15. Взаимодействие неаллельных генов: полимерия.

Полимерия – это неаллельное взаимодействие генов, при котором разные гены производят одинаковый или сходный фенотипический эффект; степень проявления признака зависит от количества генов. Полимерные гены обозначаются одинаковыми буквами, а аллели одного локуса имеют одинаковый нижний индекс.

Полимерное взаимодействие неаллельных генов может быть кумулятивным и некумулятивным. При кумулятивной (накопи­тельной) полимерии степень проявления признака зависит от суммарного действия нескольких генов. Чем больше доминантных алле­лей генов, тем сильнее выражен тот или иной признак. Расщепле­ние в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании происходит в соотношении 1:4:6:4:1, а в целом соответствует третьей, пятой (при дигибридном скрещивании), седьмой (при тригибридном скрещивании) и т.п. строчкам втреугольнике Паскаля.

При некумулятивной полимерии признак проявляется при наличии хотя бы одного из доминантных аллелей полимерных генов. Количество доминантных аллелей не влияет на степень выраженности признака. Расщепление в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании — 15:1.

Пример полимерии — наследование цвета кожи у людей, который зависит (в первом приближении) от четырёх генов с кумулятивным эффектом.

16. Структурно-функциональная организация хромосом. Строение хромосом.

Структурная организация хромосом состоит из двух основных компонентов: ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и белков. ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, которая намотана в спираль, образуя двойную спиральную структуру, называемую двойной спиралью. Белки называются гистонами, и они помогают упаковывать ДНК в компактную форму и обеспечивают структурную поддержку хромосом.

Функциональная организация хромосом связана с передачей наследственной информации и контролем процессов в организме. Хромосомы играют роль в репликации ДНК, транскрипции генов и синтезе белков.

Строение хромосом

Хромосома состоит из двух хроматид (структурный элемент хромосомы). На хромосоме имеется первичная перетяжка – центромера. Центромера делит хромосому на короткое и длинное плечо. Конец хромосомы называется теломером.

Центромеру также называют первичной перетяжкой. Она определяет движение хромосомы и различима в виде более светлой зоны, которая движется в митозе и увлекает за собой несколько отстающие плечи хромосомы. Центромера имеет сложное строение: в ней находится ДНК с характерной последовательностью нуклеотидов, ассоциированная со специальными белками.

На хромосоме, как правило, имеется одна центромера, потеря которой может привести к нарушению подвижности и потере хромосомы, – следствие хромосомной аберрации, вызванной ионизирующим излучением.

На хромосомах имеются и вторичные перетяжки, которые не являются местом прикрепления нитей веретена деления, и они не определяют угла изгиба хромосом при их движении. Вторичные перетяжки также называются ядрышковыми организаторами. В них локализуются гены, отвечающие за синтез рРНК.

Теломеры в значительной степени ответственны за существование хромосом как индивидуальных образований и препятствуют их слипанию.

Структура хромосом, видимых в световой микроскоп, представлена:

• темными участками или гетерохроматином;

• светлыми участками или эухроматином.

В гетерохроматине в сравнении с эухроматином спирализация хромосом очевиднее. При этом активность гетерохроматиновых участков меньше таковой эухроматиновых участков. Особенности распределения эу- и гетерохроматиновых участков постоянны для каждой хромосомы на определенной стадии митоза.

Спутники – участки, соединяющиеся с хромосомой посредством тонкой нити хроматина. Форма и величина спутника постоянны для хромосом.

Дифференциальная окраска хромосом. Один из способов выявления дифференцировки хромосомы по длине – окраска красителями, имеющими сродство к участкам ДНК определенного строения.

G-окраска выявляет участки, обедненные генами, содержащие повышенное по сравнению со среднестатистическим количество А и Т. У человека в этих участках часто локализуются повторяющиеся последовательности LINE.

R-окраска основана на использовании специальной предварительной обработке с последующей окраской красителем Гимза. Применяется для выявления поперечной исчерченности хромосом, обратной той, которая выявляется G-окраской. Участки R обогащены генами, которые содержат повышенное число пар Г–Ц, в них (у человека) часто встречаются повторяющиеся элементы SINE.

Т-окраска – вариант R-окраски, предназначенный для выявления преимущественно концевых (теломерных) участков, наиболее обогащенных генами, парами Г–Ц и элементами SINE.

С-окраска, основана на тепловой денатурации и последующей ренатурации ДНК и окраской по Гимза. Это инструмент выявления преимущественно гетерохроматиновых участков хромосом.

FISH (fluorescent in situ hybridization) – дает возможность выявлять участки гомологии какому-либо фрагменту предварительно денатурированных молекул ДНК, объединенному с флуоресцирующим красителем, используемому в качестве зонда при гибридизации, непосредственно на цитологических препаратах.

GISH (genomic in situ hybridization) – аналог метода FISH, но использующий в качестве зонда полную геномную ДНК какого-либо вида. Позволяет выявлять участки гомологии на препаратах хромосом другого вида.

Два последних метода не относятся к методам дифференциальной окраски в строгом смысле слова, но они также делают возможным выявление гетерогенности хромосом по длине.

Дополнительные возможности для выявления структурно-функциональной дифференциации хромосом по длине открывают методы иммунодетекции белков, взаимодействующих с ДНК хромосом постоянно или только на определенных стадиях клеточного цикла. Флуоресцентная микроскопия, компьютерные обработки изображений позволяют создавать многоцветные, эффектные образы хромосом.

Хромомерная организация хромосом. Хромосомная нить на стадии профазы митоза содержит небольшие сильно окрашивающиеся тельца, называемые хромомерами.

Наиболее выраженными являются хромомеры, встречающиеся в политенных хромосомах и хромосомах типа «ламповых щеток».

Виды известных хромомер:

• лептотенные;

• пахитенные;

• хромосом типа «ламповых щеток»;

• интерфазных политенных хромосом.

Все хромосомы типа «ламповых щеток» состоят из пары хроматид, что можно наблюдать при механическом растяжении хромосомы с помощью микроманипулятора. Такой подход к изучению структурной организации хромосом показал, что материал петли выходит из одного хромомера и входит в соседний, а затем эти хромомеры сливаются в один в нерастянутой хромосоме. То есть петля – это межхромомерный промежуток хромосомы, а пара петель, выходящих из одной и той же пары хромомеров, – это две хроматиды.

Каждая петля отличается довольно сложным строением – состоит из нитевидной сердцевины, окруженной накопленными в данном районе продуктами активности. От начала до конца петли накопление продуктов происходит асимметрично.

Классическое распределение матрикса – по длине всей петли. При этом ясно различаются толстый и тонкий концы петли, толщина матрикса постепенно нарастает от тонкого конца к толстому и, достигнув максимума, больше не увеличивается. Производное этого типа организации: транскрипционная единица в петле расположена также полярно, однако в ее начале и конце имеются нетранскрибируемые участки. Есть петли, включающие две или более транскрипционные единицы противоположной полярности, расположенные либо «голова к голове» (голова – точка начала транскрипции), либо «хвост к хвосту» (хвост – участок терминации транскрипции).

Возможности использования хромосом типа «ламповых щеток» значительно увеличились благодаря результатам исследований, полученным в 1998 г. Дж. Голлом и К. Морфи. Ими установлена возможность искусственного индуцирования «ламповых щеток», например, посредством инъецирования головки спермия в ооцит, в котором изначально имелись хромосомы этого типа. В этом случае из ДНК спермия формируются хромосомы типа «ламповых щеток», число которых идентично числу хромосом гаплоидного набора вида. Не исключено, что такие хромосомы в скором будущем начнут получать после инъекций спермиев млекопитающих, и в первую очередь человека, что позволит картировать хромосомы с высоким уровнем разрешения.