Общие свойства генетического кода

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 11Следующая ⇒

Отражение одних объектов с помощью других называется кодированием. Отражение структуры белков в виде триплетов ДНК называется кодом ДНК, или генетическим кодом. Благодаря генетическому коду устанавливается однозначное соответствие между нуклеотидными последовательностями нуклеиновых кислот и аминокислотами, входящими в состав белков. Генетический код обладает следующими основными свойствами:

1. Генетический код триплетен: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов ДНК и соответствующим триплетом иРНК. При этом кодоны ничем не отделены друг от друга (отсутствуют «запятые»).

2. Генетический код является избыточным (вырожденным): почти все аминокислоты могут кодироваться разными кодонами. Только двум аминокислотам соответствует по одному кодону: метионину (АУГ) и триптофану (УГГ). Зато лейцину, серину и аргинину соответствует по 6 разных кодонов.

3. Генетический код является неперекрывающимся: каждая пара нуклеотидов принадлежит только одному кодону (исключения обнаружены у вирусов).

4. Генетический код един для подавляющего большинства биологических систем. Однако имеются и исключения, например, у инфузорий и в митохондриях разных организмов. Поэтому генетический код называют квазиуниверсальным.

Основная единица генетической информации - ген, представляющий собой отрезок ДНК, который кодирует РНК или полипептидную цепь. Белки, состоящие из одной или нескольких полипептидных цепей, могут играть структурную или регуляторную роль, служить рецепторами для других молекул, выполнять транспортную функцию, катализировать определенную метаболическую реакцию (если белок- фермент) или как-то иначе участвовать в жизнедеятельности клетки или организма.

Общая черта строения про- и эукариотических генов — наличие кодирующей области и, расположенных по ее флангам, регуляторных последовательностей. Кодирующие области большинства эукариотических генов имеют экзон-интронную структуру. Исключение составляют, например, гены гистонов и а и Р-интерферонов, которые не имеют интронов. Экзоны — кодирующие последовательности — чередуются с некодирующими последовательностями - интронами (рис. 4.14). Размеры и число экзонов и интронов индивидуальны для каждой мРНК. Как правило, интро- ны по размерам значительно превышают экзоны (табл. 4.4). Ранее считалось, что ин- троны — варианты некодирующей, «эгоистичной» ДНК. Однако открытие альтернативного сплайсинга, в процессе которого с одного гена транскрибируется несколько вариантов м PH К, за счет различных комбинаций экзонов и интронов, изменило наше представление о функции интронов. Оказалось, что в некоторых случаях интро- ны могут функционировать как экзоны, а экзоны — как интроны. Установлено, что в интронах могут находиться промоторы — участки, с которых начинается транскрипция. Неожиданно выяснилось, что в одном из интронов гена фактора VIII расположен другой («гены в генах»). Таким образом, по мере изучения функций «некодирующей» ДНК «ее эгоистичность» часто оказывается мнимой.

Экзоны или их сочетания могут кодировать аминокислотные последовательности, являющиеся структурными и функциональными доменами белка. Каждый эукариотический ген имеет с обеих сторон от кодирующей области основные регуляторные последовательности, выполняющие функции инициации и терминации транскрипции. Однако регуляторные участки, повышающие и понижающие уровень транскрипции (энханссры и сайленсеры), могут быть расположены как внутри гена, так и на значительном расстоянии от него.

Некоторые эукариотические гены организованы в кластеры, но у них отсутствуют общие регуляторные участки, как в оперонах прокариот. К ним относятся, например, гены а- и P-цепей гемоглобина НЬА. Однако во многих случаях родственные гены расположены в разных хромосомах, например, ген лактатдегидрогеназы LDH А — на хромосоме 11, а ген LDH В — на хромосоме 12.

Наряду с функциональными генами у эукариот есть псевдогены, которые, как правило, не транскрибируются из-за мутаций в регуляторных областях или вследствие изменений в их кодирующей области. При этом белок, если и образуется, является дефектным, не функциональным. Один из вариантов псевдогенов - так называемые процессированные псевдогены, в которых отсутствуют интроны. Последнее обстоятельство еще раз подчеркивает значение интронов для образования пре- мРНК и синтеза нормально функционирующего белка.

Наличие нескольких промоторов в одном гене обусловливает альтернативную транскрипцию, т.е. образование различных изоформ мРНК. Так в гене миодистро- фии Дюшенна имеется 8 промоторов, с которых происходит альтернативная транскрипция в разных тканях (сердечных и скелетных мышцах, эмбриональных нейронах, коре мозга, сетчатке глаз), что приводит к образованию в этих тканях различных изоформ дистрофина (см. гл. 21).

Помимо альтернативной транскрипции существует и альтернативный сплайсинг. Так ген кальцитонина млекопитающих кодирует две изоформы мРНК; одна отвечает за кальцитонин щитовидной железы и состоит из первых четырех экзонов из 6. Во второй мРНК, кодирующей белок, родственный CGRP мозга, отсутствует экзон 4 (рис. 4.15). Альтернативный сплайсинг с пре-мРН К гена а-тропомиозина, в результате которого в зрелой мРНК отсутствуют экзоны с 5' и З'-концов и середины гена, представлен на рис. 3.8. Эти различные формы мРНК были обнаружены в мышцах, мозге и фибробластах.

Хромосомная теория наследственности, вклад Т. Моргана. Хромосомный уровень организации наследственного материала: структура, формы упаковки и виды хроматина, классификация хромосом. Хромосомы как группы сцепления генов

Вскоре после переоткрытия законов Менделя немецкий цитолог Теодор Бовери (1902) представил доказательства в пользу участия хромосом в процессах наследственной передачи, показав, что нормальное развитие морского ежа возможно только при наличии всех хромосом. В это же время (1903 г.) американский цитологУильям Сэттон обратил внимание на параллелизм в поведении хромосом в мейозе и гипотетических факторов наследственности, существование которых предсказал еще сам Мендель.

Уильям Сэттон предположил, что в одной хромосоме может находиться несколько генов. В этом случае должно наблюдаться сцепленное наследование признаков, т.е. несколько разных признаков могут наследоваться так, как будто они контролируются одним геном. В 1906 г. У. Бэтсон и Р. Пеннет обнаружили сцепленное наследование у душистого горошка. Они изучали совместное наследование: окраски цветков (пурпурная или красная) и формы пыльцевых зерен (удлиненная или округлая). При скрещивании дигетерозигот в их потомстве наблюдалось расщепление 11, 1: 0, 9: 0, 9: 3, 1 вместо ожидаемого 9: 3: 3: 1. Создавалось впечатление, что факторы окраски и формы пыльцы имеют тенденцию при рекомбинации задатков оставаться вместе. Это явление авторы назвали «взаимным притяжением факторов», но природу его им выяснить не удалось.

Дальнейшее изучение хромосом как носителей информации происходило в первые десятилетия ХХ века в лаборатории Томаса Ханта Моргана (США) и его сотрудников (А. Стёртеванта, К. Бриджеса, Г. Мёллера). В качестве основного объекта исследований Морган использовал плодовую мушку дрозофилу (Drosophilamelanogaster), которая оказалась очень удобным модельным объектом:

– Во-первых, эта мушка легко культивируется в лабораторных условиях.

– Во-вторых, она характеризуется малым числом хромосом 2 n = 8).

– В-третьих, в слюнных железах личинок дрозофилы имеются гигантские (политенные) хромосомы, удобные для прямого наблюдения.

– И, наконец, дрозофила отличается высокой изменчивостью морфологических признаков.

На основании экспериментов с плодовой мушкой дрозофилой Морганом и его учениками была разработана хромосомная теория наследственности.

Основные положения хромосомной теории наследственности:

1. Ген – это элементарный наследственный фактор (термин «элементарный» означает «неделимый без потери качества»). Ген представляет собой участок хромосомы, отвечающий за развитие определенного признака. Иначе говоря, гены локализованы в хромосомах.

2. В одной хромосоме могут содержаться тысячи генов, расположенных линейно (подобно бусинкам на нитке). Эти гены образуют группы сцепления. Число групп сцепления равно числу хромосом в гаплоидном наборе. Совокупность аллелей в одной хромосоме называется гаплотип. Примеры гаплотипов: ABCD (только доминантные аллели), abcd (только рецессивные аллели), AbCd (различные комбинации доминантных и рецессивных аллелей).

3. Если гены сцеплены между собой, то возникает эффект и сцепленного наследования признаков, т.е. несколько признаков наследуются так, как будто они контролируются одним геном. При сцепленном наследовании в череде поколений сохраняются исходные сочетания признаков.

4. Сцепление генов не абсолютно: в большинстве случаев гомологичные хромосомы обмениваются аллелями в результате перекреста (кроссинговера) в профазе первого деления мейоза. В результате кроссинговера образуются кроссоверные хромосомы (возникают новые гаплотипы, т.е. новые сочетания аллелей.). С участиемкроссоверных хромосом в последующих поколениях у кроссоверных особей должны появляться новые сочетания признаков.

5. Вероятность появления новых сочетаний признаков вследствие кроссинговера прямо пропорциональна физическому расстоянию между генами. Это позволяет определять относительное расстояние между генами и строить генетические (кроссоверные) карты разных видов организмов.

ХРОМОСОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

После открытия структуры ДНК долгое время полагали, что бактериальная хромосома представляет собой чистую ДНК в виде двойной спирали. Однако позднее выяснилось, что хромосома прокариот содержит в своей структуре примерно 20% белков. Их роль - обеспечить определенную компактизацию и прикрепление ДНК к оболочке бактерии. В настоящее время белки прокариотической хромосомы известны. Показано, что мутации в соответствующих генах не приводят к заметным фенотипическим проявлениям. По-видимому, роль этих белков вспомогательная, и они могут заменять друг друга в создании определенной структуры. Таким образом, прокариоты, в отличие от эукариот, не имеют высокоспециализированной системы организации хромосомы.

Хромосома эукариот состоит в основном из белков (50-60%) и ДНК, с незначительным количеством молекул РНК(до 10% от количества ДНК). Белки можно подразделить на гистоновые (половина или большая доля белков хромосомы) и негис- тоновые. В свою очередь гистоновые белки, доля которых в структуре хромосомы составляет до 80%, делятся на 5 основных классов: НЗ, Н4, Н2А и Н2В и Н1. Негисто- новые белки (по большей части кислые, в отличие от гистонов) представлены большим количеством различных видов. Показано, что все они участвуют в образовании структур надмолекулярного уровня.

УРОВНИ УПАКОВКИ ХРОМАТИНА

Хромосомная ДН К эукариотической клетки упакована исключительно компактно. Например, самая маленькая хромосома человека — 22, содержит примерно 4.6- Ю7 п.н., что соответствует длине 1, 4 см. Во время митоза эта хромосома укорачивается до 2 мкм, т.е. становится в 7000 раз компактнее. Очевидно, чтобы достичь такой плотности упаковки и сохранить эффективность основных генетических процессов (как правило, связанных с локальной распаковкой), структура хромосомы должна иметь несколько уровней организации. Вещество хромосомы - хроматин. В этом термине подчеркивается способность вещества хромосомы к окрашиванию, видимое уже на стадии интерфазы. Химическая структура хроматина различается подлине хромосомы, а сам хроматин претерпевает различные уровни своей упаковки от интерфазы до метафазы клеточных делений. Существуют две наиболее известные модели, объясняющие механизм упаковки хроматина. Согласно одной из них, наиболее известной в зарубежной литературе, нить ДНК претерпевает пять уровней компактизации от 2 нм (ее собственный диаметр) до 1400 нм (высококонденсиро- ванная метафазная хромосома). Низшим уровнем иерархической организации хромосом считается нуклеосомный. Нуклеосома состоит из кора (сердцевины, стержня) и намотанной на него ДНК (146 п.н., 1, 8 витка). Кор представляет собой гистоновый октамер Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (по две молекулы каждого). Хроматин на этой стадии имеет вид «бусин» (глобул диаметром 11 нм), нанизанных на «нить» (молекулярную ДНК). Такая структура обеспечивает компактизацию примерно в 6-7 раз.

Вторая ступень компактизации - формирование хроматиновой фибриллы диаметром 30 нм. В этом процессе участвует гистон Н1, который связывается с ДН К между нуклеосомными корами и сворачивает нуклеосомную фибриллу в спираль, наподобие соленоида, с шагом в 6-8 нуклеосом. Уровень компактизации на этом этапе достигает примерно 40.

Третий этап — петельно-доменный — наиболее сложный. Соленоидная фибрилла складывается, образуя петли различной длины. Общий уровень компактизации возрастает до 1000, но, очевидно, может различаться в различных районах хромосомы. Диаметр такой структуры в среднем составляет 300 нм., по-видимому, она наиболее типична для интерфазной хромосомы.

На четвертом этапе компактизации 300 нм-фибриллы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром примерно 600—700 нм (рис. 4.9).

Последняя, пятая, ступень компактизации (в 7000 раз) характерна для метафазной хромосомы; ее диаметр равен 1400 нм.

Известна и другая схема компактизации хроматина, предложенная Ю.С. Ченцо-вым. Она основана на данных световой и электронной микроскопии. Согласно этой модели первым уровнем также является нуклеосомный. На втором этапе 8-10 нуклеосом образуют глобулу, называемую нуклеомером. Ряд сближенных нуклеомеров формируют 20—30-нанометровую фибриллу. Третий уровень — хромомерный. Петли фибрилл ДНП, скрепленные негистоновыми белками, образуют розетковидные структуры. На четвертом - хромонемном уровне происходит их сближение с образованием структур, состоящих из петлевых доменов. Предполагается, что на следующем, пятом, уровне компактизации, характерном для хроматид, происходит спиральная укладка хромо- немных нитей.

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХРОМОСОМ

Несмотря на большие успехи в изучении тонкой структуры хроматина, полной ясности в том, как устроена хромосома у эукариот, нет. На основании данных, полученных молекулярными методами, предложена модель петельно-доменной организации интерфазных хромосом. Согласно этой модели хромосома состоит из петель основания которых «заякорены» на ядерном матриксе. Такая петля может содержать один или несколько генов. При инактивации генов соответствующий петельный домен компактизуется в суперсоленоид, а при активации происходит так называемое «выпетливание». Для обозначения нуклеотидных последовательностей, связанных с ядерным матриксом, принята аббревиатура МАХ (от англ. matrix associated regions)\ участки, связанные с интерфазным/хромосомным матриксом (скэффолдом) назы вают SAR (от англ. scaffold attachment regions). Преполагается, что прикрепление петли к скэффодду поддерживает «открытую» конфигурацию хромосомного домена. Было высказано предположение о том, что MARs/SARs-последовательности являются границами структурно-функциональных единиц эукариотических хромосом. Однако имеющиеся примеры обнаружения MARs/SARs не только по флангам гена, но и в нитронах противоречат этой гипотезе и свидетельствуют о необходимости дальнейшей экспериментальной проверки.

Предложена модель топологической организации рДНК и связанных с ней белков транскрипционного комплекса в структуре ядрышкового организатора (ЯОР), согласно которой активные копии рДН К локализованы в больших петлях. Эти петли прикреплены к хромосомному скэффолду, а снаружи как бы покрыты «шапкой» из белков транскрипционного комплекса. Плотно упакованные петли состоят из неактивных копий рДНК. Согласно одной из гипотез, мультикопийный комплекс ри- босомных генов у животных состоит из генов четырех типов: активно-транскрибиру- емых, потенциально активных (не транскрибируемых в данном типе клеток), неактивных и молчащих. Прочную связь с ядерным матриксом имеют активные и потенциально-активные повторы; непрочную, разрушаемую протеазным гидролизом, — неактивные копии. В интерфазном ядре неактивные копии обнаруживаются в фибриллярном центре ЯОР, а молчащие — вне ядрышка. Неактивные копии слабо метилированы и в основном в области 185-цистрона, в то время как «молчащие» копии интенсивно метилированы по всей длине транскрибируемых областей генов. Метилирование ДНК является одним из механизмов инактивации различных генов, втом числе и рибосомных (подробнее см. гл. 12). Показано, что неактивные копии рДНК обладают нуклеосомной организацией, тогда как активные - лишены нуклеосом.

ЭУХРОМАТИН И ГЕТЕРОХРОМАТИН

Эукариотическая хромосома состоит из эухроматина и гетерохроматина. Этот термин известен с 1930-х годов, когда Э. Хайц открыл окрашивающиеся гранулы в интерфазных ядрах, сохраняющие свое компактное состояние на протяжении всего клеточного цикла. Эти структуры были названы гетерохроматином.

По расположению в хромосоме и по тому времени, в котором эта часть хроматина находится в компактном состоянии, различают гетерохроматин двух типов: конститутивный и факультативный. Факультативный гетерохроматин представлен, например, одной из двух Х-хромосом человека, отцовским набором хромосом у кокцид (семейство божьих коровок). Одна из двух Х-хромосом человека, плотно упакованная, находится при ядерной мембране в виде телец Барра на стадии интерфазы. Конститутивный гетерохроматин локализован в прицентромерных и теломерных участках хромосом. Химическая структура его известна. Он состоит из различных фракций как умеренных, так и многократно повторяющихся последовательностей (о повторах см. разд. 4.1.3).

Функции гетерохроматина пока еще недостаточно изучены. Возможно, он играет структурную роль, поскольку расположен рядом с центромерой. Очевидно, что хромосомные перестройки, как правило, затрагивают именно гетерохроматин. Вот почему локализация в гетерохроматиновых участках структурных генов с уникальными последовательностями могла бы привести к увеличению частоты мутаций. Изменение же структуры отдельных рибосомных генов в гетерохроматиновых районах не столь катастрофично из-за умеренного повторения этих генов в геноме. С другой стороны, кроссинговер в гетерохроматиновых районах затруднен, что снижает вероятность неравного кроссинговера, а, следовательно, образование дупликаций и делеций по рибосомным генам (о неравном кроссинговере см. в гл. 7). Наличие внутривидового и межвидового полиморфизма по блокам сателлитной ДНК в районе центромеры свидетельствует о том, что эти изменения не столь важны для ее функционирования.

В 70-ые годы было высказано предположение, что отличительные свойства гете-рохроматина обусловлены спецификой его белковых компонентов, поскольку были найдены гены, мутации которых подавляют или усиливают инактивацию эухрома- тиновых генов, попавших в зону гетерохроматина. Как показали дальнейшие исследования, большое значение имеют различные варианты пострансляционной модификации гистонов, такие как гипоацетилирование и метилирование (см. гл. 12). В процессе гетерохроматизации участвуют также негистоновые белки типа НР1.

Эухроматин обладает следующими отличительными признаками, которые не свойственны гетерохроматину:

• на препаратах имеет более светлую окраску нежели гетерохроматин;

• состоит, в основном, из генов с индивидуальной последовательностью оснований;

• реплицируется раньше гетерохроматиновых районов;

• реже участвует в хромосомных перестройках нежели гетерохроматин;

• в отличие от конститутивного гетерохроматина не обладает свойствами соматической коньюгации.

СТРУКТУРА ПОЛИТЕННЫХ ХРОМОСОМ И ХРОМОСОМ ТИПА «ЛАМПОВЫХ ЩЕТОК»

Гигантские политенные хромосомы у различных видов рода Drosophila и Chironomus образуются в результате многократной репликации хромосом, при которой они не расходятся, а остаются объединенными силами соматической конъюгации. Такой тип репликации называется эндоредупликацией.

Участки более плотно упакованного хроматина образуют структуры, названные дисками, а между ними находятся участки с деконденсированным хроматином - междиски (рис. 4.11). Каждый диск в зависимости от его размера представлен различным числом хромомер. Хромомеры — структуры, имеющие вид темно окрашенных узелков, хорошо видны в мейотических хромосомах на стадии профазы, а также на стадии интерфазы в политенных хромосомах соматических клеток. Согласно цитологическим данным диски политенных хромосом, особенно крупные, представляют собой скопления нескольких хромомер.

Уровень политении достигает у дрозофил ы 512-1024 н итей ДНП (29—210), что соответствует 9-10 циклам репликации, а у хирономуса этот показатель еще выше — 2048—8192 нитей (11—13 циклов). Длина политенных хромосом достигает 220-485 мкм, тогда как длина метафазных хромосом дрозофилы равна 1, 5-3, 2 мкм.

В ядрах клеток с политенны- ми хромосомами у дрозофилы имеется структура, называемая хромоцентром, в котором объе-динены прицентромерные гете-рохроматиновые районы всех хромосом силами соматической конъюгации. Y-хромосома также расположена в хромоцентре, так как она в основном состоит из гетерохроматина и не имеет политенной структуры.

Для гетерохроматина харак-терны: поздняя репликация, не- дорепликация прицентромер- ных районов, а также высокая вероятность разрывов при действии различных мутагенных факторов.

Политенные хромосомы представляют интерес не только с точки зрения их организации, но и способа их функционирования. При транскрипции генов

происходит деконденсация хроматина и, как следствие, образование структур, называемых пуфами (рис. 4.12). На разных стадиях онтогенеза в дисках начинают функционировать специфические для данной стадии гены: хроматин дисков, в которых эти гены локализованы, начинает «расплетаться», что делает возможным их транскрипцию.

Деконденсация хроматина в процессе транскрипции характерна, также для мей- отических хромосом типа «ламповых щеток» (рис. 4.13). Эти хромосомы обнаружены в ооцитах рыб, земноводных, рептилий и птиц на стадии диплотены. Каждая из двух хромосом бивалента состоит из двух хроматид, поэтому при их конъюгации образуются протяженные четыреххроматидные структуры. В центре каждой хроматиды находится скэффолд, от которого отходят петли хроматина различного размера. Петля среднего размера содержит 50-100 т.п.н., и каждая из них соответствует определенной последовательности ДНК. Структуры типа «ламповых щеток» образуются, например, при транскрипции генов рибосомной РНК в ооцитах Xenopus. Специфика хромосом типа «ламповых щеток» заключается в том, что они транскрибируются более активно, чем обычные хромосомы. Это связано с необходимостью накопления значительных количеств генных продуктов в ооцитах.

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМОСОМ ЧЕЛОВЕКА

Набор хромосом человека, находящихся в ядре соматической клетки, называют ка-риотипом. В 1956 г. шведские ученые Дж. Тио и А. Леван убедительно доказали, что число хромосом во всех клетках человека, кроме половых, равно 46. Этот набор хромосом называют диплоидным (парным). В половых клетках человека хромосом вдвое меньше —23, т.е. эти клетки гаплоидны. При оплодотворении диплоидность восстанавливается (см. гл. 2). Схема строения хромосомы представлена на рис. 19.4. В хромосоме выделяют короткое (р) и длинное (q) плечо. Концы обоих плеч хромосом называют теломерами. В митозе хромосомы представлены двумя сестринскими хроматидами, соединенными центромерой. Показано, что в центромере содержится вещество - кинетохор, участвующее в формировании нитей веретена при клеточном делении.

Основы существующей унифицированной классификации хромосом были заложены в 1960 г. в Денвере. В основу классификации положены различия в длине хромосом и расположении центромеры. На основании различий в длине выделены 23 пары хромосом, при этом парам, имеющим наибольшую длину, дан наименьший номер (самыми длинными являются хромосомы 1- и 2-й пары). Выделяют группы метацентриче- ских, субметацентрических и акроцентрических хромосом. Отнесение хромосом к тому или иному типу производится на основе расчета центромерного индекса — отношения длины короткого плеча к длине всей хромосомы. В группе мета- центрических хромосом короткое и длинное плечи приблизительно равны, и центромерный индекс приближается к 0, 5. В субметацентрических хромосомах центромерный индекс снижен и составляет от 0, 25 до 0, 35, в акроцентрических хромосомах он часто не превышает 0, 2. На основании комбинации этих двух основных признаков хромосомы сгруппированы в 7 групп, обозначаемых буквами английского алфавита (от А дов).

Группа А включает хромосомы 1, 2, 3, причем хромосомы 1 и 3 — метацентрики (центромерный индекс первой хромосомы равен 0, 48-0, 49, третьей - 0, 45-0, 46), а хромосома 2 — самый большой субметацентрик (с центромерным индексом 0, 38-0, 40).

Группа В состоит из двух хромосом — 4 и 5. Это большие субметацентрические хромосомы с центромерным индексом от 0, 24 до 0, 30.

Группа С включает семь аутосом (с 6 по 12) и половую Х-хромосому. Это метацен- трические и субметацентрические хромосомы среднего размера (0, 28-0, 43).

Группа D включает три акроцентрические хромосомы среднего размера: 13, 14 и 15. Их центромерный индекс не превышает 0, 15 и является наименьшим в кариотипе человека. Для хромосом этой фуппы характерна значительная межиндивидуаль- ная вариабельность и наличие спутников на коротких плечах. Длина проксимальных участков коротких плеч и спутничных нитей варьирует.

Группа Е также включает три хромосомы — с 16 по 18. Это относительно короткие метацентрики и субметацентрики, с центромерным индексом 0, 26-0, 40.

Группа Fсостоит из двух небольших метацентрических хромосом (19 и 20) с центромерным индексом 0, 36—0, 46.

Группа G состоит из двух аутосом (21 и 22) и Y-хромосомы. Эти хромосомы имеют небольшой размер и относятся к акроцентрическим с центромерным индексом в пределах 0, 13—0, 33. Для аутосом этой группы характерно наличие спутников на коротких плечах.

В настоящее время Денверская номенклатура постепенно вытесняется более де-тальной классификацией, основанной на результатах исследования хромосом моле-кулярно-цитогенетическими методами.

Гены, находящиеся в одной хромосоме и наследующиеся сцепленно, составляют группу сцепления. Количество групп сцепления каждого вида должно соответствовать числу пар хромосом. Генетическое картирование – это определение положения какого-либо гена по отношению к двум (как минимум) другим генам. Постоянство процента кроссинговера между определенными генами позволяет локализовать их. Единицей расстояния между генами служит 1 % кроссинговера; в честь Моргана эта единица называетсяморганидой (М).

На первом этапе картирования необходимо определить принадлежность гена к группе сцепления. Чем больше генов известно у данного вида, тем точнее результаты картирования. Все гены разбивают на группы сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом. Например, у D. melanogaster 4 группы сцепления, у кукурузы – 10, у мыши – 20, у человека – 23 группы сцепления. Как правило, число генов в группах сцепления зависит от линейных размеров соответствующих хромосом. Так, у плодовой мушки имеется одна (IV) точечная (при анализе в световом микроскопе) хромосома. Соответственно число генов в ней во много раз меньше, чем в остальных, значительно превосходящих ее по длине. Следует также отметить, что в гетерохроматических районах хромосом генов нет или почти нет, поэтому протяженные области конститутивного гетерохроматина могут несколько изменить пропорциональность числа генов и длины хромосомы.

На основании генетического картирования составляются генетические карты. На генетических картах крайнему гену (т.е. наиболее удаленному от центромеры) соответствует нулевая (исходная) точка. Удаленность какого-либо гена от нулевой точки обозначается в морганидах.

Если хромосомы достаточно длинные, то удаление гена от нулевой точки может превышать 50 М – тогда возникает противоречие между отмеченными на карте расстояниями, превышающими 50%, и постулированным выше положением, согласно которому 50 % кроссоверов, полученных в эксперименте, фактически должны означать отсутствие сцепления, т. e. локализацию генов в разных хромосомах. Это противоречие объясняется тем, что при составлении генетических карт суммируются расстояния между двумя наиболее близкими генами, что превышает экспериментально наблюдаемый процент кроссинговера.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒