Сцепление, кроссинговер и хромосомное картирование

Как мы уже упоминали, Морган и его студенты открыли, что некоторые признаки сцеплены. Следовательно, гены сцепленных признаков расположены на одной и той же хромосоме.

Для определения сцепления генов группа Моргана скрещивала новых мутантов с нормальными мушками. Мушек из потомства, полученного от этих скрещиваний, скрещивали друг с другом снова и снова, пока исследователи не получали достаточное число мушек с устойчивым сохранением мутации.

Затем самцов с новой мутацией скрещивали с самками, несущими другие мутации, расположенные на определенной хромосоме. Поскольку расположение уже было известно, такие мутации служили маркерами. Белые глаза, например, были результатом мутации на Х-хромосоме. Если в последующих поколениях новая мутация постоянно появлялась у мух с мутацией белых глаз, то исследователи знали, что Х-хромосома несла ген и для новой мутации.

Менделю повезло

Как вы помните, одним из менделевских принципов наследования был принцип независимого комбинирования. Соответственно, каждый из признаков, которые он изучал у растений гороха, не зависел от других признаков и никак не влиял на них.

Морган установил, что Менделю повезло. Семь признаков, которые он выбрал для изучения у гороха, несли разные хромосомы, а их у гороха как раз семь пар. Если бы какие-то признаки были сцепленными, полученные Менделем результаты не были бы такими ясными, а он мог бы никогда не выдвинуть свою основополагающую теорию наследственности.

Концепция сцепления ведет к другому важному открытию. Морган был озадачен признаком, названным миниатюрное крыло и связанным с признаком белых глаз (гены для обоих признаков располагались на Х-хромосоме), так что оба признака передавались вместе, но не всегда.

Морган придумал объяснение. Датский биолог Ф.А. Янсен (F.A. Janssen) открыл, что перед делением, во время образования половых клеток, пары хромосом скручивались одна с другой. Морган подозревал, что при разъединении хромосом они разрывались на куски, которые снова объединялись в целые хромосомы. В этом процессе разрыва и соединения часть одной хромосомы могла попасть в другую. Все гены на разломанном куске переходили с одной хромосомы на другую. Морган назвал процесс кроссинговером. Теперь он известен как рекомбинация.

Это могло объяснить, почему миниатюрное крыло не всегда наследовалось вместе с белыми глазами. Хотя признаки были сцеплены (их гены располагались на одной хромосоме), если они располагались далеко друг от друга, любой кроссинговер при образовании половых клеток мог разделить их, так что только один признак попадал в дочернюю клетку. Сцепленные гены, которые редко разделялись при кроссинговере, должны были располагаться гораздо ближе друг к другу (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Когда яйцеклетка и сперматозоид формируются, хромосомы в парах расходятся, так что каждая половая клетка имеет в два раза меньше хромосом, чем клетка тела. Перед расхождением хромосомы в каждой паре переплетаются. Иногда они разрушаются, а часть одной хромосомы встраивается в другую. В результате получается хромосома, содержащая гены от обеих хромосом пары. Этот процесс называется кроссинговером, или рекомбинацией

Рис. 4.3. Когда яйцеклетка и сперматозоид формируются, хромосомы в парах расходятся, так что каждая половая клетка имеет в два раза меньше хромосом, чем клетка тела. Перед расхождением хромосомы в каждой паре переплетаются. Иногда они разрушаются, а часть одной хромосомы встраивается в другую. В результате получается хромосома, содержащая гены от обеих хромосом пары. Этот процесс называется кроссинговером, или рекомбинацией

В 1911 году Морган объяснил свою идею кроссинговера студенту Альфреду Стюртеванту (Alfred Sturtevant). Стюртевант, который еще не окончил университет, понимал, что если Морган прав, то можно установить, хотя и грубо, взаимное расположение генов на Х-хромосоме, если узнать, как часто различные признаки появляются в потомстве в результате скрещивания у мушек, несущих пары ограниченных полом признаков. Он писал позже: «Я ушел домой и провел большую часть ночи (забросив домашнее задание) за построением первой хромосомной карты» (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Примерно так выглядела первая генетическая карта, показывающая расположение пяти признаков на хромосоме плодовой мушки

Рис. 4.4. Примерно так выглядела первая генетическая карта, показывающая расположение пяти признаков на хромосоме плодовой мушки

Стюртевант и другие сотрудники лаборатории Моргана построили карты и других трех хромосом. Они первыми выдвинули идею о том, что некоторые признаки являлись следствием комбинированного действия различных генов, а некоторые гены могли изменять действие других генов. Их ранние хромосомные карты были предшественниками всех генетических карт, сконструированных с тех пор, вплоть до проекта генома человека.

Ссылка
Картирование генома подробно обсуждается в главе 6, а информация о проекте генома человека приводится в главе 12.

Кроссинговер подтвержден

Морган и его команда были убеждены, что кроссинговер существует, но не могли наблюдать его непосредственно. Хромосомы слишком малы, чтобы можно было обеспечить прямое наблюдение за деталями процесса.

Все изменилось в 1930-е годы, когда ученые обнаружили, что клетки в слюнных железах личинок плодовых мушек содержат гигантские хромосомы. Они оказались в 2000 раз больше нормальных, а кроме того, были полосатыми — состояли из светлых и темных тяжей, которые можно было легко опознать и сосчитать. Впервые ученые могли напрямую наблюдать кроссинговер и другие перестройки хромосом.

Установление природы генетического материала и понимание его организации в живых клетках решают только часть генетической загадки.

Одно дело — понимать, что ДНК несет генетическую информацию. Но совсем другое дело — узнать, как эта информация используется для построения живого существа. Как такая маленькая, хотя и сложная, молекула ДНК может осуществлять контроль физических свойств гораздо больших по масштабу тел? Об этом мы поговорим в следующей главе.


Оставить комментарий

Ваш комментарий