ГЕНЕТИКА, 2009, том 45, № 3, с. 318-329
== МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА ^
УДК 575.234:595.773.4
УСЛОВНО-ЛЕТАЛЬНЫЕ МУТАЦИИ ПЕРЕВОДЯТ ГЕНОМ ИЗ СТАБИЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ В НЕСТАБИЛЬНОЕ
© 2009 г. Б. Ф. Чадов, Е. В. Чадова, Е. А. Хоцкина, Н. Б. Фёдорова
Институт цитологии и генетики Cu6upcK0„0 отделения Российской академии наук, Новосибирск 630090;
e-mail: chadov@ bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 27.07.2007 г.
Окончательный вариант получен 08.04.2008 г.
Описывается феноменология дестабилизации генома у мутантов Drosophila melanogaster, содержащих радиационно-индуцированные условные доминантные летали в Х-хромосоме и аутосоме 2. Дестабилизация выражается в: 1) потере или снижении летальности ранее летальных мутаций; 2) потере проявления видимых доминантных мутаций в оппозитном гомологе; 3) хромосомной нестабильности в виде потери Х-хромосомы в половых и соматических клетках; 4) образовании новых мутаций (вторичный мутагенез); 5) образовании одиночных и массовых модификаций; 6) образовании нарушений индивидуального развития (морфозов). Ключевым событием для перехода генома из стабильного состояния в нестабильное является образование мутации - условной доминантной летали.
Правилом выбора признака для генетической работы, введенным еще Менделем, является его стабильное выражение (высокая экспрессивность) и стабильное наследование (полная пене-трантность). Правило следовало из основополагающей идеи, что фактор (ген) - это элементарная единица наследственности, не подверженная действию переменчивых факторов внешней и внутренней среды. Прописанное Менделем правило, как тогда казалось, обеспечивало выбор "истинных" (генетически обусловленных) признаков и недопущение к работе признаков преходящих (не генетических), возникающих в результате действия внешних условий.
Менделевский подход к выбору признаков не изменился и с наступлением мутационной эры в генетике. Искусственно получаемые мутации также должны были обладать высокой экспрессивностью и полной пенетрантностью. В идеале генетическая мутация в гомозиготе должна проявляться у любой особи данного вида в неограниченном числе поколений.
В 2000 г. был предложен принципиально иной подход к выбору мутаций: мутация должна проявляться у особей одного генотипа и не проявляться у особей другого генотипа [1, 2 ]. Предполагали, что отбором таких мутаций можно обнаружить гены, ответственные за образование признаков внутривидового сходства [3, 4]. Признаки этой категории классическая генетика не изучала [5]. У Drosophila melanogaster были разработаны три методики получения летальных мутаций. Мутации назвали условными доминантными леталями. У особей одного генотипа мутация проявляла се-
бя как доминантная леталь, у особей другого генотипа мутация леталью не являлась [1, 6, 7 ].
Кроме условной летальности, лежащей в основе обнаружения, мутации показали другие свойства. Они переставали быть леталями в присутствии хромосомных перестроек [3, 7], демонстрировали родительский эффект в своем проявлении [7-9]. Потомки мутантов часто имели комплексные нарушения развития (морфозы) [8, 10, 11]. Способность образовать морфозы и условное проявление мутаций позволили считать, что выявленные гены относятся к группе регуляторных генов, управляющих онтогенезом [4, 11-13 ].
Наблюдение за культурами полученных у D. melanogaster мутаций выявило еще одно необычное свойство: мутанты оказались генетически нестабильными. Первой из обнаруженных форм нестабильности была потеря летального проявления мутаций [9]. Затем стали выявляться и другие формы [13]. Данная статья посвящена описанию разных форм нестабильности, выявленных у мутантов, содержащих условные доминантные летали.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Мутации в Х-хромосоме и аутосоме 2 получили в 2000-2001 гг. [1-4] (рис. 1 и 2). В течение пятилетнего срока их поддерживали в культурах и наблюдали за ними. Формально-генетически мутации - условные доминантные летали. Показатель летального действия мутации в Х-хромосоме -отсутствие дочерей в скрещивании мутантного самца с самками линии yellow (рис. 1). Показатель
Индивидуальное тестирование самцов
X X Y
5 XX 5 XX 5 xx
$ 3000 R
в
в X Y в X Y в X* Y
Индивидуальное тестирование самцов
5 In(2LR)Cy/2
5 2/2 5 2/2 5 2/2
0 3000 R
$ 2/2
в 2/In(2LR)Cy в 2/In(2LR)Cy в |2*In(2LR)Cy
Fl Норма: дочери X X сыновьяX Y
сыновья X Y
Мутация: дочери
Рис. 1. Обнаружение условных доминантных леталей в Х-хромосоме Drosophila melanogaster. Облученных гамма-лучами самцов дрозофилы скрестили с самками, содержащими сцепленные Х-хромосомы. Сыновей из потомства индивидуально скрестили с самками yellow. Сыновья, получившие Х-хромосому с доминантной ле-талью, не давали дочерей в своем потомстве [3].
Норма: 2/2 и 2/In(2LR)Cy
<1
Мутация [*]: 2К* и 2/In(2LR)Cy
Рис. 2. Обнаружение условных доминантных леталей в аутосоме 2 Drosophila melanogaster. Облученных гамма-лучами самцов дрозофилы скрестили с самками, содержащими комплексную инверсию с доминантным маркером Curly в одной из аутосом 2. Сыновей, содержащих эту аутосому вместе с облученной аутосомой 2 (штриховка), индивидуально скрестили с самками yellow. Сыновья, получившие аутосому 2 с доминантной леталью, давали только потомков Curly [11].
In(1)M-5
в
In(1)M-5 -:-7
In(1)M-5 In(1)M-5
In(1)M-5 +
In(1)M-5 /
+
-7
v f
y V I
5 TTT
в
в
-y
~7
~7
Рис. 3. Два способа поддержания мутаций онтогенов в Х-хромосоме: а - в гетерозиготе у самок, содержащих инвертированную хромосому Muller-5 (In(1)M-5) и мутантную Х-хромосому ("+", жирная линия); б - в культуре со сцепленными Х-хро-мосомами (y v f/y vf). В первом случае мутантную Х-хромосому получают дочери In(1)M-5/+ и сыновья "+". Дочери In(1)M-5/In(1)M-5 и сыновья In(1)M-5 мутантной Х-хромосомы не получают. Во втором случае мутантную Х-хромосому получают сыновья и не получают дочери.
летального действия мутации в аутосоме 2 - отсутствие мутантного потомства обоего пола в таком же скрещивании (рис. 2). Мутации в Х-хромосоме (22 штуки) поддерживали двумя способами: в культуре со сцепленными Х-хромосомами и в культуре, содержащей инверсию Меллер-5 в Х-хромосоме (рис. 3).
Летальные мутации в аутосоме 2 (8 штук) поддерживали в гетерозиготе с инвертированной хромосомой In(2LR)Cy, Cy Bl L4 (см. рис. 4). Эта хромосома содержала видимые доминантные мутации Curly , Bristle и Lobe, которые отличаются устойчивым и отчетливо выраженным проявлением [14].
+
+
F
1
F
1
+
о In(2L+2R) Cy, Cy dplv1 pr B1 cn2 L4 sp2
1 (2)
x
S In(2L+2R) Cy, Cy dp1v1 pr B1 cn2 L4 sp2 1 (2)
Фенотип потомков
i норме:
Варианты:
2 и S Cy B1 L4
Cy B1
Cy
L4
B1 L4
Cy
L4
B1
- 8 - 1 - 1
- 9
- 0 - 1
Рис. 4. Непроявление фенотипа доминантных мутаций в аутосоме 2. Летальные мутации 1(2) в аутосоме 2 поддерживали в культуре, содержащей инвертированную ауто-сому 2 с доминантными мутациями Curly (Cy), Bristle (Bl) и Lobe (L4). В норме у потомков проявлялись все три доминантные мутации, однако в 20 случаях произошла потеря проявления одной или двух мутаций.
Каждую культуру поддерживали в 4-5 стаканчиках со стандартной средой для дрозофилы. Один-два раза в месяц ее пересаживали на новую среду. При пересадке потомство просматривали под бинокулярной лупой. Новые фенотипические варианты, включая морфозы, документировали с помощью цифровой видеокамеры. В случае появления особи с необычным фенотипом из нее пытались сделать отводку, скрещивая ее с сибсами. В исходной культуре, давшей новый фенотип, в следующем поколении целенаправленно искали повторного появления этого фенотипа.
Проверку летальности проводили путем повторения тест-кросса - скрещивания самцов из мутантных культур с самками yellow [1, 2].
РЕЗУЛЬТАТЫ
"Разлеталивание"
Потеря летального действия мутаций была обнаружена случайно в 2001 г. в опытах по определению частоты доминантных леталей в потомстве мутантных самцов. Самцы из культур 1, 3, 5, 27 и 33, ведущихся на сцепленных Х-хромосомах, в скрещивании с самками yellow стали давать дочерей (табл. 1). В последующие годы летальность проверяли целенаправленно во всех культурах и в более представительных выборках потомства. Пять вышеназванных мутаций, проверенных в
2002 и 2004 гг., действительно перестали быть ле-талями. В 2002 году потеряли летальное действие еще три мутации (№ 29, 38, 41), а в 2004 - еще одна (№ 35). В некоторых культурах летальность не исчезла, но снизилась. В потомстве стали возникать дочери, хотя доля дочерей не достигала положенного уровня - 50% (№ 7, 9, 10, 11). Всего из 22 летальных мутаций за период 2000-2004 гг. девять мутаций полностью потеряли летальность, а четыре перешли в разряд полулеталей.
Процесс потери летальности мутаций № 1-41 происходил и в культурах, ведущихся в гетерози-готе с хромосомой Меллер-5 (табл. 1). За тот же период времени полностью потеряли летальность восемь мутаций (№ 3, 5, 9, 10, 11, 32, 34, 38), снизили летальность - тоже восемь (№ 6, 7, 8, 30, 31, 33, 35, 36). Различие в способах поддержания мутаций определенно сказывалось на процессе разлеталивания. В культуре Меллер-5 летали сохранялись более надежно. Разлеталивание мутаций № 3, 5, 38 прошло при обоих способах поддержания, мутации № 2, 6, 30, 31 при обоих способах поддержания не утратили летальности. Для большинства мутаций (16 из 22) сохранение летальности и ее потеря не были скоординированы в культурах Меллер-5 и "сцепленные Х-хромосомы".
В 2002 г., после того как были обнаружены потеря и резкое ослабление летальности в некоторых культурах, 10 культур, поддерживающихся на сцепленных Х-хромосомах, продублировали новыми культурами, полученными от самцов, взятых из соответствующих культур Меллер-5, сохраняющих летальность мутаций. К 2004 г. семь мутаций из 10, теперь ведущихся на сцепленных Х-хромосомах, опять потеряли летальное действие (табл. 2). Остались леталями три (№ 27, 29, 41). Эти мутации остались леталями и при поддержании на Меллер-5 (табл. 1). Полученные данные позволяют считать, что в культурах идет процесс изменения свойств мутаций. Он зависит как от самой мутации, так и от геномного окружения.
Потеря проявления до
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.