аций, индуцированных в третьей хромосоме сдвигающим рамку считывания мутагеном ICR = 170, после постановки теста на комплементацию отнесены к 38 группам комплементации. В 31 группе было зарегистрировано по одной мутации и в двух группах-по две мутации. Используя распределение Пуассона, оцените общее число групп комплементации в третьей аутосоме, нормальное фукнционирование которых необходимо для достижения в процессе развития стадии зрелой куколки.

21

Хромосомные мутации

Различные клетки одного организма и различные особи одного вида обладают, как правило, одинаковым числом хромосом, за исключением гамет, в которых вдвое меньше хромосом, нежели в соматических клетках. Кроме того, число гомологичных хромосом и порядок генов в них также, как правило, совпадают в различных клетках и у разных представителей одного вида. Однако число хромосом, их размер и организация у разных видов сильно варьируют. Гаплоидный геном большинства животных содержит около 2- Ш9 п.н. (пар нуклеотидов); у некоторых насекомых и примитивных хордовых это число составляет лишь около 108, тогда как у некоторых амфибий, напротив, достигает 1011 п.н. на одно ядро. Количество ДНК в клетках растений колеблется в еще более широких пределах. ДНК входит в состав хромосом, число которых может сильно варьировать: в клетках нематоды Parascaris univalens содержится лишь по одной паре хромосом, тогда как у бабочки Lysandra atlantica число хромосом составляет примерно 220, а у папоротника Ophioglossum reticulation превышает 600. Количество хромосом в клетках некоторых других видов приведено в табл. 1.1, из которой видно, что они могут сильно различаться даже у близкородственных организмов. Так, число хромосом у различных видов млекопитающих может варьировать весьма значительно: у опоссума их 11, а у собак-39.

В процессе эволюции организма изменяться может не только число и величина хромосом, но и их организация: отдельные участки хромосом могут менять свое расположение внутри хромосомы и даже переходить от одних хромосом к другим. Изменения в числе, размере и организации хромосом называют хромосомными мутациями, перестройками или аберрациями.

Классификация хромосомных перестроек

Хромосомные мутации можно классифицировать следующим образом: А. Изменения в структуре хромосом. Такие изменения могут затрагивать число генов в хромосомах (делении и дупликации; рис. 21.1) и локализацию генов в хромосомах (инверсии и транслокации; рис. 21.2).

1. Делеция, или нехватка. Утрачен участок хромосомы.

2. Дупликация, или удвоение. Один из участков хромосомы представлен в хромосомном наборе более одного раза.

ABC р е f g н

С I I Ш^С1 1 )

Делеция

АБСЕ F G Н

XTD

т т

Дупликация

с

С D Е F G Н

ЖЕГ)

t Т

Рис. 21.1. Делеция-это нехватка некоторого участка хромосомы. Дупликация-удвоение участка хромосомы.

А В С D

СЕТ.

Е F

XI

G Н

X)

ABC

»ГТТТУТ

G Н

FED

А В С D Е

err т т

F G Н А

Парацентрическая инверсия^ ^.—

Е F G Н

D С В

А В С D Е F G Н

СЕШХПЗ t

Реципрокная транслокация

М N О С

СГГГ

А В Р Q R

сгжю

А ВС D Е F G и НеРечипР°«сиая транслокация a D Е F В С G Н

(III i^cm > СГГХА I i D

t t t

Рис. 21.2. Инверсия и транслокация-хромосомные перестройки, изменяющие расположение генов в хромосомах.

3. Инверсия. В одном из участков хромосомы гены расположены в последовательности, обратной по сравнению с нормальной. Инвертированный участок хромосомы может включать или не включать центромеру; в первом случае инверсия называется перицентрической (т.е. охватывающей центромеру), а во втором -парацентрической (т.е. «околоцентромерной»),

4. Транслокация. Изменено положение какого-либо участка хромосомы в хромосомном наборе. К наиболее распространенному типу транслокаций относятся реципрокные, при которых происходит обмен участками между двумя негомологичными хромосомами. Участок хромосомы может также изменять свое положение и без реципрокного обмена, оставаясь в той же хромосоме или включаясь в какую-то другую. Транслокации такого типа иногда называют транспозициями.

Б. Изменения в числе хромосом. При изменениях такого рода в одних случаях (слияния и разрывы; рис. 21.3) общее количество наследственного материала остается неизменным, а в других (анеуплоидия, моноплоидия и полиплоидия; рис. 21.4)-изменяется.

1. Центрическое слияние. Две негомологичные хромосомы сливаются в одну.

2. Центрическое разделение. Одна хромосома делится на две, при этом должна образоваться новая центромера, в противном случае хромосома без центромеры утрачивается при клеточном делении.

3. Анеуплоидия. В нормальном хромосомном наборе либо отсутствует одна или более хромосом, либо присутствует одна или более добавочных хромосом. Термины «нуллисомик» и «моносомик» относятся к организмам, содержащим соответственно на одну пару хромосом и на одну хромосому меньше нормы. Термины трисомик, тетрасомик и т. д. означают, что в хромосомном наборе присутствуют соответственно одна, две и т.д. лишние хромосомы.

4. Моноплоидия и полиплоидия. Число наборов негомологичных хромосом отличается от двух. Большинство эукариотических организмов диплоидны, т.е. несут по два набора негомологичных хромосом в каждой соматической клетке и по одному набору-в гаметах. Наряду с этим есть организмы, которые в норме моноплоидны, т. е. содержат по одному набору хромосом. У некоторых общественных насекомых существуют как моноплоидные, так и диплоидные особи. Например, у пчел самцы моноплоидны и развиваются из неоплодотворенных яиц, а самки

ДИПЛОИД 4

Моносомнк <

Трисомик «

Тетрасомик

Моноплоид<

П 88 и

2 3 4

П 88 к

И 88 ж

88 п

2 3 4

8 К х

2 3 4

Ш 888 Ш

Рис. 21.4. Анеуплоидией называется ситуация, когда в хромосомном наборе одна или несколько хромосом отсутствуют, либо, наоборот, присутствуют лишние. Моноплоидией называется наличие в клетке лишь одного набора хромосом, полиплоидией - более двух наборов.

диплоидны и развиваются из оплодотворенных яиц. Моноплоидия иногда называется также гаплоидией, хотя этот термин лучше сохранить для обозначения хромосомного набора гамет, который у полиплоидов содержит более одного моноплоидного набора. Полиплоидные организмы имеют более двух наборов негомологичных хромосом; организм называют триплоидным, если он несет три набора хромосом, тетра-плоидным, если он несет четыре набора, и т.д. Наиболее распространены полиплоидные организмы, у которых число хромосомных наборов в клетке кратно двум: тетраплоиды, гексаплоиды и октоплоиды, содержащие соответственно четыре, шесть и восемь хромосомных наборов. Полиплоидия очень распространена в некоторых группах растений, но редко встречается у животных.

Делеции

Делецией, или нехваткой, называется потеря некоторого участка хромосомы. Именно делеция была первым примером хромосомной перестройки, обнаруженным в 1917 г. Бриджесом с помощью генетического анализа. Эта делеция фенотипически проявляется в зазубренности края крыла у дрозофилы и называется мутацией Notch. Показано, что данная мутация сцеплена с полом, доминантна, в гомозиготном состоянии детальна (см. гл. 5). Самки, гетерозиготные по Notch, имеют мутантный фенотип, а гомозиготные по этой мутации самки и гемизиготные самцы нежизнеспособны. Аллель white в присутствии Notch в гомологичной хромосоме ведет себя как доминантный. Другие рецессивные гены, расположенные по соседству с white в Х-хромосоме, также становятся как бы «доминантными» в присутствии Notch. Такая кажущаяся доминантность рецессивных генов называется псевдодоминантностъю, поскольку она возникает лишь при утрате некоторого участка гомологичной хромосомой, в результате чего отсутствует аллель, комплементарный рецессивной мутации. Псевдодоминирование служит одним из способов выявления делеций.

Делеции обычно детальны в гомозиготном состоянии (а также в ге-мизиготном состоянии, если делеция произошла в Х-хромосоме). Отсюда следует, что большинство генов абсолютно необходимы для развития жизнеспособного организма. Однако у кукурузы, дрозофилы и других организмов были обнаружены очень маленькие делеции, не летальные в гомозиготном состоянии. У Е. coli нелетальные делеции составляют около 1% генома. У дрозофилы самая большая из известных делеции, не препятствующая в гомозиготном состоянии достижению половозрелости, составляет около 0,1% генома (см. рис. 5.19; гетерозиготная самка Df(l)N6*il6/Df(l)dm15eig достигает стадии половозрелости, хотя у нее полностью отсутствуют полосы от ЗС12 до 3D4). В гетерозиготном состоянии делеции часто обладают фенотипическим проявлением, например зазубренность крыла в случае Notch.

У человека синдром «кошачьего крика» возникает при гетерозигот-ности по делеции в коротком плече пятой хромосомы (рис. 21.5). Своим названием этот синдром обязан характерному очень высокому, мяукающему плачу больных младенцев. Синдром характеризуется также микроцефалией (малым размером головы), сильными нарушениями роста и замедленным умственным развитием: коэффициент интеллектуальности (IQ) детей с этим синдромом колеблется от 20 до 40. Обычно носиРис. 21.5. Родословная двух больных синдромом «кошачьего крика». Мать (1-2) фенотипически нормальна, но является носителем реципрокной транслокации, затрагивающей хромосомы 5 и 13. Одна из дочерей (II-3) имеет нормальный хромосомный набор; в хромосомном наборе двух других дочерей (II-2 и II-5) содержится дупликация; единственный сын и (II-1) и одна из дочерей (П-4) родились с синдромом «кошачьего крика» (хромосомный набор с делецией).

тели данной делеции погибают в младенчестве или в раннем детстве, но некоторые доживают до взрослого возраста. Гетерозиготные делеции в других хромосомах человека, например 4, 13 и 18, также влекут за собой тяжелые соматические и умственные расстройства.

Рис. 21.6. Петля, образующаяся при гетеро-зиготности по делеции в хромосомах слюнных желез D. melanogast