Подготовка у универсиаде 2012 / Генетика (Жимулев) / 9ver7
.pdf
Строение и функционирование хромосом |
Глава 9 |
|
|
Рисунок 9.53
Соматические клетки (теломераза неактивна, теломеры укорачиваются)
|
Ненормальные клетки |
Порог старения, |
(теломераза неактивна, |
большинство клеток |
теломеры укорачиваются) |
перестают делиться |
|
Клетки зародышевого пути (теломераза активна, длина теломер нормальная)
Бессмертные соматические и раковые клетки (теломераза активна, длина теломер нормальная)
Кризис (большинство клеток гибнут)
Изменение длины теломер у человека (Из: Greider, Blackburn, 1996). По оси абсцисс - число клеточных делений, по оси ординат - длина теломеры.
избирательноинактивирующийтеломеразу,то приегопримененииопухолевыеклеткибыстро достигалибыбарьераХейфликаипогибали,в товремякаквсоматическихклеткахдейстиве этого агента не ощущалось бы, т.к. в них теломеразынет.
Èнаконец, в середине января 1998 года
âамериканском журнале Science N 5349 появилась статья, взбудоражившая общественноемнение.Ееавторысообщилиоб успешном эксперименте, в ходе которого удалось преодолеть барьер Хейфлика в культуре клеток человека. Несколько групп американских исследователей с помощью генно-инженерных методов смогли ввести в
геном соматичеких клеток человека ген каталитической субъединицы теломеразы, снабженныйрегулирующимиэлементамиДНК, которыеизаставилиэтотгенактивноработать
âтехклетках,вкоторыхонобычнонеработает. Авторыобнаружили,чтодлинателомервэтих клетках начала увеличиваться, так же как и продолжительностьжизниклеточныхкультур: сверхобычных50деленийклеткипрошликак минимум20дополнительных.
Результаты, приведенные выше, показывают, какую огромную роль в жизни организма играют маленькие участки ДНК, расположенныенаконцаххромосом.
Теломерные районы хромосом имеют следующие свойства, сближающие их с гетерохроматином:
1.Всоставтеломервходятповторенные последовательности, при этом число копий в кластереварьирует.
2.Теломеры обычно расположены на ядерной облочке (Blackburn, Greider, 1995, p. 302-304).
3.Теломерные концы хромосом чаще всего создают ассоциации, т.е. теломеры разных хромосом конъюгируют (множество примеров в: Жимулев, 1993, стр. 225-239; Blackburn, Greider, 1995, p. 307-326).
4.Теломеры вступают в ассоциации с многимидругимирайонамигенома,впервую очередь с прицентромерным гетерохроматином и интеркалярным гетерохроматином.
5.В некоторых случаях (очень редко)
âтеломерных районах выявляется слабая С- окраска.
6.В политенных хромосомах теломерные районы политенизируются не полностью, т.е. теломерная ДНК недореплицирована.
7.Белок HP1 выявляется в теломерах.
8.Гены могут инактивироваться если перенесены в окрестности прицентромерного гетерохроматина (это свойствоимеетназваниеэффектаположения генов - см. раздел 10).
9.Есть данные о действии модификаторов эффекта положения на
проявления свойств теломер.
267
Глава 9 Строение и функционирование хромосом
Литература к разделу 9.6. |
|
Рисунок 9.54 |
|
|
Богданов А.А. Теломеры и теломераза. |
|
|
|
|
Соросовский образовательный журнал |
|
|
|
|
12: 12-18, 1998. |
|
|
|
|
Жимулев И.Ф. Политенные хромосомы: |
|
|
|
|
морфология и структура. Новосибирск, |
|
|
|
|
Наука, 79-100, 1992. |
|
à |
á |
|
Жимулев И.Ф. Гетерохроматин и эффект |
|
|||
|
|
|
||
положения гена. Новосибирск, Наука, |
|
|
|
|
207-243, 1993. |
|
С-окрашивание |
митотических хромосом |
|
Оловников А.М. Принцип маргинотомии в |
|
|||
|
Parascaris univalens (2n=2) (a) èP. equorum (2n=4) |
|||
матричном синтезе полинуклеотидов. |
|
|||
|
(б) до диминуции (Из: Goday et al., 1985 в кн.: |
|||
Äîêë. ÀÍ ÑÑÑÐ 201: 1496-1499, 1971. |
|
|||
|
Жимулев,1993,стр. 68).Шкала-10мкм. |
|||
Теломера, теломераза, рак и старение. |
|
|||
|
|
|
||
потерей части генетического материала в |
||||
Биохимия 62: 1379-1566, 1997. |
||||
Ancelin K., Brun C., Gilson E. Role of the telomeric |
раннемэмбриональномразвитии(диминуция |
|||
DNA binding protein TRF2 in the stability of |
хроматина,элиминацияхромосом),довольно |
|||
human chromosome ends. BioEssays 20: 879- |
широко распространены в природе. |
|||
883, 1998. |
Диминуцияхроматинавтойилиинойстепени |
|||
Blackburn E.H., Greider C.W. (eds.) Telomeres. Cold |
известна у некоторых видов аскарид, |
|||
Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring |
циклопов, инфузорий, клещей, жуков, |
|||
Harbor, 1-396, 1995. |
бабочек, мух и рыб. |
|||
Bodnar A.G. et al., Extension of life-span by in |
||||
troduction of telomerase in to normal human |
9.7.1. Диминуция хроматина у |
|||
cells. Science 279: 349-352, 1998. |
аскарид |
|
||
Greider C.W., Blackburn E.H. Telomeres, telomerase |
|
|||
and cancer. Scientific American 274: 80-85, |
|
У аскариды Parascaris univalens зигота |
||
1996. |
содержитдвехромосомы,вкаждойизкоторых |
|||
Greider C.W., Blackburn E.H. Identification of a |
можновыделитьтонкийприцентромерныйи |
|||
specific telomere terminal transferase activity |
утолщенныеконцевыерайоны.Удругоговида |
|||
in tetrahymena extracts. Cell 43: 405-413, |
P. equorum 2n=4. Хромосомы содержат |
|||
1985. |
||||
небольшиеучасткислабо-окрашивающегося |
||||
Olovnikov A.M. A theory of marginotomy: the |
||||
материала, которые вкраплены в огромные |
||||
incomplete copying of template margin in |
массыС-гетерохроматина(Рис.9.54). |
|||
enzymic synthesis of polynucleotides and |
|
В 1887 году Теодор Бовери (Th. Boveri) |
||
biological significance of the phenomenon. J. |
|
|||
(Рис. 9.55) обнаружил, что уже во время |
||||
Theor. Biol. 41: 181-190, 1973. |
||||
второгоделениядробленияводнойизклеток |
||||
Pardue M.L., Danilevskaya O.N. Lowenhaupt K., |
||||
Slot F., Traverse K.L. Drosophila telomeres: |
P. univalens утолщенные концы хромосом |
|||
new views of chromosome evolution. Trends |
отделяются от средней части и, не имея |
|||
in Genetics 12: 48-52, 1996. |
центромер, остаются в районе экватора, где |
|||
Zakian V.A. Life and cancer without telomerase. Cell |
дегенерируют (Рис. 9.56). В результате |
|||
91: 1-3, 1997. |
утрачивается существенная часть хромосом, |
|||
Zhimulev I.F. Polytene chromosomes, |
происходит, по |
определению Бовери, |
||
heterochromatinandpositioneffectvariegation. |
диминуция хроматина. Клетка, прошедшая |
|||
Advances in Genetics 37: 238-282, 1998. |
диминуцию, дает начало клону клеток (Рис. |
|||
|
||||
9.7. Диминуция хроматина и |
9.57), имеющих значительно укороченные |
|||
хромосомы. |
|
|||
хромосом |
|
|||
|
Что касается второй дочерней клетки, в |
|||
|
|
|||
Явления дифференцировки клеток |
нейдиминуциянепроисходит,ионадаетначало |
|||
зародышевого пути и сомы, связанные с |
двум новым клеткам: одна опять будет |
|||
268
Строение и функционирование хромосом |
|
|
|
|
Глава 9 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
гибридизуемость in situ с сателлитной ДНК. |
|||
Рисунок 9.55 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
ЦентральнаячастьхромосомуP. univalens,не |
|||
|
|
|
|
|
удаляемаяпридиминуции,неокрашиваетсяна |
|||
|
|
|
|
|
Н- и С-гетерохроматин и не гибридизуется с |
|||
|
|
|
|
|
сателлитной ДНК. В хромосомах P. equorum |
|||
|
|
|
|
|
всеутолщенияхромосомобнаруживаютС-и |
|||
|
|
|
|
|
Н-окрашиваниеиудаляютсяпридиминуции. |
|||
|
|
|
|
|
ÄÍÊ, |
элиминируемая в ходе |
||
|
|
|
|
|
диминуции, обогащена повторами. Так, у P. |
|||
|
|
|
|
|
equorum клеткизародышевогопутисодержат |
|||
|
|
|
|
|
два легких сателлита, которые вместе |
|||
|
|
|
|
|
составляют около 85% ДНК зиготы. Именно |
|||
|
|
|
|
|
эти сателлиты и элиминируются в |
|||
|
|
|
|
|
соматическихклетках. |
|
||
|
|
|
|
|
|
У Ascaris lumbricoides удаляется |
||
|
|
|
|
|
высокоповторенная ДНК с единицами |
|||
|
|
|
|
|
повторенности длиной 125 и 131 п.н. |
|||
|
|
|
|
|
В целом 99% сателлитной ДНК, |
|||
|
|
|
|
|
присутствующей в клетках зародышевого |
|||
|
|
|
|
|
пути, удаляется в ходе диминуции. Блоки |
|||
|
|
|
|
|
умеренных повторов рДНК не удаляются. |
|||
Теодор Бовери |
|
|
|
|
|
|||
|
1862-1915 |
|
|
Рисунок 9.56 |
|
|
||
|
|
|
ps |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
испытывать диминуцию, другая - нет. В |
|
|
|
|
||||
результатеэтогоуэмбриона,состоящегоиз32 |
|
|
|
|
||||
клеток, только две имеют полный набор |
|
|
|
|
||||
последовательностей ДНК. Из них затем |
|
|
|
|
||||
формируютсяклеткизародышевогопути, а из |
|
|
s |
|
||||
|
s |
|
|
|||||
оставшихся 30 - развиваются соматические |
|
|
|
|||||
|
à |
à’ |
á |
|||||
клетки.Похожаякартинадиминуцииописанаи |
|
|||||||
|
|
sm |
|
|||||
для другого вида - A. lumbricoides. У |
|
|
sm |
sm |
||||
Parascarisequorum придиминуциивыпадают |
|
|
|
|
||||
многочисленные внутренние утолщенные |
|
|
|
|
|
|||
участки хромосом. Оставшиеся сегменты |
|
|
s |
|
||||
объединяются в одну общую хромосому. |
|
|
ps |
ps |
||||
|
s |
|
||||||
|
|
ã |
||||||
Показано, что |
ó |
аскарид центромера |
|
|
â |
|
||
|
|
Диминуция хроматина у аскариды Ascaris |
||||||
голоцентрическая, и |
нити веретена |
|
|
|||||
|
|
megalocephala на ранних этапах дробления |
||||||
прикрепляютсякмногочисленнымрайонампо |
|
|||||||
|
(Из: T. Boveri, в кн. Вильсон, 1936, стр. 290). |
|||||||
всейдлинехромосом.Вклеткахдодиминуции |
|
|
||||||
|
|
а – первое деление дробления, s – клетка – |
||||||
микротрубочки митотического веретена |
|
|
||||||
|
|
родоначальница, ps – |
первичная |
|||||
прикрепляютсятолькокрайонамхромосом,не |
|
|||||||
|
соматическая клетка. а’ – вид с полюса на |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
удаляемымпридиминуции. |
|
хромосомы верхней клетки – идет |
||||||
У P. univalens отделяемые при |
|
диминуция. б – более поздняя стадия. |
||||||
диминуции концевые районы хромосом (до |
|
Элиминация хроматина у экватора верхнего |
||||||
80% всего материала хромосом) имеют ярко |
|
веретена. в – четырехклеточная стадия. В |
||||||
выраженныехарактеристикигетерохроматина, |
|
|
двух верхних клетках (sm) видны капли |
|||||
такие как Н |
è |
Ñ |
окрашиваемость, |
|
элиминируемого материала. г – третье |
|||
|
деление дробления. Диминуция в клетке ps. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
269
Глава 9 |
|
|
Строение и функционирование хромосом |
||||||
Рисунок 9.57 |
|
|
|
Работами А.П. Акифьева и |
|||||
|
|
|
|
А.К. Гришанинанаиболееполно |
|||||
|
|
|
|
описанпроцессдиминуцииуC. |
|||||
|
|
|
|
kolensis.Диминуцияуэтоговида |
|||||
|
|
|
|
происходит во время 4-го |
|||||
|
|
|
|
деления дробления в 6 клетках |
|||||
|
|
|
|
зародышаиз8ихарактеризуется |
|||||
|
|
|
|
тем, что в конце значительно |
|||||
|
|
|
|
удлиненной интерфазы в ядрах |
|||||
|
|
|
Эктодерма |
этих шести клеток появляются |
|||||
|
|
|
мелкиеФельген-положительные |
||||||
|
|
Мезодерма |
|||||||
|
|
гранулыиликапли(около 600 в |
|||||||
|
|
|
+ |
||||||
|
|
кишечник |
каждойклетке).Гранулыимеют |
||||||
|
|
Эктодерма Энтодерма |
|||||||
|
|
диаметр 0.5-3.5 мкм. По мере |
|||||||
|
|
+ |
|
наступления |
профазы |
è |
|||
|
Мезодерма мезодерма |
||||||||
|
следующих |
|
стадий |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
Клетки полового |
|
Соматические клетки |
диминуционного |
деления |
|||||
ïóòè |
|
|
|
хроматиновые |
гранулы |
||||
Схема, иллюстрирующая процесс диминуции хроматина во время |
|||||||||
сливаются, |
вокруг |
íèõ |
|||||||
деленийдробленияуаскарид(Из:Th.Boveri-H.Tobleretal.,1992,в |
формируется |
|
плотная |
||||||
кн.: Zhimulev, 1998, p. 80). Черными кружками обозначены клетки, |
|
||||||||
не испытывающие диминуции. Стволовые клетки (Р0-Р3) дают |
однослойная лишенная пор |
||||||||
начало одной клетке без диминуции и одной с диминуцией. Белые |
мембрана толщиной около 50 |
||||||||
круги с точками (S) - обозначают соматические клетки, в которых |
нм.ЛизисэлиминируемойДНК |
||||||||
происходит диминуция. |
|
|
(эДНК) происходит, вероятно, |
||||||
Элиминируютсямобильныеэлементы,часть |
|
внутри этих гранул. Такая |
|||||||
неординарная структура мембраны, по- |
|||||||||
уникальныхпоследовательностей.Врезультате |
|||||||||
диминуцииобразуютсясоматическиеядра,в |
видимому,неслучайна.ЭлиминируемаяДНК |
||||||||
которых только ~10% генома повторены и |
представлена циклическими структурами, и |
||||||||
только 0,01-0,05% ДНК повторены высоко. |
еслибывокруггранулформироваласьобычная |
||||||||
ядерная мембрана, компоненты которой |
|||||||||
После |
удаления |
концевых |
|||||||
гетерохроматиновых фрагментов хромосом |
присутствуютвделящихсяклетках,товнутрь |
||||||||
нанихформируютсяновыетеломеры(повтор |
гранул с началом телофазы мог бы свободно |
||||||||
TTAGGC). |
|
|
поступатьфактор(ы)декомпактизации.Втаком |
||||||
|
|
случае гранулы эДНК превратились бы в |
|||||||
|
|
|
|||||||
9.7.2. Диминуция хроматина у |
обычные микроядра, которые в сумме |
||||||||
циклопов |
|
|
содержали бы большую часть генетического |
||||||
|
|
материалаклетки.Уникальнаямембранагранул |
|||||||
Кроме аскарид, диминуция хроматина |
|||||||||
эДНК обеспечивает над¸жную изоляцию |
|||||||||
обнаруженаунесколькихвидовциклопов.Она |
материала, подлежащего лизису, и таким |
||||||||
происходит во время 4-7 делений дробления |
образомпредотвращаетвозникновениехаоса |
||||||||
(уразныхвидов).Хроматинэлиминируетсяиз |
впостдиминуционныхклетках. |
|
|
|
|||||
различныхучастковхромосом:терминальных |
Расположениегранул,ихориентацияпо |
||||||||
гетеропикнотических фрагментов у Cyclops |
|||||||||
отношению к экватору клетки и веретену |
|||||||||
divulsus, C. furcifer или из интеркалярных - у |
настолько характерны для данного вида, что |
||||||||
C. strenuus. Элиминируемый хроматин |
служатнад¸жнымкритериемвцитотаксономии |
||||||||
остается в виде крупных блоков, капель или |
ðîäà Cyclops (Ðèñ. 9.58). |
|
|
|
|
||||
гранул в экваториальной части веретена |
Числосайтовэксцизии,покоторымидет |
||||||||
деления. |
|
|
|||||||
|
|
вырезаниеэлиминируемогохроматина,должно |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
быть больше или равно числу гранул, |
||||||
270 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Строение и функционирование хромосом |
|
|
|
Глава 9 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
самых первых делениях дробления и в |
|||||
Рисунок 9.58 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
особенности во время преддиминуционного |
||||
|
|
|
|
|
|
|
митозавхромосомахциклопов,укоторыхдоля |
||||
|
|
|
|
|
|
|
эДНК достаточно велика (50% и более), |
||||
|
|
|
|
|
|
|
спонтанно,безпредфиксационнойобработки |
||||
|
|
|
|
|
|
|
обнаруживается поперечная исчерченность, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
весьманапоминающаяG-полосывхромосомах |
||||
|
|
|
|
|
|
|
млекопитающих. |
|
|
||
|
Cyclops kolensis Lill |
|
Первоначально, С. Беерман в 1977 г. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
предположила,чтоэтиполосысоответствуют |
||||
|
|
|
|
|
|
|
сегментам эДНК и состоят из |
||||
|
|
|
|
|
|
|
гетерохроматина. Она назвала их Н- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
сегментами, и, по существу,представилавсю |
||||
|
|
|
|
|
|
|
диминуцию хроматина (ДХ) у Cyclops, как |
||||
|
|
|
|
|
|
|
процесс выброса гетерохроматина из генома |
||||
|
|
|
|
|
|
|
зародышевых клеток. Такое предположение, |
||||
Cyclops strenuus strenuus Fisher |
|
постулирующее необычайно большую долю |
|||||||||
|
гетерохроматина в геноме Cyclops (у C. |
||||||||||
Локализация элиминируемого хроматина в |
|
||||||||||
|
kolensis она, следовательно, должна быть |
||||||||||
делящихся клетках у двух видов циклопов (Из: |
|
||||||||||
|
около90%,амаксимальнаядолясателлитной |
||||||||||
Grishanin, Akif’ev, 1999). Черными стрелками |
|
||||||||||
|
ДНК в геномах ракообразных оценивается в |
||||||||||
указаны хромосомы в анафазе, красными – |
|
||||||||||
|
30%), было опровергнуто Д. Стандифордом |
||||||||||
элиминируемый материал. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
в 1989, которому удалось с помощью С- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
появляющихся в конце преддиминуционной |
окраски сравнить Н-сегменты и С-полосы, |
||||||||||
интерфазы,т.е.минимум500-600у C.kolensis, |
представляющие |
собой истинный |
|||||||||
минимум 160 у C. strenuus. |
|
|
|
|
конститутивныйгетерохроматин.Совпадение |
||||||
Значительно |
|
|
увеличена |
|
локализации тех и других полос оказалось |
||||||
продолжительность интерфазы перед теми |
лишь частичным, и автор заключил, что |
||||||||||
делениями дробления, в ходе которых |
некоторые Н-сегменты имеют структуру и |
||||||||||
формируются гранулы, т.е. происходит |
состав оснований, отличные от С-полос. В то |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
диминуция (Табл. 9.5). После |
Таблица 9.5 |
|
|
|
|
|
|||||
диминуционного деления |
Длительность интервалов времени между делениями |
||||||||||
интервалы |
вновь |
дробления зародышей Сyclops kolensis и C. strenuus strenuus (Из: |
|||||||||
укорачиваются. |
|
|
Гришанин, 1996, стр. 9-10). |
|
|
|
|||||
Содержание |
ÄÍÊ |
â |
Интервал |
|
Длительность интервала (в минутах) |
||||||
|
|||||||||||
соматическом геноме |
C. |
|
|||||||||
между |
|
|
|
|
|
||||||
kolensis |
после диминуции |
|
|
|
|
|
|||||
Cyclops kolensis |
|
C. strenuus strenuus |
|
||||||||
|
делениями |
|
|||||||||
оказалось равным 0,14+0,02 |
|
|
|||||||||
пг,чтосоставляетпримерно5- |
1-2 |
|
70-90 |
|
40-50 |
|
|||||
7% от генома зародышевых |
|
|
|
||||||||
2-3 |
|
70-90 |
|
40-50 |
|
||||||
клетокданноговида. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
3-4 |
|
480-540* |
|
40-50 |
|
||||
Входедиминуциичисло |
4-5 |
|
50-60 |
|
170-190* |
|
|||||
хромосом не изменяется, |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
однакоразмерыих,напримеру |
5-6 |
|
50-60 |
|
80-90 |
|
|||||
C. |
kolensis, |
резко |
6-7 |
|
50-60 |
|
35-40 |
|
|||
уменьшаются:длинас11-20до |
7-8 |
|
50-60 |
|
35-40 |
|
|||||
2.6 мкм, а диаметр - с 1 до 0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
* Начиная с этого интервала и дальше имеются в виду |
|||||||||||
мкм (Из: Гришанин, 1996). В |
|||||||||||
|
|
|
|
соматические клетки. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
271
Глава 9 |
Строение и функционирование хромосом |
|
|
жевремябольшинствоС-полосвхромосомах зародышевых клеток не обнаруживаются в постдиминуционных хромосомах (Из: Акифьев и др., 1998).
9.7.3. Элиминация хроматина у инфузорий
При созревании макронуклеуса (Ма) (Рис.9.59) диминуцияхроматинапроисходит дважды: первый раз удаляются целые хромосомы: через 10-15 час после расхождения эксконъюгантов у Stylonychia lemnae примерно 140 хромосом становятся более компактными, перемещаются к внутренней мембране оболочки ядра и затем дегенерируют (Рис. 9.59в).
Оставшиеся 35-36 хромосом постепеннополитенизируются(Рис.9.59г),и еще через сутки начинается внутрихромосомная элиминация ДНК. Происходит она следующим образом: диски политенных хрмосом поодиночке или небольшими группами окружаются мембраноподобным материалом, образуя пузырьки (9.59д, е). Вся политенная хромосома распадается на множество
независимых пузырьков, в которых лизируется большая часть ДНК: элиминируется большая часть высокоповторенных последовательностей, межгенные промежутки-спейсеры, мобильные элементы генома, а также внутренние (фактически внутригенные) элиминируемые последовательности (ВЭП). ВсеизученныедосихпоргеныOxytrichanova и Euplotes crassus, а их более 20, содержат ВЭП. В целом число ВЭП в микронуклеусе (Ми) составляет порядка десятков тысяч. ВЭП имеют на флангах короткие - 2-19 пар нуклеотидов-повторы,приучастиикоторых, возможно, и происходит сплайсинг кодирующихпоследовательностейМа.
Представляет интерес судьба транспозоноподобных элементов во время диминуции хроматина у простейших. Показано, что у Euplotes crassus два родственных семейства таких последовательностей - TEC1 и TEC2, представленных примерно тридцатью тысячамикопий, полностьюэлиминируются из генома в ходе созревания Ма. Подобное явление описано и у O. fallax.
Рисунок 9.59 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
80 |
90 |
100 |
à |
á |
|
â |
ã |
|
ä |
å |
æ |
ç è |
ê |
ë |
Развитие зачатка макронуклеуса (Ма) у Stylonychia lemnae (Из: Ammermann 1987 в кн. Жимулев. |
|||||||||||
1992, стр. 80). Объяснение в тексте. Верхняя кривая отражает изменения в количестве ДНК в |
|||||||||||
зачатке макронуклеуса (в пикограммах). По оси абсцисс – время развития в часах. |
|
||||||||||
272 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Строение и функционирование хромосом |
Глава 9 |
|
|
|
Cecidomyiidaeприосновномнаборехромосом |
Рисунок 9.60 |
|
|
8, число хромосом, ограниченных клетками |
|
полового пути, варьирует в пределах от 8 до |
|
60, у хирономид - от 1-4 до 26, у сциарид - 1-3 |
|
хромосомы. |
|
Процесс элиминации происходит во |
|
время 5-7 деления дробления. Е-хромосомы |
|
остаются на экваторе и дегенерируют (Рис. |
|
9.60). |
|
Рядфактовуказываетнаобогащенность |
|
элиминируемыххромосомгетерохроматином. |
|
|
|
|
9.7.5. Физиологическое |
||
|
|
|
|
значение диминуции |
||
|
|
|
|
хроматина и хромосом |
||
Элиминация хромосом в телофазе третьего |
Наиболее популярной является точка |
|||||
зрения,чтогены,находящиесявтойчастиДНК, |
||||||
деления дробления у |
Miastor |
sp. |
||||
котораясохраняетсятольковклеткахполового |
||||||
(Cecidomyiidae) (Èç: Nicklas, 1959, â êí.: |
||||||
пути, не участвуют непосредственно в |
||||||
Жимулев, 1993, стр. 76). Шкала - 5 мкм. |
|
|||||
|
генетическом контроле |
эмбриогенеза, |
||||
|
|
|
|
|||
Остаются только |
генетически |
|||||
личиночного развития и регуляции функций |
||||||
значимыепоследовательности.Книмсобоих |
взрослого организма. Кажется естественным |
|||||
концов присоединяется теломерная ДНК, |
предположить, что эти гены участвуют в |
|||||
затемоболочкипузырьковраспадаютсяиМа |
процессахоогенезаисперматогенеза. |
|||||
превращается в “мешок с генами”. В это же |
W.Hennigполагает,чтоигетерохроматин |
|||||
время происходит процессинг ДНК (см. |
||||||
вцеломдолженбытьпрямосвязансособыми |
||||||
раздел 7.7.3.). |
|
|
|
функциями клеток зародышевого пути. А. |
||
В результате двух актов диминуции |
||||||
Прокофьева-Бельговская полагает, что |
||||||
только 2% последовательностей ДНК, |
гетерохроматиновыерайоныхромосомаскарид |
|||||
имеющиеся в Ми, остается в зрелом Ма. |
нужнытолькодляосуществлениямейотических |
|||||
|
|
|
|
|||
9.7.4. Элиминация хромосом |
|
|
процессов. |
|
||
|
|
Однако, есть и противоположные точки |
||||
у двукрылых насекомых |
|
|
||||
|
|
зрения. Так, по мнению А. Акифьева и А. |
||||
|
|
|
|
|||
В 1908 году W. Kahle обнаружил |
Гришанина, крайнемаловероятно,чтодо94% |
|||||
диминуцию хроматина у галловой мушки |
геномауциклопови98%устилонихиикодируют |
|||||
Miastor, которая, как оказалось позднее, |
только функции, специфичные для половых |
|||||
связана с потерей целых хромосом. Это |
клеток,аостающаясячасть-все остальное. |
|||||
явление встречается у представителей трех |
Многочисленные |
гипотезы, |
||||
семейств отряда Diptera. У них были |
предлагавшиеся ранее для объяснения |
|||||
обнаружены два типа хромосом |
- E |
биологической роли избыточной ДНК, |
||||
(eliminated)-хромосомы,которыеограничены |
оказались неверными в первую очередь из-за |
|||||
только клетками полового пути и не |
того,чтоониопиралисьнапредставленияое¸ |
|||||
встречаются в соматических клетках, и S - |
соматическихфункциях,чащевсего-участии |
|||||
(somatic) - хромосомы, которые составляют |
вгенетическойрегуляции.Явлениедиминуции |
|||||
основной набор хромосом в соматических |
|
хроматина ясно показывает, что подлинное |
||||
клетках. |
|
|
|
значение избыточной ДНК ограничено |
||
Число Е-хромосом может быть |
зародышевымиклетками. |
|
||||
значительным: у представителей сем. |
|
|
||||
273
Глава 9 |
Строение и функционирование хромосом |
|
|
По мнению Акифьева с сотруд. (1998) единственным непротиворечивым на сегодняшний день объяснением возможной роли избыточной ДНК в клетках зародышевого пути является представление
îтом, что она специально предназначена в качестве фактора генетической изоляции видов. Одной из наиболее изученных составляющих избыточной ДНК является гетерохроматин.ДанныепоДХ,приводимые выше, так же как и другие новые факты, убедительно свидетельствуют о том, что функции большей части гетерохроматина ограничены клетками зародышевого пути. Чем более значительна разница в молекулярной структуре некодирующих участков, тем вероятнее нарушение конъюгации гомологов у гибридов со всеми вытекающими последствиями. Определение отдельных видов Cyclops затруднительно дажедляопытныхсистематиков, что говорит
îбольшом сходстве генов, т.е. фракции уникальной ДНК у сравниваемых видов. Однако отличия в организации большей или меньшей доли эДНК предотвращает гибридизацию этих близких видов (разумеется, наряду с другими изолирующимимеханизмами).
Эти представления далеки от теорий “мусорной” ДНК, “эгоистичной” ДНК и т.п. Данная концепция подчеркивает эволюционную роль избыточной ДНК (Из: Акифьев и др. 1998).
Очевидно, что процесс диминуции хроматина находится под генетическим контролем.Перечень его этапов,которыйдан дляинфузорийДж.Шапиро,адляциклопов - С. Беерман и А. Акифьевым с сотрудниками, убедительно показывает, что для осуществления диминуции требуется координированная последовательная работа батарей из многих генов, скорее всего даже десятков генов.
НауровнехромосомногофенотипаДХ, безусловно, соответствует представлению о макромутациях. В то же время морфологические различия между видами циклопов,имеющихилилишенныхДХ,либо
с ДХ, резко различающейся по цитологической картине, порой настолько ничтожны, что даже опытные систематики предпочитают иметь дело с самой ДХ, как критерием видовой самостоятельности, нежели с морфологическими особенностями особей.
9.7.6. Реорганизация генома при полиплоидизации
Широко известно явление уменьшения размеров митотических хромосом в ходе полиплоидизации у растений. Оно было замечено в 1926 году М.Н. Делоне у представителейлилейныхрастений,затемА. Шармой у некоторых однодольных, А. Бебковым у растений рода Crepis. Уменьшение размеров хромосом начиная с гексаплоидного уровня, было отмечено у некоторых видов мятлика (род Poa) (Fernandes, 1969).
Наиболее заметные различия были обнаружены С.И. Раджабли в кариотипах шелковицы (род Morus). Сравнительные измерения хромосом у диплоидных и тетраплоидныхформпозволяютсчитать,что натетраплоидномуровнеразмерыхромосом шелковицы не уменьшаются, несмотря на увеличение их числа. Но при переходе на более высокополиплоидные уровни, повидимому, наблюдается изменение размеров хромосом. Так, у 308-хромосомной формы Morus nigra хромосомы резко уменьшены в размерах. Вместе с изменением размеров хромосом заметно и изменение их формы, которая делается более округлой и по большинству элементов почти шаровидной. В связи с этим двуплечая структура A- хромосом становится почти незаметной (Рис. 9.61). Размеры хромосом у полиплоидов шелковицы начинают уменьшаться c гексаплоидного уровня.
Результаты цитофотометрического определения количества ДНК как в геномах, такивотдельныххромосомахполиплоидных форм шелковицы показали следующее: с увеличением числа хромосом от диплоидного дотетраплоидного содержание
274
Строение и функционирование хромосом |
|
|
|
Глава 9 |
||||
|
|
|||||||
ДНК в геноме изменяется кратно числу |
Акифьев А.П., Гришанин А.К. Некоторые |
|||||||
хромосом. В клетках высокоплоидной 308- |
биологические аспекты диминуции |
|||||||
хромосомнойформы,несмотряна11-кратное |
хроматина. Журн. общ. биол. 54: 5-16, |
|||||||
увеличение числа хромосом по сравнению с |
1993. |
|
|
|
||||
Акифьев А.П., Гришанин А.К., Дегтяр¸в С.В. |
||||||||
диплоидом, количество ДНК |
â |
ÿäðå |
||||||
увеличивается только в четыре раза. Особый |
Диминуции |
|
хроматина, |
|||||
сопровождающиеся реорганизацией |
||||||||
интерес представляет изменение количества |
||||||||
молекулярной |
структуры генома: |
|||||||
ДНК на хромосому. У всех изученных видов |
||||||||
эволюционные аспекты. Генетика 34: |
||||||||
шелковицы содержание ДНК в хромосоме у |
||||||||
709-718, 1998. |
|
|||||||
ди-, три- и тетраплоидов находится на одном |
|
|||||||
Ахундова Э.М. Полиплоидия и ДНК. Баку, Элм, |
||||||||
уровне. У 22-плоида (2n=308 хромосом) |
1-107, 1982. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
содержание ДНК на одну хромосому в три |
Вильсон Э. Клетка, т. 1. Москва-Ленинград, |
|||||||
разаменьшепосравнениюснизкоплоидными |
Биомедгиз, 290, 1936. |
|||||||
шелковицами. 12 и 13-плоидные гибриды по |
Глазер |
Â.Ì. |
Запрограммированные |
|||||
содержанию ДНК на хромосому занимают |
перестройки генетического материала в |
|||||||
промежуточное |
положение |
между |
онтогенезе. |
|
Соросовский |
|||
низкоплоидными формами и 22-плоидом. |
образовательный журнал 8: 22-29, 1998. |
|||||||
Содержание ДНК на хромосому у 12- и 13- |
Гришанин А.К. Сравнительное изучение |
|||||||
плоидов в 2 |
раза меньше, |
÷åì ó |
хромосом и интерфазных ядер в клетках |
|||||
зародыша Cyclops kolensis (Copepoda, |
||||||||
низкоплоидныхвидов. |
|
|
||||||
|
|
Crustacea) |
äî |
и после диминуции |
||||
Эти данные свидетельствуют о том, что |
||||||||
хроматина при помощи электронной |
||||||||
в процессе эволюции у рода |
Morus |
|||||||
микроскопии. Онтогенез 26: 188-195, |
||||||||
произошли коренные изменения, приведшие |
||||||||
1995. |
|
|
|
|||||
к трехкратному снижению содержания ДНК |
|
|
|
|||||
Гришанин А.К. Особенности диминуции |
||||||||
в хромосомах 22-плоидной шелковицы (Из: |
хроматина у Cyclops kolensis и Cyclops |
|||||||
|
|
|
|
|||||
Ахундова, 1982). |
|
|
|
strenuus strenuus (Crustacea, Copepoda). |
||||
Литература к разделу 9.7. |
|
Автореферат канд. дисс. Институт биол. |
||||||
|
развит. РАН, Москва, 1996. |
|||||||
Акифьев А.П. Диминуция хроматина – |
Гришанин А.К., Акифьев А.П. Диминуция |
|||||||
феномен, |
предназначенный |
äëÿ |
хроматина и организация хромосом у |
|||||
исследований ряда ключевых вопросов |
Cyclops strenuus strenuus. Генетика 29: |
|||||||
генетики. Вестник ВОГиС 6: 11-13, 1998. |
1099-1107, 1993. |
|
||||||
Рисунок 9.61
Ab
а б в Сопоставление размеров хромосомы шелковицы Morus alba (2n=28) и M. nigra (2n=308) (Из: Раджабли, 1966, стр. 222). а, б – соматическая метафазная пластинка и идиограмма M.alba, в – cоматическая метафазная пластинка
M.nigra.
275
Глава 9 |
Строение и функционирование хромосом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гришанин А.К., Бродский В.Я., Акифьев А.П. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 9.62 |
|
|
|
|
|
||
Соматические клетки Cyclops strenuus |
|
|
|
|
|
|
|
|
(Copepoda, Crustacea) теряют при |
|
|
|
|
|
|
|
|
диминуции хроматина более 90% генома. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Äîêë. ÐÀÍ 338: 708-710, 1994. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Жимулев И.Ф. Гетерохроматин и эффект |
|
|
|
|
|
|
|
|
положения гена. Новосибирск, Наука, 67- |
|
|
|
|
|
|
|
|
77, 1993. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Корочкин Л.И. Введение в генетику развития. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Москва, Наука, 64-66, 1999. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Раджабли С.И. Цитологическое исследование |
|
|
|
|
|
|
|
|
шелковицы. Сравнительное изучение |
|
|
|
|
|
|
|
|
селекционных сортов шелковицы. В сб. |
|
Центромерные |
участки |
хромосом |
â |
|||
Экспериментальная полиплоидия в |
|
|||||||
|
сперматогониях у Acrididae (по Соколову |
|||||||
селекции растений, Новосибирск, Наука, |
|
|||||||
|
И.И., 1946, в: Прокофьева-Бельговская, 1966, |
|||||||
216-234. |
|
|||||||
|
ñòð. 291). |
|
|
|
|
|
||
Grishanin A.K., Akif’ev A.P. Interpopulation |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
differentiation within C. kolensis and C. |
хроматидцентромерысохраняюттеснуюсвязь |
|||||||
strenuus strenuus (Crustacea: Copepoda): |
друг с другом дольше других участков |
|||||||
evidence from cytogenetic methods. |
хромосомы и разделяются только в начале |
|||||||
Hydrobiologia 417: 37-42, 1999. |
анафазы.Впервомделениимейоза,напротив, |
|||||||
ZhimulevI.F.Polytenechromosomes,heterochromatin |
||||||||
центромерыгомологичныххромосомвкаждом |
||||||||
and position effect variegation. Advances in |
бивалентеначинаютотталкиватьсяпервымис |
|||||||
Genetics 37: 78-89, 1998. |
началом анафазы I, при этом центромеры |
|||||||
|
||||||||
9.8. Строение центромеры |
сестринских хроматид ведут себя как единое |
|||||||
целое. Обычно центромерный участок |
||||||||
Центромера - специфическая область |
||||||||
представлен в компактной интенсивно |
||||||||
эукариотической хромосомы, которая играет |
окрашивающейся метафазной хромосоме |
|||||||
фундаментальнуюрольвдвижениихромосом |
неокрашивающимся участком – первичной |
|||||||
к полюсам деления и точного распределения |
перетяжкой между двумя плечами хромосом |
|||||||
вновь реплицировавшихся хроматид по |
(Ðèñ. 9.62). |
|
|
|
|
|
||
дочерним клеткам во время митоза и мейоза. |
У некоторых видов растений и |
|||||||
Частотаошибоквэтихпроцессахневелика,но |
||||||||
животных существуют полицентрические |
||||||||
все-такизаметна.Удрожжей,например,частота |
хромосомы |
|
è |
хромосомы |
ñ |
|||
-5 |
|
|||||||
нерасхождения хромосом составляет 10 èëè |
нелокализованными |
|
диффузными |
|||||
ниже. У человека частота нерасхождения |
центромерами (Рис. 9.63). Подобные |
|||||||
хромосом выше, хотя большинство зигот с |
хромосомы обнаружены у ожики Luzula |
|||||||
неразошедшимися хромосомами гибнет во |
purpurea, |
скорпиона, |
некоторых |
|||||
времяэмбриональногоразвития.Нерасхождение |
представителей насекомых Hemiptera, а |
|||||||
хромосом происходит в тех случаях, когда |
также у аскарид A. megalocephala в клетках |
|||||||
центромеранормальнонефункционирует. |
зародышевого |
пути. Нити веретена |
||||||
Нараннихэтапахподготовкихромосомк |
||||||||
прикрепляются к этим хромосомам по всей |
||||||||
митозу центромера становится видимой как |
их поверхности и в анафазе дочерние |
|||||||
отчетливая морфологическая структура и |
хромосомы отходят к полюсам параллельно |
|||||||
выглядиткакперетяжкахромосомы.Функция |
одна другой в виде прямых палочек. После |
|||||||
центромеры, по крайней мере частично, |
действия рентгеновых лучей эти хромосомы |
|||||||
заключается в обеспечении прикрепления к |
распадаются на фрагменты (Рис. 9.63в), |
|||||||
хромосоменитейверетена.Центромераимеет |
каждый из которых имеет центромерный |
|||||||
свойциклповедениявмитозеимейозе.Вмитозе |
район и функционирует как нормальная |
|||||||
и во втором делении мейоза у сестринских |
хромосома. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
276