рны друг другу, т.е. являются аллелями одного гена (гена white), и поэтому для их обозначения используются символы wa, wcf и w^. Эти различные мутации гена w + могут служить примером множественного аллелизма (см. гл. 2). Ре-комбинационное исследование этих мутаций мы обсудим в следующем разделе.

Тест на комплементарность особенно удобен при анализе рецессивных летальных мутаций. Комплементационный анализ оказался решающим методом при исследовании мутаций локуса Т у мыши, поскольку многие из мутаций этого локуса подавляют рекомбинацию в участке хромосомы, в котором они находятся, делая таким образом рекомбинационный анализ невозможным. Доминантная мутация, называемая BrachyruryVT), возникает спонтанно в лабораторных линиях и легко выявляется, поскольку гетерозиготные мыши (Т/ +) имеют короткий хвост. Гомозиготы (Т/Т) погибают на эмбриональной стадии развития. Вскоре после открытия этой мутации обнаружилось, что некоторые линии, обладающие близким к дикому типу фенотипом, являются носителями рецессивных мутаций, обозначенных буквой t. При скрещивании таких линий с гетерозиготами Т/ + потомство получается бесхвостым (рис. 6.13). Эти t-мутации представляют собой рецессивные летали (рис. 6.14). Изображенное на рисунке скрещивание дает чистую линию T/t, поскольку, Во-первых, лишь мыши с этим генотипом выжиРодители — х —

L X L

Погибает на эмбриональной стадии

Родители Л х JL

Т ( (

Бесхвос- Погибает на тый эмбриональной стадии

Рис. 6.14. Генетические свойства Т-локуса мыши. А. Доминантная мутация Т вызывает короткохвостость у мышей с генотипом Т/ +. Рецессивные аллели t вызывают бесхво-стость у мышей с генотипами T/t. Как показывают скрещивания, и Т, и t детальны в гомозиготном coil с

Морфологически нормален или погибает на эмбриональной стадии

стоянии. Потомство, гомозиготное по этим генам, погибает на эмбриональных стадиях развития. Б. Функциональную тождественность различных f-аллелей х и у можно установить посредством указанного скрещивания, определяя фенотипы, соответствующие генотипам tx/ty.

вают и способны давать потомство в следующем поколении, а, во-вторых, t-мутации обычно «запирают» рекомбинацию, и этот генотип сохраняется из поколения в поколение. Чистые линии такого типа называются сбалансированными леталями и, с точки зрения генетика, очень удобны, поскольку, для того чтобы сохранить две мутации для будущих исследований, нет необходимости производить отбор в каждом поколении.

В географически сильно разобщенных природных популяциях мышей было обнаружено большое число t-мутаций. Комплементационный анализ рецессивных летальных f-мутаций, проводимый путем скрещивания различных сбалансированных линий (рис. 6.14), показал, что в некоторых комбинациях потомство жизнеспособно и обладает нормальными хвостами, в других гибнет на эмбриональной стадии. Известные летальные t-мутации распадаются на шесть групп комплементации (табл. 6.3). Гетерозиготные комбинации мутаций, относящихся к одной группе комплементации, детальны, тогда как двойные гетерозиготы по рецессивным леталям, относящимся к разным группам комплементации, жизнеспособны.

Рекомбинационный анализ

тонкой структуры гена

у высших эукариот: дрозофила

Картирование тонкой структуры гетероаллелей у высших эукариотических организмов выполнялось почти исключительно на D. melanogaster. Популярность этого генетического объекта объясняется легкостью культивирования мух и малой продолжительностью генерации. Выявление кроссинговера между гетероаллелями требует постановки тысяч скрещиваний и определения генотипов потомков, а это очень длительная и трудоемкая процедура. В некоторых случаях для выявления редких рекомбинантов может использоваться методика химического отбора, и тогда разрешающая способность рекомбинационного анализа приближается к достигаемой при использовании условно летальных систем у микроорганизмов.

Наиболее детально исследован у дрозофилы цистрон rosy (гу)-структурный ген, ответственный за синтез фермента ксантиндегидрогеназы (КДГ). Мухи, у которых этот фермент не работает (нуль-активные мутанты), легко определяются по красновато-коричневому цвету глаз, возникающему из-за отсутствия пигмента изоксантоптерина. Личинки, у которых отсутствует КДГ, очень чувствительны также к отравляющему действию пурина, при добавлении его в корм (рис. 6.15). Таким образом, использование корма, содержащего пурин, может служить способом выделения редких рекомбинантов дикого типа при скрещиваниях носителей различных КДГ нуль-гетероаллелей. Самки, гетерозиготные по двум гетероаллелям rosy (ryx/ryy), в большом количестве скрещиваются с самцами, гетерозиготными по двум другим гетероаллелям этого гена (г^/гу3). Поскольку у самцов D. melanogaster рекомбинация не происходит, то гетерозиготы дикого типа в потомстве могут появляться лишь в результате рекомбинации между гух и гуу и обладать одним из двух возможных генотипов: гу + /гу4 или гу + /гу3. Активность КДГ у личинок, гетерозиготных по гу+, достаточна для того, чтобы позволить им потреблять корм, содержащий пурин, без риска для жизни. Все остальное потомство, гетерозиготное по различным гетероаллелям rosy, погибает от пурина, добавляемого в пробирки с яичками сразу после того, как из этих пробирок удаляют родителей. Типичный эксперимент по выделению рекомбинантов дикого типа ставится сразу на неM(3)SU Dfd си kar гу ркв*31 1(3)26 Sb Ubx

I о I 1 1 ~~ 1 I 1 1 Карта III хромосомы

44,3 47,5 50,0 51,7 52,0 52,0 + 52,2 58,2 58,8

24, 9, 4, За 1, 506 2Q3

201 7

402 204 106 25

23 5 502 8 102 26 41

Некомплементирующие КД Г ~ -мутанты гена rosy

е408

tin е302

е507 ?508 till

Сайты электрофорети-ческой подвижности

ps214

ps611, ps612

С труктурные мутанты "leaky''-чувствительности к пурину0,005 сМРис. 6.16. Карта тонкой структуры гена rosy у D, melanogaster. {Gelbart W. et al. (1976). Genetics, 84, 211.]

следовательно, 0,01 сМ = 5400 н. п. ДНК. Близость этих двух независимых оценок соотношения между масштабной единицей генетической карты и структурой ДНК свидетельствует о том, что разрешающая способность генетического анализа тонкой структуры гена у дрозофилы сравнима с достигаемой в генетике фагов и микроорганизмов.

Анализ тонкой структуры проведен для многих других генов дрозофилы даже в отсутствие специальных систем отбора, аналогичных пури-новой. Наиболее известен ген белоглазия (white), многочисленные мутации которого обусловливают различный цвет глаз в гомозиготном состоянии и в гетерозиготах с различными сочетаниями мутантных аллелей. Впервые описанный Морганом аллель w1 необычен тем, что дает совершенно белые глаза. Некоторые из мутантных аллелей white перечислены в табл. 6.4.

Рекомбинанионный анализ мутантов, представленных в табл. 6.4, позволил построить карту тонкой структуры, изображенную на рис. 6.17. Построение этой карты потребовало визуального определения фенотипа миллионов мух в потомстве от различных типов скрещивания. Картированные аллели локализуются в восьми различных сайтах, способных к рекомбинации. Все перечисленные в табл. 6.4 аллели рецессивны (за исключением двух: и^"* и w°ZL), и тест на комплементацию

Таблица 6.4. Некоторые мутантные аллели гена white Drosophila melanogaster

Аллель

Цвет глаз1*

Происхождение

Повреждение ДНК

,йз

,A4

W w w w1

we

Zi

SP1 #>5 5

SP2 ,SP3

SP4

Кирпично-красный

Коричневый

Красновато-коричневый

Оранжево-коричневый (морковный) Темно-рубиновый Бесцветно-белый

Светло-желтый

Оранжево-коричневый

(абрикосовый)

Оранжево-коричневый

Оранжево-коричневый Оранжево-коричневый Бесцветно-белый

Светлый желто-розовый (эозиновый) Светло-желтый

Красные точки на желтом фоне у самцов zlwzih

Темно-желтый у самцов, светло-желтый у самок

Яркие пятна на желтом фоне; у самцов-более темные

Такой же, как у wspi

» »

» » Светло-желтый у самок; близкий к дикому типу у самцов

Индуцирован рентгеном

Спонтанный Индуцирован рентгеном Спонтанный

Индуцирован рентгеном

Спонтанный

» » » » »

» »

Индуцирован рентгеном

То же Спонтанный

? ?

Вставка

»

? ?

Вставка

» »

» »

Делеция »

»

Вставка

По Zachar Z., Bingham P.M. (1982). Cell, 30, 529]

11 У мух дикого типа глаза интенсивно-красного цвета.

показывает, что все они влияют на функцию, определяющую нормальный цвет глаз. Однако при этом в гене -white присутствует и некоторое функциональное разнообразие. Мутации, расположенные в правых сайтах (w1 и wspl), действуют как доминантные супрессоры расположенного по соседству гена цвета глаз zeste, тогда как мутации пяти левых сайтов такого действия не оказывают. Механизм этой супрессии неизвестен.

Техника рекомбинантной ДНК позволила проанализировать тонкую структуру гена white методом рестрикционного картирования его ДНК.

1,0 1,5 1,7 2,3 3,0

z w rst vt N

Ч =к—I 1 1 КаРта

Х-хромосомы

sat col

,DZL

I

0, 005 cM

W4»

we wsps

t, wa4 wzmwsP2

wbfi t

KwaiwsP5Swspi wDZL

KM i , : днк

w . wco/ w

wcrr w03 w65fl2S

1 i i i i i i i i i i i i i i i i i i > i i i i i i i < i i i i i i i i I I t I I I I. I I I I20 - 10 0 +10 +20 Тысячи nap

оснований ДНК

Рис. 6.17. Генетическая карта тонкой структуры и карта ДНК для гена white Drosophila melanogaster. Точкой отсчета на нижней шкале ДНК в нуклео-тидных парах выбран элемент copia, вызывающий мутацию wal. [Zachar Z., Bingham P.M. (1982). Cell, 30, 529.]

Эта методика будет описана в гл. 9, но сами результаты анализа можно изложить сейчас. Рестрикционный анализ ДНК многих мутантов, из числа представленных в табл. 6.4, позволяет определить делеций и вставки, превышающие размером 50 н. п. Более мелкие изменения, в том числе замены отдельных нуклеотидных пар, пока неразличимы. Как указывается в табл. 6.4, из 14 исследованных независимых спонтанных мутантов восемь содержат вставки больших участков ДНК и один (wsp2) представляет собой делецию учас