меты четырех различных типов (рис. 10.9). Гаметы всех четырех типов могут с одинаковой вероятностью сливаться в зиготу в любых парных сочетаниях, поэтому существует 4X4=16 возможностей. При доминировании одного из аллелей в обоих

(2п)

(го)

Рис. 10.9. Бифакториальное наследование. Пример: наследование окраски шкуры у крупного рогатого скота.

310 Глава 10

Наследственные изменения 311

генах потомство F2 расщепляется в отношении 9:3:3:1. При этом

9/16 имеют оба доминантных признака (генотипы а+...6+...); 3/16 имеют доминантный признак, определяемый геном а, и

рецессивный признак, определяемый геном Ь (генотипы

а+...Ь-Ь-);

3/16 имеют доминантный признак, определяемый геном Ь, и рецессивный признак, определяемый геном а (генотипы а~а~Ь+...);

1/16 имеет оба рецессивных признака (генотип ARA~BRB-).

БУКВЫ а н b МОГУТ ОЗНАЧАТЬ ЛЮБЫЕ ДВА ПРИЗНАКА, ГЕНЫ КОТОРЫХ НАХОДЯТСЯ в РАЗЛИЧНЫХ ХРОМОСОМАХ. НАПРИМЕР, ПРИ СКРЕЩИВАНИИ ЧЕРНО-ПЕГОГО КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА С ОДНОЦВЕТНЫМ КОРИЧНЕВЫМ (РИС. 10.9) АЛЛЕЛЬ а* МОЖЕТ ОБУСЛОВЛИВАТЬ ЧЕРНЫЙ, А а~ — КОРИЧНЕВЫЙ ЦВЕТ ШКУРЫ, Ь+ — ОДНОЦВЕТНУЮ, а Ь~ — ПЕГУЮ (ПЕСТРУЮ) ОКРАСКУ.

При различиях в п генах (п>— полифакториальное наследование) существует соответственно больше возможностей образования различных гамет в FI, и расщепление в F2 усложняется (при полном доминировании в F2 получаются 2" фенотипов). В селекции животных и растений при скрещиваниях в большинстве случаев приходится иметь дело с различиями более чем в 10 генах. Брачные партнеры у людей также различаются по аллелям многих генов.

10.2.1.3. Наследование при полигении. При лолнгенно-обусловленных признаКАХ (5.2.1) РАСЩЕПЛЕНИЕ ПО СООТВЕТСТВУЮЩИМ ГЕНАМ ПРОИСХОДИТ ТАК ЖЕ, КАК н

ПРИ БИ- И ПОЛИФАКТОРИАЛЬНОМ НАСЛЕДОВАНИИ. ОДНАКО ФЕНОТИП ПРИ ЭТОМ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ АЛЛЕЛЕЙ НЕ одного, А многих ГЕНОВ (комплементарная полигения) ИЛИ ЖЕ ПРОЯВЛЯЮТСЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ РАЗЛИЧИЯ В ВЫРАЖЕНИИ

ПРИЗНАКА СООТВЕТСТВЕННО ЧИСЛУ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ его АЛЛЕЛЕЙ (аддитивная полигения). ПОЧТИ ВСЕ СВОЙСТВА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПРОДУКТИВНОСТЬ ИЛИ ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ аддитивной полигенией.

10.2.1.4. Рекомбинация на уровне целых хромосом у гаплоидов.

При скрещивании штамма дрожжей, потерявших способность к синтезу аденина (ade-), с штаммом дикого типа, который обладает этой способностью (ade+), F, расщепляется в отношении 1 :1 (дикий тип : мутант ade~, рис. 10.10, Л).

В случае, когда вместо дикого типа в скрещивании участвует другой мутант, который утратил способность к синтезу гистиди-на (his~), в FI происходит расщепление 1 ade+his+ : 1 ade+his- : : 1 ade~his+ : 1 ade~his~. Появляется 50% потомства родительских типов и 50% рекомбинантов, возникающих в результате перекомбинирования хромосом (рис. 10.10,5).

105.2. ВНУТРИХРОМОСОМНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ

При внутрихромосомной рекомбинации у гаплоидных и диплоидных эукариот гомологичные хромосомы взаимно обмениваются участками хроматид. У бактерий и вирусов части генома заменяются гомологичными (аллельными) участками.

Если бы рекомбинация была ограничена лишь появлением новых сочетаний хромосом, то все гены, находящиеся в одной хромосоме, наследовались бы вместе. Лежащие в одной хромосоме гены называют сцепленными.

При полном сцеплении двух генов наблюдалось бы расщепление, представленное на рис. 10.11,Л. Такое расщепление встречается только в случае тесно сцепленных генов, так как в профазе мейоза в процессе кроссинговера (6.3.2) происходит взаимный обмен частями хроматид. (Аналогичный обмен возможен и в митозе — так называемый митотический кроссинговер.) В результате кроссинговера в потомстве появляются ре-комбинанты (рис. 10.11,Б).

Чем больше удалены друг от друга два гена в одной хромосоме, тем больше вероятность того, что между ними произой® ®

©

Рис. 10.10. Наследование у гаплоидных организмов. А. МОНОФАКТОРИАЛЬИОЁ Б. БНФАКТОРИАЛЬНОЕ.

0+D+ Рек

а-Ь-Рек

с+Ь-Род

00

Род 50%

<50%

а-Ь* Род

507.

Рис. 10.11. Наследование сцепленных генов у гаплоидов: А — БЕЗ КРОССИНГОВЕРА Б —с КРОССИНГОВЕРОМ. ДВОЙНАЯ ЛИНИЯ С ОВАЛОМ — ХРОМОСОМА НЗ ДВУХ ЛРОМАТИД С ЦЕНТРОМЕРОЙ. Род — РОДИТЕЛЬСКИЙ ТИП; Рек—РЕКОМБИНАНТНЫЙ ТИП.

312 Глава 10

Наследственные изменения 313

дет кроссинговер. Частота рекомбинаций возрастает с увеличением расстояния между генами, и поэтому ее используют в качестве меры этого расстояния: за «единицу карты», или морга-ниду, принимают расстояние, соответствующее одному проценту рекомбинации. Гены, удаленные друг от друга больше чем на 50 единиц карты, ведут себя как несцепленные. Рекомбинации могут происходить и между различными мутантными участками в пределах одного гена, но это бывает значительно реже.

10.2.3. РЕКОМБИНАЦИЯ У БАКТЕРИИ

Рекомбинация у бактерий возможна потому, что части генома или плазмиды могут различным образом (10.2) переходить из одной клетки в другую (от донора передаваться реципиенту) и поэтому могут быть представлены в клетке дважды. Таким образом, при конъюгации нуклеотидная последовательность одного партнера может заменяться гомологичной последовательностью другого (рис. 10.12, Л). Для рекомбинации необходим белок, кодируемый геном гесА+.

Кроме того, в геном бактерий могут встраиваться чужеродные последовательности ДНК, например плазмиды нлн фагн, в результате локус-специфиче-ской рекомбинации. Для осуществления таких рекомбинаций имеются специ-фнческне «распознаваемые участки», способствующие встраиванию. В частности, для встраивания фага Я в геном бактерии в этом фаге н в геноме, бактерии есть 15 совпадающих нуклеотидиых пар. Между ними и встраивается фаг в результате кроссииговера, согласно модели КзмпбелЛа (рис. 10.12, Б). Включению чужеродных последовательностей способствуют и так называемые IS-элемеиты (чаще всего из 800 нлн 1400 пар нуклеотидов). Последние представляют собой участки собственной ДНК бактерий, и они сами могут встраиваться в другие места генома. Участки ДНК с одним или несколькими генам» (например, с геном устойчивости к хлорамфеннколу), примыкающие к IS-эле-менту, представляют собой транспозоны. Транспозоны могут переходить нз генома в плазмиду и обратно.

10.2.3.1. Конъюгация и плазмиды. Бактериальная клетка может стать донором генетического материала, если она содержит конъюгационную плазмиду.

®

гер/ N J \ грр К* Лл (Г ©

-и СО ОХ О)

Г 1 Перенос t плазмиды

tra tro (О О?* О)

R* J R*

г*(0 (О о)(р О)

® \ Перенос { „ \ генома

Рис. 10.13. Плазмиды. А. Различные типы плазмид н их генетически важные области. N—неконъюгациоиная, К — конъюгационная плазмида; rep — область, ответственная за репликацию; tra — область, обеспечивающая перенос; D — детерминант признака (например, устойчивости). Б. Перенос R-плазмн-ды как типичный пример переноса конъюгационной плазмиды. Г — геном, Пл — плазмида. В. F-плазмнда в клетке Escherichia coli.

Плазмиды — это кольцевые молекулы, представляющие собой отдельные репликоны (6.1; рис. 10.13,А). Существуют маленькие плазмиды величиной 10—30 тыс. пар оснований, обычно представленные в клетке 10—100 копиями, и крупные, содержащие около 100 тыс. пар оснований, — по 1—2 копии в клетке. Плазмидная ДНК способна многократно реплицироваться с помощью ферментов бактериальной клетки. В ней может быть детерминант какого-либо признака (помимо всегда присутствующей последовательности, определяющей начальную точку репликации, а также гена, кодирующего белок, который распознает эту последовательность; 6.1). Детерминант состоит из одного или нескольких генов, придающих клетке дополнительные признаки, которые в определенных условиях могут быть выгодными. Детерминанты резистентности (R-) обусловливают устойчивость к антибиотикам (см. ниже), сульфонамидам или солям тяжелых металлов. Клетки с плазмидами, определяющими способность расщеплять те или иные субстраты, растут даже на среде с необычными субстратами (например, октаном). Плазмиды или их части способны также изменять метаболизм эукариотических клеток таким образом, что возникает опухоль (77-плазмиды). В последние годы плазмиды были обнаружены и в эукариотических клетках (4.6).

Плазмиды, содержащие транспортную область (tra) с соответствующими генами, способны переходить в другие бактери314 Глава 10

Наследственные изменения 315

альные клетки или вызывать перенос хромосомных генов и других плазмид. Конъюгационные плазмиды и области, возбужденные ими для конъюгации, переходят путем транспортной репликации в клетку реципиента.

Перенос конъюгационных плазмид происходит следующим образом. Одна цепь плазмидной ДНК переходит в реципиента, и там на ней синтезируется вторая, комплементарная цепь. Остающееся в доноре одноцепочечное кольцо ДНК уже во время транспортной репликации достраивается до двухцепочечной структуры (рис. 10.13,5).

Особое значение для медицины имеет факт передачи R-плазмид. Эти плазмиды содержат наряду с /га-областями R-факторы — детерминанты устойчивости к лекарственным препаратам (см. выше). Поэтому с бактериями, обладающими такими плазмидамн, не имеет смысла бороться при помощи соответствующих препаратов (антибиотиков — стрептомицина, тетрациклина, хлорамфе-ннкола н т. д.; сульфонамндов). Поскольку R-факторы при транспортной репликации удваиваются, их число возрастает. Кроме того, они могут передаваться не только в пределах одного вида бактерий. Для медицины имеют также значение детерминанты вирулентности н энтеротоксннов.

К плазмидам, влияющим на перенос частей бактериального генома, относятся, в частности, факторы F. Они могут более или менее стабильно включаться в бактериальный геном. Полагают, что для этого оба кольца ДНК (геном и плазмида) разрываются в определенном месте и ДНК плазмиды петлеобразно встраивается путем кроссинговера (модель Кэмпбелла). Таким образом возникают клетки Hfr (high frequency of recombination— с высокой частотой рекомбинаций) (рис. 10.13,В). При контакте с клетками F- (без F-фактора) одна цепь бактериальной ДНК, начиная с определенного участка встроенно