Реферат: Как ген, хромосома и клетка противодействуют среде и избегают гибели
Недавние молекулярно-биологические исследования привлекли внимание к упорядоченным процессам построения генов и хромосомных перестроек у эукариот. Кроме того, появляются основания полагать, что мутационный процесс может направляться путем регуляции физико-химических событий, происходящих в ДНК.
Однако эукариотическая хромосома с ее гигантскими размерами все еще остается далеко не изученной на молекулярном уровне как целостная структура, т.е. как вполне определенная и строго ограниченная единица. Поэтому большинство генетиков продолжают рассматривать ее как некую случайную конструкцию.
Еще в 1950-х годах были получены данные, указывающие на жесткость структуры эукариотической хромосомы. Эта структура сформировалась в виде градиентов хромомеров, которые у более чем 70 видов начинаются у центромеры. Они сохраняют свою организацию независимо от вариаций длины хромосом. Это привело к созданию концепции хромосомного поля, согласно которой между разными участками одной хромосомы существуют определенные взаимоотношения, детерминируемые главным образом расположением центромер и теломер. В то время сведений о локализации генов было мало; не было и молекулярно-биологических методов, которые можно было бы использовать для проверки такой концепции. Однако структурные данные столь убедительно свидетельствовали в пользу жесткой и упорядоченной организации, что были сделаны следующие предсказания: 1) гены располагаются в центромеро-теломерном поле неслучайным образом; 2) каждый структурный ген и каждая последовательность ДНК стремятся занять в этом поле оптимальное место; 3) существует иерархия хромосомных участков и взаимодействие между ними, оказывающие влияние на их функцию; 4) перестройки происходят случайным образом, но следуют правилам, которые сохраняют общую структуру поля. За последние годы были собраны данные, подтвердившие справедливость этих предсказаний: 1) у более чем 700 видов, от водорослей до человека, была установлена локализация генов рРНК, которые расположены в теломерах, причем это расположение настолько регулярно, что его можно описать линейным уравнением; 2) большая часть других последовательностей ДНК, которые могут быть распознаны у большого числа видов, занимает определенное положение в пределах поля, т.е. некоторые располагаются вблизи теломер, другие вблизи центромер, а третьи – в медиальных областях плечей; 3) цитогенетические исследования на молекулярном уровне, проведенные рядом авторов, показали, что местоположение данной последовательности ДНК имеет решающее значение для определения ее функции.
Изменение положения влияет как на репликацию, так и на транскрипцию ДНК.
В одном из исследований были изучены на молекулярном уровне последовательности ДНК, участвующие в наиболее резко выраженных хромосомных перестройках среди всех, известных у высших млекопитающих. Объектом для этого исследования были выбраны олени, так как они отличаются наиболее сильной изменчивостью по числу хромосом: у самки мунтжака 2п = 6, а у самца 2п = 7; у северного оленя 2я = 70.
Последовательность ДНК оленя, состоящую из 990 пар оснований, гибридизовали по Саузерну с суммарной ядерной ДНК мунтжака. Затем из клеток благородного оленя (Cervuselaphus, 2я = 68) выделили последовательность из 770 пар оснований. Эту последовательность клонировали и гибридизовали по Саузерну с суммарной ядерной ДНК других видов Cervidae, а также гибридизовали insitu с метафазными хромосомами М. muntjakи С. elaphus. Это позволило установить, распределяется ли данная последовательность ДНК в условиях сильнейшей перестройки хромосом, произошедшей у С. elaphus, случайным образом или же она продолжает занимать свое положение в соответствии с хромосомным полем.
Оказалось, что клонированная последовательность ДНК занимает прежнее положение в участке около центромер как у С. elaphus, так и у М. muntjak. Кроме того, гены рРНК и центромеры также оставались на прежних местах, несмотря на сильную хромосомную перестройку. Результаты этих экспериментов подтверждают предсказания теории хромосомного поля, согласно которым каждая последовательность занимает оптимальное положение в центромеро-теломерном поле и стремится занять это положение после хромосомной перестройки.
Концепция хромосомного поля превратилась в теорию, потому что с течением времени она позволила сделать ряд предсказаний, подтвердившихся при экспериментальной проверке.
В свете представленных здесь данных нет оснований считать, что любая последовательность ДНК должна всегда занимать строго определенное положение в пределах поля при переносе из одной хромосомы в другую. Известная свобода перемещения необходима, иначе эволюция была бы невозможна. Теория не допускает лишь случайной перестройки последовательностей ДНК. Более того, она подчеркивает, что поведение этих последовательностей следует законам, действующим на молекулярном уровне, которые обязывают их всегда занимать мунтжака в метафазе митоза. ДНК хромосомного диска благородного оленя, содержащая 770 пар оснований, клонировали в плазмиде pBR322, осуществляли никтрансляцию в присутствии трития и гибридизовали insitu с хромосомами мунтжака. А. Клетка в метафазе; видно накопление метки в областях плечей Х-хромосомы вблизи центромеры. Б. Кариотипы трех клеток, в которых видно значительное накопление метки в участках Х-хромосомы вблизи центромеры и слабое накопление в тех же участках хромосомы I. В. Пять Х-хромосом, на которых видно, что метка накапливается не в центромере, а в участках плечей по обе стороны от нее.
Рис. 1. Семь хромосом
Рис. 2. 68 хромосом самца благородного оленя в метафазе митоза
Использована та же проба ДНК, меченная тритием, что и в предыдущем эксперименте– В 64 аутосомах и в хромосомах X и Y центромеры терминальные; только в двух крупных аутосомах они медиальные. А. Клетка, в которой у большинства хромосом метка накопилась вблизи центромеры. Б. Кариотип из другой клетки: 64 телоцентрические хромосомы расположены в зависимости от их длины и у всех у них метка сконцентрирована вблизи центромеры единственного плеча. В двух крупных метацентрических хромосомах в конце нижнего ряда метка отсутствует; в Х-хромосоме – самой крупной в наборе – метка также отсутствует, а в Y-хромосоме ее можно видеть вблизи центромеры.
Таблица 2. Экспериментальные данные, полученные на разных видах оленей и показывающие строгую упорядоченность хромосомных перестроек. Клонированные последовательности ДНК, центромеры и гены рРНК, несмотря на сильнейшие хромосомные перестройки, сохраняют свое местоположение в хромосомах, как и предсказывает теория хромосомного поля
| Последовательности ДНК | Расположение при большом числе хромосом | Метод | Расположение при небольшом " числе хромосом Тип распределения |
|
Клонированная последовательность ДНК из 770 пар оснований Центромеры Гены рРНК |
CervuselaphusВ проксимальных участках плечей вблизи центромер у 65 хромосом Muntiacusreevesi На одном конце у всех 46 хромосом Cervuselaphus. В четырех крупных хромосомах организаторы ядрышка располагаются вблизи теломер |
Гибридизация по Са-узерну и гибридизация insitu Центромероспецифичная сыворотка Проба с флуоресцентной меткой Гибридизация insitu с РНК и окраска серебром |
Muntiacusmuntjak В проксимальных участках кие в проксимальных плечей вблизи центромер участках плечей в хромосомах X и I зи центромеры Muntiacusmuntjak Вместе с другими центронируются и сохраняют мерами образуют ряды в свое местоположение виде линейно расположенных бусин, составляющих гигантские центромеры во всех хромосомах К-во Просмотров: 126
Бесплатно скачать Реферат: Как ген, хромосома и клетка противодействуют среде и избегают гибели
|