История биологии с начала XX века до наших дней - [245]
Оставалось выяснить, что представляет собой на молекулярном уровне третья характеристика гена — управление одной функцией. Для решения этого вопроса Бензер воспользовался ранее разработанным цис-транс-тестом, применив его к вирусам. Этот метод состоит в следующем. Требуется узнать, одинаковые или разные функциональные единицы затронуты у двух мутантов. Для этого первый раз мутации используются в транс-положении, т. е. когда каждая из них расположена в разных гомологичных хромосомах, а второй раз — в цис-положении, когда обе находятся в одной гомологичной хромосоме и вторая при этом нормальна. Если при транс-положении обе мутации принадлежат одной функциональной единице, то эти единицы в обеих хромосомах будут повреждены. Указанные явления могут быть проиллюстрированы при помощи таблиц, заимствованных из работ Бензера (см. стр. 476 и 477).
Генетическая карта спонтанных rII мутаций, выделенных и картированных С. Бензером (1963).
Каждый квадратик представляет собой отдельный мутант.
Метод картирования мутаций с помощью делеций различной длины по Бензеру (1961).
А — генетическая карта фага Т4 с указанием отдельных генов; Б — использование семи больших делеций (так называемые «замечательные делеции») для выделения большого сегмента, заключающего искомую мутацию; В — дальнейшее ограничение области, заключающей мутацию, в пределах более мелкого сегмента; Г — дальнейшее сушение области, заключающей мутацию, с помощью менее протяженных мутаций; Д — точное картирование мутаций, попавших в сегмент А5с2а2, с помощью рекомбинационного анализа (методом трехфакторного скрещивания).
Если же мутации принадлежат двум разным функциональным единицам, то на первой хромосоме будет работать не затронутая мутацией вторая функциональная единица, а на второй хромосоме будет работать нормальная первая функциональная единица:
Пользуясь этим методом, можно вывести заключение о функциональных единицах, участвующих в формировании данного признака. Сравнивая результаты, полученные в обоих случаях, с результатами экспериментов с мутациями в цис-положении, можно точно сказать, затронута ли мутацией одна и та же или же разные функциональные единицы. Данный метод позволил Бензеру охарактеризовать все обнаруженные им rII-мутанты и доказать, что они относятся к двум функциональным единицам. Сами единицы он назвал цистронами. Расчет показал, что в цистрон может входить около тысячи нуклеотидов.
Следующим важным этапом в изучении организации генетического материала было подразделение всех генов на два типа: регуляторные гены, т. е. гены, дающие информацию о строении регуляторных белков (репрессоров) и структурные гены, кодирующие строение остальных полипептидных цепей. Эта идея, а также ее экспериментальное доказательство были разработаны французскими исследователями Ф. Жакобом и Ж. Моно (1961) (см. ниже раздел «Регуляция генной активности»).
В 1961 г. Жакоб и Моно доказали, что все гены можно подразделить на структурные и регуляторные. После выделения репрессора — продукта, синтезируемого под контролем гена-регулятора (М. Пташне, 1967; В. Гильберт и Б. Мюллер-Хилл), вопрос о структурной организации генов стал особенно актуальным. Мутационная дробимость гена и определение минимального размера участка ДНК, подвергающегося мутированию (мутона), выяснение минимального отрезка ДНК, на границах которого может произойти перекрест (рекона), а также определение функциональной единицы генетической активности (цистрона) было важным шагом в познании структурной организации генетического материала.
Однако в самые последние годы появились новые данные, позволяющие значительно расширить наши представления о структурной организации генов. Было открыто явление многократной повторяемости генов, по крайней мере, у некоторых, а возможно, и у всех представителей высших организмов.
Было найдено, что количество ДНК в хромосомах некоторых растений (роды Lilium, Lupinus, Vicia, Thyantha) и насекомых, имеющих одинаковое число хромосом и близких в систематическом отношении, различается в 4-60 раз. Для объяснения столь резких различий Г. Кэллен в 1967 г. предложил гипотезу 6 существовании многих копий одних и тех же генов (гипотеза «хозяев и рабов»). Согласно представлениям Кэллена, наличие серий повторяющихся последовательностей генов, из которых в любой данный момент работает лишь одна копия («хозяин»), а остальные копии находятся в репрессированном состоянии («рабы»), дает возможность объяснить не только большие различия в содержании ДНК в ядре близких видов, но и стабильность генетического материала в эволюции. Перед началом репликации ДНК может проходить процесс коррекции (унификации) основной и подчиненных копий генов. Предполагается, что в ходе такой коррекции соответствующие ферменты могли бы «сверить» структурные совпадения нуклеотидов по длине каждой из копий генов и устранить несовпадающие участки.
Пока трудно судить о том, насколько справедлива эта гипотеза, пег уже накапливаются факты, подтверждающие ее основные положения[189].
