Эффект положения генов. Курение. Что будем делать с полученным материалом

38. Изменяется ли действие гена в зависимости от его положения в хромосоме? Что такое эффект положения гена?

Проявление активности гена может зависеть от его локализации в хромосоме. Так, изменение доминантности гена может произойти вследствие изменения расположения соседних генов.

Рассмотрим пример. У дрозофилы в IV-хромосоме имеется рецессивный ген, влияющий на жилкование крыльев. У гомозиготы одна из жилок крыла прерывается по данному гену. В результате перекреста хромосом в IV-хромосому можно внедрить небольшой участок III-хромосомы (опыт Н. П. Дубинина) таким образом, что он окажется расположенным по соседству с этим рецессивным геном. Дрозофила, взятая для эксперимента, несла нормальный доминантный ген и должна была иметь нормальные, со всеми жилками крылья. Однако как только произошел подобный обмен участками хромосом, начал проявляться рецессивный ген и одна из жилок оказалась прерванной. Генетический анализ показал, что никакого изменения в самом гене не произошло. Наблюдаемое нарушение крыла было вызвано только изменением в окружении гена. Это явление и было названо эффектом положения гена.

Другим характерным примером является наличие в III-хромосоме дрозофилы гена Хэйри. Он рецессивен и в гомозиготном состоянии вызывает появление дополнительных щетинок. Гетерозиготы по этому гену дополнительных щетинок не имеют. Если к III-хромосоме присоединяется фрагмент IV-хромосомы, ген Хэйри начинает активно образовывать щетинки, несмотря на свою рецессивность. Если с помощью кроссинговера перенести рецессивный ген Хэйри из полученной гибридной хромосомы в нормальную, он снова становится рецессивным.

Классическим примером эффекта положения гена служит анализ наследования доминантного гена Ваr. Этот ген, расположенный в Х-хромосоме, вызывает образование полосковидных глаз вместо круглых. Гомозиготная самка Ваr с двумя генами Ваr имеет более узкие глаза, чем самец, единственная Х-хромосома которого имеет один ген Ваr. Изучение хромосом слюнных желез дрозофилы показало, что ген Ваr возникает в результате удвоения небольшого участка хромосомы, содержащего четыре диска. В хромосомах, несущих ген Ваr, этот участок представлен дважды. В потомстве таких гомозиготных самок могут возникать хромосомы, содержащие три гена Ваr. Такие хромосомы обеспечивают появление признака ультра-Bar, и у дрозофилы глаза становятся гораздо уже, чем глаза у гомозиготных самок. Гетерозиготная самка ультра-Bar с одной нормальной хромосомой и одной хромосомой ультра-Bar имеет столько же участков Ваr, сколько гомозиготная самка с полосковидными глазами. Однако у гетерозиготы глаза значительно меньше, чем у гомозиготы. Таким образом, данный пример хорошо иллюстрирует зависимость активности гена от его положения.

Эффект положения может быть следствием структурных перестроек хромосом. По характеру проявления он бывает доминантным, рецессивным, летальным, в некоторых случаях может изменять проявление количественных признаков или действовать как модификатор доминантности и пенетрантности других генов. Для объяснения эффекта положения выдвинуты две гипотезы: 1) кинетическая, объясняющая данное явление нарушением локального взаимодействия между генами и генными продуктами, и 2) структурная, рассматривающая эффект положения как результат физического изменения локуса, которое приводит к изменению структуры нуклеопротеида.

Эффект положения гена, влияние расположения генов в хромосоме на. проявление их активности. Явление открыто американским генетиком А. Стёртевантом в 1925. Наблюдается при структурных перестройках хромосом (транслокациях), в результате которых гены активных зон хромосом (эухроматина) могут переноситься в неактивные зоны (гетерохроматин) и инактивироваться и наоборот. При перестройке, возвращающей эухроматиновый ген из гетерохроматина в любую точку зухроматина, функционирование данного гена восстанавливается. Свойство обратимости при Э. п. г. используют для доказательства того, что наблюдаемое изменение проявления данного гена - Э. п. г., а не его мутация . В результате исчезают пуфы в эухроматиновых участках, нарушаются синтезы ДНК и РНК: гетерохроматин при перенесении в эухроматин активируется и становится цитологически не отличим от эухроматина. Нарушение активности при Э. п. г. может наблюдаться одновременно у нескольких эухроматиновых генов, расположенных за геном, непосредственно прилегающим к гетерохроматину, причём влияние гетерохроматина всегда направлено от места перестройки к ближайшему эухроматиновому гену и по мере увеличения расстояния между эухроматиновыми и гетерохроматиновыми генами это влияние ослабляется (эффект поляризованного распространения). Наиболее изучен т. н. мозаичный Э. п. г., фенотипически проявляющийся в мозаичности, т. е. в появлении измененных соматических клеток на фоне нормальных.

Молекулярный механизм Э. п. г. не ясен. Предполагают, что в основе его лежит изменение морфологии транслоцированного участка хромосомы. Изучение Э. п. г. перспективно для выяснения механизмов генной регуляции у эукариотов.

В. Вельхов.

Большая Советская Энциклопедия М.: "Советская энциклопедия", 1969-1978

Теория корпускулярности генов, представляющая их как морфологические и функциональные отдельности, оказалась в противоречии с большой группой фактов, говорящих о наличии так называемого эффекта положения генов. Было установлено, что влияние гена на процессы развития особи зависит не только от его свойств, но и от того, какие гены расположены рядом с ним в хромосоме. Впервые эффект положения генов был открыт на дрозофиле Стертевантом на примере гена Ва r (полосковидные глаза); однако этот пример долгое время оставался уникальным, будучи, кроме того, связан со спецификой неравного кроссинговера. После того как было открыто мощное мутагенное действие ионизирующих излучений, оказалось возможным в неограниченном количестве экспериментально получать разнообразнейшие реорганизации в структуре хромосом. Это привело к получению многообразных случаев изменения взаиморасположения генов в хромосомах, изучение которых показало широкую распространенность явления эффекта положения генов. Проведенные исследования показали, что явление эффекта положения генов представляет собой одну из главных проблем теоретической генетики, которая должна пролить свет на организацию хромосом и на природу первичных функций генов.

Однако, поскольку изменение положения связано со структурными преобразованиями в хромосомах, факты эффекта положения могут быть истолкованы с двух точек зрения. Для хромосомных перестроек характерно возникновение на границе пункта реорганизации (в местах разрывов исходных хромосом и нового соединения фрагментов) таких генетических эффектов, как летальность или изменения в действиях генов этих участков. Эти изменения могут быть результатом как мутаций, так и изменений в функциях генов в силу воздействия на них нового генного окружения. Летальные мутации могут появляться в результате выпадений отдельных локусов или ихгрупп во время возникновения структурных перестроек. В результате долгое время явление эффекта положения во всех этих случаях оставалось возможным, но не обязательным истолкованием полученных фактов. Прямое доказательство существования явления эффекта положения было дано на дрозофиле Н. П. Дубининым и Б. Н. Сидоровым при изучении полученной ими под воздействием рентгеновых лучей транслокации между третьей и четвертой хромосомами, связанной с изменением действия гена hairy (дополнительные щетинки). Микроскопическое изучение гигантских хромосом слюнных желез и опыты по сцеплению показали, что в этой транслокации ген hairy , изменивший свое действие, локализован на некотором расстоянии от точки разрыва в третьей хромосоме. Поэтому удалось получить перекрест между этим геном и точкой разрыва и вывести его из хромосомной перестройки. Во всех случаях, когда ген hairy переводили в нормальную систему хромосом, он приобретал обычную нормальную функцию. Когда он оказывался в системе транслокации, он проявлял измененные свойства. Такая обратимость изменения функции изученного гена исключала мутационную природу изменений; эти эксперименты дали прямые доказательства существования эффекта положения, они исключительно ясно показали, что изменения функции гена могут наступить в результате изменений межгенных связей.

Глубокое своеобразие явлений эффекта положения проявилось в случае изменений функции гена cubitus interruptus у дрозофилы, открытого Н. П. Дубининым и Б. Н. Сидоровым. Было обнаружено, что при разрывах в проксимальной части микрохромосомы (4-я хромосома), где расположен нормальный аллель cubitus interruptus , этот аллель теряет свойство быть доминантным, и у особей, гетерозиготных по рецессивному аллелю, проявляется характерное недоразвитие кубитальной жилки на крыле. Однако этот аллель, дающий в гетерозиготе эффект положения, в гомозиготном состоянии никаких изменений в развитии особей не вызывал.

К настоящему времени проблема эффекта положения гена стала одной из центральных в современной генетике. Природа самого явления еще не ясна. Возможно, что эффект положения генов зависит от изменения в химических взаимоотношениях между первичными продуктами генов, появляющихся на поверхности хромосом. Главный вывод из исследований по эффекту положения генов состоит в установлении того фундаментального положения, что хромосома отнюдь не представляет собой нить с нанизанными на нее отдельными независимыми друг от друга корпускулами - генами, но представляет собой систему, в которой пространственное расположение ее отдельных частей (генов) играет существенную роль. Естественный отбор создает исторические системы новых генотипов, не только опираясь на мутации отдельных генов, но и на новые формы связей между генами внутри хромосомы.

Ген (от греч. genos - род, происхождение), элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК (у некоторых вирусов - рибонуклеиновой кислоты -…

Стёртевант (Sturtevant) Алфред Генри (21.11.1891, Джэксонвилл, штат Иллинойс, - 6.4.1970, Пасадена, штат Калифорния), американский генетик. Член Национальной АН США. Окончил Колумбийский университет (…

Пуфы в цитогенетике, вздутия, обнаруженные на т. н. политенных хромосомах; совокупность П. соответствует набору активных (функционирующих) генов в клетке на данной стадии её дифференцировки…

Эффект положения гена, влияние расположения генов в хромосоме на. проявление их активности. Явление открыто американским генетиком А. Стёртевантом в 1925. Наблюдается при структурных перестройках хромосом (транслокациях), в результате которых гены активных зон хромосом (эухроматина) могут переноситься в неактивные зоны (гетерохроматин) и инактивироваться и наоборот. При перестройке, возвращающей эухроматиновый ген из гетерохроматина в любую точку зухроматина, функционирование данного гена восстанавливается. Свойство обратимости при Э. п. г. используют для доказательства того, что наблюдаемое изменение проявления данного гена - Э. п. г., а не его мутация . В результате исчезают пуфы в эухроматиновых участках, нарушаются синтезы ДНК и РНК: гетерохроматин при перенесении в эухроматин активируется и становится цитологически не отличим от эухроматина. Нарушение активности при Э. п. г. может наблюдаться одновременно у нескольких эухроматиновых генов, расположенных за геном, непосредственно прилегающим к гетерохроматину, причём влияние гетерохроматина всегда направлено от места перестройки к ближайшему эухроматиновому гену и по мере увеличения расстояния между эухроматиновыми и гетерохроматиновыми генами это влияние ослабляется (эффект поляризованного распространения). Наиболее изучен т. н. мозаичный Э. п. г., фенотипически проявляющийся в мозаичности, т. е. в появлении измененных соматических клеток на фоне нормальных.

Эффект положения – вид взаимодействия неаллельных генов, обусловленный местом положения гена в генотипе.

Пример – наследование белка Rh - фактора (резус-фактора). У 85% европейцев резус-фактор имеется (Rh + ), у 15% – его нет (Rh - ). Определяется резус-фактор тремя доминантными генами (С, D, E), расположенными в хромосоме рядом друг с другом.

Два человека с одинаковым генотипом CcDDEe будут иметь разные фенотипы в зависимости от варианта расположения аллельных генов в паре гомологичных хромосом: в варианте А – много антигена Е, но мало антигена С; в варианте В – мало антигена Е, но много антигена С.

Вариант А Вариант В

Регуляторные взаимодействия

Регуляторными называются взаимодействия, имеющие место в ходе регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции (т.е. взаимодействия регуляторных и структурных генов).

Закономерности наследования сцепленных признаков

Согласно III закону Менделя, наследование по каждой паре признаков идет независимо друг от друга. Но этот закон справедлив лишь для случая, когда неаллельные гены расположены в негомологичных хромосомах (одна пара генов – в одной паре гомологичных хромосом, другая – в другой). Однако генов гораздо больше, чем хромосом, следовательно, в одной паре гомологичных хромосом всегда находится более одной пары генов (их может быть несколько тысяч). Как же наследуются признаки, гены которых находятся в одной хромосоме или в одной паре гомологичных хромосом? Такие признаки принято называть "сцепленными".

Термин «сцепленные признаки» был введен американским ученым Томасом Морганом. Он вместе со своими учениками изучил закономерности наследования сцепленных признаков. За эти исследования Т. Моргану была присуждена Нобелевская премия.

В качестве объекта своих исследований Т. Морган выбрал плодовую мушку дрозофилу. Выбор оказался очень удачным ввиду следующих положительных качеств дрозофилы:

легко культивируется в лаборатории;

имеет высокую плодовитость (откладывает до 100 яиц);

короткий период развития – продолжительность цикла развития от яйца до половозрелой особи составляет две недели (в году 24 поколения!);

небольшое число хромосом (четыре пары), четко отличающихся по строению.

В настоящее время дрозофила является незаменимым объектом генетических исследований.

Т. Морган анализировал скрещиваемых мух по двум парам генов, определяющих цвет тела и длину крыльев:

A – ген серого цвета тела,

a – ген черного цвета тела;

B – ген, определяющий нормальную длину крыльев,

b – ген, определяющий укороченные крылья.

I опыт. Скрещивались мухи, гомозиготные по доминантным генам, с особями, гомозиготными по рецессивным генам:

P. AABB  aabb

Все потомство оказалось единообразным по генотипу и фенотипу, что соответствует I закону Менделя – закону единообразия.

II опыт – анализирующее скрещивание. Гетерозиготные самцы скрещивались с гомозиготными по рецессивным признакам самками:

P. ♂ AaBb  ♀ aabb

В потомстве получились мухи с двумя фенотипами (серые длиннокрылые и черные короткокрылые) в соотношении 1:1. Это означает, что у самца было только два сорта гамет. Образование двух сортов гамет объяснялось тем, что в данном случае неаллельные гены располагались в одной паре гомологичных хромосом. Признаки, контролируемые этими генами, были названы сцепленными.

Ш опыт – реципрокное (возвратное) скрещивание. Гетерозиготная самка скрещивалась с гомозиготным по рецессивным признакам самцом:

P. ♀ AaBb  ♂ aabb

В потомстве оказались мухи с четырьмя фенотипами в следующем соотношении:

41,5% - серые длиннокрылые,

41,5% - черные короткокрылые,

8,5% - серые короткокрылые,

8,5% - черные длиннокрылые.

Появление в потомстве четырех фенотипов означает, что у самки, в отличие от самца, образовалось четыре сорта гамет. Появление двух дополнительных сортов гамет Морган объяснил явлением кроссинговера – обменом идентичными участками гомологичных хромосом во время профазы первого мейотического деления. Причем кроссинговер наблюдался в 17% случаев. Вероятно, у самцов кроссинговер отсутствует.

На основании проведенных опытов Морган сформулировал основные

положения хромосомной теории наследственности:

Гены расположены в хромосомах в линейном порядке (как бусинки нанитке).

Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются вместе и образуют одну группу сцепления. Признаки, определяемые этими генами, называются сцепленными.

Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному набору хромосом.

Гомологичные хромосомы способны обмениваться гомологичными участками. Такое явление получило название "кроссинговер".

Частота явления кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами.

В последующем за единицу расстояния между генами была принята морганида, или сантиморган. 1 сантиморган соответствует 1% явления кроссинговера. Таким образом, у дрозофилы расстояние между генами, определяющими длину крыльев и цвет тела, равно 17 сантиморган.

Используя явление кроссинговера, ученые составили генетические карты, в первую очередь для объектов генетических исследований (дрозофила, кишечная палочка, кукуруза, томаты, мышь). Составляются такие карты и для человека, правда, с помощью других методов. Установлено, например, что ген, определяющий резус-фактор, находится на расстоянии трех сантиморган от гена, определяющего форму эритроцитов; ген группы крови (по системе АВ0 ) – на расстоянии 10 сантиморган от гена, определяющего дефект ногтей и коленной чашечки.