Генетика цитоплазматических детерминантов у дрозофилы

В 1936 г. эмбриолог Джаст (Just, 1936) критиковал тех генетиков, которые полагали, что объяснить процессы развития можно, изучая мутации, влияющие на окраску глаза, число щетинок и форму крыла. Он говорил, что не интересуется развитием щетинок на спине мухи, а хочет знать, как у зародыша мухи образуется сама спина. Спустя 50 лет эмбриологи и генетики, наконец, ответили на этот вопрос.

Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 2: Пер. С англ. – м.: Мир, 1994. – 235 с.

__________________ ДЕТЕРМИНАЦИЯ ПОСРЕДСТВОМ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ___________ 31

Рис. 7.28. Обнаружение первичных половых клеток в энтодерме нейрулы лягушки. Участок ткани из вентральной области зародыша-донора из линии лягушек, в клетках которых имеется только по одному ядрышку (1-nu), пересаживали в аналогичную область зародыша-хозяина из линии лягушек, клетки которых содержат по два ядрышка (2-nu). Взрослое животное, развивавшееся из зародыша-донора. оказывалось стерильным, тогда как зародыш-хозяин развивался в лягушку. у которой имелись гаметы двух типов 1-пи и 2-пи. Этот факт был подтвержден в опытах по скрещиванию лягушки-хозяина с нормальной (двуядрышковой) особью; результаты такого скрещивания показаны в графической форме в нижней части рисунка. Некоторые из потомков имели только по одному ядрышку в клетках: это свидетельствовало о том. что они получили одно ядрышко от одного из родителей (двуядрышковой линии) и не получили ни одного ядрышка от другого родителя (лягушка двуядрышковой линии с некоторым количеством одноядрышковых половых клеток). (По Blackler, 1966.)

В настоящее время мы располагаем данными о существовании в яйцах двукрылых насекомых трех групп детерминантов. Одну группу составляют факторы, детерминирующие образование полярных и первичных половых клеток, которые уже обсуждались в этой главе. Вторая группа цитоплазматических детерминантов контролирует дорсовентральную полярность, разграничивающую спинную и брюшную области у личинки мухи. Третья группа детерминантов устанавливает переднезаднюю полярность (голова хвост) развивающегося насекомого.

Дорсовентральная полярность. Дорсовентральная полярность у дрозофилы определяется (специфицируется) по меньшей мере 11 продуктами деятельности генома матери, накапливающимися в ооците по мере его развития. Андерсон и Нюсслейн-Вольгард (Anderson, Nüsslein-Volhard, 1984) изолировали 10 генов с материнским эффектом, отсутствие каждого из которых связано с отсутствием вентральных

Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 2: Пер. С англ. – м.: Мир, 1994. – 235 с.

32________________ ГЛАВА 7_______________________________________________________________________________

Рис. 7.29. Предотвращение развития дефектов у личинки путем инъекции мРНК из яиц дикого типа в яйца, предназначенные иметь фенотип snake. А. Деформированная личинка, состоящая исключительно из дорсальных клеток. Такие личинки развиваются из яиц самок, гомозиготных по аллелю snake Б. Фенотип дикого типа у личинки, развившейся из яйца самки snake, в которое была инъецирована мРНК из яиц дикого типа. (Из Anderson. Nüsslein-Volhard. 1984: фотографии с любезного разрешения С. Nüsslein-Volhard.)

структур. В некоторых случаях материнским продуктом является, по-видимому, белок, тогда как в других случаях самка мухи снабжает яйцо специфической мРНК. Одна из мутаций, связанных с материнским эффектом, называется snake. Самки, гомозиготные по этой мутации, продуцируют яйца, которые развиваются в полностью дорсализованных зародышей. У них отсутствуют кутикула и структуры, типичные для брюшка личинки. Такие зародыши могут быть «исправлены» инъекцией небольшого количества цитоплазмы из яиц дикого типа. Показано, что активный компонент цитоплазмы яйца дикого типа представляет собой накопленную в оогенезе мРНК. поскольку если мРНК экстрагировали из яиц дикого типа и затем инъецировали мутантным зародышам на стадиях раннего дробления, то вентральные структуры и кутикула развивались нормально (рис. 7.29). Таким образом, здесь мы встречаемся с ситуацией, когда в материнском гене закодирована мРНК, необходимая для дорсовентральной спецификации. В отсутствие этого продукта все клетки развиваются в дорсальные структуры, но когда этой мРНК снабжают дефектных зародышей, их нормальное развитие восстанавливается.

Рецессивная мутация Toll имеет сходный дорсализованный фенотип, и инъекция мРНК из яиц дикого типа восстанавливает дорсовентральную полярность яиц, отложенных матерями Toll^–/ Toll^–. Но в отличие от случая snake в данной ситуации имеет значение место инъекции. В какую бы часть яйца ни инъецировали мРНК, эта часть становится вентральной областью «излеченного» зародыша (Anderson et al.. 1985). Это позволяет предположить, что в яйцах Toll^–/ Toll^– отсутствует дорсовентральная полярность (тогда как в случае мутации snake при инъекции мРНК дикого типа вентральная область занимает свое нормальное место). Поэтому представляется вероятным, что продукт дикого типа Toll участвует в установлении этой полярности и действует раньше продукта гена snake (рис. 7.30).

При клонировании аллеля дикого типа snake (DeLotto, Spierer, 1986) было обнаружено, что он кодирует аминокислотную последовательность, сходную с последовательностью протеаз трипсина и фактора свертывания крови. Такие ферменты часто принимают участие в активации неактивных предшественников посредством отщепления аминокислотной последовательности, подавляющей их активность. Этот факт поддерживает предположение Андерсона и Нюсслейн-Вольгард о том, что продукт гена Toll является неактивным белком, который активируется продуктами нормальных аллелей гена snake и других локусов.

По крайней мере один продукт гена, необходимый для установления и поддержания дорсовен-