4.3 Эволюция представлений о структуре и функциях гена план
1. Хромосомная теория гена.
2. Функциональный и рекомбинационный тесты на аллелизм.
3. Центровая теория гена.
4. Псевдоаллелизм.
5. Цис-транс-тест на аллелизм.
1. Хромосомная теория гена
Представление классической генетики о единице наследственности в основном базируется на положении о функциональной неделимости гена и стабильности структуры гена и генома.
Термин «ген» впервые применил В. Иоганнсен в начале XX в. для определения «особых, при известных обстоятельствах отделимых друг от друга и в силу этого до известной степени самостоятельных единиц, или элементов, в половых клетках», обусловливающих свойства организма. Вопрос о локализации этих единиц долгое время оставался нерешенным. Предположение о том, что гены локализуются в хромосомах, впервые высказал А. Вейсман (1894 г.), а экспериментально подтвердил Т. Морган (1911 г.), сформулировавший хромосомную теорию наследственности. Тем не менее В. Бэтсон (1909 г.), современник Моргана, сомневался в том, что частички хроматина или какой-либо другой субстанции могут нести те же «силы», что и гены. Согласно представлениям хромосомной теории, ген является наименьшей структурной единицей наследственности, ответственной за формирование определенного признака. Он локализуется в хромосоме и занимает строго постоянное место – локус. Однако это постоянство относительно, так как под влиянием различных факторов ген может менять положение, в результате чего изменяется и его фенотипическое выражение. Следовательно, ген – это и наименьшая функциональная единица наследственности, детерминирующая один элементарный признак организма и отвечающая за фенотипическое различие особей.
Структура гена относительно постоянна, то есть под влиянием каких-либо воздействий может изменяться. Это приводит к формированию мутантного фенотипа и обусловливает возможность существования гена в двух или нескольких аллельных состояниях. Аллели оказывают различное действие на развитие и фенотипическое выражение признака. Значит, ген является также элементарной единицей мутации, т.е. единицей, способной как единое целое изменяться и в таком виде воспроизводиться в потомстве.
Согласно положениям классической генетики, ген не может быть разделен путем кроссинговера; рекомбинация возможна лишь между локусами хромосомы. Следовательно, ген является и наименьшей единицей рекомбинации. Кроме того, он способен к редупликации. Таким образом, в соответствии с хромосомной теорией наследственности, ген представляет собой участок хромосомы, выступающий как наименьшая неделимая единица функции, мутации и рекомбинации. Исходя из этого представления и учитывая, что ген контролирует развитие элементарных менделевских признаков, Морган ввел функциональный и рекомбинационный тесты определения аллельной принадлежности гена.
2. Функциональный и рекомбинационный тесты на аллелизм
Функциональный критерий аллелизма основан на скрещивании мутантов и выяснении, нарушают ли мутации одну и ту же функцию или разные функции. Функциональный критерий аллелизма применим только к рецессивным мутациям.
Рисунок – 1 Функциональный критерий аллелизма. А – мутации в разных генах; Б – мутации в одном гене. Крестиками помечены мутации
Согласно этому критерию, если две мутации объединяются путем скрещивания в F1 и не поврежденные мутациями участки генетического материала взаимодействуют комплементарно, т.е. образуется гибрид дикого типа, то мутации относятся к разным функциональным единицам – разным генам. В этом случае имеет место классическая дигетерозигота. Если же при объединении в F1 двух мутаций возникает гибрид мутантного фенотипа, это означает, что обе мутации повреждают одну и ту же функциональную единицу – один и тот же ген. В этом случае правомерно говорить о гетероаллельной комбинации, или компаунде.
Рекомбинационный тест на аллелизм сводится к определению возможности и частоты рекомбинаций между мутантными генами. Рекомбинации возможны только в том случае, если мутации неаллельны. Если же мутации затрагивают один и тот же локус, они не рекомбинируют, поскольку кроссинговер происходит лишь между генами.
Функциональный и рекомбинационный тесты оправдывали бы себя, если бы ген действительно был наименьшей неделимой структурой хромосомы, функционирующей и мутирующей как единое целое. Однако с расширением возможности генетического анализа было установлено, что классические тесты на аллелизм не всегда дают однозначный результат. На основании этого некоторые ученые пришли к выводу, что представления о гене в свете хромосомной теории несколько упрощены и что необходима более детальная расшифровка его функциональной и структурной сущности.