение 1. Бензер доказал, что рекомбинации происходят в основном между аллелями внутри локуса rII, и смог определить генетическое расстояние между каждыми двумя му-тантными участками сайтами и даже составить карту этих аллелей. Небольшая часть этой карты выглядит следующим образом: Каждый квадратик на карте означает аллель, отдельный от других аллелей; квадратики один над другим означают аллели, которые невозможно разделить, и, следовательно, они представляют собой мутации, возникающие в одной и той же позиции. Отсюда ясно, что Бензер создал карту, на которой ген можно поделить на различные участки, и каждый участок, по всей видимости, соответствует отдельной нуклеотидной паре ДНК. Предложенная Бензером схема подтверждает также важное предположение о строении генов. Так как гены находятся в ДНК, было высказано предположение, что при синтезе белка последовательность оснований ДНК просто читается по порядку друг за другом. Но можно было предположить и другое: Результаты, полученные Бензером, доказывают, что ген обладает простой, линейной структурой, и это согласуется с самой простой гипотезой о функционировании ДНК. Но такие карты дают представление только о строении гена и ничего не говорят о его функции. Даже неизвестно, состоит ли область rII из одного гена или нескольких. Для определения границ гена необходимы другие опыты, не имеющие ничего общего с кроссинговером и составлением карт даже если внешне эти опыты выглядят как эксперименты по составлению карт. Такие опыты называются комплементационными тестами, и их лучше всего объяснить при помощи модели. Предположим, что мутации rII затрагивают два различных гена, которые расположены рядом, и что при мутации они оба дают одинаковый фенотип. Так как предполагается, что отдельный ген кодирует информацию о синтезе отдельного полипептида, то эти два гена должны кодировать синтез двух отдельных полипептидов, которые мы назовем А и В. Предположим, что оба гена необходимы для нормального функционирования в клетках К для штамма В они несущественны. Тогда, если смешать клетки К с двумя различными мутантами, можно узнать, производятся ли оба белка. Допустим, обе мутации происходят в гене А. Так как функциональный белок А не производится, то фаг расти не может. Теперь предположим, что одна мутация затрагивает ген А, а другая — ген В. Теперь в одном фаге имеется функциональный ген В, а в другом — функциональный ген А. Если клетку одновременно заразить этими двумя фагами, то они могут дополнить друг друга то есть быть комплементарными друг другу: Еще раз заметим, что эти тесты проверяют только функции генов, они не учитывают кроссинговер и рекомбинации. Мутационные участки расположены вдоль линии и разделены на две группы. С помощью комплементационного теста можно определить, происходят ли две мутации внутри одного гена или нет. Бактерии одновременно заражают двумя фагами с двумя различными мутациями, которые затрагивают либо один ген слева , либо два гена справа. Если мутации затрагивают один ген, то ни в одном фаге не создается нормальной копии гена, поэтому фаги не могут размножаться. Но если мутации затрагивают оба гена, то один фаг имеет нормальный ген А, а другой — нормальный ген В, и оба гена дополняют друг друга. Обратите внимание, что этот тест не имеет ничего общего с кроссинговером Ни один из мутантов по левой группе не дополнял мутантов по этой же группе, и то же самое было с правой частью. В то же время любой мутант из левой группы оказывался комплементарным к любому мутанту из правой группы. Эти результаты доказывают, что область rII действительно включает в себя два гена. Хотя Бензер называл отдельную функциональную единицу цистроном, сейчас цистроном называют то же, что и ген. Комплементационные тесты, подобные этому, в наши дни применяют ко всем организмам, чтобы узнать, происходят ли две мутации внутри одного гена или нет, и определить таким образом границу между генами. Вернемся к определению гена. Изначально предполагалось, что ген — это функциональная единица, то есть нечто, определяющее отдельный признак. Такое представление сохранилось и до сих пор, но сейчас нам известно, что на один и тот же признак могут воздействовать различные гены и что при мутации гены могут давать один и тот же фенотип. Кроме того, ген определяли как единицу мутации. Эксперименты Бензера показали, что ген представляет собой линейную последовательность многих участков, в которых возможны разные мутации, и мы только что показали, как в комплементационных тестах можно выделять гены на основе происходящих в них мутаций. Это и следовало ожидать, если предположить, что ген представляет собой всего лишь участок ДНК, любые нуклеотидные пары которой могут изменяться, в результате мутации и рекомбинаций. В свете последних исследований, особенно секве-нирования определения последовательности ДНК , приходится по-новому прдходить к вопросу о том что представляет собой ген. Так, оказалось, что в ДНК эукариот последовательности, кодирующие синтез белков, прерываются некодирующими последовательностями, называемыми интронами, которые удаляются непосредственно перед синтезом белка. Иногда на протяжении одного участка ДНК кодирующие последовательности, прерываемые интронами, сочетаются по-разному и кодируют разные белки. Если отождествлять отдельный ген с производством отдельного белка, то приходится признать, что одна и та же последовательность ДНК в таких случаях содержит несколько генов. Это только одна из трудностей. Мутации в контролирующих участках могут привести к утрате геном функции, точно так же как и мутации внутри кодирующей последовательности. Поэтому, если выделять ген по критерию мутации, приходится признать, что контролирующие участки тоже относятся к гену. И наконец, подробный анализ ДНК-последовательностей целых геномов, включая и геном человека, предоставляют возможность опознать гены по крайней мере, нечто вроде генов на основании последовательности, а не мутаций. Белки со схожими функциями даже в очень отличающихся друг от друга организмах имеют много общего в строении. В настоящее время собраны обширные базы данных о ДНК-последовательностях, кодирующих белки; компьютерные программы могут просматривать все вновь определяемые последовательности и устанавливать возможные гены, предположительно кодирующие белки с теми или иными функциями. Даже если новая последовательность оказывается совсем не похожей на те, что уже имеются в базе, ученые все равно могут сделать вывод, что это ген, на основании хорошо известных признаков, общих для всех генов. Исходя из самого поверхностного анализа человеческого генома возможно предположить, что он содержит 30 —50 генов, но если одна последовательность может включать более одного гена, то количество генов будет гораздо больше. Генетические эксперименты Бензера и других ученых помогли составить представление о строении гена. Однако для любой науки характерно, что очередное открытие в отдельной области или технологии способно изменить основные ее положения. Для того чтобы функция генов стала более понятной, прочтите гл. Но прежде мы перенесемся через несколько лет и расскажем о другой процедуре составления карт, основанной на современном биохимическом анализе ДНК. Бактерии, оказывающие сопротивление фаговой инфекции, получают преимущество в борьбе за существование, и они выживают с большей вероятностью. Точно так же фаги, преодолевающие защитные барьеры бактерий, получают определенное преимущество. Бактерии производят рестрикционные ферменты — эндонуклеазы рестриктазы , которые атакуют молекулы ДНК, разрезая их фосфодиэфир-ные связи эндо- означает, что они разрезают молекулу изнутри, а не по краям. Эти ферменты образуют рестрикционную систему, которая разрушает фаговые ДНК. Сейчас разработаны простые и быстрые методы определения последовательности молекул ДНК. Секвенирование ДНК показывает, что каждая эндонкулеаза очень специфична и что она разрезает только очень короткую последовательность ДНК, чаще всего так называемый палиндром. Палиндром — это последовательность букв, которая одинаково читается как обычным способом, так и задом наперед подобно известным фразам: Фермент, атакующий именно эту последовательность, синтезируется штаммом Е. Источник каждого фермента обозначен трехбуквенным сокращением по названию бактерии, например, фермент, выделенный из Е. Почему в таком случае бактерии не разрушают собственную ДНК? В них параллельно рестрикци-онной включается модификационная система, ферменты которой добавляют метиловую группу СН 3 к аденинам последовательности, блокируя тем самым действие рестрикционной эндонуклеазы. Некоторые фаги добавляют метиловую группу к своей ДНК и становятся невосприимчивыми к такой эн-донуклеазе. При этом используют вещество агарозу, похожее на агар, который используют в качестве питательной смеси. Смесь молекул ДНК помещают на гель агарозы. Когда через гель пропускают электрический ток, отрицательно заряженные молекулы ДК устремляются к положительному полюсу и более мелкие молекулы движутся быстрее. Этот метод настолько чувствителен, что с его помощью можно определить длину молекулы. Молекулы ДНК можно легко разделить электрофорезом в геле арагозы. Чем меньше фрагмент, тем быстрее он перемещается. Увидеть распределение молекул можно, нанеся на гель краситель, который связывается исключительно с ДНК. Основной принцип определения последовательности, или секвенирования, ДНК исходит из двух главных положений. Однако можно синтезировать дидезоксинуклеотиды ddN без этого атома кислорода; их можно включать в растущую цепь, но только после них другие нуклеотиды включаться не будут и рост цепи прекратится. Поэтому ученые начинают с отдельной цепи ДНК, к которой добавляют короткую комплементарную затравку, ДНК-полимеразу и смесь четырех нуклеотидов, необходимых для синтеза ДНК. В смеси содержится достаточное количество каждого рода вещества. Затем эту смесь разделяют на четыре пробирки. В одну добавляют немного ddA, в другую — ddC, в третью — ddG, в четвертую ddT. Синтез комплементарной цепи ДНК происходит в каждой пробирке, удлиняя начальные цепочки-затравки, но рост каждой молекулы заканчивается тогда, когда к ней случайным образом присоединяется дидезоксинуклеотид. Поэтому если в последовательности имеется, например, десять положений для ти-мина Т, то в большинстве из них окажется обычный тимин dT, при этом добавленного ddT хватит, чтобы создать молекулы десяти различных размеров, каждая из которых заканчивается тимином. Если вещество из пробирки ddT поместить в гель, то при электрофорезе молекулы ДНК разделятся на десять частей и образуют десять полосок. То же самое произойдет и с молекулами ДНК из других пробирок. Полную последовательность ДНК можно прочитать, начиная непосредственно с самой дальней полоски и заканчивая самой ближней рис. Один из методов определения последовательности молекулы ДНК. Placement 01a beginner to Elementary Choose the best option and underline A, B, c or d as in the example 0. Questions for differential test of medical genetics. Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine Genetics Department of Biology Faculty of M. Lomonosov Moscow State University. He fe user guide in Russian. Practical guide to White Collar Crime Investigation Topic.
Анна ахматова с любимыми не расставайтесь стих
Футбол франция швеция результат
Смешные стихи про алину ржачные
Найдите вероятность того что при рассадке
Нижний тагил расписание трамвая 12