Кроме того, не все реплицирующиеся геномы родительского типа с равной вероятностью рекомбинируют с геномами других родительских типов. Например, такая ситуация имеет место, если фаг с генотипом А исходно адсорбировался на одном конце длинной бактерии, а фаг с генотипом В-на другом. Исключение некоторых геномов из фонда скрещивания приводит к низкой отрицательной интерференции (с несколько больше 1), наблюдаемой в большинстве скрещиваний между фагами. Причина этого явления состоит в том, что геномы, входящие в фонд скрещивания, т.е. уже участвовавшие в одном акте рекомбинации, имеют больший шанс принять участие и во втором рекомбина-ционном событии по сравнению с произвольным геномом, который может вовсе не входить в фонд скрещивания.

Хотя механизмы скрещивания у фагов и у эукариотических организмов различны, тем не менее понятия, используемые в генетике эукариот, могут быть применены и к скрещиванию между фагами. Для этого необходимо контролировать проникновение фаговых частиц каждого из двух родительских генотипов в инфицированные клетки и время, отводимое на репликацию и рекомбинацию. Когда эти два фактора контролируются, то есть скрещивание осуществляется в определенных стандартных условиях, то можно определить сцепление между генетическими маркерами и оценить частоту рекомбинации, что позволяет строить генетические карты.

Отношения между перечисленными в табл. 7.2 мутациями фага фХ174 анализировали посредством двухфакторных и трехфакторных скрещиваний. Двухфакторные скрещивания между супрессорчувстви-тельными мутантами осуществляли следующим образом: культуру бактерий Su+ заражали двумя мутантными штаммами фага с высокой множественностью (по 5 фаговых частиц каждого типа на бактериальную клетку). Использование такой множественности дает нам уверенность в том, что все клетки инфицируются обоими фагами. После лизиса бактерий по числу негативных колоний на индикаторной культуре, обладающей соответствующими Su + -генами, определяли общее число фагов в потомстве. При скрещивании фаговых мутантов susamt>er в качестве хозяина использовали штамм Suamber', при скрещивании между susamber и susopa/-мутантами или между suSamber и susocnre индикатором служил бактериальный штамм с обоими генами Su+. Число рекомбинантов дикого типа, возникающих при скрещивании, определяли по числу негативных колоний на индикаторной культуре Su ~, на которой могли размножаться только фаги дикого типа. Частоты рекомбинации, обнаруженные при скрещивании между этими мутантами фага фХ174, представлены в табл. 7.3.

Для того чтобы определить, в каком порядке расположены описанные мутации на генетической карте, использовали трехфакторные скрещивания. При этом применялся метод, несколько отличный от описанного для трехфакторных скрещиваний в гл. 5, поскольку в этом случае было необходимо отбирать рекомбинантов дикого типа по двум

Исходное скрещивание

атА + пС 4- 4- tsC „

„ 7 _ Преобладающий класс

Последова- / >

тельность ' т. 1 ; г Малочисленный класс

+ атВ + + + +

Кроссинговер

п tsC атА + + + + „ =

Последова 7 Преобладающий класс

тельность

И + + атВ tsC + +

Малочисленный класс

Реципрокное скрещивание

атА ?+- + + -Ь+гт^

Последова- 7 > _~ _ Преобладающий класс

тельность <- Малочисленный класс

+ атВ иС у- + tsC

III

Кроссинговер

I nryiA Л- fsC ~~f~ -tПоследова-1 ? ~ > ^Преобладаюищй класс

тельность L Малочисленный класс

IV tsC + атВ + + +

Рис. 7.4. Пример использования слабосце-пленного неселектируемого маркера при определении последовательности маркеров путем трехфакторного фагового скрещивания. I и II-две возможные последовательности расположения трех маркеров. Отбирают рекомбинантов дикого типа между атА и атВ, а затем по генотипу в отношении неселективного маркера определяют правильную последовательность. Например, если гены расположены в последовательности I,

то большинство отобранных рекомбинантов дикого типа будет обладать генотипом + + tsC. Для появления рекомбинантов с генотипом + + + необходим двойной кроссинговер, и потому такие рекомбинанты встречаются реже. Если же гены расположены в последовательности II, то частоты двух рекомбинантных генотипов будут обратными. Для того чтобы подтвердить правильность установленной последовательности генов, производят реципрокное скрещивание.

маркерам. В описанной ранее ситуации никакого отбора в потомстве не производилось и могли наблюдаться все восемь возможных комбинаций генотипов. Рассмотрим изображенное на рис. 7.4 скрещивание amAtsC х атВ. Если атА и атВ сцеплены друг с другом теснее, чем каждый из них с tsC, что устанавливается в двухфакторных скрещиваниях, то tsC используют в качестве неселектируемого маркера при анализе потомства от скрещивания на Su-индикаторе при пермиссивной температуре. Потомки дикого типа в отношении аллелей amber будут формировать негативные колонии независимо от того, содержит их генотип tsC или соответствующий аллель дикого типа. Доля фагов, несущих аллели tsC и tsC + среди рекомбинантов, позволяет различить последовательности генов amAamBtsC и tsCamAamB. Если в потомстве представлен преимущественно дикий тип, значит, гены расположены в последовательности tsCamAamB. Если же большинство составляют температурочувствительные фаги, значит, порядок расположения генов на карте amAamBtsC. Последовательность, установленная таким скреТаблица 7.4. Частоты рекомбинации, наблюдаемые при трехфакторных скрещиваниях мутантов фХ174*

Частота w t Преобладающий

рекомбинации (%) ген01Ю1 генов

Скрещивание (селективные (неселективные (неселективные

маркеры) маркеры) маркеры) ~^ ^ ~ ~ ~ ^ ~ ~ ~

1. amNl tsy Х ts79 1.2 ± 0.4 33 am N1—79—у

2. amNl ts79 X tsy 0.8 ± 0.3 90 wt N1—79—у

3. am88 tsy X (S79 1.0 ± 0.7 97 wt 79—Y-88

4. am88 ts79 X Ы 1.8 ± 0.4 96 wt 4-79 88

5. am88 ?S79 X ОРБ 13.4 ± 3.7 91 wt 79 88—6

6. am88 ts79 x am9 1.4 S 0.3 38 ts 79—9-88

7. am3 ts79 X tsy 0.7 ± 0.1 25 am 79—у 3

8. ami tsy X (S79 0.9 ± 0.2 88 wt 79—у 3

9. am88 ts79 X AM3 3.0 ± 0.3 99 wt 79 88 3

10- ami tsy X ДШ88 4.3 ± 0.5 46 ts Y-88 3

11. ami tsy X ОРБ 1.2 ± 0.1 43 TS У 6-3

12. ami tsy x am27 0.3 ± 0.2 95 wt у 3-27

13. ami ts9 x am27 0.3 ± 0.2 37 ts 3-27 9

14. ami ts9 x tsll6 2.3 ± 0.4 16 am 3 116-9

15. ЯТЗЗ tsll6 x ts9 1.5 ± 0.3 39 am 116-9-33

16. amii tslU X ОШ50 4.5 ± 0.6 89 wt 116 33-50

17. ЯТЗЗ FSI16 X am86 7.1 ± 2.2 77 wt 116 33-86

18. ЯТЗЗ ts4 X aml6 9.7 ± 1.5 95 wi 16-33 4

19. ЯШЗЗ ts79 X TSY 1.0 ± 0.4 79 wt 33 79-У

20. ЯТЗЗ TSY X amNl 8.3 ± 1.1 34 ts 33 N1 У

21. ДТ9 FS228 X AMNL 3.0 ± 0.3 7 TS 128—N1 9

22. ЯТЗЗ TSY X am86 6.0 ± 0.8 43 TS 33-86 У

23. am9 ts128 x am88 1.6 ± 0.3 99 wt 128 924. amS8 ts?9 x ochi 10.8 ± 2.3 93

25. ami tsy x wA6 1.4 ± 0.3 95

26. «m3 ts9 x < A6 1.0 ± 0.4 45

27. am3 mA8 X ochb Low burst' 4

28. ami ochll x odi6 Low burst 6

29. ami ochb x ochi Low burst 95

30. ami ochb X och5 Low burst 98

31. amli tsllS x och6 3.9 ± 0.4 21

32. ятЗЗ tsi x ocJi6 3.0 ± 1.2 97

33. ят88 ts79 x amlO 14.0 ± 0.5 99

34. ami ts79 x amW 1.4 ± 0.7 90

35. ami tsy x amJO 1.3 ± 0.2 99

36. mi tsS x amlO 1.6 ± 0.1 42

37. amil tsll6 x дш35 18.4 ± 1.2 55

38. ятЗЗ (sl26 x aml8 21,9 ± 6.8 56 wt 79 88 6

tut у з g

f« 3 6 9

am з 6 g

am з 6 и

wt 3- 6 1

« 3 6 5

ts 6 116 33

wt 6 зз

wt 79 88 10

wt 79- 3 10

wt у з io

ts з^ io 9

П6 (35, 33)

116 (18, 33)

щиванием, проверяется затем в реципрокном скрещивании (рис. 7.4). Результаты этих трехфакторных скрещиваний представлены в табл. 7.4.

Приводимые в табл. 7.3 и 7.4 данные однозначно свидетельствуют о том, что генетическая карта фага фХ174 имеет форму кольца. Заметим, например, что ген и тесно сцеплен как с геном G, так и с геном А. Аналогичным образом каждый ген тесно сцеплен с двумя соседними, расположенными по обе стороны от него, и поэтому единственно возможная форма карты-кольцевая. Карта, изображенная на рис. 7.5, отражает тот факт, что геном фага фХ174 представляет собой кольцевую молекулу ДНК. На карте видно, что некомплементирующие мутации локализованы в смежных участках генома. Это означает, что функциональные единицы, выявляемые с помощью комплементационного теста, совпадают со структурными единицами генома. Границы между генами на карте указаны произвольно, поскольку использовавшиеся при построении карты мутации не позволяют точно локализовать эти границы. Исследования различных нарушений процесса размножения у конкретных мутантов в непермиссивных условиях позволяют приписать каждому цистрону определенную функцию, как это указано на рис. 7.5.

Геном фага фХ174 представляет собой одноцепочечную кольцевую молекулу ДНК, содержащую 5386 нуклеотидов. Эта нуклеотидная последовательность была успешно расшифрована в 1977 г. Фредериком Сэнгером и его коллегами. Соотношение между генетической картой, изображенной на рис. 7.5, и химической картой будет обсуждаться в гл. 12.

Умеренный бактериофаг X

Исследования умеренного бактериофага X внесли важный вклад в генетику. Фаг X содержит линейную молекулу ДНК длиной примерно 49 ООО н. п., то есть почти в 10 раз более длинную, чем геном фага фХ174. Фаг X представляет большой интерес, поскольку его генетические регуляторные механизмы довольно сложны. Когда чувствительную бактериальную клетку заражают умеренным бактериофагом, например фагом X (рис. 7.6), возможны два варианта дальнейших событий. В первом случае фаг реплицируется, производит множество потомков и разрушает клетку. Во втором случае фаговая инфекция приводит к лизоге-низации клетки, при этом фаг встраивается в бактериальную хромосому и превращается в пассивный участок бактериального генома. В таком состоянии фаг представляет собой профаг или провирус, реплицирующийся лишь как часть генома хозяина и в таком виде п