Эукариоты генетический анализ

Во второй части появилась совершенно новая глава 16, посвященная регуляции экспрессии генов эукариот. Она в основном содержит результаты успешных исследований рекомбинантных ДНК. Материал главы, носившей этот номер, обновлен и составляет главу 17 Генетический анализ процессов развития . Новая глава 18 Генетика соматических клеток включает впечатляющие результаты исследований по картированию генома человека. Главы 11 и 12 обновлены с тем, чтобы отразить наше углубившееся понимание эволюции генетического кода и пот токов информации в клетках о главах 13 и 14 уже говорилось выше. [c.8]

Успехи генетического анализа у микроорганизмов, особенно у бактерий и бактериофагов, сыграли революционизирующую роль в методах изучения структуры и функций генетического материала. Организация геномов бактерий и пути, ведущие к их рекомбинации, оказались, на первый взгляд, совершенно отличными от того, к чему привыкли генетики, работавшие с эукариотами. У бактерий были открыты дополнительные (к хромосоме) генетические э.ле-менты плазмиды и эписомы. Некоторые эписомы существуют в свободной форме. Это бактериофаги, вся структура которых приспособлена к переносу генома между клетками. Другие плазмиды способны только к репликации в бактериальной клетке. Между этими крайними формами есть промежуточною варианты. Само существование таких дополнительных элементов генома поставило вопрос о возможности их использования для переноса генетического материала и не только между клетками бактерий. [c.224]

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЗАЦИИ И РЕАЛИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ У ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ [c.157]

Прогулка по хромосоме -это инструмент, позволяющий систематически картировать хромосомы эукариотических организмов. Обсуждав-щиеся в этой главе методы работы с ДНК-клонирование рестрикционных фрагментов, анализ сайтов рестрикции в клонируемой ДНК, метод Саузерна, использование клонируемой ДНК в качестве радиоактивного зонда при гибридизации с другими фрагментами ДНК-дают возможность использовать мощные методы генетического анализа, разработанные на прокариотических организмах, для исследования генетической организации эукариот на уровне нуклеотидных последовательностей. Применение этих методов привело к колоссальному прогрессу в нащих знаниях об организации, функционировании и эволюции геномов эукариот. Некоторые из этих открытий мы подробно обсудим в следующих главах, о других можно прочитать в научных журналах. [c.288]

Мир одноклеточных эукариот, или эукариотических микроорганизмов, охватывает грибы, водоросли и простейших. Разнообразие их жизненных циклов и процессов, ведущих к рекомбинации, столь обширно, а число генетически изученных видов столь ограничено, что большие обобщения были бы рискованными. Достаточно сказать, что из более 4200 родов и около 50 ООО видов грибов, описанных к настоящему времени, приблизительно у 450 видов исследованы типы несовместимости, знание которых — первое условие любого генетического анализа. Генетически изучены только 30 видов грибов, принадлежащих к 20 родам. [c.182]

Некоторые изменения в организации и изложении материала по сравнению с первым изданием начинаются уже в первой части. Раздел о составлении хромосомных карт у эукариот (глава 5) был переписан и расширен в соответствии с замечаниями преподавателей и наших собственных студентов. Новая глава 6 посвящена комплементационному анализу и изучению тонкой структуры гена как у прокариот, так и у эукариот. Глава, в первом издании шедшая под номером девять, (Репликация, репарация и рекомбинация ДНК) превратилась в главы 13 и 14, перенесенные во вторую часть, поскольку акцент смещен на функционирование генов, обеспечивающих процессы репликации и рекомбинации ДНК. Новая глава 9 Методы работы с ДНК завершает первую часть, поскольку вопросы конструирования рекомбинантных ДНК и анализа последовательности нуклеотидов в ДНК, строго говоря, относятся к теме Организация и передача генетического материала . Главы 6 и 7 были дополнены новыми появившимися в последние годы данными и получили в этом издании номера 7 и 8 соответственно. Значительная часть материала, входившего ранее в главу 8, в этом издании помещена в главы 6 и 14. [c.8]

Исследование ретротранспозонов было начато в Отделе в конце 70-х годов. В работах последних лет развивалось новое направление исследования ретротранспозонов — анализ популяционных и молекулярно-генетических механизмов коадаптации и коэволюции ретротранспозонов и генома многоклеточных эукариот. Впервые в прямых экспериментах было продемонстрировано и количественно оценено влияние ретротранспозонов на приспособленность в расчете на копию. Была открыта положительная зависимость интенсивности перемещений ретротранспозонов от числа их копий в геноме, и таким образом показано отсутствие у них саморегуляции. Удалось доказать, что поведение ретротранспозонов в значительной мере определяется как их собственными свойствами, так и физиологическими и генетическими свойствами организма хозяина. В частности, была выявлена половая специфичность транспозиций ряда ретротранспозонов и впервые описана зависимость частоты транспозиций от возраста хозяина. Для выявления геномных факторов, контролирующих экспрессию подвижных элементов, впервые были успешно применены методические подходы, характерные для количественной генетики. [c.27]

Подходы, разработанные при изучении процесса синтеза ДНК в прокариотических клетках, были применены и для анализа репликации эукариотических ДНК. Знание типов генетических функций, необходимых для репликации прокариотических ДНК, способствовало выявлению с помощью биохимического анализа сходных функций и в эукариотических клетках. Геномы вирусов эукариот, такие, как двухцепочечная кольцевая ДНК вируса SV40, послужили удобной моделью для изучения эукариотических репликативных функций, подобно тому как небольшие фаговые геномы оказались весьма полезными для анализа процесса репликации у Е. соИ. До настоящего времени генетический анализ процесса репликации у эукариот не играл столь существенной роли, как это было в случае прокариот. [c.120]

Создание и структурно-функциональный анализ искусственных хромосом дрожжей (YA ) - рекомбинантных наследственных структур, способных поддерживаться в дрожжевых клетках и содержащих генетический материал высших эукариот. Успешность создания таких структур зависит от знания механизмов генетической стабильности дрожжевых клеток. [c.66]

В трех главах части III-гл. 8, 9 и 10-суммированы современные представления о структуре и экспрессии эукариотических генов, организации генетических элементов и типе перестроек в геномах эукариот. В них дан лишь общий, а не исчерпывающий анализ соответствующих проблем и предпринята попытка показать, как новые методические подходы молекулярной генетики обогащают наши знания о сложных организмах. [c.19]

Первое отечественное учебно-справочное пособие, в котором подробно и доходчиво рассмотрены основные понятия и методы генетической инженерии. В книге на большом числе примеров дан критический анализ подходов к клонированию и экспрессии чужеродных генов в клетках грамотрицательных и грамположительных бактерий, дрожжах и клетках высших эукариот. Пособие подготовлено на основе лекций, читаемых автором в Новосибирском государственном университете с 1980 г [c.2]

В этой главе рассматриваются жизненные циклы многоклеточных и одноклеточных эукариот прежде всего с точки зрения их генетической значимости. По отношению к отдельным видам или более крупным таксонам обращается внимание 1) на генетический контроль половых различий или иных типов несовместимости, определяющих характер объединения генетического материала разных особей и клеток 2) на длительность и способ смены дипло- и гаплофазы 3) на способ оплодотворения и характеристику зиготы 4) на особенности рекомбинации. Только на основе этих фактов можно оценить особенности генетического анализа у различных объектов. [c.170]

Традиционные методы генетического анализа, разработанные Менделем, основаны на переходе из диплоидного состояния в гаплоидное в процессе мейоза. Восстановление диплоидности происходит при оплодотворении. Изменения плоидности обеспечивают сегрегацию генов, то есть их распределение в потомстве. Несколько десятилетий назад было показано, что соматические клетки эукариот можно размножать in vitro, т.е. поддерживать в виде так называемых клеточных культур (рис. 18.1). У этих культивируемых in vitro клеток в норме не происходит смены диплоидной и гаплоидной фаз. Тем не менее существуют различные способы, позволяющие изучать определенные генетические феномены на культурах клеток. Существенным преимуществом клеточных культур является то, что возникновение новой клеточной генерации занимает несколько часов, тогда как появление нового поколения на уровне целой особи-это месяцы или годы. Дополнительное преимущество для изучения генетики человека-это возможность комбинировать наследственные детерминанты клеток в культуре, поскольку проведение направленных скрещиваний между людьми, естественно, невозможно. Недавно были разработаны способы получения гибридных клеток, содержащих наследственную информацию различных видов организма, например человека и мыши. Такие гибриды нельзя получить другими способами, т.е. на уровне целых организмов. [c.290]

Клетки прокариот, например Е. соН, гаплоидны, для соматических клеток эукариот характерна диплоидность. Это ограничивает возможности генетического анализа, так как рецессивные аллели не выявляются в гетерозиготе. Растительные клеточные линии, состоящие из гаплоидных клеток, можно получить при культивировании клеток гаметофитов. Это позволяет отбирать ауксотрофные мутанты и производить другие манипуляции подобно тому, как это делается для гаплоидных микроорганизмов. Клеточные линии животных могут стать функционально гаплоидными при утере целых хромосом или их частей. К этому же приводит инактивация генов с помощью транслокаций или других хромосомных перестроек. Например, в линии клеток яичника китайского хомячка один из двух аллельных генов в целом ряде локусов инактивирован в результате хромосомных перестроек. Хромосомный набор длительно поддерживающихся культур клеток отличается от набора нормальных клеток. При культивировании часто [c.291]

Но ряду причин большинство экспериментов по изучению механизмов биогенеза митохондрий проводится на культурах Sa haromy es arlshergensis (пивные дрожжи) и S. erevisiae ( пекарские дрожжи). Во-первых, при росте на глюкозе эти дрожжи обнаруживают уникальную способность существовать только за счет гликолиза и поэтому могут обходиться без функционально активных митохондрий, т.е. без окислительного фосфорилирования. Это дает возможность работать с клетками, митохондриальная и ядерная ДНК которых несут мутации, препятствующие нормальному развитию митохондрий. Такие мутации летальны почти у всех организмов. Во-вторых, дрожжи - простые одноклеточные эукариоты - легко выращивать и подвергать биохимическим исследованиям. И наконец, у дрожжей, обычно размножающихся бесполым способом путем почкования (асимметричного митоза), встречается и половой процесс. При половом размножении две гаплоидные клетки сливаются, образуя диплоидную зиготу, которая затем либо делится путем митоза, либо претерпевает мейоз и снова дает гаплоидные клетки. Возможность контролировать в лабораторных условиях чередование бесполого и полового размножения (разд. 13.2) намного облегчает проведение генетического анализа. Такой анализ позволяет выявить гены, ответственные за функцию митохондрий, и установить, которые из них находятся в ядерной ДНК и которые - в митохондриальной, поскольку мутации митохондриальных генов не наследуются по законам Менделя, которым подчиняется наследование ядерных генов [c.493]

В последнее время ситуация в корне изменилась. Благодаря новым методам генной инженерии для биохимического и генетического анализа стало доступным большое число белков-регуляторов эукариот Кроме того, у бактерий были выявлены белки-регуляторы, осушествляюшие свое действие на расстоянии. Данный раздел посвящен тому общему, что объединяет механизмы регуляции транскрипции генов у прокариот и у эукариот. Процессы, которые могут оказаться характерными только для эукариот, мы обсудим позднее в связи с проблемой дифференцировки клеток (см. разд. 10.3.8). [c.184]

Дрожжи являются одноклеточными грибами и составляют большую группу довольно разнородных организмов. Поскольку они размножаются почти так же быстро, как бактерии, и размеры их генома меньше 1/1000 генома млекопитающих, они оказались чрезвычайно полезными для генетического анализа клеточной биологии эукариот. Хотя яйца Хепорш-шкшочшсльно ценный объект для изучения биохимических и цитофизиологических аспектов регуляции клеточного цикла, для генетических исследований этот объект неудобен. Напротив, работа с дрож- [c.407]

У высших эукариот взаимосвязь регуляции транскрипции и репликации сложнее и ее анализ находится в настоящее время на стадии становления. Такое положение сложилось из-за того, что сами ori значительно больше по размеру и более сложно устроены (см. обзор De Pamphilis, 1993). Важной особенностью ori высших эукариот, также усложняющей их анализ, является то, что большинство известных ori локализованы в регуляторных районах генов (De Pamphilis, 1999). Присутствие сайтов связывания с различными транскрипционными факторами является неотъемлемой характеристикой этих районов. Однако функциональная значимость присутствия этих сайтов в огг-содержащих районах генома в настоящее время мало изучена. На данном этапе большое значение приобретают модельные исследования, в ходе которых функционирование различных генетических элементов и их комбинаций исследуется на автономных (эписомных) рекомбинантных конструкциях (см. обзор Murakami, Ito, 1999). [c.240]

Факты, свидетельствующие об избыточности ДНК в клетках эукариот, были известны и раньше. Например, при изучении гигантских хромосом Drosophila и hiro-nomus оказалось, что диски в этих хромосомах имеют среднюю длину 20000-50000 нуклеотидных пар (20-50 т.п.н.). С другой стороны, данные генетического анализа свидетельствуют о том, что один диск (+ междиск) в норме содержит только один ген [1042]. Прямой анализ генома человека, однако, нуждается в новых методах. [c.114]

Изучение ферментативных нарушений в культуре фибробластов человека. В 1940-1950 гг., когда удалось получить ответы на ключевые вопросы генетики бактерий, многим ученым казалось, что изучение индивидуальных клеток высших организмов позволит увеличить разрешающую способность генетического анализа эукариот на несколько порядков [162]. Условия культивирования клеточных линий были разработаны несколькими годами раньше. Однако все линии клеток, способные размножаться в культуре неопределенно долгое время, либо получены из злокачественных опухолей, как одна из наиболее распространенных линий-НеЬа, либо при культивировании утрачивают способность к контактному торможению, т.е. трансформируются . Генетически такие клетки отличаются от нормальных они почти всегда анеуплоидны, причем число хромосом в наборе колеблется внутри одной клеточной линии и даже внутри конкретной культуры. Трансформированные клетки непригодны для генетического анализа, необходимо разработать методы, позволяющие культивировать нормальные, эуплоидные клетки. [c.14]

Итак, в этой главе были рассмотрены некоторые наиболее изученные процессы, ведущие к объединению и рекомбинации генетического материала у многоклеточных и одноклеточных эукариот. Эти процессы весьма разнообразны внешне, но по сути своей сводятся к закономерной смене диплофазы на гаплофазу в результате мейоза и смене гаплофазы на диплофазу в результате оплодотворения. Исключение составляет парасексуальный процесс. Знание этих процессов необходимо при исследовании каждого вида для правильного планирования эксперимента по генетическому анализу и для интерпретации его результатов. На этих знаниях основывается обширная отрасль генетики — частная генетика отдельных видов. [c.197]

После открытия у бактерий Ф. Жакобом и Ж. Моно оперонов возник вопрос универсальна ли подобная организация генетического материала Генетический анализ у эукариот (в частности, у их простейших представителей — дрожжей и нейроспоры) показал, что гены, контролирующие различные этапы одного и того же пути метаболизма, как правило, случайно разбросаны по всему геному и обычно не образуют скоплений, напоминающих опероны бактерий (рис. 19.2). Было найдено несколько исключений, привлекших пристальное внимание. Например, компактный участок генетического материала у грибов контролирует три реакции в биосинтезе гистидина. Сходная ситуация (также у грибов) обнаружена при изучении генетического контроля биосинтеза ароматических аминокислот — триптофана, тирозина, фенилаланина, а также жирных кислот. Может быть, в этих и некоторых других случаях наблюдается некий атавизм — пример оперонов, не типичных для эукариот [c.479]

Молекулярное клонирование создало предпосылки для изучения практически любой части любого генома и позволило решить очень серьезные проблемы, связанные со сложностью геномов эукариот и трудностью их генетического анализа. Сейчас мы можем получать в чистом виде нужные нам фрагменты ДНК самых разных геномов в количестве, достаточном для их исчерпывающего химического анализа, причем применение эндонуклеаз рестрикции и методов определения нуклеотидных последовательностей делает эту работу почти рутинной. Локализация перекрывающихся участков клонированных сегментов ДНК уже позволила установить нуклеотидные последовательности областей генома млекопитающих длиной более 150 т.п.п. И хотя геномы эукариот имеют огромные размеры и чрезвычайно сложное строение (табл. III. 1), детальное изучение их молекулярной организации уже не представляется невозможным теперь это в основном вопрос времени и средств. На расшифровку последовательности генома фага X длиной 50 т. п. н. потребовалось около пяти человеко-лет. Благодаря использованию усовершенствованных методов сек-венирования ДНК удалось достичь больших успехов в определении нуклеотидной последовательности хромосомы Е. oli, состоящей из четырех миллионов пар оснований, а сейчас проводится исследование короткой хромосомы человека, которая по длине только в десять раз больше хромосомы Е. соИ. [c.5]

Первые представления о молекулярном строении генов и их организации в геноме были получены при исследовании прокариот. Считалось, что главное различие между двумя этими типами организмов заключается в том, что хромосомы эукариот находятся в ядре. Некоторые биологи имели смелость утверждать, будто то, что справедливо для генов Е. oli, должно быть справедливо и для генов слона и человека Теперь мы знаем, что прокариоты коренным образом отличаются от эукариот. Детальный анализ многих генов и геномов выявил существенные отличия этих двух генетических систем друг от друга. Таким образом, несмотря на то, что гены [c.6]

Впервые сайт-специфические белки, связывающиеся с ДНК, были обнаружены у бактерий. С помощью генетического анализа у этих микроорганизмов удалось доказать существование регуляторных белков, таких как репрессор 1ас-оперона, репрессор бактериофага лямбда и сго-белок. Эти белки были выделены при последовательном фракционировании клеточных экстрактов на хроматографических колонках, а специфически связывающие их участки ДНК определены методом футприн-тинга (см. разд. 4.6.6). Аналогичными методами были выделены и охарактеризованы пфвые сайт-специфические ДНК-связывающие белки у эукариот Т-антиген вируса ЗУ4о, фактор транскрипции ТРИМ и рецептор стероидного гормона. [c.103]

Переключение типа спаривания инициируется сайт-специфической эвдонуклеазой (НО-эндонуклеазой), являющейся продуктом гена НО, Этот фермент делает двухцепочечный разрез в ДНК локуса МАТ, в результате эта область вырезается и затем ре синтезируется, при этом матрицей служит молчащий ген противоположного типа спаривания (рис. 10-30). Транскрипция гена НО, определяющего, когда и где происходит переключение, строго контр о Л1 у ется. С помощью генетического анализа было показано, что контроль обеспечивают по меньщей мере щесть регуляторных генов (от SWI 1 до SWI 6). В связи с тем, что при почковании дрожжевые клетки делятся асимметрично, одна из двух образовавшихся клеток больше ( материнская ), чем другая ( дочерняя ). Большинство материнских клеток в ходе дальнейшего роста переключает тип спаривания, а вновь образовавшиеся дочерние клетки (возникающие из почки) не синтезируют продукт гена НО и не способны переключаться до тех пор, пока г )и делении они не станут материнскими клетками (рис. 10-31). Асимметрия переключения оказалось связанной с асимметричным наследованием белка SWI 5, который Г5)исоединяется к ДНК перед геном НО и необходим для его транскрипции. Полагают, что белок SWI5 (либо его активная форма) наследуется лишь материнской клеткой Остается непонятным, почему этого белка нет в почке, но характер его наследования может служить моделью асимметричной сегрегации некоторых признаков, наблюдаемой у высших эукариот. [c.202]

Методы клонирования и секвенирования ДНК позволили провести тщательный сравнительный анализ генетической организации митохондриальных геномов у целого ряда организмов, от грибов до человека. Определение полной нуклеотидной последовательности человеческой митохондриальной ДНК, содержащей 16 569 нуклеотидных пар, было завершено в 1981 г. Известны также частичные последовательности митохондриальных геномов быка, дрожжей и Neurospora. Полученные результаты свидетельствуют о том, что митохондриальные геномы высших и низших эукариот, кодирующие примерно один и тот же набор функций, в то же время характеризуются различиями в смысловом значении некоторых кодонов, в правилах антикодон-кодонового узнавания и существенными различиями в общей структурной организации. Можно полагать, что существенным фактором эволюции митохондриальных геномов была селекция на максимальную структурную компактность при максимальной информационной нагруженности (см. Дополнение 12.1). Это, вероятно, достигалось за счет таких изменений генетического кода, которые позволили сократить необходимый для считывания набор тРНК. При этом митохондрии млекопитающих, характеризующиеся наиболее компактной организацией генома, подверглись соответ- [c.95]

Гены-мутаторы. В 1937 г. Демерец [1435] описал нестабильные гены в определенных линиях Drosophila melanogaster. С тех пор стали известны многочисленные примеры генетически детерминированных, необычайно высоких мутационных частот как у эукариот, так и у прокариот. Причины этой повышенной мутабильности часто можно связать с геном-мутатором . Анализ влияния таких генов дал ценную информацию о взаимодействии различных факторов (полимераз, ферментов репарации и т.д) [53 1439 1558], участвующих в мутационном процессе. В случае точковых мутаций в половых клетках нет никаких данных, свидетельствующих о том, что такие гены-мутаторы действительно существуют. Было бы интересно провести тщательный поиск крайне редких человеческих семей с двумя мутациями. Однако при анализе мутаций в отдельных клетках гены-мутаторы были идентифицированы (см. ниже). [c.193]

Более продуктивен подход, основанный на объединении анализа тонкой структуры генов генетическими и молекулярно-биологическими методами. Сопоставим основные характеристики организации генов в двух надцарствах прокариот и эукариот в сравнении с генами их вирусов. [c.477]

Корень термина геном отсылает нас только к генам, и геном какого-либо организма обычно рассматривается как полная последовательность нуклеотидов его ДНК, в которой записана информация обо всех генах. Действительно, геномы бактерий и дрожжей состоят преимущественно из кодирующих гены областей. Однако у многоклеточных эукариот гены составляют только малую часть генома. Мы еще далеки от детального знания о негенных элементах генома, определяющих функции гетерохроматина, тело-меры, центромеры, участвующих в процессах компактизации хромосомы, транскрипции, репликации, митоза, мейоза, репарации. В настоящее время наиболее важными задачами являются поиск и характеристика элементов генома, определяющих правильную временную и пространственную экспрессию генов, детальная идентификация энхансеров, сайленсеров, инсуляторов и других регуляторных элементов, а также анализ нуклеосомного и/или хроматинового кода, выявление мест связывания различных белковых факторов с ДНК и хроматином. В дальнейшем мы узнаем больше о таких элементах генома, как, например, гены, кодирующие РНК, которые не кодируют белков, участки начала репликации ДНК и генетические элемен- [c.58]

Рассмотрены литературные и собственные данные, относящиеся к конструированию и анализу рекомбинантных наследственных структур, способных поддерживаться в клетках дрожжей Sa haromy es erevisiae. в том числе структур, содержащих последовательности ДНК высших эукариот (YA ). Представлены также результаты, характеризующие контроль генетической стабильности у дрожжей и участие в этом контроле генов SRM, которые опосредуют координированное поддержание ядерных и м.итохондриальных генетических структур. [c.61]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология