Подготовка у универсиаде 2012 / Генетика (Жимулев) / 13ver7
.pdf
Политенные хромосомы |
Глава 13 |
|
|
Глава 13. Политенные хромосомы
13.1. Общие положения
Политенныехромосомыбылиоткрыты Е. Бальбиани (E. Balbiani) в 1881 году в клетках слюнных желез, Мальпигиевых сосудов, кишечника, гиподермы и мышц личинок Chironomus plumosus. Они были описаныкакдлинныецилиндрическиешнуры, которые, многократно изгибаясь, заполняют весь объем ядра. Шнуры эти были названы “перманентной спиремой”, поскольку, по мнению автора, в каждом ядре был только один такой шнур и он напоминал слегка закрученную спиральную нить - спирему. Девять лет спустя, в 1890 году Е. Бальбиани открыл перманентную спирему в развивающемся зачатке макронуклеуса инфузории Loxophyllum meleagris (Рис. 13.1).
митотических хромосом. По мнению этих исследователей, каждый элемент “спиремы” является результатом плотного синапсиса гомологичных хромосом.
О том, что спирема имеет непосредственное отношение к хромосомам впервые предположил Ф. Рамбоусек (F. Rambousek) в 1912 году, затем Д. Костов в 1930, Н.К. Кольцов в 1934 и Х. Бауэр - в 1935. Важнейшие доказательства в пользу хромосомной природы спиремы получил Т. Пайнтер в середине 1930-x годов. Используя серию хромосомных перестроек с точками разрывов в известных районах хромосом, он прокартировал 22 гена и продемонстрировал полное линейное соответствие между их расположением на генетической карте, а так же на цитологических картах митотических хромосом и спиремы. Гигантские размеры хромосомслюнныхжелез,согласногипотезе Н.К. Кольцова, объяснялись их
Â1933-1934 гг. три группы многонитчатостью. Термин “политенные
исследователей:Т.Пайнтер,Э.ХайциХ.Бауэр, Р. Кинг и Х. Бимс (T. Painter, E. Heitz and H. Bauer,R.KingandH.Beams),используяметод давленыхпрепаратов,показали,что“спирема” не является сплошным одиночным шнуром, а состоит из отдельных элементов, число которых было близким к гаплоидному числу
хромосомы” был предложен П. Коллером (P. Koller) в 1935 году и был принят по рекомендацииК.Дарлингтона(С.Darlington) в 1937 году.
Итак, политенные хромосомы имеют следующие характерные особенности: 1. Это интерфазные хромосомы, максимально
Рисунок 13.1
à |
á |
Первые рисунки политенных хромосом, сделанные Е. Бальбиани в 1881(а) и 1890(б) годах. а - ядро клетки слюнной железы личинки Chironomus plumosus, б - зачаток, по-видимому, макронуклеуса инфузории Loxophyllum meleagris (Из: Жимулев, 1992, с. 14, с. 83).
311
Глава 13 |
Политенные хромосомы |
|
|
|
|
декомпактизованные и находящиеся в |
AcademicPress,London,NewYork,SanFran- |
|
состоянии, когда гены имеют максимальные |
cisco, V. 2b, 316-395, 1978. |
|
возможности для экспрессии, т.е. активно |
BeermannW.Riesenchromosomen.Protoplasmatologiya, |
|
функционирующиехромосомы. |
Wien,SpringerVerlag, 6D,1-161, 1962. |
|
BerendesH.D.Syntheticactivityofpolytenechromo- |
||
2.Они имеютгигантскиеразмеры,т.к.состоят |
||
из тысяч гомологичных нитей - хроматид. |
somes. Int. Rev. Cytol. 35: 61-116, 1973. |
|
RichardsG.TheecdysoneregulatorycascadesinDro- |
||
3. Эти хромосомы имеют характерный |
||
рисунокпоперечнойисчерченности -рисунок |
sophila.Advances in Developmental Biology 5: |
|
81-135, 1997. |
||
хромомеров (Рис. 13.2). |
||
RusselS.andAshburnerM.Ecdysone-regulatedchro- |
||
|
||
4. Число хромосомных элементов в ядрах с |
mosomepuffinginDrosophilamelanogaster.In: |
|
политенными хромосомами чаще всего |
Metamorphosis.AcademicPress,109-144,1996. |
|
гаплоидное, т.к. гомологичные хромосомы |
ZhimulevI.F.Morphologyandstructureofpolytenechro- |
|
каждой пары тесно конъюгируют друг с |
mosomes. Advances in Genetics 34: 1-497, |
|
другом, в результате чего общее число |
1996. |
|
хромосом уменьшается вдвое. |
ZhimulevI.F.,BelyaevaE.S.,SemeshinV.F.Informational |
|
|
contentofpolytenechromosomebandsandpuffs. |
|
Литература к разделу 13.1. |
CRC Critical Reviews in Biochemistry 11: 303- |
|
Жимулев И.Ф. Политенные хромосомы: |
340, 1981. |
|
|
||
морфология и структура. Новосибирск, |
13.2. Морфология политенных |
|
Наука, 12-29, 1992. |
|
|
AshburnerM.Functionandstructureofpolytenechro- хромосом |
||
mosomesduringinsectdevelopment.Advances |
Политенные хромосомы изучают на |
|
in Insect Physiology 7: 1-95, 1970. |
давленных препаратах: слюнные железы |
|
AshburnerM.,BerendesH.D.Puffingofpolytenechro- |
(чаще всего) или другие органы фиксируют |
|
mosomes.In:“TheGeneticsandBiologyofDro- |
в кислых фиксаторах, красят в кислотном |
|
sophila(M.AshburnerandT.R.F.Wright,eds.), |
|
|
Рисунок 13.2 |
|
|
X-хромосома |
Правое плечо |
|
|
||
|
хромосомы 2 |
|
Асинапсис |
|
|
|
Левое плечо |
|
|
хромосомы 2 |
|
Правое плечо |
Левое плечо |
|
хромосомы 3 |
||
хромосомы 3 |
||
|
||
|
Хромоцентр |
Политенные хромосомы Drosophila melanogaster (Из: Painter, 1934). Хромосомы расправились на предметном стекле в результате раздавливания. Каждая родительская хромосома спарена со своим гомологом (соматический синапсис). Есть районы где две хромосомы лежат отдельно (асинапсис). Все хромосомы связаны центромерными районами в общий хромоцентр. В левом нижнем углу показаны митотические хромосомы из клеток яичников при том же увеличении.
312
Политенные хромосомы |
|
|
|
Глава 13 |
||||
|
|
|
||||||
растворе орсеина или кармина и затем |
|
|
||||||
|
Рисунок 13.3 |
|||||||
раздавливают между предметным |
è |
|
à |
|||||
покровным стеклами. Хромосомы при этом |
|
|
||||||
расправляются. |
|
|
|
|
|
|
||
Выделяют два типа расположения |
|
|
||||||
хромосом в ядре: независимое друг от друга |
|
|
||||||
и связанное - с объединением |
|
|
||||||
прицентромерных районов всех хромосом в |
|
|
||||||
общий хромоцентр (Рис. 13.3). |
|
|
|
|
||||
Какой-либоэволюционнойсвязимежду |
|
|
||||||
видовой принадлежностью и наличием или |
|
|
||||||
отсутствием хромоцентра не обнаружено. |
|
|
|
|||||
Морфология политенных хромосом |
|
|
||||||
может широко варьировать в зависимости от |
|
|
||||||
степени синапсиса хроматид. Политенные |
|
á |
||||||
хромосомы развиваются из хромосом |
|
|||||||
|
|
|||||||
диплоидных ядер за счет последовательных |
|
|
||||||
дупликаций каждого хромосомного |
|
|
||||||
элемента. Если коньюгация гомологичных |
|
|
||||||
хроматид |
максимальна, |
образуются |
|
|
||||
“классические” политенные хромосомы, т.е. |
|
|
||||||
цилиндрические жгуты с отчетливым |
|
|
||||||
рисунком дисков, такие какие были описаны |
|
|
||||||
ó Chironomus tentans èëè Drosophila |
|
|
||||||
melanogaster (Рис. 13.3). Если степень |
|
|
||||||
коньюгации |
хроматид |
минимальна, |
|
|
||||
образуется |
полиплоидное |
ÿäðî |
ñ |
|
|
|||
ретикулярной |
структурой. |
Ýòî òàê |
|
Хромосомы Chironomus tentans без хромоцентра |
||||
называемая скрытая политения (Рис. 13.4). |
|
|||||||
|
(а) и Drosophila virilis с хромоцентром (б) (Из: |
|||||||
В некоторых случаях коньюгация хроматид |
|
|||||||
|
Beermann, 1962 и Губенко, 1983, в кн. Жимул¸в, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
нарушается очень сильно., но только в |
|
1992, ñòð. 131). |
||||||
некоторых хромосомах из всего набора. Эти |
|
|
||||||
хромосомы в питающих клетках образуются |
||||||||
хромосомы не имеют рисунка дисков, |
||||||||
становятся диффузными, как “помпоны” |
толькоумутантов,приэтомчеткостьрисунка |
|||||||
(Ðèñ. 13.4). |
|
|
|
|
|
дисков увеличивается при понижении |
||
|
|
|
|
|
температуры и введении в геном |
|||
Существует огромная литература о |
||||||||
возможностях переходов из одной формы |
дополнительного гетерохроматина (Y- |
|||||||
политении в другую. Рассмотрим некоторые |
хромосомы). Классические политенные |
|||||||
примеры: |
|
|
|
|
|
хромосомы в питающих клетках ооцитов D. |
||
|
|
|
|
|
melanogaster формируются у мутантов otu |
|||
1. В питающих клетках ооцитов |
||||||||
взрослых мух-представителей большинства |
(ovarian tumor) и fs(2)B. И совсем |
|||||||
семейств отряда Diptera - классические |
поразительные результаты были получены в |
|||||||
политенные хромосомы не образуются. |
результате генетических экспериментов на |
|||||||
Однако, у некоторых видов, например, у |
мясной мухе Calliphora erythrocephala. |
|||||||
комаров рода |
Anopheles политенные |
После14поколенийтесногоинбридинга(см. |
||||||
хромосомы имеют наиболее четкий рисунок |
Раздел 19.1) с отбором на улучшение |
|||||||
дисков именно в питающих клетках. У |
“качества” хромосом были получены две |
|||||||
дрозофил |
классические |
политенные |
сублинии с ч¸тким рисунком дисков. У |
|||||
|
|
|
|
|
|
гибридов от скрещивания этих линий между |
||
313
Глава 13 |
|
|
|
|
Политенные хромосомы |
||
Рисунок 13.4 |
|
|
собойклассическиеполитеннныехромосомы |
||||
|
|
|
|
не формируются (Рис. 13.5), поскольку |
|||
|
|
|
|
хроматиды |
полностью |
теряют |
|
|
|
|
|
конъюгационныеспособности. |
|
||
|
|
|
|
2. Помпоноподобные Х-хромосомы у |
|||
|
|
|
|
дрозофилыобразуютсяврезультатемутаций, |
|||
|
|
|
|
т.е. при нормальной конъюгации хроматид |
|||
|
|
|
|
формируется классическая политенная |
|||
|
|
|
|
хромосома, а у мутантов - “помпон”. |
|||
|
|
|
|
Многочисленные случаи переходов от |
|||
|
|
|
|
классическиххромосомкпомпоноподобным |
|||
|
|
|
|
известны у многих видов как результат |
|||
|
|
|
|
различных физиологических нарушений, |
|||
|
|
|
|
например, мутаций, инкубаций in vitro или in |
|||
|
|
|
|
vivo,атакжеинфекций. |
|
||
|
|
|
|
3. У родственных видов ногохвосток |
|||
|
|
|
|
(отрядCollembola)обнаруженоварьирование |
|||
Степень |
коньюгации и расположение |
структуры политенных хромосом: у одного |
|||||
âèäà, Pseudachorutes palmiensis, âñå ÿäðî |
|||||||
хроматид |
в политенных |
хромосомах |
|||||
заполненопомпоноподобнымихромосомами, |
|||||||
классического типа (а), |
ïðè |
скрытой |
|||||
укоторыхконъюгацияхроматидсохраняется |
|||||||
политении (б) и в “помпоно”-подобных |
|||||||
лишь в области блоков прицентромерного |
|||||||
хромосомах (в). Индивидуальные хроматиды |
|||||||
гетерохроматина. У другого вида, |
|||||||
с хромомерами, обозначенными черными |
|||||||
Protachorutes, конъюгацию сохраняют |
|||||||
прямоугольниками, плотно контактируют |
|||||||
другсдругом,приэтомхромомерыформируют |
хроматиды |
в прицентромерных и |
|||||
диски (а). Хроматиды контактируют друг с |
проксимальных частях хромосом, более |
||||||
другомтольковнекоторыхучастках,формируя |
удаленные |
участки |
хроматид |
||||
структуру наподобие метлы (б). Коньюгация |
расконъюгированы. |
|
|||||
хроматид нарушена полностью, формируется |
4. Особенно интересным является |
||||||
“помпон” |
(в). Кружком |
помечен |
обнаружение зависимости конъюгации |
||||
центромерный район. |
|
|
|||||
|
|
хроматидоттемпературы. |
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Рисунок 13.5 |
|
|
|
|
|
||
à |
|
|
á |
|
â |
|
|
Возникновение ретикулярной структуры (в) в ядрах питающих клеток ооцитов у Calliphora erythrocephala в результате скрещивания двух инбредных (а, б) линий с классическими политенными хромосомами (Из: Ribbert, 1979, в кн. Жимулев, 1992, с. 62).
314
Политенные хромосомы |
|
|
|
Глава 13 |
|
|
|
||||
С середины 1930-x годов известно, что |
Литература к разделу 13.3. |
||||
болеечеткаякартинадисковполучается,если |
Жимулев |
И.Ф. Политенные |
хромосомы: |
||
все процедуры (выращивание личинок для |
морфология и структура. Новосибирск, |
||||
опыта,температурафиксатораифизраствора) |
Наука, 30-125, 1992. |
|
|
||
проводятся при низких температурах. Еще |
|
|
|
|
|
более сильное влияние температуры на |
13.4. Многонитчатость |
||||
морфологию политенных хромосом было |
политенных хромосом |
||||
обнаружено в опытах с фасолью. У растений |
Предположение о многонитчатости |
||||
давно известны политенные хромосомы, |
|||||
только что открытых гигантских хромосом, |
|||||
образующиеся в различных типах клеток, |
высказанное Н.К. Кольцовым в 1934 году, |
||||
однако это хромосомы без рисунка дисков |
вскоре |
получило |
многочисленные |
||
(скрытая политения). Такой тип хромосом |
экспериментальные подтверждения. К |
||||
возникает если выращивать растения при |
настоящемувремениимеются разнообразные |
||||
температуре 22 C. Если изменить |
доказательства того, что хромосомы этого |
||||
температурный режим (8 C ночью и 12 C - |
типаявляютсяпучкоминдивидуальныхнитей |
||||
днем), политенные хромосомы приобретают |
-хроматид. |
|
|
||
четкийрисунокдисков. |
Самым простым доказательством |
||||
В общем морфология политенных |
политенности хромосом является, по- |
||||
хромосомусамокисамцоводинакова.Однако, |
видимому,измерениеколичестваДНКвядрах |
||||
у самцов дрозофилы X-хромосома имеет |
с политенными хромосомами и отнесение |
||||
отличия: она более разрыхлена, слабее |
этого количества к содержанию ДНК в |
||||
окрашиваетсяитолщинаеепочтитакаяже,как |
обычном диплоидном или гаплоидном ядре. |
||||
у двух X-хромосом самок. Количество |
Этоотношениебудетхарактеризоватьстепень |
||||
негистоновых белков в X-хромосоме самца |
плоидности (политенности) хромосом в |
||||
примерно в полтора раза выше, чем в одной |
данномтипеклетокнаданнойстадииразвития. |
||||
хромосоме самки. X-хромосома самца |
Для этого чаще всего используют методики |
||||
синтезирует вдвое больше РНК, чем X- |
цитофотометрии или спектрофотометрии. |
||||
хромосома самки. Это явление называется |
Использование этих методов основано на |
||||
дозовой компенсацией (см. детали в Разд. 14. |
измерении поглощения света определенной |
||||
8.1.). Гены Sxl, mle и msl играютглавнуюроль |
длины волны при прохождении через |
||||
всозданииособойморфологииX-хромосомы |
окрашенныйилинеокрашенныйпрепарат. |
||||
самца.Белки,кодируемыегенамигруппыmsl, |
СведенияостепениполитенизацииДНК |
||||
всочетаниисособойацетилированнойформой |
в клетках некоторых типов представлены в |
||||
гистонаH4,разрыхляютX-хромосомусамца. |
Òàáë.13.2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Степени политении существенно |
||||
Литература к разделу 13.2. |
различаются как в разных клетках одного |
||||
Жимулев И.Ф. Политенные хромосомы: |
органа,такивклеткахразныхорганов. |
||||
морфология и структура. Новосибирск, |
Удивительновысокиестепениполитении |
||||
|
|
|
|
||
Наука, 126-154, 1992. |
были обнаружены в клетках двукрылых |
||||
|
насекомых, |
подвергнувшихся |
|||
13.3. Встречаемость |
внутриклеточнойинфекции.Числохроматидв |
||||
политенных хромосом |
таких супергигантских |
политенных |
|||
в природе |
хромосомах достигает миллиона, и они |
||||
С учетом данных о классической и |
становятсявидимыминевооруженнымглазом. |
||||
скрытойполитениинижеприведенысведения |
Литература к разделу 13.4. |
||||
о распространении политенных хромосом в |
Жимулев И.Ф. Политенные хромосомы: |
||||
природе(Табл.13.1). |
морфология и структура. Новосибирск, |
||||
|
|||||
Наука, 170-182, 1992.
315
Глава 13 |
|
|
Политенные хромосомы |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 13.1 |
|
|
|
|
|
|
|
Встречаемость политенных хромосом в природе. |
|
|
|||||
Организм |
|
Орган |
|
Тип политении |
|
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
классическая |
скрытая |
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Эмбрион |
|
|
|
|
У мутанта gnu у |
||
Насекомые |
|
|
|
|
D. melanogaster |
||
|
|
|
|
|
|
||
|
отряда Diptera |
|
Личинки: слюнные железы, |
|
В нормальном развитии |
|
|
|
|
кишечник,желудок, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мальпигиевы сосуды, жировые |
|
|
|
|
|
|
|
тела, ядовитая железа, |
|
|
|
|
|
|
|
анальные папиллы |
|
|
|
|
|
|
|
Куколки: Мальпигиевысосуды, |
|
В нормальном развитии |
|
|
|
|
|
жировые тела, прямая кишка, |
|
|
|
|
|
|
|
пулвиллы, трихогенные клетки |
|
|
|
|
|
|
|
Имаго: Мальпигиевы сосуды, |
|
В нормальном развитии |
|
|
|
|
|
задняякишка |
|
|
|
|
|
|
|
Питающие клетки |
|
У комаров Anopheles |
У большинства |
|
|
|
|
ооцитов |
|
у Calliphora после |
двукрылых |
|
|
|
|
|
инбридинга |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
у мутантов otu |
|
|
|
|
|
|
|
D. melanogaster |
|
|
Насекомые |
|
Эноциты |
|
|
Возможно, в |
|
|
|
отряда |
|
|
|
|
нормальном |
|
|
Orthoptera |
|
|
|
|
развитии |
|
Насекомые |
|
Шелкоотделительная железа |
|
|
- “ - |
||
|
отряда |
|
|
|
|
|
|
|
Lepidoptera |
|
|
|
|
|
|
Насекомые |
|
Слюнная железа |
|
В нормальном развитии |
|
|
|
|
отряда |
|
|
|
|
|
|
|
Collembola |
|
|
|
|
|
|
Инфузории |
|
Зачаток макронуклеуса |
|
В нормальном развитии |
|
|
|
Аскариды |
|
Пищеварительная железа |
|
|
Возможно,в |
|
|
|
|
|
|
|
|
нормальном развитии |
|
|
|
|
Эпителий матки |
|
|
- “ - |
|
|
Моллюски |
|
Гигантский нейрон |
|
|
- “ - |
|
|
Млекопитающие |
|
Клетки трофобласта |
|
|
В нормальном |
|
|
|
|
|
|
|
развитии |
|
|
|
|
Раковые клетки |
|
|
В гигантских |
|
|
|
|
|
|
|
раковых клетках |
|
|
Растения |
|
Антиподы, синергиды, |
|
При низкой температуре |
В нормальном |
|
|
|
|
эндосперм, гаусторий |
|
|
развитии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
316
Политенные хромосомы |
Глава 13 |
|
|
13.5. Синапсис и асинапсис гомологов
Явление соматического синапсиса состоит в том, что гомологичные хромосомы каждой пары объединяются. Оба элемента конъюгируютдисккдискумаксимальноточно, так что создается впечатление единой хромосомы. В результате этого число политенныххромосомвядреуменьшаетсядо гаплоидного.
Соматический синапсис не является обязательной характеристикой политенных хромосом. Если у двукрылых насекомых гомологичные хромосомы всегда в той или инойстепениконъюгируют,тодлярастенийили первичнобескрылых насекомых в норме характерно отсутствие синапсиса. Не совсем ясно,синаптируютлиполитенныегомологиу инфузорий и млекопитающих, так как имеющиесяданныепротиворечивы.
Синапсис может быть на том или ином протяжениинарушен(около20%ядерклеток в слюнных железах у разных видов двукрылых). Особый интерес представляет открытыйужевпервойстатьеЕ.Бальбиани(см. Рис.13.1),азатемХ.Бауэромв1936годуфакт
специфического асинапсиса: у Chironomus plumosus четвертые хромосомы не конъюгируют и располагаются в ядре раздельно.
Интересно проявляется нарушение конъюгации у некоторых межвидовых гибридов. Давно было замечено, что у гибридов разных видов дрозофил уровень асинапсиса гомеологов выше, чем родительских видов, участвовавших в скрещиваниях. Удивительным было обнаружение Ф.Г. Добжанским в 1957 году факта полного отсутствия конъюгации у гибридов D. insularis Ч D. tropicalis. У потомков гомеологи конъюгируют только в области хромоцентра. При этом рисунок дисковвполитенныххромосомахидентичен.
Участки,вкоторыхсостояниеасинапсиса переходитвсостояниесинапсиса, неслучайны. Чаще это районы интеркалярного гетерохроматина.
Частота асинапсисаможет значительно изменяться под действием различных факторов, являющихся модификаторами эффектаположения,такимикакварьирование температурой иколичествомгетерохроматина в ядре (число Y-хромосом).
Таблица 13.2
Степени политении в клетках некоторых типов (Из: Жимулев, 1992, стр. 175-178).
|
Âèä |
Орган |
Степень |
|
|
политении (n) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ñhironomus plumosus |
Слюнные железы личинок |
1024-4096 |
|
|
Ch. tentans |
Слюнные железы личинок |
8192-32768 |
|
|
Drosophila melanogaster |
Слюнные железы личинок |
1024-2048 |
|
|
|
Средняя кишка личинок |
512-1024 |
|
|
|
Мальпигиевы сосуды имаго |
2-256 |
|
|
|
Жировые тела личинок |
16-512 |
|
|
|
Протаракальная железа |
|
|
|
|
личинок |
64-512 |
|
|
|
Питающие клетки ооцитов |
|
|
|
|
имаго |
512-8192 |
|
|
Rhynchosciara angelae |
Слюнные железы личинок |
4000-16000 |
|
|
|
Слюнные железы личинок |
|
|
|
|
после внутриклеточной |
|
|
|
|
инфекции |
|
|
|
|
микроспоридиями |
512000-1024000 |
|
|
Млекопитающие |
Трофобласт |
64-4096 |
|
|
Растения |
Суспензор, гаусторий, |
|
|
|
|
антиподы и синергиды |
2-8192 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
317
Глава 13 |
|
|
|
|
|
Политенные хромосомы |
|||
|
|
||||||||
Литература к разделу 13.5. |
по отношению к каждому диску можно |
||||||||
Жимулев И.Ф. Политенные хромосомы: |
определить положение того или иного гена, |
||||||||
морфология и структура. Новосибирск, |
точки разрыва хромосомной перестройки, |
||||||||
Наука, 154-169, 1992. |
|
|
участка локализации |
ÄÍÊ |
методом |
||||
|
|
|
|
|
гибридизации in situ или меченых антител на |
||||
13.6. Хромомерный рисунок |
различныекомпонентыхромосом. |
|
|||||||
в политенных хромосомах |
|
Построениецитологическихкартобычно |
|||||||
Политенныехромосомыклассического |
включаетдваэтапа: |
|
|
||||||
типа имеют характернейшую особенность - |
а)выявление,зарисовкуилифотографирование |
||||||||
поперечную исчерченность. Вдоль каждой |
дисковиособенностейморфологиихромосом |
||||||||
отдельно взятой хроматиды расположены, |
и б) нанесение наименований дисков на |
||||||||
чередуясь, участки более (хромомеры) или |
изображение хромосомы. Что касается |
||||||||
менее (межхромомеры) плотной упаковки |
собственноизображенияхромосом,товходу |
||||||||
ДНП. Когда многочисленные сестринские |
у цитогенетиков долгое время были |
||||||||
хроматидытесноконъюгируют,гомологичные |
исключительно рисованные карты, позднее |
||||||||
хромомеры,сближаясь,образуютпоперечную |
появилисьфотографические. |
|
|||||||
полосу (диск) (см. Рис. 11.12). |
К. Бриджес предложил |
принцип |
|||||||
обозначениядисковнакартах. С некоторыми |
|||||||||
Деконденсированныеучасткихроматидмежду |
|||||||||
хромомерами в политенной хромосоме |
вариациями |
он использовался всеми |
|||||||
образуютмеждиски. |
|
|
|
последующими исследователями: каждое из |
|||||
|
|
|
пяти длинных плеч хромосом дрозофилы он |
||||||
Одновременносоткрытиемполитенных |
|||||||||
хромосом |
обнаружили |
è |
такое |
поделил на 20 примерно равных по длине |
|||||
фундаментальное |
их свойство |
êàê |
сегментов,начинающихсяскрупногохорошо |
||||||
уникальностьрисункадисков.Былозамечено, |
заметного |
диска. |
Четвертая, |
||||||
чтовслучаелокальногоасинапсисагомологов |
микрохромосома, поделена на два таких |
||||||||
образец поперечной исчерченности, т.е. |
сегмента. В итоге получается 102 района, |
||||||||
порядок дисков разной толщины, был |
обозначенных цифрами (Рис. 13.6). Это |
||||||||
одинаковымнаобоихгомологах. |
|
|
цифровые подразделения карты, каждое из |
||||||
|
|
которых поделено еще на 6 участков, |
|||||||
Размеры и |
морфология дисков, |
||||||||
расстояниямеждусоседнимидискамистрого |
обозначенныхбуквами(A-F)исодержащихпо |
||||||||
индивидуальныдлякаждого,даженебольшого |
несколько дисков. Внутри буквенных |
||||||||
фрагмента |
хромосомы. В |
результате |
подразделенийкаждыйдисквновьобозначен |
||||||
отдельные группы дисков могут служить |
цифрами.Такимобразом,положениелюбого |
||||||||
маркерами не только районов, но и целых |
диска можно совершенно точно описать, |
||||||||
хромосом,например,удрозофилысдвоенные |
например,диск2С1-2-этопервый“дублет”в |
||||||||
крупные пуфы, названные “китайскими |
подразделении С второго района Х- |
||||||||
фонарями”(Chineselanterns),группаизчетырех |
хромосомы. |
|
|
|
|||||
близко расположенных черных дисков - |
Прираздавливанииядерсполитенными |
||||||||
хромосомами, в жидкостях, содержащих |
|||||||||
“четыребрата”,длинныйучастокоченьмалого |
|||||||||
диаметра-“гусинаяшея”ит.д.Всеэтиназвания |
уксусную, молочную или пропионовую |
||||||||
были даны К. Бриджесом еще в 1935 году. |
кислоты, хромосомыхорошо расправляются |
||||||||
Неудивительно,чтоеслитотилиинойфрагмент |
и диски выглядят как хорошо известные |
||||||||
хромосомы принесен перестройкой в новое |
сплошные поперечные полосы. |
|
|||||||
положение, точки разрывов хромосом могут |
Морфология дисков при фиксации |
||||||||
хромосом в спирт-уксусных смесях может |
|||||||||
быть точно определены, а перенесенный |
|||||||||
сегмент - идентифицирован в новом |
варьировать, по словам Бриджеса, “от едва |
||||||||
положении. Все это позволяет строить |
заметных тонких, почти гладких линий до |
||||||||
цитологическиекарты,оченьудобныетем,что |
плотных широких полос, от тонких точек, |
||||||||
318
Политенные хромосомы |
Глава 13 |
|
|
Рисунок 13.6
тип диска
номер диска
буквенноеподразделение
цифровоеподразделение
Фрагмент карты политенной X-хромосомы дрозофилы, нарисованной К. Бриджесом в 1938 году.
формирующих поперечную полосу, до крупных точек, создающих диски, напоминающие ячеистые цепи, от тонких пунктировдотолстыхдисков”.
В 1930-1940 годы, когда были построены карты политенных хромосом
Drosophila melanogaster,препаратыготовили путем простого раздавливания в красителе, разведенном на 45% уксусной кислоте. Повидимому, именно поэтому, (т.е. из-за большого содержания воды) большинство крупных дисков, которые выглядят сплошныминаприжизненныхфотографиях, теряют гомогенность в распределении материала, который скапливается по краям диска, образуя пузырь или капсулу, полые внутри.Есликаждуюстенкукапсулысчитать отдельным диском, то на месте каждого из них, одиночного до фиксации, можно нарисовать два - или “дублет” по Бриджесу. На Рис. 13.6 “дублеты” помечены галочками и имеют двойное обозначение (две цифры через дефис, например, диск 2B1-2). Общепринято, что дублеты являются артефактами фиксации (на ЭМ фотографии, представленной на Рис. 13.7, никакой двойственности дисков не видно), однако общий рисунок карт был сделан настолько хорошо, и так много генов и хромосомных перестроек уже были картированы именно в дублетах, что все генетики до сих пор пользуютсятолькообозначениямиБриджеса. Всего на картах Бриджеса изображено чуть более 5000 дисков, однако если считать, что около 1.5 тыс. из них изображеныдублетами, общеечислодисковдолжнобытьуменьшено примерно до 3.5 тыс.
Рисунок дисков и междисков каждой политенной хромосомы является видоспецифичным и характерен для каждой хромосомы в различных тканях или стадиях развития.
Тщательный анализ рисунка дисков в четырех органах Chironomus tentans привели В. Беермана (Рис. 13.8) в 1950-1970 гг. к заключению, что данный рисунок дисков в значительной степени одинаков. Он выделил 4типаразличий:
1.“Присутствие-отсутствие”. В одной ткани диск хорошо виден, в другой - нет.
2.“Одиночный-дублетный”. Имеются два диска в одной ткани и только один диск - в другой.
3.“Разное расстояние”. Расстояния между отдельными гомологичными дисками в хромосомах разных тканей различны (удлинения-укорочениямеждисков).
Рисунок 13.7
Электронно-микроскопическая фотография части 3R хромосомы Drosophila melanogaster. Диски и междиски выглядят как темные и светлые поперечные полосы. (Фотография любезно представлена В.Ф. Семешиным).
319
Глава 13 |
|
|
|
Политенные хромосомы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
личинок,выловленныхвмарте,числодисков |
Рисунок 13.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
в четыре раза больше, чем в сентябре: |
|
|
|
|
“зимние” блоки хроматина расщепляются на |
|
|
|
|
дискиимеждиски. |
|
|
|
|
Похожие слияния-расщепления дисков |
|
|
|
|
происходятунекоторыхлетальныхмутантов |
|
|
|
|
дрозофилы, при длительном инкубировании |
|
|
|
|
органов,содержащихполитенныехромосомы, |
|
|
|
|
вискусственныхсредахилигемолимфеимаго. |
|
|
|
|
Таким образом, может быть сделано |
|
|
|
|
общее заключение о постоянстве и |
|
|
|
|
вариабильности рисунка дисков: он |
|
|
|
|
относительнопостояненвклеткахнормально |
|
|
|
|
функционирующих органов, однако при |
|
|
|
|
изменениивнутриклеточныхилиокружающих |
|
|
|
|
условийдискиварьируютзасчетобъединения |
|
|
|
|
(слияния) или расщепления материала на |
|
|
|
|
несколькодисков. |
Вольфганг Беерман |
|
|
Литература к разделу 13.6. |
|
1921-2000 |
|
|
||
|
|
Жимулев И.Ф. Политенные хромосомы: |
||
|
|
|
|
|
4. “Тканеспецифичное усиление окраски |
морфология и структура. Новосибирск, |
|||
междисков”, соединяющих два или более |
Наука, 182-208, 1992. |
|||
близлежащихтолстыхдиска. |
|
|
13.7. Политения как явление |
|
ДанныеВ.Беерманапоказали,чтонаряду |
||||
со значительной |
стабильностью и |
Клетки с политенными хромосомами |
||
повторяемостью рисунков дисков в разных |
отличаютсяотмитотическиделящихсяклеток |
|||
тканях, существует и |
некоторая |
целым рядом особенностей. Во-первых, |
||
вариабельность. |
|
|
|
формирование политенных хромосом |
В настоящее время получены и |
ассоциируется с потерей всего механизма |
|||
многочисленные данные о существенных |
|
клеточного деления после каждого удвоения |
||
различиях в рисунке дисков в клетках |
ДНКвядре,врезультатечегоклеточныйцикл |
|||
нормально функционирующих органов. В |
вклеткахэтоготипасостоиттолькоиздвухфаз |
|||
результате сравнения рисунков дисков в |
S, когда синтезируется ДНК и G - |
|||
трихогенных клетках и питающих клетках |
межсинтетической.Такойтипклеточногоцикла |
|||
ооцитов не было найдено хоть какой-то |
у дрозофилы устанавливается в середине |
|||
гомологии. |
|
|
|
эмбриональногоразвития. |
Удивительные |
факты |
сезонных |
Во-вторых, в конце каждого периода |
|
изменений длины политенных хромосом и |
|
репликации дочерние хроматиды не |
||
рисунка дисков в них, были описаны Н.Б. |
сегрегируют(т.е.нерасходятсядруготдруга), |
|||
Ильинской в 1978-1980 гг. для некоторых |
ониостаютсяспареннымидругсдругом.Один |
|||
видов хирономусов. Оказалось, что перед |
из генов дрозофилы, escargot, необходим для |
|||
началомхолодов,всентябре,хромосомырезко |
того,чтобыподдерживать циклдиплоидных |
|||
укорачиваются, уменьшается число пуфов, |
клеток в имагинальных дисках. Этот ген не |
|||
соседниедискивомногихрайонахсливаются |
функционирует в личиночных тканях с |
|||
вблокихроматина,фактическивновыедиски. |
|
политенными хромосомами. Предполагают, |
||
Удлинение хромосом начинается в январе- |
что его экспрессия подавляет развитие |
|||
феврале, в результате чего в хромосомах |
политении. |
|||
320