Комплементационный анализ у высших эукариот

С гетероаллельностью у высших эукариот мы впервые столкнулись в гл. 2 при обсуждении доминантности или рецессивности аллелей гена, определяющего окраску меха у кроликов. Комплементационный тест позволяет анализировать мутации, затрагивающие сложные фенотипы высших организмов. Рассмотрим две рецессивные мутации томатов: dwarf (d) (карликовость) и pubescent (p) (опушенность плодов). Нормальному фенотипу соответствует высокое растение с гладкими плодами. Являются ли эти мутации аллелями одного гена? A priori можно было предположить, что у этих двух мутантов затронуты различные генетические и физиологические функции. Для того чтобы определить, затрагивают ли d и ρ одну и ту же генетическую функцию, можно использовать комплементационный тест. При скрещивании гомозигот р/р с гомозиготами d/d потомство обладает нормальным фенотипом. Каждая родительская гамета привносит в зиготу один нормальный ген и один поврежденный. Генотип потомства должен иметь формулу dp ⁺ / /d⁺ р. Как мы и предположили вначале, d ⁺ и ρ⁺ - различные гены. В качестве другого примера рассмотрим две независимые рецессивные мутации дрозофилы, обнаруженные разными генетиками и названные raspberry (ras) и prune (pn) соответственно. Обе мутации сцеплены с полом и в гемизиготном и гомозиготном состоянии дают практически одинаковый фенотип: глаза темно-рубинового цвета. Для того чтобы определить, не тождественны ли эти мутации, можно использовать тест на комплементацию. При скрещивании самок ras/ras с самцами pn/Y yдочерей глаза были дикого типа. Следовательно, эти две мутации должны затрагивать различные генетические функции. Хромосома с мутацией ras одновременно может быть носителем аллеля рп ⁺, а хромосома с мутацией рп - носителем аллеля ras ⁺, поэтому в F ₁

6. Тонкая структура гена 177

Рис. 6.13. Мыши с различными генотипами по T -локусу: А. + +; В. Т +; В. T/t. (Dr. Yanagisawa Keiko, Mitsubishi-Kasei, Institute of Life Sciences, Tokyo).

самки имеют генотип рп + / + ras, и эти две мутации могут быть названы комплементарными.

Напротив, сцепленные с полом рецессивные мутации white (w), apricot (a), coffee (cf) и buff(bf), также влияющие на цвет глаз, в гомозиготном и гемизиготном состоянии проявляются по-разному. При этом у самок, гетерозиготных по любой паре из этих мутаций, цвет глаз отличается от дикого типа. Следовательно, каждая из этих мутаций должна затрагивать одну и ту же генетическую функцию, но по-разному. Другими словами, эти мутации не комплементарны друг другу, т.е. являются аллелями одного гена (гена white), и поэтому для их обозначения используются символы w^a, w^cf и w^bf. Эти различные мутации гена w ⁺ могут служить примером множественного аллелизма (см. гл. 2). Рекомбинационное исследование этих мутаций мы обсудим в следующем разделе.

Тест на комплементарность особенно удобен при анализе рецессивных летальных мутаций. Комплементационный анализ оказался решающим методом при исследовании мутаций локуса Т у мыши, поскольку многие из мутаций этого локуса подавляют рекомбинацию в участке хромосомы, в котором они находятся, делая таким образом рекомбинационный анализ невозможным. Доминантная мутация, называемая Brachyrury (Т), возникает спонтанно в лабораторных линиях и легко выявляется, поскольку гетерозиготные мыши (Т/ +) имеют короткий хвост. Гомозиготы (Т/Т) погибают на эмбриональной стадии развития. Вскоре после открытия этой мутации обнаружилось, что некоторые линии, обладающие близким к дикому типу фенотипом, являются носителями рецессивных мутаций, обозначенных буквой t. При скрещивании таких линий с гетерозиготами Т/ + потомство получается бесхвостым (рис. 6.13). Эти t-мутации представляют собой рецессивные летали (рис. 6.14). Изображенное на рисунке скрещивание дает чистую линию T/t, поскольку, во-первых, лишь мыши с этим генотипом выжи-

178 Организация и передача генетического материала

Рис. 6.14. Генетические свойства Т- локуса мыши. А. Доминантная мутация Т вызывает короткохвостость у мышей с генотипом Т/ +. Рецессивные аллели t вызывают бесхвостость у мышей с генотипами Т /t. Как показывают скрещивания, и Т, и t детальны в гомозиготном состоянии. Потомство, гомозиготное по этим генам, погибает на эмбриональных стадиях развития. Б. Функциональную тождественность различных t-аллелей χ и у можно установить посредством указанного скрещивания, определяя фенотипы, соответствующие генотипам tx/ty.

вают и способны давать потомство в следующем поколении, а, вовторых, t-мутации обычно «запирают» рекомбинацию, и этот генотип сохраняется из поколения в поколение. Чистые линии такого типа называются сбалансированными леталями и, с точки зрения генетика, очень удобны, поскольку, для того чтобы сохранить две мутации для будущих исследований, нет необходимости производить отбор в каждом поколении.

Таблица 6.3. Свойства некоторых рецессивных t-аллелей мыши
Группа комплементации	Аллели	T/t-фенотип	Рекомбинация
		Бесхвостый	Подавлена
		Нормальный	Подавлена
		Короткохвос-	Повышена
		тый
		Бесхвостый	Нормальная
		Бесхвостый	Подавлена
		Бесхвостый	Подавлена
		Бесхвостый	Подавлена
		Бесхвостый	Подавлена
По Bennett D. (1975). Cell, 6, 441.

6. Тонкая структура гена 179

В географически сильно разобщенных природных популяциях мышей было обнаружено большое число t-мутаций. Комплементационный анализ рецессивных летальных t-мутаций, проводимый путем скрещивания различных сбалансированных линий (рис. 6.14), показал, что в некоторых комбинациях потомство жизнеспособно и обладает нормальными хвостами, в других гибнет на эмбриональной стадии. Известные летальные t-мутации распадаются на шесть групп комплементации (табл. 6.3). Гетерозиготные комбинации мутаций, относящихся к одной группе комплементации, летальны, тогда как двойные гетерозиготы по рецессивным леталям, относящимся к разным группам комплементации, жизнеспособны.