ются выражениями:

Pi = хе ; У2 2

Поделив р2 на рг, получаем

р2 х2е~х _ х рг 2хе~х 2

Используя данные табл. 20.4, имеем

л зо/w

откуда

х/2 = 0,4, или х = 0,8.

Подставляя это значение в уравнение (1), окончательно получаем

131

0,8 = -—, или iV=164. N

Следовательно, в Х-хромосоме существует около 160 цистронов, работа которых существенна для жизнеспособности яиц, хотя в использованной таблице было идентифицировано всего лишь 59 мутабильных цистронов. Ясно, что для определения всех 160 цистронов по происходящим в них мутациям потребовалось бы обследовать много больше потенциально мутантных Х-хромосом, чем те 6 тысяч, на основании изучения которых была построена табл. 20.4.

Мутации и адаптация

Мутации возникают независимо от того, полезны они или вредны для своих носителей. Более того, вновь возникающие мутации гораздо чаще бывают вредными, чем полезными. Легко понять, почему иначе и быть не может. Присутствующие в популяции гены подвержены действию естественного отбора, следовательно, аллели, более или менее часто встречающиеся в популяции, адаптивны: они именно потому широко распространены, что являются селективно предпочтительными. Любая вновь возникшая мутация скорее всего уже встречалась в истории популяции, и если такая мутация не распространилась в популяции, то это произошло потому, что она элиминируется естественным отбором или поддерживается им при низкой частоте, поскольку оказывает вредное воздействие на организм.

Важно отдавать себе отчет в том, что мутации полезны или вредны не сами по себе, но лишь в некоторых определенных условиях существования. Мутация, увеличивающая плотность волосяного покрова, может быть адаптивна в популяции млекопитающих Аляски, но скорее всего будет подвержена отрицательному отбору в популяции Флориды. Усиление пигментации может быть полезно людям в тропической Африке, где темная кожа защищает от ультрафиолетового излучения Солнца, но не в Скандинавии, где светлая кожа благоприятствует индуцируемому солнечным светом синтезу витамина D.

Адаптивная ценность мутаций ауксотрофности и устойчивости микроорганизмов к различным препаратам полностью определяется условиями их обитания.

Ауксотрофы способны к росту на обогащенной среде, но не могут развиваться на минимальной среде. Мутации, вызывающие устойчивость к стрептомицину, полезны бактерии лишь в присутствии стрептомицина. Хорошо изученным примером зависимости адаптивных свойств высших организмов от условий обитания могут служить темпе-ратурочувствительные летальные мутации у дрозофилы. При температурах ниже определенной критической гомозиготные по этим аллелям мухи живут и размножаются более или менее нормально, но при повышении температуры эти мухи погибают, тогда как мухи дикого типа способны нормально существовать.

Поскольку адаптивность мутаций зависит от условий существования, вероятность того, что вновь возникшая мутация увеличит приспособленность особи, выше у организмов, осваивающих новое местообитание, и в случаях, когда изменившиеся условия обитания предъявляют популяции новые требования. В этих случаях приспособленность популяции ниже оптимальной, и новым мутациям предоставляется больше возможностей оказаться адаптивными. Эволюционная летопись свидетельствует о том, что крупные эволюционные изменения, такие, как возникновение наземных позвоночных, часто были связаны с освоением новых мест обитания.

Литература

I ни ???пиши nHi^^-wflfcii'iHiiyiiiiiiiiiLJ jii Jm и щи jii i..n

ifpil'it

eiisi

Ames B.N., Durston W.E., Yamasaki E., Lee F.D. (1973). Carcinogens are mutagens: a simple test system combining liver homogenates for activation and bacteria for detection, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 70, 2281-2285.

Ames B. N., McCann J., Yamasaki E. (1975). Methods for detecting carcinogens and mutagens with the SalmoneUa/mamrsm-lian-microsome mutagenicity test, Mut. Res., 31, 347-364.

Coulondre C, Miller J. H., Faraburgh P. J., Gilbert W. (1978). Molecular basis of base substitution hotspots in Escherichia coli, Nature, 274, 775-780.

Drake J. W, 1970. The Molecular Basis of Mutation, Holden-Day, San Francisco.

FershtA.R., KnilUones J.W. (1981). DNA polymerase accuracy and spontaneous mutation rates: frequencies of purine • purine, purine • pyrimidine, and pyrimidine • pyrimidine mismatches during DNA replication, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 78, 4251-4255.

Lindahl T. (1974). An N-glycosidase from Escherichia coli that releases free uracil from DNA containing deaminated cytosine residues, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 71, 3649-3653.

Little J. W, Mount D.W. (1982). The SOS-Regulatory System of Escherichia coli, Cell, 29, 11-22.

Livneh Z., Elad D., Sperling J. (1979). Enzymatic insertion of purine bases into depurinated DNA in vitro, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 1089-1093.

Luria S. E., Delbruck M. (1943). Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance, Genetics, 28, 491-511.

Miller J.H., Coulondre C, Faraburgh P.J. (1978). Correlation of nonsense sites in the lac I gene with specific codons in the nucleotide sequence, Nature, 274, 770-775.

Mohler J. D., 1977. Developmental genetics of the Drosophila egg. I. Identification of 59 sex-linked cistrons with maternal effects on embryonic development, Genetics, 85, 259-272.

Туе B.-K., Lehman I. R. (1977). Excision repair of uracil incorporated in DNA as a result of a defect in dUTPase, J. Mol. Biol., 117, 293-306.

чевые слова и понятия ^ ^

Генная мутация Распределение Пуассона

Горячая точка Таутомеризация

Замена пар оснований Транзиция

Метод Мёллер-5 Трансверсия

Мутация Флуктуационный тест

Мутация со сдвигом рамки считывания SOS-ответ

" 1 I LII | 1 1

1- -'? А- " 'г?'-TIM .1.Х,„Л L. , ,-г ??|...Т||, ?-1----..--ь .-.Зи.

20.1. Что бы было, если бы Ледебер-ги искали доказательства спонтанного возникновения устойчивости бактериальных клеток к фагам, исследуя устойчивость не к фагу Т1, а к фагу Я,? К каким выводам относительно мутаций фадвустойчивости они могли бы прийти?

(20.2) Следующая последовательность оснований представляет собой часть структурного гена:

3' TACAAG

5' ATGTTC

а) Какие две мутации этого гена может индуцировать гидроксиламин? Выпишите последовательности оснований

двух мутантных генов.

б) Под действием каких мутагенов

могут ревертировать эти мутантные

гены к дикому типу?

в) Если РНК-полимераза в качестве

матрицы использует верхнюю цепь, то

каковы будут последовательности аминокислот, кодируемые геном дикого типа

и мутантными генами? (Проверьте, что

вы правильно определили конечную аминокислоту в каждой последовательности).

20.3. В экспериментах по получению новых индуцированных мутаций определенных генов в поколении Fx часто можно наблюдать мозаицизм. В одном из экспериментов в корм самцам дрозофилы добавляли алкилирующий мутаген ЭМС (этилметансульфонат), а затем обработанных таким образом самцов скрещивали с самками, содержащими в кариотипе сцепленные Х-хромосомы, с тем, чтобы выявить индуцированные рецессивные видимые мутации. При этом в поколении Ft у некоторых самцов части тела (но не все тело) имели му-тантный фенотип. Например, у носителя вновь возникшей мутации щетинок singed некоторые щетинки могли быть мутантными, тогда как другие-нормальными. Кроме того, мутация не всегда передавалась потомству мозаичного самца. Объясните это явление.

20.4. Пенициллин убивает лишь растущие бактериальные клетки. Они влияет на синтез клеточной оболочки, и по мере роста бактериальной клетки стенка постепенно ослабевает и наконец разрывается, что приводит к гибели бактерии. Пенициллин часто используют для увеличения частоты ауксотрофных мутантов в мутагенизированной популяции клеток Е. coli. Опишите, как этого можно до-бит|*еях

20.5.) Рассчитанное по данным TacW.20.4 среднее значение числа мутаций на один мутабилъный цистрон составляет х — 0,8. Какова частота возник

новения индуцированных ЭМС мутаций в среднем на цистрон?

20.6. Используя формулы для последовательных членов распределения Пуассона, рассчитайте, исходя из полученного по данным табл. 20.4 значения х = 0.8, число цистронов, в которых следует ожидать 0, 1, 2, ... 9 мутаций. Какой вывод можно сделать из расхождения между теоретически ожидаемыми и наблюдавшимися в эксперименте значениями?

20.7. Кроме метода, описанного в дополнении 20.2, существуют и другие, позволяющие оценить число мутабильных локусов, используя данные табл. 20.4. В одном из методов используется лишь значение члена pt и общее число мутаций (131).

Так как х = 131/JV и рх =30/iV,

Pl-xe-*-^e-lsl'"«30/tf,

e"131/JV= 30/131 = 0,229, 131/JV = - In 0,229 = 1,474, N = 131/1,474 ж 89.

Если распределение мутаций хорошо соответствует распределению Пуассона, мутабильность локусов лучше всего оценивать методом максимального подобия, который приводит к следующему уравнению:

М{ех- 1)-Схел = 0,

где М-общее число наблюдавшихся мутаций (131), а С-число цистронов, в которых наблюдались мутации (58). (Напомним, что цистрон с 15 мутациями мы исключили из рассмотрения, так как он представляет собой горячую точку.) Решая уравнение на основе данных таблицы 20.4, получаем

х = 1,931

и, следовательно, N х 68.

Используя каждое из этих двух новых значений х (1,474 и 1,931), рассчитайте теоретически ожидаемые значения числа цистронов с 0, 1, 2 ... 9 мутациями и сравните эти значения с реально наблюдавшимися и представленными в табл. 20.4. Подтверждают ли эти сравнения вывод, к которому вы пришли, решая задачу 20.6? Основываясь на проведенном рассмотрении, не считаете ли вы более разумным в этом случае при оценке числа мутабильных цистронов использовать не метод максимального подобия, а лишь два первых члена пуассоновского распределения (как это сделано в дополнении 20.2)?

20.8. Аллен Ширн и его сотрудники отбирали возрастоспецифические летальные мутации дрозофилы, точнее, рецессивные летали, обусловливающие гибель в конце третьего личиночного возраста или сразу после окукливания. 35 таких мут