Подготовка у универсиаде 2012 / Генетика (Жимулев) / 4ver7

Тип, класс

Âèä

Мутационное

Направление

Частота мутаций

изменение

мутирования

Млекопита-

Человек

Альбинизм

+ →

a

2.8 - 3.3× 10-5

þùèå

Фенилкетонурия

+

→

ph

2.5 - 8× 10-5

Микроцефалия

+

→

mc

2.7× 10-5

Гемофилия

+

→

h

2 - 3.2× 10-5

Аниридия

+

→

Anir

0.5× 10-5

Ìûøü

Ослабленная окраска

+ →

d

3× 10-5

Альбинизм

+

→

c

3× 10-5

Пегость

+

→

s

3× 10-5

Насекомое

Дрозофила

Желтое тело

+ →

y

1× 10-5 (у самок)

Òî æå

+

→

y

1× 10-4 (у самцов)

Белые глаза

+

→

w

2-4× 10-5

Вильчатые щетинки

+

→

f

2.9× 10-5

Òî æå

f →

+

1.5× 10-5

Вырезки на крыльях

+

→

ct

1.5× 10-4

Коричневые глаза

+

→

bw

3× 10-5

Цветковое

Кукуруза

Пурпурный эндосперм

+ →

pr

1.1× 10-5

растение

Сахарный эндосперм

+

→

su

2.4× 10-6

Морщинистый

+ →

1.2× 10-6

эндосперм

sh

Водоросль

Хламидомонада Устойчивость к стреп-

+ →

1× 10-6

томицину

strr

Грибы

Нейроспора

Потребность в аденине

ade-

→

ade+

4× 10-8

Потребность в инозитоле

ino- →

ino+

2-8× 10-8

Пекарские

Потребность в метионине

met- →

met+

3.4 - 6.5× 10-8

дрожжи

Бактерии

Кишечная

Потребность в гистидине

his+ →

his-

2× 10-8

палочка

Òî æå

his- →

→

his+

2× 10-6

Устойчивость к стреп-

str-s

str-d

2× 10-8

томицину

lac- → lac+

1× 10-9

Потребность в лактозе

2× 10-7

Устойчивость к фагу Т5

T5s →

T5r

7× 10-8; 1

Золотистый

Устойчивость к сульфа-

sul- →

sul+

1× 10-9

стафиллококк

ìèäó

Вирусы

Ôàã Ò2

Изменение круга хозяев

h+ →

h-

3× 10-9

Ôàã Ò4

Òî æå

+ →

rIII

2× 10-5

+ →

1× 10-7

Вирус

Мозаичность типа аукуба

auc

1.6× 10-8

Изменчивость наследственного материала

Глава 4

попытка Надсона и Филиппова в СССР,

Рисунок 4.7

которые, облучая рентгеновскими лучами

культуры

плесневых

грибов,

Mucor

genevensis,в1925годуполучилирасщепление

облучаемой культуры “на две формы или

расы”. “Таким образом получились две

формы,двамутанта,отличающиесянетолько

друг от друга, но и от исходной (нормальной)

формы”.Мутантыоказалисьстабильными,т.к.

“дальнейшие восемь генераций (восемь

последовательных пересевов) уже не

подвергалисьдействиюрентгеновскихлучей

и тем не менее сохраняли приобретенные

свойства:ониоказалисьстойконаследственно

закрепленными” (см. статью Надсона и

Филиппова, 1925). Эта статья была

опубликованатольконарусскомязыке,ктому

же в работе не использовались какие-либо

Сергей Михайлович Гершензон

методы количественной оценки действия

1906 - 1998

рентгеновских лучей, и в целом она осталась

тимуса и добавил ее в корм личинкам

малозамеченной.

дрозофилы. Среди примерно 15 тысяч

В 1927 году Г.Дж. Меллер сообщил о

проанализированных контрольных мух (т.е.

действиирентгеновскихлучейнамутационный

без ДНК в корме) не было получено ни одной

процесс у дрозофилы и предложил ставший

мутации, в то время как в опыте среди

классическим количественный метод учета

примерно 13 тыс. мух были получены 13

рецессивных летальных мутаций в Х-

видимых мутаций (Табл. 4.4).

хромосоме (см. Рис. 4.4).

В 1941 году Ш. Ауэрбах (Рис. 4.8) и

В 1930-х годах был открыт химический

Дж.М. Робсон, используя метод ClB

мутагенез у дрозофилы: В.В. Сахаров (1932),

Рисунок 4.8

М.Е. Лобашев и Ф.А. Смирнов (1934)

показали,чтонекоторыесоединения,такиекак

йод, уксусная кислота, аммиак, способны

индуцировать рецессивные летали в Х-

хромосоме.

В 1939 году С.М. Гершензон (Рис. 4.7)

открыл сильный мутагенный эффект

экзогеннойДНКудрозофилы.Подвлиянием

идей Н.К. Кольцова о том, что генная нить в

хромосомах является цепью больших

органических молекул или возможно

одиночной гигантской молекулой, С.М.

Гершензон

решил

проверить

ñâîå

предположение, что именно ДНК является

такой молекулой. Он изолировал ДНК из

Дополнение 4.2

В 1946 году за открытие радиационного

мутагенеза Г.Дж.Меллеру была присуждена

Шарлотта Ауэрбах

1899 - 1994

Нобелевскаяпремия.

Глава 4

Изменчивость наследственного материала

интеркалирующиемеждуоснованиямиДНК

Рисунок 4.9

(акридины и их производные). Все эти

вещества стали называть супермутагенами

из-за их высокой эффективности в индукции

мутаций. Так, в работе И.А. Рапопорта 1946

года при действии сублетальной дозы

водного раствора формалина на личинок

дрозофилы было получено 47 летальных

мутаций на 794 Х-хромосомы, изученных по

методу ClB (частота 5.9%), в контроле была

найденалишьодналетальнаямутацияна 833

хромосомы (частота 0.12%). В работах

Ауэрбах и Робсона частота мутаций

достигала 24% (в контроле - 0.2%).

В 1958 году С.И. Алиханяном и Т.С.

Ильиной был установлен факт индукции

мутаций у актиномицетов

действием

Иосиф Абрамович Рапопорт

актинофагов. После

этого

появились

1912-1990

многочисленные публикации из разных

лабораторий, в которых установлено, что в

Меллера, показали, что горчичный газ

(азотистый иприт) индуцирует мутации у

результате вирусной инфекции живых

дрозофилы. Из-за вполне понятной во время

организмов (или клеток в культуре)

второй мировой войны секретности,

индуцируютсяхромосомныеилихроматидные

результаты работы с этим отравляющим

перестройки

(транслокации, делеции,

газом не были опубликованы до 1946 года.

фрагментациихромосомилиихпульверизация),

В том же 1946 году И.А. Рапопорт (Рис. 4.9)

режеанеуплоидияиполиплоидия.

в СССР продемонстрировал мутагенную

В начале 1980-х годов американские

генетики А. Спрадлинг и Дж. Рубин (см. Рис.

активность формальдегида. С тех пор в

арсенал мутагенных факторов вошли

7.27 и 7.28) предложили метод мутагенеза,

разнообразные химические соединения.

заключающийсявактивированииперемещений

мобильного P-элемента (см. Раздел 6.7), в

В последние годы используют аналоги

оснований, включающиеся непосредственно

результатечегоонможетвстраиватьсявлюбой

в ДНК, такие соединения как азотистая

ген дрозофилы. Встройка

(инсерция)

кислота или гидроксиламин, соединения,

мобильного элемента приводит к мутации

алкилирующие ДНК (этилметансульфонат,

данного гена. Таким образом, по

метилметансульфонат и др.), соединения,

морфологическимкритериямможноотобрать

мутантную линию

Таблица 4.4

дрозофил,вкоторой

Индукция видимых мутаций экзогенной ДНК у D. melanogaster (Из:

есть инсерция ДНК

Gershenson, Alexandrov, 1997, p. 186).

известного состава,

Эксперимент

Контроль

÷òî

позволяет

выделить ДНК

1939 ã.

1940 ã.

Всего

1939 ã.

1940 ã.

Всего

мутировавшего

гена. В результате

Число скрещиваний

228

422

650

208

413

621

исследователи

ä ð î ç î ô è ë û

Число мух F

1

12684

20761

33445

14481

23401

37882

ï î ë ó ÷ è ë è

Число мутаций

13

25

38

0

0

0

â î ç ì î æ í î ñ ò ü

Изменчивость наследственного материала

Глава 4

Рисунок 4.10

В1926годуН.П.Дубинин,Ю.Я.Керкис

15

и Л.И. Лебедева установили, что даже малые

дозы облучения вызывают увеличение

частотымутаций.Вкультуреклетокчеловека

уже 10 рентген удваивают частоту

10

образования хромосомных аберраций (Рис.

4.11) по сравнению с уровнем спонтанного

мутагенеза. При этом не имеет большого

значения, в один ли прием дана та или иная

5

доза или она разбита на дробные порции,

разделенные во времени, - мутагенный

эффект в целом сооответствует общей дозе

облучения. При облучении не существует

1

2

нижнего порога мутагенного действия

(детали см. Гершензон, 1983, стр. 226-240).

а. Прямолинейная зависимость частоты

Первые работы по применению

видимых мутаций у нейроспоры (по оси

рентгеновских лучей в селекции были

ординат Ч 10-2) от дозы рентгеновского

облучения (по оси абсцисс Ч 10000Р) (по

проведены А.А. Сапегиным и Л.Н. Делоне в

данным Демерека, см. Гершензон, 1983, стр.

конце 1920-х - начале 1930-х годов, т.е. сразу

228).

20

1

Рисунок 4.11

à

2

15

10

5

1000

2000

3000

4000

5000

6000

б. Зависимость частоты возникновения

á

рецессивных сцепленных с полом мутаций

у дрозофилы (по оси ординат в %%) от дозы

рентгеновского облучения (по оси абсцисс,

↑

Р). 1- теоретически ожидаемые, 2-

экспериментальные данные. (По данным

Тимофеева-Ресовского, см. Гершензон, 1983,

ñòð. 227).

â

выделять и клонировать ДНК любого

интересующегоихгена.Этооткрытиесделало

революциювмолекулярнойбиологии.

↑

Изучение мутагенного действия

ионизирующихизлученийпоказало,чтоувсех

исследованных организмов они вызывают

многочисленные

генные

мутации

è

Нормальная

анафаза

(à),

à

также

перестройки хромосом и что частота

образовавшиеся в результате облучения

индуцированныхмутацийзависитвосновном

хромосомный мост (б) и ацентрический

отдозырадиации(Рис.4.10aиб).

фрагмент (в) (указаны стрелками) в культуре

клеток человека (Из: Дубинин и др. 1962).

же после

открытия

возможности

Таблица 4.5

искусственной индукции мутаций. Затем

Результаты

селекции с

применением

такие работы развернулись и в других

мутагенных факторов у микроорганизмов-

странах, и в настоящее время эффективность

продуцентов некоторых антибиотиков (Из:

экспериментального

мутагенеза

Гершензон, 1991, стр. 94).

общепризнана.

Активность (усл. ед.)

Наиболее заметны успехи в селекции

Антибиотик

Мутагены*

Исходная

Полученная

бактерий и грибов. Здесь быстрота смены

Пенициллин

Ð, ÓÔ, ÀÈ, ÝÈ

220

5200

поколений и огромное число особей в

Стрептомицин

ÀÈ, ÝÈ

250

4200

каждой культуре очень ускоряет темп

Хлортетрациклин

Ð, ÓÔ, ÝÈ

600

2200

селекции (Табл. 4.5). В ряде случаев удалось

Эритромицин

ÓÔ, ÝÈ

500

2000

повысить активность продуцентов в 10-20

Альбомицин

Ð

2000

12000

раз, что позволило значительно увеличить

Олеандомицин

ÝÈ

150

1500

производство

соответствующих

антибиотиков и резко снизило их стоимость,

* АИ - азотистый иприт, Р - рентгеновские

лучи, УФ - ультрафиолетовые лучи, ЭИ -

причем это было достигнуто в очень

этиленамин.

короткие сроки.

Похожие результаты получены при

Лобашев М.Е. Генетика. Ленинград, Изд-во ЛГУ,

использовании мутагенов в селекции

285-315, 382-415, 1967.

микроорганизмов, продуцирующих другие

Надсон Г.А., Филиппов Г.С. О влиянии

биологически активные вещества. Так,

рентгеновских лучей на половой процесс

и образование мутантов у низших грибов

активность лучистого гриба-продуцента

(Mucoraceae). В кн. Классики советской

витамина В12 - повысилась в 6 раз, а

генетики, Ленинград, Наука, 120-124, 1968.

активность

бактерии-продуцента

Ратнер В.А. Впереди событий и в стороне от

аминокислоты лизина - даже в 300-400 раз

признания (о С.М. Гершензоне). Природа

(Из: Гершензон, 1991, стр. 93-94).

8: 100-102, 1998.

Шноль С.Э. Герои и злодеи Российской науки

Литература к разделам 4.1. - 4.2.

(статья о И.А. Рапопорте). Москва, Крон-

Алиханян С.И., Ильина Т.С. Мутагенное

пресс, 259-271, 1997.

действие актинофагов. Докл. Акад. Наук

Dickman S. A lifetime of struggle to do good science.

ÑÑÑÐ 120: 423-428, 1958.

Science 258: 25, 1992.

Бородин П.М. Этюды о мутациях. Москва,

Gershenson S.M., Alexandrov Yu.N. Molecular

Знание, 1-111, 1983.

mechanismsofmutagenecityofDNAandother

Вавилов Н.И. Закон гомологических рядов в

naturalandsyntheticpolynucleotides.Polymed

наследственной измнчивости. В кн.

Printing, Kiev, 1-263, 1997.

Классики советской генетики, Ленинград,

Kilbey B.J. Charlotte Auerbach. Genetics 141: 1-5,

Наука, 9-50, 1968.

1995.

Гершензон С.М. Основы современной генетики.

LewinB.GenesV.Oxford,NewYork,Tokyo,Oxford

Киев, Наукова Думка, 211-240, 1983.

University Press. 75, 1994.

Гершензон С.М. Мутации. Киев, Наукова думка,

MullerH.J.Artificialtransmutationofthegene.Science

1-111, 1991.

66: 84-87, 1927a.

Дубинин Н.П., Керкис Ю.Я., Лебедева Л.И.

MullerH.J.Theproblemofgenicmodification.Zeitschr.

Эффект

малых

äîç

радиации на

ind. Abst. Vererb. Sup. 1: 234-260, 1927b.

хромосомные перестройки при облучении

Suzuki D.T., Kaufman T.C., Falk D and U.B.C.

клеток в культурах эмбриональных тканей

Drosophila Research Group. Conditionally

человека. В сб.: Радиационная генетика.

expressed mutations

in

Drosophila

Москва, Изд-во АН СССР, 39-49, 1962.

melanogaster. In: The genetics and biology of

Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами

Drosophila,vol.1a(M.Ashburner,E.Novitski,

селекции. Москва, Высшая школа, 290-

eds.) London, New York, San Francisko,

316, 1989.

Academic Press, 208-263, 1976.

Изменчивость наследственного материала

Глава 4

4.3. Хромосомные перестройки

Рисунок 4.12

4.3.1. Инверсии

Инверсия - это поворот отдельных

участков хромосомы на 1800. Îíè áûëè

открыты А. Стертевантом в 1926 году.

Инверсии бывают пара- и

перицентрическими.

Â

случае

парацентрической инверсии происходят два

разрыва хромосом, оба по одну сторону от

центромеры. Участок между точками

разрывов поворачивается на 1800. В случае

перицентрической инверсии точки разрывов

расположеныпообестороныотцентромеры.

A B C D E F

Оригинальный рисунок гетерозиготной

инверсии

в политенных хромосомах

Нормальная хромосома

дрозофилы из работы Т. Пайнтера 1934 года и

схема расположения гомологов.

A E D C B F

случае перекреста между генами C и D

образуется два продукта: ацентрические и

Парацентрическаяинверсия

дицентрические хромосомы,

ò.å. áåç

A B C D E F

центромеры и с двумя центромерами,

соответственно.

A

E

D

C

B

A

Нормальная хромосома

A E D C B F

Дицентрик

F

B

C

D

E

F

Перицентрическая инверсия

Ацентрик

Дляобозначенияинверсийудрозофилы

Обе комбинации летальны. Таким образом, в

разработана номенклатура: например,

результате кроссинговера образуются

In(1)BE, что значит: инверсия - In, в первой

нежизнеспособные гаметы и он не

хромосоме (1), BE - инвертированный район.

регистрируется в потомстве.

У гомозигот

ïî

инверсиям

Двойной кроссинговер, произошедший

кроссинговер происходит нормально. У

в пределах инверсии, восстанавливает

особей, гетерозиготных по инверсии, в

образование гамет.

хромосомах, образуется петля (Рис. 4.12).

В случае перекреста между генами D и

A

F

E в перицентрической инверсии получается

два продукта

A

F

A

F

B B

E

E

C D

A

F

C

D

B

B

E

E

У гетерозигот по парацентрической

C

D

C

D

инверсии(см.выше)происходит“запирание”

Глава 4

Изменчивость наследственного материала

A

B

C

D

E

A

Рисунок 4.13

Cy

Cy

Дупликация A и делеция F

F

B

C

D

E

F

l1

l1

Дупликация F и делеция A

Cy

Cy

Cy

l1

Каждая из полученных хромосом несет

l1

l1

Cy

l1

по дупликации одного неинвертированного

Балансировкалеталиl1 спомощьюбалансера Cy.

района хромосом и делеции другого. В

поддерживать летальные мутациии мутации

результате такие гаметы нежизнеспособны и

поплодовитости.Однимизнихявляется уже

кроссоверы не выявляются. Так же как в

упоминавшаяся линия ClB. Более надежные

случае парацентрических, перицентрические

балансеры, т.е. с несколькими инверсиями:

инверсии“запирают” кроссинговер.

Mu-5, Basc, Binsn. Конструирование

Поскольку

кроссинговер

â

балансерных

хромосом

является по

инвертированном участке хромосомы

существу первым примером генетической

“заперт”, в нем могут формироваться блоки

инженерии.

мутаций,

отличные

îò

òåõ,

которые

Доминантная мутация Cy (загнутые

локализованы в гомологичном фрагменте

крылья, летальность) объединена с длинной

хромосомы, но не инвертированном.

инверсией, захватывающей почти всю

a

b c d

вторую хромосому (Рис. 4.13). В потомстве

отэтогоскрещиваниявыживаюттолькомухи

d+ c+ b+ a+

родительских

классов,

ò.å.

линия

Инверсионный

полиморфизм

â

сбалансирована и исследуемая леталь l1

популяциях способствует накоплению

постоянно в ней поддерживается в

определенных мутаций в инвертированных

гетерозиготном состоянии.

участках хромосом. Поэтому большое

Обнаружение инверсий возможно

внимание уделяется исследованию инверсий

генетическими методами. В результате

впопуляциях.В1937годуН.П.Дубинин,Н.Н.

скрещивания:

× + + + +/ Y

Соколов и Г.Г. Тиняков опубликовали

y ct v f/ + + + +

результаты

анализа

хромосомной

(гетерозигот

ïî

четырем

генам,

изменчивости в 20 популяциях D.

расположенным в Х-хромосоме дрозофилы),

melanogaster из разных районов Советского

в потомстве может получиться 16 классов

Союза. Среди 34.5 тысяч изученых

самцов. Однако, в опыте получилось

хромосом свыше 5% содержали инверсии. В

следующее:

то же время межхромосомные перестройки

не встретились ни разу. Число различных

Некроссоверы

инверсий было ограничено и каждая из

1. y ct v f

инверсий занимала свой участок видового

2. + + + +

ареала.Аналогичныевыводыбылиполучены

чуть позже Ф.Г. Добжанским и А.

Кроссоверы

Стертевантом

â

популяциях

D.

3. y + + +

0

pseudoobscura. Работы по инверсионному

4. + ct v f

0

полиморфизму проводятся на очень многих

5. y ct + +

+

видах.

6. + + v f

+

Хромосомы с

множественными

7. y ct v +

+

инверсиями используют при создании

8. + + + f

+

балансеров, т.е. линий, позволяющих

Изменчивость наследственного материала

Глава 4

Глава 4

Изменчивость наследственного материала