Подготовка у универсиаде 2012 / Генетика (Жимулев) / 6ver7

Глава 6

Структура и организация генома

Рисунок 6.30

случае, когда сам элемент удаляется за счет

à

кроссинговера между ДКП с идентичными

последовательностями (Рис. 6.30а), в

LTR

LTR

результате чего сохраняется лишь один ДКП

на месте внедрения ретротранспозона. Это

явление широко распространено в клетках

дрожжей. Установлено, что такие одинокие

ДКП оказывают серьезное влияние на

изменчивость

регуляторных

систем

дрожжевойклетки.

3.Формированиехромосомныхперестроек.

á

A

B

C

В результате кроссинговера между

одинаково ориентированными элементами

a

b

c

возникает делеция и дупликация материала,

расположенного

между

инсерциями

A

B

C

(Рис.6.30б). Если инсерции ориентированы в

противоположном направлении, возникает

инверсия(Рис.6.30в).

a

b

c

4. У дрозофилы отсутствует теломеразная

машина, но концы ДНК удлиняются за счет

a

b

B

C

перемещений ретротранспозонов (см. Раздел

9.6).

A

c

5.Участиевгоризонтальномпереносегенов.

Инфекционные ретровирусы способны

â

заражатьорганизмы,принадлежащиеразным

a

b

c

d

e

f

видам,ипереноситьсобственныйгенетический

материал,образуякопииДНК,встраивающиеся

в геном. Таким образом могли

распространяться

ретротранспозоны.

c

d

Подобный способ передачи генов получил

название горизонтального в отличие от

вертикального наследования генов из

b

e

поколения

â

поколение.

Широкое

a

f

распространение транспозона mariner среди

филогенетически

отдаленных

групп

насекомых может свидетельствовать о

a

b

d

c

e

f

повторныхпереходахданногоэлементаотвида

Возникновение подвижного промотора из-

к виду. Так, один из ретротранспозонов

дрозофилы (gypsy), как оказалось, является

за кроссинговера между двумя ДКП - LTR (a),

настоящимретровирусом:путеминъекцииили

делеции и дупликации из-за кроссинговера

скармливания вирусных частиц удается

между

мобильными

элементами

ориентированными в одну сторону (б) или

заразить мух, не несущих этих

инверсии из-за кроссинговера между

ретротранспозонов.

противоположно

ориентированными

6. Транспозоны на основе P-элемента

элементами (в).

используют для трансформации у эукариот,

В случае ретротранспозонов особые

клонированиягенов,поискаэнхансеров и т.д.

возможности для перенесения и изменения

(см. более подробно в Разделе 7).

регуляторных сигналов возникают в том

Литература к разделу 6.7.

являются обычным

компонентом

Гвоздев В.А. Подвижная ДНК эукариот. Часть 1.

бактериальных хромосом и плазмид. Три

Структура,механизмыперемещенияироль

инсерционных элемента - IS1, IS2, и IS10R

подвижных элементов в поддержании

представлены в геноме E. coli в 0-30 копиях.

целостности хромосом. Соросовский

Их размеры варьируют от 768 до 1329 п.н.

образовательный журнал 8: 8-14, 1998а.

Некоторое число копий этих элементов

Гвоздев В.А. Подвижная ДНК эукариот. Часть 2.

встречается в плазмидах. Они содержат ген

Роль в регуляции активности генов и

транспозазы. На концах IS-элементов

эволюции генома. Соросовский

находятся инвертированные повторы IR,

образовательный журнал 8: 15-21, 1998б.

длина которых варьирует от 22 до 41 п.н. В

Льюин Б. Гены. Москва, Мир, 480-481, 841, 1987.

участке встраивания IS-элементов в

Хесин Р.Б. Непостоянство генома. Москва, Наука,

1-472, 1984.

геномной ДНК образуется дупликация

размером от 5 до 9 п.н. (Рис. 6.31).

Юрченко Н.Н., Голубовский М.Д. Современная

генетика локуса white у Drosophila

Поскольку IS-элементы встраиваются в

melanogaster. Генетика 29: 581-591, 1988.

любой участок ДНК, они часто вызывают

Ashburner M. Drosophila. A laboratory handbook.

мутации, разрушая либо кодирующие или

Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbor

регуляторные последовательности.

Laboratory Press, 91-97, 987-988, 1-1331,

Промоторы в самом IS-элементе могут

1989.

влиять на экспрессию соседних генов. Из-за

Cooley L., Kelley R., Spradling A. Insertional

присутствия IS-элементов в хромосоме

mutagenesisoftheDrosophilagenomewithsingle

кроссинговер между ними может вызывать

P elements. Science 239: 1121-1128, 1988.

делециииинверсии.

Engels W.R. Invasions of P elements. Genetics 145:

11-15, 1997.

В процессе перемещения IS-элементов

происходит точное копирование уже

Federoff N.V. Barbara McClintock (June 16, 1902 -

September 2, 1992). Genetics 136: 1-10, 1994.

встроенного элемента, затем старая копия

Finnegan D.J. Eukaryotic transposable elements and

остается на месте, а вновь синтезированная

genome evolution. Trends in Genetics 5: 103-

внедряется в новый сайт. Репликация новой

107, 1989.

копии происходит с использованием энзимов

Lai C. Genetic application of transposable elements in

репликационной машины клетки хозяина.

eukaryotes. Genome 37: 519-525, 1994.

Транспозиция происходит с использованием

LewinB.GenesV.Oxford,NewYork,Tokyo,Oxford

транспозазы, которая

опознает IR

University Press, 1026-1055, 1994.

последовательности, где и инициируется

Russell P.J. Genetics, Fifth edition. Menlo Park,

транспозиция. Мутации в IR фрагментах

California,AddisonWesleyLongmanInc.,655-

влияют на частоту транспозиции. Частота

678, 1998.

транспозиций варьирует между 10-5 è 10-7 íà

6.8. Мобильные элементы

одно поколение.

прокариот

6.8.2. Транспозоны

Глава 6

Структура и организация генома

Рисунок 6.31

à

IS-элемент

5’

3’

ACAGTTCAG

CTGAACTGT

3’

TGTCAAGTC

GACTTGACA

5’

IR

IR

Разрезание

5’

3’

ÄÍÊ

TCGAT

3’

AGCTA

5’

хромосомы

Разрезание

â

Встроенный IS-элемент

5’

3’

TCGAT

ACAGTTCAG

CTGAACTGT

3’

TGTCAAGTC

GACTTGACA AGCTA

5’

IR

IR

ДНК-полимераза

и лигаза

ã

заполняют

пробелы

ДНК хромосомы

Новая ДНК

5’

3’

TCGAT

ACAGTTCAG

CTGAACTGT

TCGAT

3’

AGCTA

TGTCAAGTC

GACTTGACA

AGCTA

5’

IR

IR

Новая ДНК

ДНК хромосомы

Рисунок 6.33

(нерезистентнымкантибиотикам)

Транспозон Tn3

штаммам этого вида, а также

другим бактериям, населяющим

4957 ïí

tnpA

tnpB

bla

кишечник человека, в результате

чего эти бактерии приобретают

Транспозаза

Резолваза β -лактамаза

резистентность

к данным

Левый инвертированнный

Правый инвертированнный

повтор (38 пн)

повтор (38 пн)

антибиотикам.

ìÐÍÊ

Структура несложного (noncomposite) транспозона Tn3. Он

6.8.4. Бактериофаг Mu

имеет три гена в центральном районе: bla кодирует бэта-

лактамазу (разрушает антибиотики, такие как пенициллин

Это умеренный бактериофаг,

или ампициллин): tnpA кодирует транспозазу; tnpB

инфицирующий

E.

coli,

кодирует резолвазу (вовлечена в процесс транспозиции).

“умеренный” - значит может

Короткие инвертированные повторы на концах не связаны

проходить через литический цикл

с IS-элементами (Из Russell, 1998, p.659).

или лизогенную стадию. В то же

6.8.3. IS-элементы и

транспозоны в плазмидах

Рисунок 6.34

Как уже упоминалось выше (раздел

à

5), одной из первых открытых плазмид

была плазмида F (F-фактор). Эта

кольцевая структура имеет длину 94,5

т.п.н. и содержит ряд генов: а) tra

(transfer)

гены, необходимые для

переноса ДНК из бактерии-донора в

бактерию-реципиента, б) гены,

необходимые для репликации плазмиды,

в)четыре IS-элемента:двекопии IS3,одну

копию IS2 и один элемент – γδ

(Ðèñ. 6.34).

Поскольку в различных позициях в

хромосоме E. coli имеются копии этих же

á

инсерционныхэлементов,F-факторможет

встраиваться в различные участки

бактериальной хромосомы и в различной

ориентации. Встраивание происходит за

ñ÷åò

кроссинговера

между

гомологичными последовательностями

инсерционных элементов.

ПлазмидаRимееттежеtra гены,что

и в F факторе, а также гены, небходимые

для репликации ДНК, есть две копии IS1

элемента и три гена резистенции к

антибиотикам - amp (ампициллин), kan

(канамицин)иtet(тетрациклин)(Рис.6.34).

Эти гены фланкированы терминальными

повторенными последовательностями и,

следовательно,самиявляютсяистинными

транспозонами. Плазмида R, обычно

находящаяся у патогенной бактерии

Карты F-фактора E. coli (а) и плазмиды R (б).

Shigella,

передается

другим

Объяснения в тексте (Из: Russell, 1998, p. 661).

Глава 6

Структура и организация генома

Рисунок 6.35

à

геном Mu

сегмент G

C

A

B

Гены головки и хвоста

gin

Левый

Правый

ДНК хромосомы

инвертированный

инвертированный

ДНК хромосомы

повтор (IR-L)

повтор (IR-R)

á

геном Mu

Хромосома

E.coli

сегмент G

C

A

B

Гены головки и хвоста

gin

IR-L

IR-R

прямой повтор

прямой повтор

5 ïí

5 ïí

Структура генома умеренного бактериофага Mu в виде фаговой частицы (a) или в виде профага,

встроенного в в хромосому E. coli (б). (Из: Russell, 1998, p. 662).

время, это транспозон и он может вызывать

Литература к разделу 6.8.

мутацииврезультатевстраивания.

Хесин Р.Б. Непостоянство генома. Москва,

В фаговой частице Mu геном содержит

37 т.п.н. линейной молекулы ДНК, главным

Наука, 1984.

Russell P.J. Genetics, Fifth edition. Menlo Park,

образомфаговойснебольшимифрагментами

ДНК из хромосомы E. coli на каждом из

California,AddisonWesleyLongmanInc.,655-

678, 1998.

концов (Рис. 6.35).