комбинантных типов, возникающих в результате двух кроссинговеров, должна представлять собой произведение дробей, т.е. быть меньше частоты появления рекомбинантных типов, возникающих в результате одного кроссинговера. Лишь одна из трех возможных последовательностей генов, изображенных на рис. 5.9, согласуется с данными, приведенными на рис. 5.8, а именно y-w-m. Наблюдаемая частота рекомбинаций между у и w равна 0,007, а между w и т -0,330. Следовательно, частота возникновения рекомбинантного класса в результате двойного кроссинговера должна примерно составлять 0,007-0,330 = 0,00231. Самый редкий класс рекомбинантов из числа изображенных на рис. 5.8-это тот, который появляется в результате кроссинговера между w и у-т (частота 9/10495 = = 0,00086); следовательно, именно этот класс-продукт двойного кроссинговера. Стертевант показал, что такой тип отношений характерен для любых трех генов в Х-хромосоме и что только линейная генетичеУ w

у Т- w

+ I +

т

^ т > 4+ W

+ +

w У

т

+ + w у

и

si/

+ 4v т

т +

W 4+ г

+ +

У т

+ +

III

у 44 т

< I I

+ M

444- +

РИС. 5.9. Хроматиды до и после рекомбинаций, предшествующих первому мейотическому делению, у гетерозиготных по трем локусам матерей. Представлены три гипотетически

возможных взаимных расположения локусов yellow, white и miniature. С данными, представленными на рис. 5.8, согласуется лишь первая последовательность локусов.

екая карта может соответствовать данным по частоте рекомбинаций во множестве различных скрещиваний, затрагивающих различные тройки генов. Его открытие линейной упорядоченности расположения генов в хромосоме по своему общему значению непосредственно следует за открытием генов Менделем. Линейная модель хромосомы послужила основой для всех последующих работ в генетике и предвосхитила открытие линейной природы молекулы ДНК.

Таким образом, трехфакторные скрещивания позволяют установить порядок расположения трех генов в хромосоме и определить частоты рекомбинаций между ними. Такой способ анализа, впервые разработанный Стертевантом, послужил основой для построения всех генетических карт. Генетическая карта генома Drosophila melanogaster, построенная Стертевантом и другими сотрудниками лаборатории Моргана, изображена на рис. 5.10.

Генетическая интерференция

Когда гены расположены не очень далеко друг от друга, частоту рекомбинации можно рассматривать как вероятность того, что рекомбинация произойдет между ними. Такая оценка позволяет определить, независимо ли друг от друга происходят кроссинговеры в одной хромосоме. Если два акта рекомбинации происходят независимо, то чаyellow

Hairy-win^

scute

lethal

broad

prune

white

facet

Notch

Abnormal

echinus

bifid-4 13,7 crossv'less

ruby

16,± club deltex

?27,5 -27,7

20,0 cut 21,0 singed

tan

lozenge

— 33,0 vermilion-=^-—36,1 miniature

^ 36,2 dusky

^Зв,^ furrowed

,54,2 -54,5 -56,5 -57,0 -58,5 ~59,0 -59,6

—43,0 sable

44,4 garnet

'small-wing rudimentary forked Bar

small-eye

fused

Beadex

*62,± Minute-n 4 65,0 cleft -70,0 bobbed

II0,0

2,0 Star

3,± aristaless

6,± expanded

12,± Gull

13,0 Truncate

14,± dachsous

16,0 Streak

31,0 dachs 35,0 Ski-H

Jammed Minute-e

black jaunty

57,5 60,±

54,5 purple

cinnabar safranin

67,0 68 ,±

72,0 74,± 75.5

64,± pink-wing

vestigial telescope.

Lobe

gap curved

83,5 fringed

III

?0,0

roughoid

20,0 divergent

26,0 sepia 26,5 hairy

35.0 rose

36,5 cream-III

40.1 Minute-h

40.2 tilt

40.4 Dichaete 42,2 thread 44,0 scarlet 46,± warped

46.4 ski-III 47,5 Deformed 48,0 pink

49.7 maroon

50,± dwarf

50,0 curled

54.8 Hairy-wing sup

58,2 Stubble

58,5 spineless

58,7 bithorax

59,5 bithorax-b

62.0 stripe

63.0 glass

66.0 Delta

69,5 Hairless

70,7 ebony

72,0 band

75,7 cardinal

76,2 white-ocelli

0,0 bent 0,5± shaven 0,9 eyeless

Рис. 5.10. Неполная карта генома Drosophila melanogaster. Первая хромосома-это Х-хромосома. (Т.Н. Morgan, The Theory of the Gene, Yale University Press, New Haven, Conn., 1926.)

90,0 humpy

/99,5 <Л00,5 ^102,±

) 105,0 ./1105 +

106 +

:\(107,± \h07,0

407,5

91,1 93,0 93,8 94,1

rough crumpled Beaded Pointed

100,7 claret 101,0 Minute

i- 106,2 Mmute-g

стота двойной рекомбинации должна быть произведением частот двух соответствующих одинарных рекомбинаций. Из данных, представленных на рис. 5.8, следует, что ожидаемая частота двойного кроссин-говера составляет 0,330 0,007 = 0,00231. Наблюдаемая частота двойного кроссинговера, однако, равна лишь 9/10495 = 0,00086, т.е. значительно меньше ожидаемой.

Отношение наблюдаемой частоты двойных рекомбинантов к ожидаемой называется коэффициентом коинциденции (совпадения) (с). Акт рекомбинации между уйм делает менее вероятной рекомбинацию вблизи этого участка. Это явление носит название интерференции I. Мерой интерференции служит разность / = 1 — с. В рассмотренном примере 1 = 1 - 0,00086/0,00231 - 1 - 0,374 = 0,626.

Наблюдаемое значение / сильно зависит от того, какие именно ло-кусы изучаются в данном скрещивании. Если локусы расположены далеко друг от друга и разделены центромерой, / может быть равно нулю. Для близких локусов / ~ 1, и поэтому при построении генетических карт используется частота рекомбинации между близко расположенными маркерами.

Когда происходит кроссинговер?

Кроссинговер происходит на четырехцепочечной, или тетрадной, стадии мейоза, когда каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид (см. гл. 1). В этом можно убедиться, анализируя генотипы женского потомства самок дрозофил, несущих сцепленные Х-хромосомы и гетерозиготных по мутации, локализованной в этой хромосоме.

Нормальная Х-хромосома дрозофилы-телоцентрик, т.е. центромера расположена на конце хромосомы. При сцеплении Х-хромосом (XX) две Х-хромосомы соединены одной центромерой и таким образом образуют метацентрическую хромосому, у которой каждое плечо фактически представляет собой полноценную Х-хромосому (см. гл. 3). В хромосомном наборе самок со сцепленными Х-хромосомами присутствует обычно еще и Y-хромосома (X-X/Y). Наличие Y-хромосомы у таких самок не оказывает влияния на их физиологию, поскольку пол определяется количеством Х-хромосом в наборе. Y-хромосома необходима лишь для обеспечения плодовитости самцов. У самок со сцепленными Х-хромосомами происходит необычное расщепление сцепленных с полом генов (см. рис. 3.9). Лишь половина зигот таких самок развивается нормально, давая женское потомство (со сцепленными материнскими Х-хромосомами и отцовской Y-хромосомой) и мужское потомство с отцовской Х-хромосомой и материнской Y-хромосомой.

Некоторая часть женского потомства самок со сцепленными Х-хромосомами, в которой оба гомолога гетерозиготны по рецессивным мутациям, оказывается гомозиготной по одной или нескольким рецессивным мутациям. Частота, с которой данная мутация переходит в сцепленных Х-хромосомах в гомозиготное состояние, возрастает с увеличением расстояния от соответствующего локуса до центромеры. Следовательно, возникновение таких новых генотипов по сцепленным Х-хромо-сомам происходит в результате кроссинговера. Их появление возможно только в том случае, если кроссинговер происходит на тетрадной стаРис. 5.11. Для того чтобы в мейозе из гетерозиготной сцепленной Х-хромосомы могла образоваться гомозиготная сцепленная Х-хромосома, необходимо, чтобы кроссинговер происходил на стадии четырех хроматид. Кроссинго-вер должен происходить между центромерой и мутантным локусом.

дии мейоза, как это изображено на рис. 5.11. Рекомбинация на любой другой стадии, предшествующей тетрадной, т. е. до дупликации хромосом, не приводила бы к такому результату.

Мейоз у грибов

У некоторых организмов, например у грибов, можно идентифицировать продукты тетрады и определить их генотипы. У хлебной плесени Neurospora crassa мейоз происходит сразу после слияния ядер различных половых типов в клетке, называемой аском (пол или половой

Прорастание аскоспор

А

также не перекрываются, так что ядра каждой четверти аска содержат сестринские митотические хроматиды с центромерами, разошедшимися во втором мейотическом делении. Таким образом, аскоспоры в аске оказываются упорядоченными в отношении центромер, расходившихся в первом и втором мейотических делениях.

тип у плесени определяется аллелем одного гена). В результате двух последовательных мейотических делений и одного митоза в аске образуется восемь спор. Веретено первого деления не перекрывает веретено второго деления, так что последовательность спор в аске отражает последовательность расхождения центромер в первом и втором мейотических делениях (рис. 5.12). Такое упорядоченное расположение спор дает возможность выявить кроссинговеры, происходящие как между центромерой и мутантными генами, так и между самими мутантными

Отсутствие кроссинговера (Аа и ВЬ расщепляются в первом делении)

Второе деление

в

ъ

В

В

Первое деление

О

О

ft

В

Порядок аскоспор

АВ АВ АВ

Митоз АВ

аЬ ab ab

Кроссинговер между А и центромерой (Аа и ВЬ расщепляются во втором делении)

II

О"

Первое деление

А

А

В

В

3=

Второе деление

О О О

А

Митоз

ЛЯ

аЬ

аЬ

АВ АВ ab ар

Кроссинговер между А к В (Аа расщепляются в первом делении, а Bb — ъо втором)

А

в

III

Первое деление

а

Ъ В

В

Второе деление

О

в

Митоз

АВ АВ АЬ АЪ

аВ аВ аЪ ab

Рис. 5.13. Наблюдение за первым и вторым расхождением аллелей в мейозе по положению каждого генотипа в аске. Аскоспоры гаплоидны, и по их фенотипу можно однозначно судить о их генотипе. Кроссинговер между центромерой и Аа приводит во втором делении к попарной сегрегации маркеров. Кроссинговер между Аа и ВЬ приводит в первом делении к расхождению проксимальных маркеров (Аа), а во втором делении-к расхождению дистальных маркеров (ВЬ), В последнем случае в зависимости от

АЪ АЪ

АВ

Митоз

О

>АВ аЪ ab аВ аВ

того, как располагаются реко