М. W. Strickberger, Genetics, 2nd ed., Macmillan, New York, 1976.)

довательно, не способны давать нормальное потомство. Так как нормальное потомство образуется, лишь когда обе гаметы содержат нетранслоцированные хромосомы или, наоборот, когда обе гаметы содержат транслоцированные хромосомы, то, как указывалось выше, все гены обеих хромосом как бы образуют одну группу сцепления.

Гетерозиготы по транслокациям частично стерильны (обладают пониженной плодовитостью), поскольку в процессе мейоза продуцируют дефектные гаметы. У растений пыльцевые зерна, содержащие дупликации или делеции, обычно гибнут. У животных гаметы с делениями или транслокациями могут участвовать в оплодотворении, но образованные из них зиготы обычно погибают. Однако если дуплицированный или утраченный участок хромосомы мал, то потомство может быть и жизнеспособным.

У животных гетерозиготы по реципрокным транслокациям встречаются сравнительно редко, тогда как в некоторых природных популяциях многих растений встречаются иногда транслокации, затрагивающие даже более двух негомологичных хромосом. Наиболее ярким примером может служить растение, называемое ослинник или энотера

(Oenothera lamarckiana), гетерозиготное по транслокациям, включающим 12 из 14 хромосом (рис. 21.20). Если обозначить 14 плеч семи исходных нетранслоцированных хромосом символами 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, 9-10, 11-12 и 13-14, то структура всех 14 транспонированных хромосом запишется в виде: 1-2, 1-2, 3-4, 4-12, 12-11, 11-7, 7-6, 6-5, 5-8, 8-14, 14-13, 13-10, 10-9 и 9-3. За исключением первой пары хромосом (1-2, 1-2), гомологи двух плеч каждой хромосомы представлены по одному в двух различных хромосомах (например, гомологи плеч 3-4 находятся в хромосомах 4-12 и 9-3). При конъюгации в мейозе образуется один бивалент и один додекавалент, состоящий из 12 хромосом и имеющий звездообразную форму.

При сегрегации в мейозе О. lamarckiana образуется лишь два типа полноценных гамет: 1-2, 3-4, 9-10, 12-11, 13-14, 7-6, 8-5 (так называемые velans) и 1-2, 3-9, 4-12, 10-13, 11-7, 14-8, 6-5 (gaudens). В потомстве обнаруживаются лишь гетерозиготы velans/gaudens и не появляется гомозигот ни velans/velans, ни gaudens/gaudens. Причина состоит в присутствии в каждом гаметном комплексе рецессивных леталей, так что гомозиготные комбинации оказываются нежизнеспособными.

Дополнение 21.2. Анализ генома дрозофилы

с помощью транслокаций

Дан Линдсли, Лоуренс Сандлер и их коллеги использовали реципрокные транслокации между Y-хромосомой и аутосома-ми для анализа влияния дупликаций и делеции различных частей генома дрозофилы на жизнеспособность и плодовитость. Методика основывалась на использовании пар транслокаций, причем концевые точки транслокаций в аутосоме были несколько смещены относительно друг друга. Посредством специальных скрещиваний можно получить хромосомы, у которых участок, находящийся между двумя концевыми точками транслокаций, дуплйцирован или утрачен (рис. 21.21). Ситуация, когда некоторый участок хромосомы представлен в геноме число раз, отличное от двух, называется сегментной, или частичной ане-уплоидией.

Благодаря частичной анеуплоидии удалось исследовать практически весь геном D. melanogaster. Результаты исследования можно суммировать следующим образом.

1. В третьей хромосоме есть один ло-кус, летальный в гаплоидном (моно-шюидном) состоянии. Кроме него, во всем геноме не обнаружено ни одного такого гаплолетального локуса. Этот факт свидетельствует о том, что таких локусов существует, по-видимому, очень немного.

2. Обнаруженный гаплолетальный локус третьей хромосомы детален также в триплоидном состоянии. Поскольку других триплолетальных локусов не обнаружено, они должны встречаться в геноме очень редко.

3. Обнаружено два класса локусов, обусловливающих в гаплоидном состоянии различные нарушения. Первый класс содержит локусы Minute. Присутствие таких локусов в гаплоидном состоянии приводит к появлению мух с короткими тонкими щетинками, замедленным развитием, с пониженной жизнеспособностью и плодовитостью. В геноме обнаружен по крайней мере 41 локус Minute, а в действительности их, вероятно, много больше. По геному они распределены

Яйцеклетки, образующиеся при расхождении хромосом открытым кольцом

Спермин, образуюидаеся при расхождении хромосом открытым кольцом

Bs

Bi

Трисомия по Х-хромосоме (леталь)

,BS

Нуллисомия по Х-хромосоме (леталь)

У*

У* Делеция

Рис. 21.21. Возникновение частичной ане-уплоидии в результате реципрокной транслокации между Y-хромосомой и аутосомами. Оба родителя гетерозиготны каждый по «своей» реципрокной транслокации. Концевые точки этих транслокаций на хромосомной карте расположены неподалеку друг от друга. Участок между этими концевыми

точками (выделен цветом) у одних потомков душшцирован, у других-утрачен. Генетический материал Y-хромосомы изображен черным цветом, Х-хромосомы-серым. Центромеры, полученные от матери, обозначены черными кружками, от отца-светлыми. Два транслоцированных участка^ Y-хромосомы маркированы мутантами В и у + .

следующим образом: семь в Х-хромосоме, 17 во второй хромосоме, 16 в третьей и один в четвертой.

4. Ко второму классу гаплоде-фектных локусов относятся локусы, которые в гаплоидном состоянии обусловливают различные фенотипические нарушения. Таких локусов по меньшей мере 11. По геному они распределены следующим образом: один в Х-хромосоме, четыре во второй хромосоме, шесть в третьей. В четвертой хромосоме нет ни одного такого локуса.

5. В Х-хромосоме обнаружены два локуса, которые приводят к нарушениям развития, если присутствуют в геноме более чем в двух экземплярах; один из них также гаплодефектен.

Крупные делеции детальны даже в гетерозиготном состоянии. Самая крупная известная делеция, гетерозиготы по которой сохраняют жизнеспособность, локализована во второй хромосоме и содержит около 3% генома дрозофилы. Однако, как показывает изучение частичной анеушюидии, гаплолетальных локусов немного. Из этого следует, что летальность гетерозигот по делециям представляет собой суммарный результат накопления различных дефектов, обязанных гаплоидии по отдельным локусам.

Дупликации менее вредны, чем делеции. Тем не менее обычно присутствие более 10% генома в триплоидном состоянии приводит к гибели. Поскольку триплолетальных локусов мало, это означает, что летальность вызывается накоплением суммарных вредных эффектов отдельных генов, присутствующих в триплоидном состоянии.

Транспозиции

Транспозицией называется перемещение участка хромосомы либо внутри той же хромосомы (рис. 21.2), либо в другую хромосому. Интересный класс транспозиций связан с функционированием подвижных генетических элементов, обсуждавшихся в гл. 8. Они бывают двух типов: инсерции-относительно короткие последовательности ДНК, которые несут информацию, необходимую для собственной транспозиции, и транспозоны, которые помимо информации, необходимой для транспозиции, кодируют фенотипические признаки.

Первый подвижный (мобильный, транспозирующийся) генетический элемент (сначала его назвали контролирующим) был описан Мак-Клин-ток на кукурузе. Множество совместно функционирующих генов обеспечивает синтез красного пигмента антоцианина, обусловливающего окраску зерен. Инактивация любого из этих генов приводит к исчезновению окраски. Контролирующие элементы представляют собой класс мутаций, вызывающих обесцвечивание зерен (рис. 21.22). Эти мутации были названы контролирующими элементами, поскольку казалось, что они контролируют активность гена, ответственного за синтез пигмента, в данной клетке зерна. Они иногда ревертируют к дикому типу, и бывает, что реверсия к дикому типу одного мутантного гена сопровождается возникновением такой же мутации в другом гене. Можно было предположить, что контролирующий элемент «перепрыгивает» из одного антоцианинового локуса в другой.

Позднее подвижные генетические элементы были обнаружены у других эукариотических организмов. Мутация white - crimson (wc) у дрозофилы обладает теми же (описанными в гл. 8) свойствами, что и инсер-ция IS1 у Е. coli. Было обнаружено, что она вызывает транспозицию гена white в аутосому. При этом происходят спонтанные делеции соседних генов Х-хромосомы, расположенных слева или справа от wc (рис. 21.23), аналогичные делениям, вызываемым элементом IS1.

У мух Megaselia scalaris обнаружен генетический элемент, получивший название sex realizer. Самцы гемизиготны по этому гену, у самок он отсутствует. Располагается такой определитель пола на конце одной из хромосом, превращая ее в половую. С частотой примерно 0.1% образуются спермин, у которых определитель пола переместился с исходной половой хромосомы на другую, которая при этом стала половой. Можно создать линии, в которых половыми являются разные негомологичные хромосомы.

Обнаружение подвижных генетических элементов как у прокариот, так и у эукариот свидетельствует о том, что их присутствие является общим свойством всех организмов. Возникает вопрос, обладают ли эти элементы полезными для организмов функциями. Одна из гипотез со-.

wBwx wcol wcwchwsp

*z

у sc z kz v^ w rst vt spl N dm cho ec

1 I — 1 1 1 1 1 1 h

«HHfi.slHrt33.T(Hr ?хдая№жз."ь.-'ети--чвк»*Рис. 21.23. Делеции, индуцируемые в Х-хромосоме D. melanogaster мобильным генетическим элементом white-crimson. Цветные полосы на рисунке соответствуют размеру делеции. Одна из концевых точек каждой делеции расположена в сайте wc внутри гена white.

стоит в том, что они представляют собой «эгоистическую ДНК», обеспечивающую лишь свое собственное размножение без какой-либо сопутствующей пользы для своего носителя. Дополнительная нагрузка на метаболизм клетки может быть очень мала, и эгоистическая ДНК может сохраняться в таких организмах из-за своей способности реплицироваться быстрее, чем весь остальной геном.

Возможно, что одна из полезных функций подвижных генетических элементов состоит в том, что они способствуют включению в геном организмов новых, «чужих» генов. Известно, однако, что гены могут легко включа