Неравный кроссинговер генов

На основе различий, существующих между кластерами генов глобина у разных млекопитающих, можно сделать вывод о том, что дупликации, за которыми следуют (иногда) изменения генов, играли важную роль в эволюции каждого кластера. Наличие делеций при различных формах талассемии человека свидетельствует о том, что неравный кроссинговер продолжает осуществляться в обоих кластерах глобиновых генов. В результате каждого такого события возникают как дупликация, так и делеция. Попытаемся проследить за судьбой двух рекомбинантных локусов в популяции. Делеции в принципе могут возникать в результате рекомбинации между гомологичными последовательностями, расположенными в одной и той же хромосоме. Это не влечет за собой соответствующей дупликации. [c.273]

Если одни гены избирательно инактивируются или попеременно включаются и выключаются, то другие в некоторых случаях необратимо утрачиваются в процессе клеточной дифференцировки. В хромосомах отдельных клеток во время митоза, по-видимому, имеет место генетическая рекомбинация. Был обнаружен кроссинговер между сестринскими хроматидами. Однако если при этом происходит обмен равными количествами генетического материала, то изменения генетики дочерних клеток не наступает. С другой стороны, если в одной молекуле ДНК оказываются две и более одинаковые последовательности оснований, то возможен неравный кроссинговер (гл. 16, разд. Ж, 3) с потерей генетического материала одной из дочерних клеток. По существу в этом может состоять предопределенная программа дифференциации для некоторых клеток. [c.363]

Рис. 21.3. Число генов может изменяться в результате неравного кроссинговера.

Рис. 10-64. Два типа событий, позволяющих сохранить последовательности ДНК в тандемном расположении и очень похожими друг на друга. А. Постоянное увеличение и уменьшение числа копий гена в тандеме при неравном кроссинговере (см. рис. 10-63) приводит к гомогенизации всех последовательностей генов, входящих в состав кластера. В. При конверсии генов одна копия действует как матрица, которая передает либо все либо часть последовательностей своей ДНК другой копии гена. У высших эукариот эти процессы, но-видимому, присущи генам, расположенным рядом друг с другом на хромосоме. У низших эукариот, например у грибов, конверсия генов у которых изучена гораздо лучше, этот процесс, как

Между гомологичны.ми генами одного мультигенного семейства (см. гл. IX) также воз.можны рекомбинационные обмены, например генная конверсия или неравный кроссинговер. Такие обмены могут [c.109]

Неравный кроссинговер приводит к перестройке кластеров генов [c.270]

Размер кластера генов может возрасти или уменьшиться в результате неравного кроссинговера, когда происходит рекомбинация между неаллельными генами, как показано на рис. 21.3. Обычно рекомбинация происходит (как описано в гл. 1) между соответствующими друг другу последовательностями ДНК, расположенными точно одна напротив другой в двух гомологичных хромосомах. Однако, когда в каждой хромосоме имеются две копии гена, напротив друг друга могут случайно оказаться последовательности разных копий, что сделает возможным неправильное спаривание между ними. (Для этого необ- [c.270]

В приведенном примере мы рассматривали копии различающихся генов 1 и 2, как если бы они были полностью гомологичны. Однако неравный кроссинговер возможен и тогда, когда соседние гены неодинаковы, но имеют большое сходство (хотя в этом случае ве- [c.271]

Осуществление неравного кроссинговера в кластере глобиновых генов человека подтверждается природой некоторых форм талассемии. Талассемия может возникнуть в результате любой мутации, нарушающей синтез либо а-, либо Р-глобина. В зависимости от степени наблюдаемого нарушения талассемию подразделяют на а - и реформы (когда отсутствует сколько-нибудь заметный синтез цепей одного из этих типов) или и Р" -формы (когда снижен уровень синтеза цепей). Талассемия была обнаружена у больных, страдающих анемиями (наиболее распространенными в определенных популяциях людей, например среди жителей Средиземноморья). Многие а°-и р°-формы талассемии возникают в результате делеций части соответствующего кластера генов глобина. По крайней мере в некоторых случаях концы участков, подвергающихся делециям, находятся в гомологичных областях, что в точности соответствует предположению об их возможном возникновении в результате неравного кроссинговера. [c.272]

Во всех случаях колебания в числе а-генов обнаруживаются довольно часто. Это подтверждает тот факт, что неравный кроссинговер в а-кластере может быть весьма распространенным явлением. Создается впечатление, что в а-кластере неравный кроссинговер происходит чаще, чем в р-кластере. Одна из возможных причин этого состоит в том, что интроны а-генов гораздо короче и поэтому меньше препятствуют неправильному спариванию негомологичных генов. [c.272]

Определить действительную частоту таких событий трудно, поскольку в результате отбора уровни содержания кластеров в популяции быстро выравниваются. Возможно, существует грубая корреляция между вероятностью осуществления неравного кроссинговера и степенью сходства генов чем больше сходство (включая и экзоны, и интроны), тем больше вероятность неправильного спаривания. (Однако иногда неравная рекомбинация происходит не между самими генами, а между расположенными рядом повторяющимися последовательностями.) [c.273]

При использовании другого механизма обе копии гена должны физически воспроизводиться из одной копии. Это может быть результатом неравного кроссинговера. Например, в случае, изображенном на рис. 21.3, хромосома, содержащая локус из трех генов, может потерять один ген в результате делеции. Из двух оставшихся генов [c.277]

Модель фиксации при кроссинговере предполагает, что весь кластер подвергается постоянным перестройкам, осуществляемым путем неравного кроссинговера. По существу, это означает, что на тандемный кластер должны действовать в широком масштабе все те механизмы, которые мы уже обсуждали для случая глобиновых генов, где они носят более ограниченный и случайный характер. Более подробно значение таких механизмов будет обсуждено в гл. 24, но уже теперь ясно, что наличие тандемных кластеров может быть причиной частых неправильных спариваний генов, нуклеотидные последовательности ко- [c.296]

В результате постоянного увеличения и уменьшения числа единиц при неравном кроссинговере могло получиться так, что все повторяющиеся единицы данного кластера произошли из относительно небольшого их числа в исходном кластере. Различие спейсеров по длине согласуется с предположением о том, что в неравном кроссинговере участвуют спейсеры, содержащие внутренние неправильно спаривающиеся участки. Это может объяснить постоянство нуклеотидных последовательностей генов по сравнению с их вариабельностью в спейсерах. Гены подвергаются воздействию естественного отбора, когда происходит амплификация отдельных повторяющихся единиц кластера однако спейсеры отбору не подвергаются и могут накапливать изменения. [c.296]

Хотя все восемь Сн-генов мыши функциональны, обычно только один из них экспрессируется в данной клетке. Этот кластер эволюционировал за счет обычных процессов дупликации, дивергенции и перераспределения экзонов при помощи неравного кроссинговера или генной конверсии. По-видимому, наиболее близки между собой четыре гамма-гена, что следует из анализа их белковой структуры. [c.508]

Иногда в функционирующей клетке обнаруживаются оба типа организации данного гена эмбриональный и перестроенный. В таких случаях мы считаем, что перестройка последовательностей гена произошла на одной из хромосом, в то время как другая осталась неизмененной. Реорганизация последовательностей ДНК могла происходить либо путем делеции, либо путем неравного кроссинговера. [c.511]

В некоторых клеточных линиях обе хромосомы перестраиваются независимо. В ряде случаев материал хромосомы между рекомбинирующими V- и С-генами полностью утрачивается клеткой. Наиболее простое объяснение этому-независимые делеции, происходящие в каждой из гомологичных хромосом, но причиной может быть и неравный кроссинговер. [c.511]

Рис. 39.12. Неравный кроссинговер между сестринскими хрома- образовавшийся в результате делеции области между У и J, а тидами может привести к возникновению рекомбинантов двух у другого эта область будет дуплицирована, типов один из них должен содержать функциональный ген,

Кроме неравного кроссинговера и транспозиций существует и третий механизм быстрых изменений генетического материала. Одинаковые последовательности гомологичных или негомологичных хромосом могут формировать случайные пары, а несовпадающие участки — удаляться. В результате происходит закрепление определенного варианта повторов данного семейства. Этот процесс получил название генной конверсии. [c.72]

Рис. 2.97. Генная конверсия У8. Двойной неравный кроссинговер. Гомологичные гены А, А, также как и В, В, расположены тандемно. Вследствие гомологии В незаконно выстраивается против А. Рекомбинация в пределах гена приводит к утроению гена (А, В/А, В) на одной нити и к делеции (А/В) на другой. В следующем поколении у индивида, являющегося двойной гетерозиготой по утроенному и единичному гену (как показано), может произойти неравный кроссинговер, в результате которого образуются изображенные на рисунке генные продукты. При генной

Генные кластеры-результат эволюционного процесса. В некоторых случаях кластеризация генов отражает историю эволюционного развития. Допустим, на ранних этапах эволюции существовал один локус, затем произошла дупликация гена и появилась возможность функционального расхождения. Первая дупликация подготовила почву для последующих дупликаций на основе механизма неравного кроссинговера (разд. 3.5.8) и, следовательно, для дальнейшей функциональной специализации. [c.208]

Рис. 3.43. Принцип неравного кроссинговера. А. Нормальное спаривание и кроссинговер. Предполагается, что два гена Ь, и Ьз имеют одинаковые последовательности ДНК. Б. Гены Ь] и Ьз

Рис. 3.44. Неравный кроссинговер между генами, вание тандемно-полиаллельной последователь-

Другим примером могут служить тесно сцепленные глобиновые Р- и 5-цистроны (разд. 4.3). В этом случае неравный кроссинговер может породить мутанты типа Лепоре (рис. 4.51), а также Х-сцепленные гены цветоощущения [825а]. Кроме того, имеется много примеров умеренно и высокоповторяющихся последовательностей ДНК, внутри которых возможен неравный кроссинговер. Гены рибосомных РНК, локализованные внутри районов ядрышкового организатора, имеют около 300-400 идентичных копий с заметной вариацией. На первый взгляд такая ситуация обеспечивает наилучшие условия для неравного кроссинговера. Однако эти гены локализованы близко к центромере акроцентрических хромосом, где кроссинговер вряд ли происходит. [c.229]

Остаются нерешенными вопросы, может ли вообще происходить кроссинговер в дистальных районах акроцентрических хромосом и не является ли акроцентрическая локализация защитным механизмом против отклонения от оптимального количества рРНК-генов за счет неравного кроссинговера Гены, кодирующие иммуноглобулины (разд. 4.4), также являются повторяющимися последовательностями ДНК. Чем больше мы узнаем о функциональном значении повторяющихся последовательностей ДНК, тем лучше будем понимать роль неравного кроссинговера. [c.230]

Рекомбинационные процессы играют также ведущую роль в эволюции строения гено.мов в цело.м. Дело в том, что перестройки генетического материала часто можно объяснить реко.убинацией. между гомологичными последовательностями, оказавшимися в негомологичном положении (роль таких последовательностей могут выполнять, напри.мер, мобильные генетические эле.менты см. гл. V). На рис. 81 (с.ч. с. 126) показан один важный частный случай ошибочной реко.мбинации — неравный кроссинговер. В результате этого процесса генетический материал одной из гомологичных хро.мосом делетн-рует, но в другой хромосоме возникает дупликация. Считается, что такие дупликации играют важную роль в возникновении родственных, но различных генов, поскольку присутствие в геноме лишних копий какого-либо гена позволяет и.м сравнительно свободно из.че-няться, что, в принципе, может привести к возникновению новых функций белка — продукта гена. По всей вероятности, это один из путей возникновения. мультигенных семейств, характерных для геномов высших эукариот и кодирующих белки со сходными, но различными функциями. [c.109]

Между гомологичными генами одного мультигенного семейства (см. гл. ГХ) также возможны рекомбинационные обмены, например генная конверсия или неравный кроссинговер. Такие обмены могут иметь ряд любопытных следствий. Некоторые мультигенные семейства, например гистоновые гены, состоят из высокогомологичных генов. Реко.мбинационные обмены между ними должны способствовать унификации последовательности всех генов семейства, так что такие семейства должны эволюционировать как единое целое, без значительной дивергенции отдельных членов се.мейства. Напротив, у тех семейств, члены которых сильно дивергировали, рекомбинация может множить разнообразие существующих вариантов, поскольку при обмене между двумя генами может получиться третий, ранее не существовавший вариант. Такие события обнаружены не только в случае специализированных рекомбинационных систем, например в генах поверхностного гликопротеина трипаносом, но и в вариабе ть-ных мультигенных семействах млекопитающих, например среди У-генов и.м.муноглобулинов и среди генов главного комплекса гистосовместимости. [c.109]

На рис. 21.4 показаны делеции, вызывающие возникновение а-талассемий. Все делеции а-1ка1-1 затрагивают длинные участки ДНК и различаются по локализации своих левых концов положение их правых концов пока еще не установлено. Все делеции а-1ка1-2 затрагивают короткие участки ДНК. В случае Ь-формы при делеции удаляется фрагмент ДНК длиной 4,2 т. п. п., включающий в себя ген а2. По-видимому, эта делеция возникает в результате неравного кроссинговера, поскольку ее концы находятся в гомологичных участках хромосомы, расположенных соответственно правее генов 1 /а1 и а2. К-делеция возникает в результате удаления фрагмента ДНК размером 3,7 т. п. н., точно соответствующего расстоянию между а1 и 2. По-видимому, эта делеция возникла в результате неравного кроссинговера между самими а1- и а2-генами. Эта ситуация в точности соответствует изображенной на рис. 21.3. [c.272]

В результате неравного кроссинговера, приводящего к образованию талассемической хромосомы, образуется также и хромосома с тремя, а-генами. В ряде популяций были выявлены индивидуумы с такими хромосомами. В некоторых популяциях частота встречаемости локуса с тремя генами а-глобина приблизительно совпадает с частотой локуса с одним а-геном в других локус с тремя а-генами распространен в значительно меньшей степени, чем локус с одним а-геном. Исходя из этого, можно предположить, что для поддержания определенного уровня генов в различных популяциях действуют неизвестные факторы отбора. [c.272]

В пользу предположения, что неравный кроссинговер может происходить между генами, имеющими меньшее сходство, свидетельствует обнаружение гемоглобина Kenya-гемоглобина другого типа, образующегося при слиянии генов. Этот гемоглобин содержит N-концевую последовательность у-гена и С-концевую последовательность р-гена. Образование слившегося гемоглобина, по-видимому, произошло в результате неравного кроссинговера между и р-генами, нуклеотидные последовательности которых различаются на 20%. [c.273]

Модель неравного кроссинговера показана на рис. 39.12. Она предполагает неравную рекомбинацию между сестринскими хроматидами (реплицированными копиями гена). (В этой модели роль канонических последовательностей остается неясной.) В результате рекомбинации в одной из хроматид образуется функциональный ген его образование сопровождается делецией участка между рекомбинирующими V- и 1-сегментами. У другой хроматиды область между V и I дуплицирована. При этом V- и С-гены по обе стороны от необычной дуплицированной области способны к дальнейшей рекомбинации. Две хроматиды при митозе расходятся в дочерние клетки. [c.511]

Обе модели, делеционная и неравного кроссинговера, предполагают одинаковую структуру активного гена, однако судьба потомства тех клеток, в которых произошли делеция и рекомбинация, различна. По делециопной модели все потомки такой клетки несут делецию. Модель неравного кроссинговера подразумевает, что половина потомков имеет делецию, а другая половина содержит потенциально активную дупликацию. Для выяснения истинной ситуации следовало бы провести генеалогический анализ клеток, в которых произошла рекомбинация. Инверсионная модель несколько отличается от двух предыдущих она предполагает, что материал между V- и С-генами остается в инвертированной области. [c.511]

Если в одном из Ig -аллелей V- и J-сегменты стыковались неудачно, то возможна ситуация, когда другой V-ren совершит скачок и соединится с одним из оставшихся сегментов J, расположенных позади того, который перестроился ранее. Если такое соединение происходит путем неравного кроссинговера, Ig -локус, образованный в результате неправильной дупликации, все же способен обеспечивать соединение V- и С-генов, расположенных по обе стороны от этой дупликации. Эта модель объясняет природу необычных структур, обнаруживаемых в локусах с непродуктивной перестройкой. Они также могут быть объяснены сменяющими друг друга сериями внутрихро-мосомных делеций и инверсий. В соответствии с данной моделью клетка осуществляет рекомбинацию V- и С-генов до тех пор, пока не будет достигнута продуктивная перестройка. Аллельное исключение обусловливается подавлением дальнейшей перестройки сразу же после образования активной цепи. Эта обратная связь осуществляется независимо для локусов тяжелых и легких цепей (гены тяжелых цепей обычно перестраиваются первыми), однако в случае легких цепей это правило должно выполняться в равной мере для обоих семейств (клетки могут иметь активную цепь либо каппа-, либо лямбда-типа). Вероятно, каппа-гены перестраиваются раньше, и перестройка генов лямбда происходит только в том случае, если обе попытки перестроить каппа-гены оказались неудачными. [c.512]

Рис. 21.10. Возможный механизм возникновения гемоглобинов Lepore в результате неравного кроссинговера. У гемоглобинов Lepore N-конец такой же, как у 5-цепи, а карбоксильный конец-такой же, как у Р-цепи. Каждая из этих цепей состоит из 146 аминокислот, последовательность расположения которых очень близка. Гены, ответственные за синтез этих цепей, локализованы в хромосоме 11 поблизости друг от друга.

Их сходство провоцирует неправильную конъюгацию, при которой Р-ген одной хромосомы конъюгирует не с Р-, а с 5-геном гомологичной хромосомы. В результате неравного кроссинговера образуется хромосома с делецией (Lepore) и хромосома с дупликацией (анти-Lepore). Гемоглобины анти-Lepore с Р-аминным концом и 6-карбоксильным концом также обнаружены у человека. [c.41]

Дупликации генов обычно объясняют редкими событиями, которые катализируются некоторыми рекомбинационными ферментами. Однако у высших эукариот имеется эффективная ферментативная система, которая соединяет концы разорванной молекулы ДНК. Таким образом, дупликации (а также инверсии, делеции и транслокации сегментов ДНК) могут возникать у этих организмов вследствие ошибочного воссоединения фрагментов хромосомы, которая по каким-то причинам оказалась разорванной. Если дуплицированные последовательности соединяются голова к хвосту , то говорят о тандемных повторах. Появление одного тандемного повтора легко может привести к возникновению их длинной серии в результате неравного кроссинговера между двумя сестринскими хромосомами, поскольку длинные участки спаривающихся последовательностей представляют собой идеальный субстрат для обычной рекомбинации (рис. 10-63). Дупликация ДНК и следующий за ней неравный кроссинговер лежат в основе амплификации ДНК, процесса, который, как выяснилось, способствует возникновению раковых клеток (см. рис. 21-26). В ходе неравного кроссинговера число тандемно повторяющихся генов может как увеличиваться, так и уменьшаться (см. рис, 10-63). Большое количество повторяющихся генов будет поддерживаться естественным отбором лишь в том случае, если существование дополнительных копий окажется выгодным для организма. Как отмечалось выше, у позвоночных тандемный повтор кодирует большой предшественник рибосомной РНК, что необходимо для обеспечения потребности растущих клеток в новых рибосомах (см. разд. 9.4.16) Кластеры тандемно повторяющихся генов кодируют у позвоночных и другие структурные РНК, включая 58-рРНК, 111- и и2-мяРНК. Тандемные повторы характерны и для гистоновых генов, на которых синтезируется большое количество белка, требующегося в каждой 8-фазе. [c.237]

Из анализа родословных известно, что имеются два набора аллелей, один для протанопии, а другой для дейтеранопии. Родословные типа указанных на рис. 3.30 и 3.31 демонстрируют генетическую независимость этих дефектов цветоощущения, однако некоторые наблюдения свидетельствуют о наличии редких мутаций, не обнаруживающих полной комплементации [668]. Согласно последним результатам молекулярной генетики, гены протанопии и дейтеранопии произошли от одного гена путем дупликации, последующих мутаций, неравного кроссинговера или генной конверсии [825а]. [c.209]

Неравный кроссинговер в генетике человека. Гаптоглобин-транспортный белок для гемоглобина, содержащийся в сыворотке крови [584а]. Наиболее распространенные в популяции аллели обозначаются НР ", HP и НР . В 1962 г. было обнаружено [884], что аллель НР , судя по первичной структуре соответствующей полипептидной цепи, почти вдвое длиннее каждого из двух аллелей НР " и НР . В НР -цепи аминокислотная последовательность НР -цепи повторяется почти полностью. Авторы сделали вывод о том, что аллель НР возник в результате генной дупликации. Кроме того, они предсказали, что существует относительно высокая вероятность [c.227]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология