Век генетики: эволюция идей и понятий - [46]
Молекулярно-генетический анализ показал, что обычный менделевский ген bobbed на самом деле представляет из себя блок из около 200 тандемно организованных пар генов, контролирующих структуру двух типов рибосомной РНК — 28S и 18S. А то, что на уровне фенотипа описывалось как моргановские точковые мутации, представляет собой внутрилокусные делеции, и чем больше делеция, тем сильнее она влияет на жизнеспособность. Уменьшение размера щетинок-макрохет и их утончение есть лишь плейотропный эффект уменьшения пула рибосом из-за дефицита рибосомной РНК. Предчувствие В. Иогансена об "уничтожающей относительности" выражений типа "ген признака" вполне оправдалось.
Второй, наиболее распространенный, тип представляют собой мультигенные семейства, организованные в скопления, или кластеры, разделенные промежутками. К таковым относятся семейства глобиновых генов человека. В хромосоме 11 в районе протяженностью в 60 тыс. п. н. расположено 7 несколько отличающихся друг от друга копий бета — глобиновьгх генов (пять из них функционально активны, но на разных стадиях онтогенеза). В хромосоме 16 есть другое семейство из пяти соседствующих альфа-глобиновых генов. Активный гемоглобин представляет собой белок-димер, образованный сочетанием разных альфа— и бета цепочек. Предполагается, что эти семейства имеют один предковый ген, копии которого двумя гнездами расселились по двум хромосомам.
Наконец, третий тип мультигенных семейств — это гены, гомологичные копии которых не образуют скоплений, а разбросаны по хромосомам.
Организация активных генов в семейства имеет важный функциональный смысл. Некоторые генные продукты необходимы в больших количествах в короткое время. Например, процессы дробления идут очень быстро и для этого необходимо большое число РНК и белков, участвующих в синтезе белка, а также белков типа пистонов, организующих упаковку ДНК в нуклеопротеидные комплексы или хроматин. Организация генов в семейства с близкими, но не идентичными генами, активными в разных тканях или в разное время, может обеспечить наилучшие возможности для переключения их активности в онтогенезе. С точки зрения эволюции, генные семейства указывают на ведущую роль принципа дупликации генов и их последующей дивергенции для нормального онтогенеза многоклеточных организмов (Рэфф, Кофмен, 1986).
Хромосома, как и предсказывал Гольдшмидт, оказалась организована в более сложные функциональные блоки, чем просто генные локусы или единицы транскрипции с обслуживающими ее последовательностями, с которыми еще вплоть до 90-х годов ассоциировалось понятие "ген" (Георгиев, 1989). По аналогии с доменами белков выделяют дискретные, сверхспирализованные участки хромосом, отграниченные от других доменов сайтами ДНК, чувствительными к эндонуклеазам (King, Stansfield, 1997). Функционально активные домены, где нить ДНК деспирализована, и гены транскрипционно активны, включают в свой состав особые сегменты ДНК — инсуляторы, которые делают данный домен недоступным действию посторонних энхансеров (Gerasimova, Corces, 1996).
Для концепции гена, как некоей линейно неразрывной функциональной единицы возникает новая трудность. Она состоит в том, что функциональные домены могут собираться из пространственно разобщенных участков хроматина, которые "выпетливаясь", ассоциируются в пространственно сложные посадочные места для связывания белков, либо активирующих, либо репрессирующих транскрипцию. Точно так же, как активные центры в белках собираются из аминокислот, удаленных друг от друга в полипетидной цепи. Какая граница дискретности-бконтинуума хромосомной нити будет в таком случае соответствовать гену?
3.7. Общее заключение. Сопоставление парадигм в генетике
В табл. 3 проведено сопоставление основных положений или постулатов классической и современной генетики о принципах организации наследственной системы и характере ее изменчивости. Различия — радикальные!
Классическая генетика
1. ДНК — хранитель наследственной информации; структура ДНК — код, все ее изменения функционально важны. Чем больше ДНК в геноме, тем больше генов. Многообразие форм в природе есть отображение многообразия ДНК.
2. Центральная "догма": поток информации однонаправлен: ДНК — РНК — белок. ДНК — метаболически инертна.
3. Колинеарность: физический размер гена у прокариот соответствует размеру кодируемого им белкового продукта.
4. Ген занимает определенный локус в хромосоме и находится в одной или строго определенном числе копий у всех особей вида.
5. Репликация ДНК происходит только в ядре клетки.
6. В клетках иногда встречаются внехромосомные элементы — плазмиды, способные встраиваться в хромосому.
7. Некоторые фаги бактерий способны встраиваться в хромосому и существовать в ней в форме профага, а также переносить гены из одной бактерии в другую.
