38 Метод коэффициентов путей райта

В 1921 году С.Райтом был разработан метод «коэффициентов путей» , который оказался чрезвычайно эффективным для статистического анализа причин и следствий в системе коррелирующих признаков. Согласно этому методу, любое статистическое выражение можно представить в виде диаграммы. Метод «коэффициентов путей», по существу, представляет собой аналог аналитической геометрии в статистике (Ли Ч.,1978). Анализ путей позволяет получать результаты более экономным способом, по сравнению с традиционными приемами. В дальнейшем этот метод получил широкое распространение в генетике поведения. 

39.современные представления о строении и функции гена

В представлении Г.Менделя единицей наследственности был фактор, контролирующий проявление в доминантном или рецессивном состоянии одного признака, В дальнейшем понятия о гене были развиты в работах ТМоргана, который показал, что ген - это локус (участок) хромосомы, занимающий в ней строго определенное положение. В современном понимании ген -это функциональная единица молекулы ДНК, контролирующая последовательность аминокислот в кодируемой полипептидной цепи.

Специфичность гена определяется числом нуклеотидов и их уникальной последовательностью. Ген имеет определенную величину, выражен-

ную числом нуклеотидов и молекулярной массой. 1 ен, кодирующий синтез полипептидной цепи, называется структурным. Он является составной частью оперона, имеет сложную систему регуляции, осуществляемой акцепторными генами. Любое изменение порядка чередования нуклеотидов — выпадение, добавление или замена хотя бы одного нуклеотида - инакти-вирует структурный ген или изменяет его функцию.

Для структурных генов эукариот характерно мозаичное строение: участки молекулы ДНК, кодирующие аминокислоты в полипептидной цепи, -экзоны чередуются с участками, которые не обладают этой способностью -интронами.

Акцепторные гены каждого оперона обладают высокой специфичностью — к ним могут присоединяться только определенные молекулы белка, в т.ч. белок-репрессор_л подавляющий активность структурных генов, Сар-белок, а также ферментативные белки, обеспечивающие репликацию и транскрипцию. Доля структурных и акцепторных генов в общей ДНК в геномах разных организмов колеблется от 98 до 15%. Остальная часть ДНК генома получила название избыточной ДНК. Особенно много избыточной ДНК содержится в геномах растений. Для избыточной ДНК характерно наличие повторов - одинаковых последовательностей нуклеотидов. У мыши 70% ДНК составляют уникальные последовательности нуклеотидов, а 30% - повторы; у человека - 66% уникальные последовательности, а 34% повторы.

Повторы ДНК у эукариот могут иметь различную природу. Некоторые структурные гены, имеющие уникальную последовательность нуклеотидов, могут быть представлены несколькими копиями. Гены, кодирующие гистоны - основные белки, входящие в состав хромосом, в молекуле ДНК представлены различным числом копий (в гаплоидном геноме мыши содержится 30 структурных генов, кодирующих гистон Н)У животных имеются повторы структурных генов, кодирующих глобин, иммуноглобулин, интерферон и другие жизненно важные молекулы белка.

Среди повторов генов имеются ^функционирующие гены, которые из-за выпадения или добавления нуклеотида потеряли способность синтезировать м-РНК Их называют псевдогенами. Особенно многократно в молекуле ДНК встречаются повторы структурных генов, контролирующих синтез р-РНК и т-РНК Так, в гаплоидном геноме лягушки имеется около 8000 генов т-РНК, в геноме курицы - около 100 генов р-РНК, в геноме дрозофилы их около 130. В ДНК геномов содержатся и другого рода повторы. Они представляют собой короткие последовательности нуклеотидов, каждый из них содержит около 300 нуклео-тидных пар.

В составе избыточной ДНК у эукариот в довольно большом количестве содержатся последовательности нуклеотидов, генетическая роль которых пока еще остается не выясненной. Они получили название сателлитной ДНК, которая представляет собой последовательности, состоящие из нескольких нуклеотидных пар. У мыши они состоят из 6 пар нуклеотидов, в т.ч. 5 пар AT и пары ЦТ. Блоки (кластеры) сателлитной ДНК преимущественно сосредоточены в гетерохроматиновых районах хромосом, расположенных около центромеры.

Транспозоны В течение длительного времени считалось, что положение генов в хромосоме и, следовательно, в молекуле ДНК является строго фиксированным, хотя Б.Мак-Клинток еще в 1953 г. доказала, что в геноме кукурузы содержатся так называемые подвижные генетические элементы. В 1975-1977 г.г.Г.П.Георгиев обнаружил в геноме дрозофилы гены, представленные десятками копий и рассеянные по разным хромосомам. Им было установлено, что эти гены являются подвижными или "прыгающими", т.к. могут быть локализованы у разных линий и даже у отдельных особей в разных хромосомах и в разных локусах хромосомы.

Перемещение фрагмента ДНК, содержащего ген или гены из одной хромосомы в другую, им несвойственную, называется транспозицией. Фрагменты ДНК, способные перемещаться из одной хромосомы в другую или из одного локуса в другой, называют транспозонами.

Транспозиция включает два процесса: эксцизию и инсерцию. Экс-цизией называется освобождение транспозона из молекулы ДНК, в которую он был встроен, а инсерцией — процесс встраивания транспозона в новый локус ДНК

Транспозоны условно можно разделить на несколько классов.

Мобильные диспергированные гены (МДГ). У дрозофилы имеется около 20 семейств таких МДГ, каждое из которых содержит от 10 до 150 копий, локализация которых в геноме сильно варьирует. Характерной особенностью МДГ является одинаково ориентированные длинные концевые повторы (ЦКП). ДНК МДГ содержит 5-10 тыс. нуклеотидных пар, в т.ч. 250-1500 нуклеотидных пар - это ДОП.

Образование большого числа копий МДГ происходит следующим образом: на матрице ДНК в локусе МДГ—элемента синтезируется РНК, на котором при участии фермента обратной транскриптазы образуется много копий фрагментов ДНК, соответствующих МДГ, которые внедряются в новые локусы ДНК генома. В ДКП МДГ - элементов имеются сигнальные последовательности для начала и окончания транскрипции, а также усилители (энхансеры), резко увеличивающие интенсивность транскрипции. Они содержат также оперон, кодирующий обратную транскриптазу.

Другой класс активных транспозонов (МДГ) включает последовательности ДНК, кодирующие фермент транспозазу, который отвечает за транспозицию МДГ- вырезание и встраивание транспозонов.

К особому классу можно отнести пассивные транспозоны - фрагменты ДНК, которые ничего не кодируют, но многочисленные копии которых могут служить субстратом для транспозазы. К их числу могут быть отнесены и длинные обращенные повторы, а также некоторые МДГ—элементы.

К транспозонам относят также и другие участки генома, если они активно синтезируют РНК, а затем при участии фермента ревертазы образуют многочисленные копии ДНК, которые вставляются в различные участки генома (в клетке может содержаться до 100000 копий каждого транс-позона).

Транспозиция играет значительную роль в реализации наследственной информации и может быть причиной наследственного изменения признака (мутации). Многие транспозоны служат матрицами для транскрипции м-РНК, кодирующей различные ферменты, в т.ч. обратную транскриптазу. Внедряясь в новые локусы генетического аппарата клетки, транспозоны влияют на работу окружающих генов. Иногда внедрившийся транспо-зон изменяет структуру гена вплоть до создания нового, несвойственного данному локусу.

Транспозоны могут вызвать глубокие перестройки генома, в т.ч. деле-ции, инверсии, транслокации. Для разных генетических локусов от 10 до 90% всех спонтанных мутаций являются результатом транспозиции МДГ. В обычных условиях транспозиция происходит весьма редко, под действием некоторых факторов наблюдаются так называемые транспозиционные взрывы, когда в клетке сразу перемещается большое число транспозонов, относящихся к разным классам.

В последние годы установлено, что транспозиция и образование большого числа повторов МДГ сходны с ретровирусами птиц и млекопитающих.Ретровирусами называют вирусы, у которых генетическая информация записана на РНК (РНК— содержащие вирусы). Когда такой РНК— содержащий вирус проникает в клетку, при участии фермента

обратной транскрштазы синтезируются ДНК-копии РНК вируса. ДНК внедряется в различные локусы генома клетки и становится составной частью молекулы ДНК. Такую ДНК называют провирусом. В геноме мыши может содержаться несколько семейств провирусов, локализованных в разных локусах ДНК. На этих ДНК может синтезироваться РНК и даже могут образовываться вирусоподобные частицы, но инфекционный вирус не возникает.

Вирусы, информация о которых содержится в ДНК высших организмов, получили название эндогенных вирусов (ЭВ), а кодирующие их генетические элементы эндогенных провирусов (ЭП). Подавляющее большинство ЭП дефектны и не могут кодировать вирионы, поэтому они не являются инфекционными для родительских клеток. Вместе с тем некоторые ЭП следует рассматривать как генетические факторы риска, повышающие вероятность начала канцерогенного процесса или появления нового онкогенного вируса.