Молекулярная биология клетки. Том 4 - Албертс Б.
Скачать (прямая ссылка):
Трансдетерминация из антенны (А) в крыло (VV) лроизошяа одновременно s нескольких клетках, включая часть клеток с мутантным и с нормальным генотипом
Рис. 15-29. Относительная частота трансдетерминации различных имагинальных дисков. Длинными стрелками показаны более вероятные направления трансдетерминации, короткими-более редкие случаи, а пунктирными стрелками-очень редкие или сомнительные возможности трансдетерминации. [Е. Hadorn. The Genetics and Biology of Drosophila, vol. 2C (M. Ashbumer a. T. F. • Wright, eds.), p. 555-617, London, Academic Press, 1978.]
Однако ряд признаков указывает на то, что здесь мы имеем дело с явлением иного рода. Например, трансдетерминация происходит гораздо чаще, чем обычно возникают спонтанные мутации, и на ее частоту не влияют химические мутагены, вызывающие изменения в нуклеотидных последовательностях ДНК. Но самые веские данные в пользу немутационной природы трансде-терминации были получены в экспериментах, показавших, что трансдетерми-нацию претерпевают не отдельные клетки, а группы клеток.
Логика аргументации здесь почти та же, что была при выяснении вопроса о происхождении тканей или органов у химерного млекопитающего -обра-зуются они из одной детерминированной клетки или из группы таких клеток? В опытах на дрозофиле с помощью рентгеновского излучения вызывают образование мутантных клеток в имагинальных дисках. Потомство мутантной клетки образует генетически маркированный клон, который легко отличить от окружающих клеток. Оказалось, что в случае последующей транеде-терминации иногда образуется ткань, содержащая клетки двух генотипов-мутантного и нормального (рнс. 15-28). Из этого можно сделать вывод, что переключение состояния детерминации первоначально происходит в нескольких клетках, а не в одной.
Трансдетерминированные клетки могут возвращаться в состояние исходной детерминации или же переходить в какое-то третье состояние. Некоторые переходы наблюдаются чаще других. Например, клетки антеннального диска чаще всего трансдетерминируются в клетки крыла, а клетки крылового диска-в клетки антенн или мезоторакса (того сегмента тела, к которому прикреплены крылья) или, реже, в клетки ноги и т.д. На рис. 15-29 указаны возможные переходы и их частота. По-видимому, у дрозофилы существуя ограниченное число стандартных дискретных состояний детерминации, и клеткам приходится выбирать одно из них.
Все эти данные указывают на то, что существуют особые гены, определяющие свойства клеток имагинальных дисков, ио ничего не говорят о локализации этих генов в хромосомах и о механизме их действия. Но поскольку генетика дрозофилы хорошо изучена, удалось все же локализовать некоторые из этих генов и приступить к экспериментальному анализу их функций.
15.4.7. У гомеозисных мутантов выявляются функции генов, контрол*-рующнх детерминацию клеток [25]
У некоторых мутантов Drosophila можно наблюдать интересные аномалии строения тела. Иногда на голове в том месте, где должны быть глаза, вырастают крылья (мутация ophthalmoptera) илн на месте антенн образуются ног* (мутация Antemapedia) (рис. 15-30). Мутации, превращающие определенные части тела в структуры, которые в норме должны находиться в других местах, называются гомеозисными. Поскольку аномальные структуры развиваются из имагинальных дисков, очевидно, что в результате этих мутации клетки определенных дисков должны приобретать особенности, свойственные в норме клеткам других дисков. Внешне такая аномалия сходна с последствиями трансдетерминации клеток данного диска. Поэтому можно думать, что гомеознсные мутации возникают в результате изменения генов, уч*' ствующих в процессах детерминации и трансдетерминации. При
трансдетерминации переключение с одной программы развития на другую могло бы происходить, например, в случае прекращения транскрипции контролирующего гена, а при гомеозисной мутации могла бы измениться структура ДНК этого гена, что привело бы к нарушению его транскрипции или же функции его белкового продукта.
Для некоторых случаев изменения свойств имагинальных дисков в результате трансдетерминации известны фенотипически сходные гомеозисные мутации.
15.4.8. Комплекс bithorax контролирует возникновение
различий между сегментами груди и брюшка [26]
Изучение гомеозисных мутантов позволило идентифицировать у дрозофилы более 30 различных контролирующих генов. Оказалось, что некоторые ло-кусы гомеозисных мутаций расположены в геноме друг за другом, образуя очень тесно сцепленные группы. Самая обширная из этих групп получила название комплекса bithorax. Она содержит не менее восьми генов, которые играют важную роль, контролируя возникновение отличий между грудными и брюшными сегментами тела. Например, мутация одного из этих генов, bithoraxoid, приводит к тому, что на первом сегменте брюшка, в норме не имеющем придатков, образуется пара ног, и он становится похожим на метаторакс (т.е. задний сегмент груди). Однако роль комплекса bithorax полнее всего раскрывается при изучении личиночной стадии развития.
У личинки Drosophila, так же как и у взрослой мухи, тело состоит из ряда сегментов - головы, трех грудных сегментов (про-, мезо- и метаторакс) и восьми сегментов брюшка (рис. 15-31). Гены комплекса bithorax влияют не только на имагинальные диски, но и на сегменты личинки. Например, у мутанта bithoraxoid первый сегмент брюшка и на личиночной стадии внешне сходен с метатораксом, так же как и у взрослой мухи.
