ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Метод из "Генетические основы эволюции" Охарактеризовав попытки измерить изменчивость как борьбу между двумя противоположными взглядами — классической и балансовой гипотезами популяционной генетики, — я несколько затуманил лежащую в ее основе проблему создание функционального целого из теории и наблюдения. Допустим, что опыты Уоллеса и Мукаи бесспорно доказывали бы, что новые мутации в среднем проявляют гетерозис или же что мы нашли данные разнообразных селекционных экспериментов абсолютно неотразимыми. В таком случае мы приняли бы балансовую гипотезу и признали бы существование огромной гетерозиготности по большинству локусов. Однако даже и в этом случае мы не приблизились бы к динамически и эмпирически достаточному генетическому описанию популяций. [c.105] Знание того, что популяция в целом высокогетерозиготна, ничего не скажет нам о том, с какой скоростью происходит естественный отбор или как далеко он может зайти в смысле изменения данного признака, и не позволит сделать никаких выводов ни о прошлом популяций и географических рас, ни о генетических процессах при видообразовании. Ответы на эти последние вопросы, которые заключают в себе цель, стоящую перед генети-ками-эволюционистами, требуют оценки величин, которые возникли в теории популяционной генетики они требуют характеристики генных частот. Если нельзя определить частоту альтернативных аллелей в разных локусах, в разных популяциях и в разные периоды истории данной популяции, то вся теория популяционной генетики остается абстрактным упражнением. Мы не можем пройти мимо того факта, что теория эволюционной генетики — это теория исторических изменений частот генотипов. А в таком случае частоты генотипов и их изменения в пространстве и времени также должны входить в сферу интересов эволюционной генетики. [c.105] Требования / и 2, в сущности, сводятся к требованию взаимнооднозначного соответствия между фенотипом и генотипом, с тем чтобы обычный менделевский анализ можно было проводить по фенотипам, а частоты аллелей в популяциях оценивать путем простого подсчета особей. Важно иметь возможность выявлять генные замещения даже в гетерозиготном состоянии, т. е. чтобы не было полного доминирования. Хотя менделевский анализ, очевидно, можно проводить и при полном доминировании аллелей (как это делал Мендель), доминирование затрудняет взятие выборки из популяции и вводит ошибку выборки. Если, например, какой-либо доминантный аллель встречается в популяции с частотой 0,8, а 10 разных рецессивных аллелей — с частотой 0,02 каждый, то доминантный фенотип достигнет 96% в популяции и ни одна из рецессивных гомозигот или их комбинаций не достигнет частоты 0,1%. В любой достаточной выборке изменчивость но данному локусу значительно недооценивалась бы, и, например, в выборке из 100 особей вероятность того, что все они будут иметь доминантный фенотип, составила бы 30%. [c.106] Требование 4 связано с отсутствием надежды на то, что мы когда-либо получим возможность охарактеризовать десятки или сотни тысяч генов в геноме того или иного высокоорганизованного существа. Поэтому мы должны уметь выбрать относительно небольшое число локусов, по которым можно составить себе представление о характере и величине генотипической изменчивости в геноме в целом. На первый взгляд это требование парадоксально, поскольку для того, чтобы его выполнить, выбор локусов следует производить безотносительно к их изменчивости в популяции. Точная оценка степени гетерозиготности в популяции должна включать пропорциональную выборку инвариантных локусов. Однако генетика построена на различиях. Если бы все организмы были идентичны и не проявляли наследственной изменчивости, генетика перестала бы существовать как наука генетических проблем просто не было бы. В то время как первое и второе требования противоречат третьему, четвертое требование противоречит менделевской генетике в целом. Не удивительно, что попытки измерить изменчивость оказались такими безуспешными. [c.107] Некоторое представление о том, какими должны быть данные, которые соответствовали бы нашей методологической программе, можно получить при изучении полиморфизма по группам крови у человека. Метод выявления этого полиморфизма — реакция со специфической антисывороткой — разрешает методологическое противоречие между требованием четкого менделирования локусов и требованием случайной выборки аллельных эффектов. Разделение особей по генотипам на основании определения группы крови бесспорно, если не считать некоторых проблем доминирования, и локусы групп крови невозможно спутать. Физиологическое и морфогенетическое значение групп крови у человека неизвестно, но метод определения группы крови зависит не от ее физиологического действия, а только от молекулярной конфигурации гликолипидов, входящих в состав мембран эритроцитов. По-видимому, различия между гликолипидами— прямой результат мелких различий по гликозилтранс-феразам, кодируемым генами групп крови, и, таким образом, первичные генные эффекты выявляются безотносительно к последующим биологическим эффектам веществ группы крови. Хотя иммунная реакция, несомненно, позволяет обнаруживать даже небольшие изменения в молекулярной конфигурации, мы не уверены, что она выявляет все изменения. На каждой отдельной стадии развития метода те или иные генетические изменения оставались незамеченными. Так, например, различия между подгруппами Ai и Аг были установлены лишь по прошествии 30 лет после открытия групп крови ABO. [c.108] К сожалению, метод определения групп крови с помощью реакции антиген — антитело исключает возможность выполнения требования 4 методологической программы, потому что обнаружение локуса, определяющего данное вещество группы крови, целиком зависит от существования у него какого-то отличия от других таких веществ. Всего обнаружено 33 гена, кодирующих группы крови, потому что был известен по крайней мере один вариант для каждого гена. А сколько существует генов, для которых не обнаружено вариантов Поскольку выявление той или иной группы крови зависит от изменчивости антигенов в пределах данной группы, мы этого знать не можем. И вновь мы убеждаемся, что методологическая программа предъявляет слишком строгие требования. [c.108] Решению стояш,ей перед нами дилеммы может помочь молекулярная генетика. Совершенно ясно, что нуклеотидная последовательность структурного гена с высокой степенью точности транслируется в последовательность аминокислот, составляющих полипептидную цепь Поэтому, если оставить в стороне избыточные нуклеотидные замещения, любое изменение в последовательности оснований в молекуле ДНК будет отражено в виде замещения, делеции или добавления аминокислоты в полипептидной цепи, кодируемой геном, в котором произошло изменение. Поскольку фермент или структурный белок формируется из полипептидных цепей, кодируемых одним или иногда двумя генами, любое изменение последовательности аминокислот фермента или структурного белка непосредственно отражает замещение аллеля в локусе, кодирующем измененный полипептид. Более того, если особь гетерозиготна, то появятся обе формы фермента или другого белка, так как обе формы гена будут транскрибироваться и транслироваться в белок. Исключениями из этого правила недоминирования служат мутации, терминирующие цепь, или другие изменения ДНК, которые прерывают или подавляют транскрипцию или трансляцию (они составляют только 3% всех одноступенчатых замещений оснований), и редкие крупные делеции. [c.109] Наконец, кажущийся парадокс, связанный с попыткой обнаружить инвариантные гены, также удается разрешить. Большинство ферментов и белков — продукты отдельных генов, хотя некоторые, например гемоглобин и лактатдегидрогеназа у позвоночных, могут состоять из полипептидных цепей, контролируемых разными генами и соединенных ковалентными или более слабыми связями. Если какой-либо белок имеет в данной популяции неизменную структуру, его можно рассматривать в первом приближении как фенотипическое проявление некоего инвариантного гена, хотя на самом деле это может указывать на присутствие двух инвариантных генов. Молекулярная генетика, исходя из того, что один ген соответствует одному полипептиду и, таким образом, в большинстве случаев одному белку, создает возможность обнаружения инвариантных генов. Генетика, которая начинала с анализа передачи по наследству различий между организмами, достигла стадии, в которой она больше не зависит в своих выводах от этих различий. Условия, которые были необходимы для развития генетики в прошлом, устранены теми самыми успехами, которые были достигнуты благодаря этим условиям. [c.110] Как можно превратить эти теоретические знания об аминокислотной последовательности белков в практическую программу измерения изменчивости В настоящее время еще нет возможности использовать первичную последовательность аминокислот в белках непосредственно как фенотип. Для установления фенотипа данной особи по отдельному локусу потребовалось бы сначала получить данный белок в высокоочищенном виде, а затем определить его аминокислотную последовательность или хотя бы изучить его методом отпечатков пальцев . Современные методы еще не достигли такого совершенства, чтобы эту проце,цуру можно было проводить на сотнях особей для всех содержащихся в них белков без чрезмерной затраты труда. Мы вынуждены ограничиваться рассмотрением только тех характеристик белков, которые чувствительны к замещениям отдельных аминокислот и вместе с тем дают возможность достаточно быстро обследовать большое число особей и многие белки. [c.110] По мере уменьшения pH (повышения концентрации водородны.х ионов) все большее и большее число NH2-rpynn превращается в положительно заряженные NH3-группы, тогда как кислые СОО--группы насыщаются и становятся нейтральными. В результате полипептид в целом оказывается положительно заряженным. Обратная картина наблюдается при увеличении pH (понижении концентрации водородных ионов). Точка, в которой положительный и отрицательный заряды точно уравновешены, так что полипептид оказывается нейтральным, называется изоэлектрической точкой для большинства животных белков она лежит в слабощелочной области, вблизи pH 8. [c.112] Если изменение аллеля в локусе приводит к замене аминокислоты, принадлежащей к одному классу, на аминокислоту другого класса, то изменяется и изоэлектрическая точка белка, и его суммарный заряд при любом данном значении pH. Например, замена в молекуле ДНК кодона ААЦ на кодон ААА приведет к замещению нейтрального аспарагина положительно заряженным лизином. К еще более резкому изменению — замещению положительно заряженного лизина отрицательно заряженной глутаминовой кислотой — приведет замена ААГ на ГАГ. Подобные изменения суммарного заряда можно использовать для разделения белков, а следовательно, и для идентификации аллельных форм одного гена. Такое разделение достигается методом гель-электрофореза. [c.112] Каждая вертикальная колонка содержит белки одной личинки, а каждая поперечная по лоска соответствует индивидуальному белку. [c.114] Высокие концентрации белков можно выявить, окрашивая гель любым красителем для белка. На рис. 8 показаны результаты электрофореза образцов, гфиготовленных из личинок D. pseudoobs ura. Полосы весьма многочисленны, а их идентичность для образцов, полученных из разных личинок, свидетельствует о высокой воспроизводимости метода. [c.114] Этот метод позволяет не только различать разные гомозиготы, но и отделять их от гетерозигот. На рис. 10 даны результаты сравнения особей из линии D. pseudoobs ura, расщепляющейся по локусу эстераза-5. Образец I представляет собой гомозиготную стандартную линию, которая несет аллель где 1,00 выражает относительную электрофоретическую подвил ность белка, контролируемого данным аллелем. [c.115] Образцы 2, 3 И 6 содержат более медленные белки, однако образец 5 движется быстрее, чем стандарт. Образец 4 дает три полосы две идентичные, соответствующие быстрой и медленной формам, и одну промежуточную. Дальнейший генетический анализ особей из линии, от которой получен последний образец, показал, что здесь происходит расщепление по двум аллелям, 681-5° и 2 и что образец 4 — гетерозигота es 5° 2. [c.116] Гомозиготы по 6 различным аллелям локуса эстераза-5 у D. pseudoobs ura. Б. Не сколько различных гетерозигот по аллелям. [c.117] Вернуться к основной статье