петли наблюдаются также в политенных хромосомах (рис. 21.14).

Присутствие инверсий можно также установить генетически, поскольку они либо полностью подавляют, либо сильно снижают частоту рекомбинаций в гетерозиготах. На рис. 21.15 изображены генетические последствия кроссинговера в организме, гетерозиготном по парацентрической инверсии. Из четырех хромосом, образовавшихся в результате мейотических делений, у одной-центромеры нет вовсе, другая-содержит две центромеры, и две остаются нормальными-те, которых кроссинговер не затронул.

Рис. 21.16. Кроссинго-вер у гетерозиготы по перицентрической инверсии. А. Две гомологичные хромосомы. Б. Кроссинговер между двумя несестринскими хроматидами. В. Четыре образовавшиеся хромосомы. Полный набор генов имеют только две верхние хромосомы, последовательность генов в них сохранилась той же, что и в исходных хромосомах.

На рис. 21.16 изображены последствия кроссинговера в организме, гетерозиготном по перицентрической инверсии. Из четырех хромосом, возникших в результате мейотических делений, две остаются незатронутыми кроссинговером, а в двух других некоторые гены утрачены, а некоторые -дугшицированы. Обычно жизнеспособное потомство образуется лишь в результате слияния гамет, содержащих неповрежденные хромосомы. Следовательно, в потомстве особей, гетерозиготных как по парацентрическим, так и по перицентрическим инверсиям, генетической рекомбинации не обнаруживается.

Из правила, согласно которому в потомстве гетерозигот по инверсиям не возникает жизнеспособных рекомбинантов, есть два существенных исключения. Первое исключение относится к двойным крос-синговерам. Если внутри инвертированного участка происходят два кроссинговера, то сохраняется полный набор генов без делеции и дупликаций.

Второе исключение относится к тому случаю, когда утраченные или удвоенные при кроссинговере участки хромосом не оказывают влияния на жизнеспособность гамет и образуемых ими зигот. Это происходит, лишь когда эти участки малы.

Гетерозиготные по инверсиям организмы, как правило, бывают стерильны, поскольку половина образующихся при кроссинговере гамет не способна к образованию жизнеспособных зигот. Существуют, однако, исключения. У дрозофилид и в других семействах мух у самцов в мейозе кроссинговера не происходит. Поэтому плодовитость гетерозиготных по инверсиям самцов не снижается. У гетерозиготных по парацентрическим инверсиям самок этих видов одна из нормальных хромосом всегда попадает в ядро яйцеклетки, тогда как две дефектные хромосомы и еще одна нормальная элиминируются в полярных тельцах. Следовательно, плодовитость самок также остается нормальной. У других представителей отряда двукрылых, например у Chironomus, при мейозе у самцов образуются хиазмы и происходит кроссинговер. Однако численность потомства у гетерозиготных по инверсиям самцов заметно не снижается, возможно потому, что сперматозоиды, содержащие дефектные хромосомы, не участвуют в оплодотворении.

А. Балансирующие хромосомы. В предыдущей главе в связи с изучением частоты возникновения мутаций упоминалось об Х-хромосоме Мёллер-5 D. melanogaster. Балансирующей можно назвать хромосому, которая содержит, во-первых, несколько захватывающих друг друга инверсий, препятствующих рекомбинации с гомологичной хромосомой, и, во-вторых, доминантную мутацию, позволяющую идентифицировать в потомстве особей, обладающих такой хромосомой-балансером. Сконструированы сбалансированные линии дрозофил, у которых каждая из двух гомологичных хромосом является носителем определенной рецессивной летали, а кроме того, содержит различные перекрывающиеся инверсии. В сбалансированных летальных линиях потомство принадлежит одному определенному типу, а именно все мухи гетерозиготны по двум ин-тактным балансирующим хромосомам.

Примером может служить сбалансированная летальная система, включающая доминантные мутации Curly (Су) (зачаточные крылья) в одной из вторых хромосом и Plum (Рт) (сливовый цвет глаз) в гомологичной хромосоме. Поскольку эти мутации представляют собою рецессивные летали, гомозиготы как по Су, так и по Рт погибают. Следовательно, потомство от скрещивания таких мух будет из поколения в поколение состоять из особей одного генотипа:

Су + / + Рт х Су + / + Рот Су + /Су + Су + I + Рт + Рт/ + Рт

1:2:1

погибают сбалансированные погибают

летали

Конструирование балансирующих хромосом является по существу первым примером генетической инженерии. Используя сбалансированные хромосомы, можно получать гомозиготы по исходным хромосомам дикого типа следующим образом (символы + г и + 2 использованы для обозначения двух исВ F.) выбирается один самец Curly

В F2 скрещиваются самцы ^ ^ +j + 0 ? +j и самки Curly (но не Plum) Су | Су

+1 +1

В F3 все особи дикого типа гомозиготны по интактной второй хромосоме

Можно также получать особей, гетерозиготных по двум интактным хромосомам. Для этого в F2 надо скрещивать особей Curly, полученных от скрещивания двух различных мух дикого типа:

су

+i +э

Здесь +| и +3 обозначают^ $ +1 две различные хромосомы Су дикого типа;

су

символ +1,3 означает либо +1 , либо +3

Г* F3

су

1 (погибают)

Б. Филогения хромосом. В хромосомах дрозофил, комаров, кузнечиков и других насекомых обнаружено множество различных инверсий. С помощью анализа политенных хромосом дрозофилы и других представителей отряда двукрылых можно довольно точно установить расположение концевых точек инверсий. Если какие-то участки хромосом захватывались несколькими различными инверсиями (т.е. инверсии взаимно захватывают друг друга или накладываются друг на друга), то иногда оказывается возможным установить хронологическую последовательность инверсий.

Допустим, последовательность полос в трех различных гомологичных хромосомах можно символически записать в форме: ABCDEFGH, ABFEDCGH и AEFBDCHG. Вторая последовательность могла образоваться из первой или, наоборот, первая-из второй посредством одной инверсии участка CDEF. Соответственно третья последовательность могла образоваться из второй или, наоборот, в результате инверсии участка BFE. Однако ни третья последовательность не могла возникнуть из первой, ни, наоборот, первая-из третьей за счет лишь одной инверсии. Вторая последовательность представляет собой необходимое промежуточное звено между первой и третьей. Если никаких дополнительных сведений не имеется, то невозможно определить, какая именно из трех последовательностей была исходной. Поэтому в процессе эволюции события могли развиваться трояко: либо 1->2->3, либо 3 -*? 2 -> 1, либо 1«- 2 -»• 3, однако последовательность событий не могла включать прямых превращений типа 1 -»• 3 или 3 -» -*? 1. На рис. 21.17 изображены филогенетические взаимоотношения некоторых распространенных инверсий третьей хромосомы двух близко родственных американских видов D. pseudoobscura и D. persimilis.

Транслокации

Реципрокными транслокациями называется взаимный обмен участками между двумя негомологичными хромосомами (рис. 21.2). Если изобразить последовательности генов в исходных хромосомах как ABCDEF и GHIJKL, то в транспонированных хромосомах последовательностями генов могут быть, например, ABCDKLn GHIJEF. У гомозигот по этим транслокациям по сравнению с исходными хромосомами изменяется характер сцепления: гены, в исходных хромосомах не сцепленные, оказываются сцепленными, и наоборот. В приведенном примере гены XL оказываются сцепленными с генами ABCD и перестают быть сцепленными с генами GHIJ.

В гетерозиготах по реципрокным транслокациям гены обеих транс-лоцированных хромосом ведут себя так, как если бы они принадлежали к одной группе сцепления, поскольку лишь гаметы, содержащие родительский набор хромосом, могут образовывать жизнеспособные зиготы (рис. 21.18). Кроме того, у гетерозигот по транслокациям в окрестности точек разрыва хромосом кроссинговеры почти не происходят: взаимное расположение хромосом в виде креста, необходимое для конъюгации гомологичных участков в мейозе, препятствует конъюгации в окрестности точек разрыва хромосом, а это понижает частоту кроссинговеров в этих районах.

На цитологических препаратах у гетерозигот по реципрокным транслокациям в профазе мейоза можно наблюдать характерную структуру-крест. Ее появление связано с тем, что гомологичные участки, оказавшиеся в разных хромосомах, притягиваются (рис. 21.18, 21.19).

# А

\

к

ч

D в

А

// \

С

представленной на фотографии слева внизу. В случае транслокаций 1 или 2 плодовитость их носителей составляет 80% от нормальной, т.е. понижена всего на 20%-много меньше, чем следовало бы ожидать, если бы расхождение хромосом происходило случайно. Следовательно, справедливо обратное. Относительная плодовитость у двойных ге-терозигот несколько ниже произведения относительных плодовитостей гетерозигот по одиночным транслокациям. Снижение плодовитости у гетерозигот по транслокациям одинаково затрагивает представителей обоих полов. (Courtesy of Dr. Jiirg Fischer, University of Bern, Switzerland.)

Вместо бивалентов, т.е. пар конъюгирующих хромосом, образуются квадриваленты, состоящие из четырех связанных хромосом, каждая из которых частично гомологична другим хромосомам группы. В диакине-зе хиазмы «сползают» от центромер к концам хромосом, и крест трансформируется в кольцо. Иногда хромосомы кольца переворачиваются и образуют фигуры типа восьмерки. На рис. 21.18 изображены шесть возможных типов гамет. Только два из них (на рисунке слева), возникающие при расхождении «восьмерки», дают жизнеспособные сбалансированные гаметы, которые содержат все части исходного хромосомного набора в единственном экземпляре. Остальные гаметы («совместное» расхождение) содержат дуплицированные участки и делеции, и, елеРис. 21.20. Мейоз у Oenothera lamarckiana. А. Схема конъюгации между парой хромосом, не несущих транслокаций, и шестью парами транслоцирован-ных хромосом. Б. Хромосомы в профазе мей-оза I (слева); расхождение хромосом в анафазе (справа). В. Расхождение хромосом с сохранением двух комплексов хромосомных плеч: velans и gaudens. (По