5. Геномэукариот

Ген - это функциональная единица, часть молекулы ДНК. Полное описание структуры и организации генов какого-либо организма подразумевает описание последовательности нуклеотидов в ДНК этого организма. Однако описание полной последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК даже мельчайших вирусов составляет колоссальную проблему, практически неразрешимую для молекул ДНК высших организмов. Действительно, существующее у всех видов организмов генетическое разнообразие свидетельствует о том, что ни одна последовательность нуклеотидов в геноме не является уникальной и инвариантной для всех особей вида. ГеномЕ. coli состоит примерно из 3,2·10⁶нуклеотидных пар (н.п.). .Ясно, что даже для такого небольшого генома, как Е. coli, возможно огромное количество различных нуклеотидных последовательностей. Для каждой нуклеотидной пары существуют четыре возможности (AT, TA, GC, CG), и, следовательно, число возможных нуклеотидных последовательностей в генотипе Е. coli составляет==. Число возможных последовательностей в молекуле ДНКчеловека, очевидно, много больше этого огромного числа. Содержание ДНК в гаплоидном геноме некоторых эукариотических организмов представлено на рис. 5.1. Числа на шкале показывают, во сколько раз количество ДНК превышает количество ДНК в геноме Е. coli.

Из сказанного выше становится ясно, почему большая часть современных знаний о генетической организации ДНК основана нагенетическом анализе, а не на химическом анализе последовательностей нуклеотидов в ДНК. Генетический анализ позволяет составлять подробные модели (карты) генетической организации хромосом. Для многих организмов оказалось возможным очень точное сопоставление таких гене-

128 Организация и передача генетического материала

Рис. 5.1. Относительное количество ДНК в гаплоидном наборе клеток различных организмов. За единицу принято содержание ДНК в геноме Е. coli (3,2·106 нуклеотидных пар). (J.D. Watson, Molecular Biology of the Gene, 3rd ed., W. A. Benjamin, Menlo Park, Calif., 1976.)

тических карт с физической организацией ДНК в соответствующих хромосомах. Основы такого генетического анализа были заложены Менделем (гл. 2). Наблюдавшееся Менделем независимое распределение аллелей отвечает расположению соответствующих генов в разных хромосомах и, следовательно, в разных молекулах ДНК. В этой главе описывается применение генетического анализа к изучению генетической организации ДНК отдельных хромосом.

Методы генетического анализа развивались применительно к генетике диплоидных эукариотических организмов. Поскольку эти методы разработаны исходно для организмов, жизненный цикл которых включает мейоз, то именно для таких организмов они и излагаются в этой главе. В последующих главах мы увидим, как методология анализа используется при изучении генетической организации бактерий и вирусов, у которых мейоза нет.

Для того чтобы достичь максимального понимания генетической организации, генетики сосредоточили свое внимание на изучении сравнительно небольшого числа организмов, наиболее удобных для генетического анализа. Из эукариотических организмов в качестве объекта была выбрана плодовая мушкаDrosophila melanogaster. Среди бактерий такиморганизмом послужила Е. coli, а среди вирусов - бактериофаги Т2, Т4, лямбда и фХ174. Изучение этих геномов послужило парадигмой при изучении генетической организации других организмов.

5. Геном эукариот129

Дополнение 5.1. Линии, гомозиготные по двум рецессивным мутациям

В природе линии, гомозиготные по двум рецессивным мутациям, почти не встречаются: генетики вынуждены специально конструировать их для постановки анализирующих скрещиваний. Используемый для этого метод схематическиизображен на рис. 5.2: дигомозиготные особи возникают в результате рекомби- Рис. 5.2. Генотипы потомства в поколении F2 полученном от скрещивания двух линий, каждая из которых гомозиготна по одному рецессивному гену. Гомозигота по двум рецессивным аллелям представлена в правом нижнем углу.

нации в поколении F2 от скрещивания особей, гомозиготных по разным рецес- сивным мутациям