6. Плейотропный эффект мутаций

Большинство мутаций затрагивает развитие многих признаков. Множественное проявление мутации(гена) называетсяплейотропиейи характерно для большинства генов. Это объясняется тем, что продукт любого гена используется не в одном, а в нескольких, иногда в очень многих процессах роста и развития.

Так, при арахнодактилии, которая вызывается доминантной мутацией, наблюдаются изменения пальцев рук и ног и одновременно – вывихи хрусталика глаза и врожденные пороки сердца.

Фенилкетонуриясвязана с отсутствием фермента , обеспечивающего синтез тирозина из фенилаланина. У больных наблюдается слабоумие, а также ослабление пигментации (изменение морфологического признака), в моче их присутствует фенилпировиноградная кислота (откуда происходит и название болезни – фенилкетонурия).

7. Экспрессивность и пенетрантность мутаций

Оба понятия ввел в 1926 г. О. Фогт для описания варьирования мутантных фенотипов.

Экспрессивность – это степень проявления мутантного признака в фенотипе. Например, мутация eyeless у дрозофилы вызывает редукцию глаза, степень которой неодинакова у разных особей.

Пенетрантность – это частота, или вероятность проявления мутантного фенотипа среди всех особей, несущих данную мутацию. Например, 100%-ная пенетрантность рецессивной мутации означает, что у всех гомозиготных особей она проявляется в фенотипе. Если же фенотипически она обнаруживается только у половины особей, то пенетрантность мутации равна 50%.

8. Условные мутации

Эти мутации проявляются только при выполнении определенных условий.

Температуро-чувствительные мутации. Мутанты этого типа живут и развиваются нормально при одной (пермиссивной) температуре и обнаруживают отклонения при другой (рестриктивной). Например, у дрозофилы выделяют холодочувствительные (при 18С)ts–мутации (temperaturesensitive) и теплочувствительные (при 29С)ts–мутации. При 25С сохраняется нормальный фенотип.

Мутации чувствительности к стрессу. В данном случае мутанты развиваются и внешне выглядят нормально, если их не подвергать каким-либо стрессирующим воздействиям. Так, мутантыsesB(stresssensitive) дрозофилы в обычных условиях не проявляют каких-либо отклонений.

Однако если резко встряхнуть пробирку, у мух начинаются судороги и они не способны двигаться.

Ауксотрофные мутации у бактерий. Они выживают только на полной среде или же на минимальной, но с добавкой того или иного вещества (аминокислоты, нуклеотида и т. д.).

9. Методы учета мутаций

Особенности методов учета мутаций. Методы обнаружения мутаций должны быть разными в зависимости от способа размножения организма. Видимые морфологические изменения учитываются легко; сложнее определить физиологические и биохимические изменения у многоклеточных организмов. Легче всего обнаруживаютсявидимые доминантныемутации, которые могут проявляться в гетерозиготном состоянии в первом же поколении, труднее анализироватьрецессивные мутации, их необходимопереводить в гомозиготное состояние.

Для хорошо изученных в генетическом отношении объектов (дрозофила, кукуруза, ряд микроорганизмов) изучение новой мутации проводить довольно легко. Например, для дрозофилы разработаны специальные методики учета частоты мутаций.

Метод СlВ.Мёллерсоздал линию дрозофилСlВ(Си Эль Би) у которой одна изХ-хромосом маркирована доминантным геномBar (В)иинверсией, названнойС. Эта инверсия препятствует кроссинговеру и обладает рецессивнымлетальным эффектом–l.Поэтому линия и названаСlВ.

Самок этой линии-анализатораскрещивают с самцами из исследуемой выборки. Если самцы взяты изприродной популяции, то можно оценить частоту леталей в ней. Или же берут самцов,обработанных мутагеном. В этом случае оценивается частота летальных мутаций, вызванных этим мутагеном.

В F₁отбирают самокСlВ/+, гетерозиготных по мутацииBar, и скрещиваютиндивидуально(каждую самку в отдельной пробирке с самцом дикого типа). Если в проверяемой хромосоменет мутации, то в потомстве будет два класса самок и один класс самцов (B⁺), поскольку самцыСlВгибнут из-за наличия леталиl, т.е. общее расщепление по полу будет2:1(см. рисунок).

Если же в опытной хромосоме есть летальная мутация l_m, то вF₂ будут только самки, так как самцы обоих классов погибнут – в одном случае из-за наличия летали вХ-хромосомеСlВ, в другом – из-за наличия леталиl_mв опытнойХ-хромосоме (см. рисунок). Определяя отношение числаХ-хромосом (пробирок с индивидуальными скрещиваниями), в которых возникла леталь, к общему числу изученныхХ-хромосом (пробирок), подсчитывают частоту летальных мутаций в определенной группе.

Мёллер неоднократно модифицировал свой метод выявления леталей в Х-хромосоме дрозофилы, в результате чего появились такиелинии - анализаторы, какMu-5, а позднее –линии - балансерыBasc,Binsnи др.

Метод Cy L/Pm. Для учета летальных мутаций ваутосомахдрозофилы используют линиисбалансированных леталей. Для проявления рецессивной летальной мутации в аутосоме тоже необходимо, чтобы она оказаласьв гомозиготном состоянии. Для этого необходимо поставить два скрещивания, а учет потомков вести вF₃. Для обнаружения леталей вовторойхромосоме используют линиюCy L/Pm(Сай Эл Пи Эм) (см. рисунок).

У мух этой линии во второй хромосомерасположены две доминантные мутацииCy (Curly – загнутые крылья)иL (Lobe – маленькие дольковидные глаза), каждая из которых в гомозиготном состоянии вызывает летальный эффект. Мутации представляют собой протяженныеинверсиив разных плечах хромосомы. Обе они «запирают» кроссинговер. В гомологичной хромосоме также присутствует доминантная мутация – инверсияPm(Plum– коричневые глаза). Анализируемого самца скрещивают с самкой из линииCy L/Pm(на рисунке показаны не все классы потомков).

В F₁отбирают самцовCy L/Pm⁺ ииндивидуальноскрещивают их с самками исходной линииCy L/Pm. ВF₂отбирают самцов и самокCy L, у которых гомологичная хромосома является испытуемой. В результате скрещивания их между собой получается три класса потомков. Один из них погибает из-за гомозиготности по мутациямCyиL, еще один класс потомков – это гетерозиготыCy L/Pm⁺,а также класс гомозигот по испытуемой хромосоме. В итоге получаются мухиCy LиCy⁺ L⁺в соотношении2:1.

Если в испытуемой хромосоме произошла летальная мутация, в потомстве от последнего скрещивания будуттолько мухи Cy L. С помощью такого метода можно учитывать частоту рецессивных летальных мутацийво второй хромосоме дрозофилы.

Учет мутаций у других объектов. Аналогичные методы обнаружения мутаций разработаны и для других объектов. В основу их положены те же принципы:

1) обнаружить рецессивнуюмутацию можно, переводя ее вгомо-илигемизиготноесостояние,

2) учесть точно частоту возникающих мутаций можно лишь при условии отсутствия кроссинговерау гетерозиготных особей.

Для млекопитающих(мышь, кролик, собака, свинья и др.) разработана методика учета частоты возникновениядоминантных летальныхмутаций. О частоте мутаций судят по разнице между числомжелтых телв яичнике и развивающихсяэмбрионову вскрытой беременной самки.

Учет частоты возникновения мутаций у человекаочень затруднен, однакогенеалогический анализ, т.е. анализ родословных, позволяет установить возникновение новых мутаций. Если в родословной супругов в течение нескольких поколений не встречался какой-то признак, а у одного из детей он появился и стал передаваться следующим поколениям, значит мутация возникла в гамете одного из этих супругов.

Учет мутаций у микроорганизмов. Изучать мутации у микроорганизмов очень удобно, так как все гены у нихв единственном числеи мутации проявляются ужев первом поколении.

Мутантов легко обнаружить методом отпечатков, илиреплик, который предложили супругиЭ.иДж.Ледерберги.

Для выявления у Е. сoliмутаций устойчивости к бактериофагу Т1 бактерии высевают на питательный агар, чтобы образовались отдельные колонии. Затем при помощи бархатной реплики эти колонии перепечатывают на чашки с нанесенной суспензией частиц фага Т1. Большая часть клеток исходной чувствительной (TonS) культуры не будет образовывать колоний, поскольку их лизирует бактериофаг. Вырастут лишь отдельные мутантные колонии (TonR), устойчивые к фагу. Подсчитывая число колоний в контрольном и опытном (например, после облучения ультрафиолетовым светом) вариантах, легко определить частоту индуцированных мутаций.