спонтанных мутаций с аналогичной картой, построенной для мутаций, индуцированных специальными химическими мутагенами, показывает, что участки повышенной мутабильности в этих картах расположены в разных местах, хотя и специфичны для каждой из них (рис. 6.12). Это в свою очередь свидетельствует о существовании еще более тонкой структуры генетического материала. При картировании мутаций, полученных всеми возможными способами, установлена принадлежность 200 мутаций г///1-цистрону

А1

0 111111

А2 0 0 1 1 1 1 1

?*

•o ™ъ -о

00 00 NO (661 1695 H88

Ala 0 1 1 1 1 1 1

Alb 0 0 1 1 1 1 1

Ale 0 0 0 1 1 1 I

Aid 0 1 0 ] 1 1 1

Ale 0 1 0 0 1 1 1

Alf 0 1 1 0 1 1 1

Alg 1 1 1 0 1 1 1

A2hl 1 1 1 0 0 1 1

Alh2 1 1 1 0 0 0 1

Alh3 1 1 1 0 0 0 0

A3

0 0 0 1 1 1 1

A4

A5

Ab

0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 0 0 1

1

(661 1605 1589

A5a 0 1 1 1

Abb 0 0 1 1

A5cl 0 0 0 1

Abel 1 0 0 1

A5d 1 0 0 0

H88 00 Ck

Abal 0 1 1

A6al 0 0 1

A6b 0 0 0

A6c 1 0 0

Abd 1 0 1

В 0000000

in On o~ On

о CO ?o On i—?

-о "~i On ГЧ 2 00 in

Bl 0 0 0 1 1 i 1 1

Bl 0 0 0 0 1 l 1 1

вз 0 0 1 0 1 l 1 1

B4 1 0 1 1 l 1 1

B5 1 0 1 0 l 1 1

Bb 1 1 1 0 l 1 1

B7 1 1 1 1 l 1 1

B8 1 1 I—< 1 0 1 1

B9a 1 1 1 1 0 0 1

B9b 1 1 1 1 0 0 0

B10 1 1 1 1 1 0

548 '' (сегмент А5)

G16 (сегменте 6) f

326

(сегмент В)

Контроль,

Рис. 6.11. А. Два последовательных этапа локализации новой гП-мутации в одном из 47 участков карты r/7-области. Прежде всего мутант скрещивают со штаммами, несущими делеции «большой семерки», изображенной на рис. 6.10. Число 0 в горизонтальных прямоугольниках слева означает отсутствие выявленных рекомбинантов, число 1 - присутствие рекомбинантов. Число нулей определяет номер крупной части области, к которой принадлежит мутант. Затем мутант скрещивают с каждой из делеции, разбивающих большой сегмент, в которой он локализован, на более мелкие участки. Результаты, получаемые таким образом для различных мутантов, представлены в прямоугольниках, приведенных справа. Число нулей в строке в этом случае определяет более мелкий участок, которому принадлежит мутация. Б. Иллюстрация результатов, полученных при использовании метода быстрого выявления рекомбинантов дикого типа, предложенного Бензером. В начале опыта 0,5 мл культуры

Е. coli В (пермиссивного хозяина) заражают фагами двух линий: содержащей стандартную делецию и исследуемую мутацию. На каждую клетку при этом должно приходиться примерно по пять фаговых частиц. После того как время, необходимое для адсорбции фага пройдет, капли культуры наносят на полоски стерильной бумаги и раскладывают эти полоски на поверхности чашек, засеянных Е. coli КХ (рестриктивный хозяин). Если в инфицированных клетках возникли рекомбинанты дикого типа, то они заражают и лизируют клетки Е. coliK(X). В результате участок, покрытый полоской бумаги, становится прозрачным. Отрицательный результат означает, что доля рекомбинантов составляет менее 10 ~ 3 % от всего потомства фага. Появление нескольких прозрачных бляшек на месте пустой бумажки-следствие реверсии к дикому типу в результате точечной мутации. [Benzer S. (1961). Proc. Natl. Acad. Sci, USA, 47, 403.]

и 108 мутаций r/ЛВ-цистрону. В настоящее время известно, что протяженность rll А составляет 1800 нуклеотидных пар, а г/ЛЗ-850. Малое количество мутаций во многих участках карты и много меньшее общее число мутаций по сравнению с числом нуклеотидных пар наводит на мысль о том, что область rll еще далеко не до конца исследована. Кроме того, многие мутации могут оставаться невыявленными в силу того,

что возникающие при этом генетические изменения никак не проявляются фенотипически. Вырожденность генетического кода (см. гл. 12) означает, что замены некоторых пар нуклеотидов не приводят к заменам аминокислот в белках, кодируемых соответствующим ци-строном. Ясно, однако, что число точек (сайтов) на карте области rll, мутации в которых приводят к изменению в фенотипе, составляет значительную часть от общего числа нуклеотидных пар в этой области.

Предельная разрешающая способность рекомбинационного анализа

Мутации rll дают возможность оценить предельную разрешающую способность рекомбинационного анализа. Как уже упоминалось выше, посев фага на Е. coli К (А.) дает возможность выявить единственный ре-комбинант дикого типа rll + из 106 rll-фаговых частиц. Следовательно, в соответствии с уравнением (6.1) теоретически минимальное расстояние между двумя соседними различимыми мутациями rll должно составлять 0,0002 (2-102/106 = 2 -Ю-4). Однако минимальное наблюдаемое на карте расстояние между соседними г//-мутациями составляет около 0,02 единиц (см. рис. 6.4). Меньшие расстояния не обнаружены, несмотря на высокую чувствительность системы. Эта оценка минимально возможного наблюдаемого расстояния между мутациями на карте хорошо соответствует получаемой из предположения, что минимальной единицей рекомбинации служит пара нуклеотидов. Хромосома фага Т4 содержит 1,8 105 нуклеотидных пар и имеет длину 1500 единиц. Таким образом, величина 0,02 единицы соответствует приблизительно двум парам нуклеотидов. Поскольку это лишь грубая оценка, то естественно предположить, что к рекомбинации способны мутации, локализованные в соседних парах нуклеотидов. Это было убедительно подтверждено при исследовании карты тонкой структуры гена trpA, Следовательно, точечные мутации, не дающие при скрещивании рекомбинантов дикого типа, вернее всего представляют собой независимые изменения одной и той же пары нуклеотидов.

Уточнение генетической терминологии

Анализ тонкой структуры области rll позволяет дать строгие определения различным понятиям, ранее объединявшимся широким термином ген. Как уже говорилось выше, единица генетической функции была названа Бензером цистроном и определена с помощью цис-транс-тъста.; цистрон-это синоним гена. Единица генетической изменчивости, котоРис. 6.12. Карта тонкой структуры области rll, построенная изображенным на предыдущем рисунке способом. Каждый белый квадратик соответствует независимой спонтанной мутации. Упорядочение последовательности мутаций внутри каждого из 47 участков основано на дальнейших скрещиваниях между этими мутантами. Отчетливо видны

две главные «горячие точки» спонтанного мутирования. Каждый серый квадратик соответствует мутации, полученной под действием азотистой кислоты, а каждый цветной квадратик-мутация, индуцированная 5-бромурацилом. \Benzer S. (1961). Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 47, 403.]

рую Бензер назвал мутоном -это минимальная единица цистрона, способная мутировать; мутон строго тождествен одной паре нуклеотидов в ДНК. Единица генетической рекомбинации, которую Бензер назвал реконом, также представляет собой пару нуклеотидов.

Теперь можно более точно определить также термин аллель. В каждой точке ДНК гена возможны четыре истинных аллеля AT, ТА, GC, CG. Эти аллели никогда не рекомбинируют друг с другом (один из них можно принять в качестве дикого типа). Если внутри гена мутацией затрагиваются различные нуклеотидные пары, то две формы гена называются гетероаллелями (или псевдоаллелями). Гетероаллели могут ре-комбинировать друг с другом, образуя новые рекомбинантные аллели (в том числе аллель, который может быть определен как дикий тип). Гетероаллели можно отличить друг от друга посредством рекомбина-ционного анализа. Однако комплементационный анализ, различающий лишь функциональные единицы, как правило, не дифференцирует гетероаллели и истинные аллели. Общее число истинных аллелей и гете-роаллелей, возможное для данного гена, является функцией величины этого гена: если число пар нуклеотидов, составляющих ген, равно п, то число аллелей 4".

Комплементационный анализ у высших эукариот

С гетероаллельностью у высших эукариот мы впервые столкнулись в гл. 2 при обсуждении доминантности или рецессивности аллелей гена, определяющего окраску меха у кроликов. Комплементационный тест позволяет анализировать мутации, затрагивающие сложные фенотипы высших организмов. Рассмотрим две рецессивные мутации томатов: dwarf (d) (карликовость) и pubescent (р) (опушенность плодов). Нормальному фенотипу соответствует высокое растение с гладкими плодами. Являются ли эти мутации аллелями одного гена? A priori можно было предположить, что у этих двух мутантов затронуты различные генетические и физиологические функции. Для того чтобы определить, затрагивают ли d и р одну и ту же генетическую функцию, можно использовать комплементационный тест. При скрещивании гомозигот р/р с гомозиготами d/d потомство обладает нормальным фенотипом. Каждая родительская гамета привносит в зиготу один нормальный ген и один поврежденный. Генотип потомства должен иметь формулу dp + / /d +р. Как мы и предположили вначале, d+ и р+ -различные гены.

В качестве другого примера рассмотрим две независимые рецессивные мутации дрозофилы, обнаруженные разными генетиками и названные raspberry (ras) и prune(рп) соответственно. Обе мутации сцеплены с полом и в гемизиготном и гомозиготном состоянии дают практически одинаковый фенотип: глаза темно-рубинового цвета. Для того чтобы определить, не тождественны ли эти мутации, можно использовать тест на комплементацию. При скрещивании самок ras/ras с самцами pn/Yy дочерей глаза были дикого типа. Следовательно, эти две мутации должны затрагивать различные генетические функции. Хромосома с мутацией ras одновременно может быть носителем аллеля рп +, а хромосома с мутацией рп-носителем аллеля ras + , поэтому в

самки имеют генотип pn + / + ras, и эти две мутации могут быть названы комплементарными.

Напротив, сцепленные с полом рецессивные мутации white (w), apricot (a), coffee {cf) и buff(bf), также влияющие на цвет глаз, в гомозиготном и гемизиготном состоянии проявляются по-разному. При этом у самок, гетерозиготных по любой паре из этих мутаций, цвет глаз отличается от дикого типа. Следовательно, каждая из этих мутаций должна затрагивать одну и ту же генетическую функцию, но по-разному. Другими словами, эти мутации не комплемента