Молекулярная биология клетки. Том 4 - Албертс Б.
Скачать (прямая ссылка):
Некоторые гомеозисные мутации из этой группы еще более резко нарушают развитие организма и поэтому летальны; их проявления никогда не приходится наблюдать у взрослых мух, так как мутанты погибают раньше. Летальные мутации этого типа могут передаваться потомству топько в том случае, если они рецессивны. Тогда гетерозиготы, имеющие один мутантный ген и один нормальный, жизнеспособны, и путем скрещивания пары гетерозигот можно получить и гомозигот с двумя мутантными генами. Такие потомки гибнут на очень ранних стадиях личиночного развития, но все же у них успевает выявиться мутантный фенотип. Можно, например, наблюдать проявление делеции всего комплекса bithorax.
При такой делеции тело личинки состоит из головы, проторакса и мезото-ракса (среднегрудного сегмента), за которым вновь следует еще один мезото-ракс, и еще один, и еще-всего 10 мезоторакальных сегментов. Иными словами, при отсутствии всех генов комплекса bithorax все сегменты, расположенные за протораксом, приобретают сходные черты-черты мезоторакса. Частичные делении комплекса вызывают менее обширные аномалии; например, метаторакс (заднегрудной сегмент) и сегменты, лежащие вперей него, могут выглядеть нормально, а сегменты, расположенные сзади, превращают-
Рис. 15-32. Нормальный зародыш дрозофилы (А} и мутантный зародыш (Б), у которого утрачена большая часть генов комплекса bithorax (точный генотип мутанта-Dpbxd100DfP9/DfP9). Число сегментов у мутанта не изменено, ио сегменты, лежащие кзади от метаторакса, сходны с метатораксом. (С любезного разрешения Gary Struhl.)
ся в повторения метаторакса (рис. 15-32). Эти наблюдения подтверждают первоначальное предположение о том, что комплекс bithorax играет важную роль в контроле формирования различий между сегментами груди и брюшка; при отсутствии комплекса эти различия не возникают.
15.4.9. Тело личинки формируется путем видоизменения основного структурного плана повторяющихся сегментов [27]
Важно не только уяснить себе функции, действительно выполняемые комплексом bithorax, но и понять, что от него не зависит. Например, этот комплекс не влияет на число сегментов, а также не определяет основных черт внутреннего строения типичного сегмента. У личинки, в геноме которой нет комплекса bithorax, образуется нормальное число сегментов и каждый сегмент обладает сравнительно упорядоченным строением, характерным для головы, проторакса или мезоторакса. Должен существовать механизм, который обеспечивает определенное число повторов основной структурной единицы («прототипа»). Функция комплекса bithorax состоит в видоизменении таких повторяющихся единиц, придающем каждому сегменту свойственные только ему характерные черты.
Поэтому у дрозофилы должны существовать и другие гены, которые, с одной стороны, определяют основной план строения сегмента-прототипа, а с другой-задают общее число сегментов. Мутация гена, контролирующего структуру прототипа, должна на все сегменты повлиять сходным образом. В результате изучения мутаций, затрагивающих ранние стадии развития, была выявлена такого рода группа мутантных генов, относящихся по меньшей мере к шести различным локусам. Например, у личинки с мутацией gooseberry сходным образом изменена задняя часть каждого сегмента. Известны шесть мутаций, проявление которых состоит в нехватке какой-либо структуры в каждом втором сегменте. И наконец, известны три мутации, при которых общее число сегментов уменьшается в результате выпадения нескольких смежных сегментов. Например, у мутантов knirps отсутствуют шесть срединных сегментов брюшка, так что личинка состоит из головы, трех сегментов груди, а затем первого и восьмого сегментов брюшка.
Таким образом, личинка насекомого, по-видимому, формируется путем повторения основной единицы-сегмента-прототипа, подвергающегося в каждом случае определенным видоизменениям. По этому принципу устроены и многие другие организмы или их части. Например, у позвоночных имеются сомиты, зубы и сегменты конечностей (плечо, предплечье и т.д.). Но механизмы, лежащие в основе генетического контроля построения этих органов у позвоночных, все еще неизвестны; мы начинаем понимать их только у дрозофилы.
15.4.10. Для маркировки мутантных клеточных клонов можно использовать митотическую рекомбинацию [28]
Как мы уже видели раньше, при анализе процесса развития полезно иметь возможность создавать в организме клоны мутантных клеток. При работе с дрозофилой для этого используют явление митотической рекомбинация.
Нормальная соматическая клетка содержит два гомологичных набор» хромосом (см. гл. 14); в каждой паре гомологов одна хромосома происходи!
от отца, а другая-от матери. Гфи нормальном митотическом делении материнская и отцовская хромосомы не обмениваются генетическим материалом, и поэтому каждая из дочерних клеток получает от родителей полный ин-тактныи набор отцовских генов и такой же набор материнских. В норме обмен генами между материнским и отцовским гомологами происходит только в половых клетках при кроссинговере во время мейоза. Иногда, однако, кроссинговер между гомологами происходит и при делении обычных соматических клеток. Это называют митотической рекомбинацией. Если материнская и отцовская хромосомы обмениваются идентичными участками, т. е. если клетка по этим участкам гомозиготна, то такой обмен остается незамеченным. Но если обмениваться будут участки, по которым клетка гетерозиготна, то может возникнуть выраженный фенотипический эффект. В результате рекомбинации могут, например, появиться дочерние клетки, имеющие различную пигментацию, и тогда при дальнейшем размножении эти клетки образуют участки ткани разного цвета. Механизм этого иллюстрируют схемы на рис. 15-33, где показано, как после единичного акта митотической рекомбинации на фоне нормальных клеток может появиться двойное пятно, образованное двумя клонами клеток с различными генетическими маркерами.
