Нарушения в процессах репарации как причина наследственных молекулярных болезней.

Репарация необходима для сохранения нативной структуры генетического материала на протяжении всей жизни организма. Снижение активности ферментов репарационных систем приводит к накоплению повреждений (мутаций) в ДНК.

Причиной многих наследственных болезней человека выступает нарушение отдельных этапов процесса репарации.

Пигментная ксеродерма (см. эксц.Реп)

У больных в системе репарации снижена активность ферментов, ответственных за удаление неправильных оснований, "застройку" бреши и другие функции. Дефект репарационной системы проявляется в сверхчувствительности к УФ-свету, что приводит к появлению красных пятен на коже, переходящих в незаживающие коросты и нередко в рак кожи.

Трихотиодистрофия

Заболевание связано с повышенной фоточувствительностью ДНК, вызванной снижением активности фермента, участвующего в удалении димеровтимина. Симптомы заболевания: ломкость волос вследствие нехватки серы в белках волос и их луковиц; часто умственная д физическая отсталость; аномалии кожи и зубов.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 22

1. Генетическая гетерогенность популяций. Методы изучения при родных популяций. Факторы динамики генетического состава популяции (дрейф генов), мутационный процесс, межпопуляционные миграции, действие отбора. Взаимодействие факторов динамики генетической структуры в природных популяциях.

Генетическая гетерогенность природных популяций поддерживается за счет мутаций, процесса рекомбинации (только у форм с бесполым размножением вся наследственная изменчивость зависит от мутаций). Происходящая при половом размножении комбинаторика наследственных признаков дает неограниченные возможности для создания генетического разнообразия в популяции.

Эти потенциальные возможности никогда не реализуются даже в ничтожной степени хотя бы только из-за ограниченной численности любой популяции.

Генетическая гетерогенность, поддерживаемая мутационным процессом и скрещиванием, позволяет популяции (и виду в целом) использовать для приспособления не только вновь возникающие наследственные изменения, но и те, которые возникли очень давно и существуют в популяции в скрытом виде. В этом смысле гетерогенность популяций обеспечивает существование мобилизационного резерва наследственной изменчивости

Методы изучения природных популяций: Использование формул Харди – Вайнберга* позволяет рассчитать генетический состав в популяции в данный момент и определить тенденции его изменений в ряду поколений. В целом популяции видов испытывают постоянную эволюцию их генетической структуры. Основными факторами такой эволюции являются:

1) мутации; 2) отбор (естественный и искусственный); 3) генетико-автоматические процессы, или, по-другому, дрейф генов 4) миграции - естественные процессы смешения популяций или искусственное скрещивание друг с другом разных пород, сортов и видов.

1. Мутации изменяют частоту генов в популяциях. Частота мутирования гена – 10^-5-10^-7 на поколение. Учитывая большое количество генов у человека (порядка 30 0000), до 6% его гамет несут мутантные гены. Доминантные мутации проявляются уже в первом поколении и сразу же подвергаются действию естественного отбора. Рецессивные мутации (возникают значительно чаще) сначала накапливаются в популяции и только с появлением рецессивных гомозигот начинают проявляться фенотипически и подвергаться действию естественного отбора.

Насыщенность природных популяций рецессивными мутациями называется генетическим грузом и имеет большое значение для выживания вида. Генетическим грузом в человеческих популяциях объясняется появление до 5% потомков с генетическими дефектами. Накопление мутантных аллелей способствует комбинативной изменчивости, приводящей к генетической гетерогенности (генетическому полиморфизму) природных популяций.Мутационный процесс обеспечивает разнообразие эволюционного материала.

2. Отбор.Генетическая гетерогенность, широко распространенная в природных популяциях, составляет основу эффективности дарвиновского естественного отбора.

Естественный отбор действует на разные группы организмов в популяции в зависимости от их приспособленности (W). Сравнивая приспособленность нескольких групп особей, наибольшую принимают за единицу, а приспособленность остальных групп выражают в долях единицы. Например, если приспособленность для гомозигот АА и гетерозигот Аа равна 1, а для гомозигот аа – 0,9, то интенсивность естественного отбора, или коэффициент отбора (S), вычисляется как S = WAA – Waa = 1 – 0,9 = 0,1.

В зависимости от того, какое влияние оказывает отбор на признаки, различают три типа отбора: 1) Стабилизирующий, способствующий сохранению среднего значения признака.

2) Дизруптивный, или рассекающий, способствующий стабилизации крайних значений признака;

3) Направленный, или движущий, способствующий непрерывному изменению признака в определенном направлении.

3. Дрейф генов, или генетико-автоматические процессы, также оказывает влияние на частоты аллелей в популяциях. В зависимости от условий существования популяции проходят через периоды максимальной и минимальной численности. Это так называемые волны жизни. Кроме того, неравномерное пространственное распределение особей в популяциях растений, а также предпочтительные скрещивания в популяциях животных нарушают случайность скрещиваний (панмиксию).

Вследствие этих обстоятельств генофонд каждого следующего поколения формируется некоторой выборкой из особей родительского поколения. Поэтому он подвержен изменчивости, обусловленной ошибкой выборки. Чем меньше выборка, тем больше ошибка, т. е. тем больше колебания частот аллелей.

Если дрейф генов приводит к снижению приспособленности популяции, то она может вымереть. В то же время иногда возникают особи, значительно отличающиеся от остальных членов популяции и обладающие при этом высоким уровнем приспособленности.

4. Миграция – это поток генов популяции в популяциях. Они и создаютгенетический груз– часть наследственной изменчивости популяции, которая определяет появление менее приспособленных особей, подвергающихся избирательной гибели в процессе естественного отборав зависимости от происхождения: 1)мутационный – вновь возникшие мутации; 2) сегрегационный – мутации, длительное время передающиеся из поколения в поколение, скрытые в гетерозиготном состоянии; 3) рекомбинационный – мутации на основе рекомбинации генов; 4) миграционный – мутации, передающиеся миграцией особей в популяции.

(Закон Харди – Вайнберга – положениепопуляционной генетики, гласящее, что впопуляциибесконечно большого размера, в которой не действуетестественный отбор, не идетмутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходитдрейф генов, все скрещивания случайны – частотыгенотиповпо какому-либо гену (в случае если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответствовать уравнению: p2+2pq+q2=1. Где p2 – это доля гомозигот по одной из аллелей; р – частота этого аллеля; q2 – доля гомозигот по альтернативному аллелю; q – частота соответствующего аллеля; 2pq – доля гетерозигот.)

Причины возникновения наследственных и врожденных заболеваний. Генетическая опасность радиации и химических веществ. Генотоксикология. Перспективы лечения наследственных болезней. Задачи медико - генетических консультаций. Роль генетических и социальных факторов в эволюции.

Необходимо различать понятия врожденные и наследственные заболевания. Иногда они совпадают, если наследственное заболевание бывает врожденным, однако в ряде случаев такого совпадения нет. Термин врожденное заболевание говорит лишь о времени проявления заболевания, а не о его причинах, которые могут быть как наследственными, так и нет. Например, пороки развития лицевого черепа (расщелины губы и неба), скелета рук (поли-, синдактилия), некоторые пороки сердца и внутренних органов, могут возникать как в случае мутации генов, так и в результате влияния вредных факторов среды в критические периоды развития органов. К таким факторам относятся гипоксия плода, авитаминозы, вирусные или паразитарные заболевания матери на ранних стадиях беременности (краснуха, токсоплазмоз). Такие копии наследственных пороков называют фенокопиями, а они не наследуются.

Основной причиной возникновения наследственных заболеваний является наследование, сцепленное с полом. Эти признаки обуславливаются генами, локализованными в половых хромосомах. Установлено, что наследование их зависит в основном от Х-хромосомы. Y-хромосома имеет небольшие размеры, состоит преимущественно из гетерохроматина и является генетически инертной, за исключением, некоторых генов, контролирующих воспроизводительную функцию и признаки пола. У самцов млекопитающих гены, локализованные в Х-хромосоме, не имеют доминантных или рецессивных аллелей на Y-хромосоме. Особей женского пола, гетерозиготных по любому из сцепленных признаков, называют носителями соответствующего рецессивного гена. Они фенотипически нормальны, но половина их гамет несет рецессивный ген. Несмотря на наличие у отца нормального гена, сыновья матерей носительниц с вероятностью 50% будут страдать данной болезнью.

Особая опасность радиоактивного загрязнения связана как с непосредственным воздействием радиации на организм человека, вызывающим лучевую болезнь разной степени, так и с отдаленными последствиями, выраженными как в онкологических заболеваниях, так и на генетическом уровне.

Воздействуя на живой организм, ионизирующее излучение может иметь вредные последствия: малокровие, лейкемия, злокачественные опухоли, снижение продолжительности жизни. В зависимости от условий облучения поражение может быть острым или хроническим. Могут возникать и генетические последствия.

Особенно чувствительны даже к очень небольшим дозам облучения зародышевые клетки, при облучении которых происходит частичная или полная их стерилизация, возникают нарушения генетического кода, вредные для организма мутации, ведущие к различным отклонениям от нормы. Большую роль играет интенсивность облучения: менее опасно подвергнуться облучению несколько раз, чем получить эквивалентное количество радиации за один раз.

Не менее опасны многие сотни или тысячи органических ксенобиотиков, синтезированных или полученных из углеводородного сырья. Это прежде всего хлороорганические пестициды, содержащие диоксин дефолианты, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), нитрозосоединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и др.Они вызывают у высших животных и человека нарушения иммунитета, возникновение злокачественных опухолей, уродства плода при беременности, генетические нарушения.

Чрезвычайно опасна радиация для детей, поскольку их ткани и органы еще растут, что не исключает соматические мутации.

Наиболее непредсказуем генетический ущерб, который может быть нанесен потомству людей, подвергшихся облучению. Это не в последнюю очередь связано с тем, что большинство мутаций носит рецессивный характер, т.е. они проявляются только в тех случаях, когда в организме встречаются две однородные мутации (гомозиготность). Образование таких мутаций часто протекает в скрытой форме и остается незамеченным. Таким образом у человечества идет накопление мутаций, что представляет большую опасность, так как большинство мутаций отрицательно влияет на жизнеспособность.

Все подобные изменения в генах, вызванные отрицательным воздействием на здоровье людей загрязнением биосферы изучают генотоксикология.Она изучает мутагенную и рекомбиногенную активность факторов антропогенной природы, прежде всего хим. Соединений, разрабатывает способы оценки их генетической активности.

Лечение некоторых генных болезней стало возможным благодаря достижениям генной инженерии. На основе высоких генно-инженерных технологий получены гормон инсулин для лечения сахарного диабета и гормон роста (соматотропин) для лечения наследственных форм низкорослости. Правда, интенсивные поиски эффективных методов лечения хромосомных синдромов, например, синдрома Дауна большим успехом пока не увенчались. Лекарственные средства, применяемые в качестве стимуляторов мозговых функций, способствуют улучшению мозгового кровообращения и общего развития ребенка, но не в состоянии устранить интеллектуальный дефект.

Наиболее действенный и перспективный способ лечения наследственных болезней, обусловленных мутацией одного гена, –– генная терапия. Она предусматривает радикальное устранение генетического дефекта. Цель может быть достигнута благодаря современным генно-инженерным технологиям. Возможны два пути их реализации.

Первый путь –– перенос полноценно работающего гена (его комплементарной ДНК) в соматические клетки пациента с генным дефектом.

Второй путь –– перенос генов в половые клетки пациента. Если внесенный ген будет встроен в геном, это позволит предупредить передачу болезни потомству. В настоящее время проводятся клинические испытания эффективности генной терапии при таких болезнях, как фенилкетонурия, наследственные формы низкорослости, муковисцидоз и др. Получены обнадеживающие результаты по генной терапии гемофилии В, тяжелых наследственных дефектов иммунитета. В ближайшие годы будут продолжаться разработки генно–инженерных методов коррекции генного дефекта при наследственных формах низкорослости, связанных с дефицитом гормона роста. Ген удалось ввести в мышечные клетки, которые начали продуцировать гормон роста. Серьезным препятствием для широкого внедрения генной терапии в клиническую практику являются два обстоятельства –– чрезвычайно высокая стоимость и недостаточная эффективность доставки ДНК в клетки пациента. Методы генной терапии постоянно совершенствуются. В клинической практике они используются для лечения не только моногенных болезней, но и других тяжелых заболеваний, в том числе рака и СПИД.

Следующий шаг в лечении врожденных и наследственных болезней –– использование стволовых клеток. Передовые медицинские технологии создают реальные предпосылки для замены поврежденных клеток организма здоровыми.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 23

Спонтанный и индуцированный мутационный процесс. Количественная оценка частот возникновения мутаций. Многоэтапность и генетический контроль мутационного процесса. Радиационный мутагенез: генетические эффекты ионизирующего излучения и УФ-лучей. Закономерности «доза - эффект».

Мутации, помимо качественных свойств, характеризует и способом возникновения. Спонтанные (случайные) - мутации, возникающие при нормальных условиях жизни. Спонтанный процесс зависит от внешних и внутренних факторов (биологические, химические, физические). Спонтанные мутации возникают у человека в соматических и генеративных тканях. Метод определения спонтанных мутаций основан на том, что у детей появляется доминантный признак, хотя у его родителей он отсутствует. Примерно одна из 24000 гамет несет в себе доминантную мутацию. Ученый Холдейн рассчитал среднюю вероятность появления спонтанных мутаций:= 5*10^-5 за поколение. Другой ученый Курт Браун предложил прямой метод оценки таких мутаций, а именно: число мутаций разделить на удвоенное количество обследованных индивидов.

Индуцированные мутации - это мутации, полученные искусственно в результатедействия мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым. Затем была установлена радиобиологическая зависимость мутаций. В 1927 году Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. ->Общая закономерность(«доза-эффект»): с увеличением дозы увеличивается степень повреждения системы; в процесс вовлекается все большее число составляющих её элементов. В зависимости от действующей дозы практически всякое вещество в определенных условиях может оказаться вредным для организма.На проявление зависимости доза-эффект оказывает существенное влияние внутри- и межвидовая изменчивость организмов. Особи, одного вида существенно отличаются друг от друга по биохимическим, физиологическим, морфологическим характеристикам; эти отличия в большинстве случаев обусловлены их генетическими особенностями. Еще более выраженыаналогичные межвидовые различия. Поэтому дозы конкретного вещества, в которых оно вызывает повреждение организмов одного и, тем более, разных видов, порой существенно различаются. Следовательно, зависимость доза-эффект отражает свойства не только мутагена, но и организма, на который он действует. На практике это означает, что количественную оценку токсичности, основанную на изучении зависимости доза-эффект, следует проводить в эксперименте на различных биол. объектах, и обязательно прибегать к статистическим методам обработки получаемых данных.

Возникновение мутаций под влиянием ионизирующегоизлучения и УФлучей: Под действием излучений возникают качественно те же мутации, что и без облучения, но значительно чаще; соотношение разных типов мутаций также может быть иным. Используется в генетических исследованиях, в селекции промышленных микроорганизмов, сельскохозяйственных и декоративных растений. Повышение частоты мутаций в результате увеличения содержания в биосфере радиоактивных изотопов - одна из основных опасностей радиоактивного загрязнения биосферы.Генетические эффекты:стохастические и нестохастические. Стохастическиеэф-ты: Возникают в результате мутагенного действия ионизирующего излучения, т.е. когда клетка под действием излучения не погибает, но в ней происходит повреждение генома (появление генных мутаций); характерна линейная беспороговая зависимость вероятности их появления от дозы ионизирующего излучения; от величины дозы зависит частота рассматриваемых событий (примеры: генетические последствия облучения и радиационный канцерогенез).Нестохастические (детерминированные) эффекты: пороговая зависимость от дозы; с дозой связана как вероятность эффекта, так и его тяжесть (примеры: лучевая болезнь, сокращение продолжительности жизни, смертность, индуцированные радиацией пороки развития, поражение иммунной системы). Механизмы возникновения стохастических и нестохастических эффектов совершенно различны, поэтому при оценке рисков их появления в результате облучения недопустимо их объединение.Также все эффекты можно подразделить по другому принципу: насоматические- эффекты, вызванные ионизирующим излучением в соматических (т.е. не половых) тканях; и генетические(наследственные) эффекты– вызванные ионизирующим излучением в половых клеткахорганизма и проявляющиеся у его потомства.Стохастические эффекты могут быть соматическими и генетическими. Стохастические соматические эффекты – это возникновение злокачественных новообразований (опухолей) в различных органах и тканях облученного организма.Генетические эффекты всегда являются стохастическими.УФ лучи (в отличие от рентгеновских) не действуют на половые клетки больш-ва многоклеточных организмов, т.к. проникают в ткани очень слабо, не обладают достаточной энергией для индукции ионизации атомов и только возбуждают электронные оболочки. Их мутагенный эффектобнаруживается лишь в клетках, образующих монослой: микроорганизмах, пыльце, также на коже человека и др.

Количественная оценка:Методы обнаружения мутаций должны быть разными в зависимости от способа размножения организма. Видимые морфологические изменения учитываются легко; сложнее определить физиологические и биохимические изменения у многоклеточных организмов. Легче всего обнаруживаются видимые доминантные мутации, которые могут проявляться в гетерозиготном состоянии в первом же поколении, труднее анализировать рецессивные мутации, их необходимо переводить в гомозиготное состояние.

Для хорошо изученных в генетическом отношении объектов (дрозофила, кукуруза, ряд МО) изучение новой мутации проводить довольно легко. Например, для дрозофилы разработаны специальные методики учета частоты мутаций.

Метод СlВ. Герман Мёллер создал линию дрозофил СlВ (Си Эль Би) у которой одна из Х-хромосом маркирована доминантным геном Bar (В) и инверсией, названной С. Эта инверсия препятствует кроссинговеру и обладает рецессивным летальным эффектом-l. Поэтому линия и названа СlВ.Самок этой линии-анализатора скрещивают с самцами из исследуемой выборки. Если самцы взяты из природной популяции, то можно оценить частоту леталей в ней. Или же берут самцов, обработанных мутагеном. В этом случае оценивается частота летальных мутаций, вызванных этим мутагеном.В F₁ отбирают самок СlВ/+, гетерозиготных по мутации Bar, и скрещивают индивидуально (каждую самку в отдельной пробирке с самцом дикого типа). Если в проверяемой хромосоме нет мутации, то в потомстве будет два класса самок и один класс самцов (B⁺), поскольку самцы СlВ гибнут из-за наличия летали l, т.е. общее расщепление по полу будет 2:1. Если же в опытной хромосоме есть летальная мутацияl_m, то в F₂ будут только самки, так как самцы обоих классов погибнут – в одном случае из-за наличия летали в Х-хромосоме СlВ, в другом – из-за наличия летали l_m в опытной Х-хромосоме (см. рисунок). Определяя отношение числа Х-хромосом (пробирок с индивидуальными скрещиваниями), в которых возникла леталь, к общему числу изученных Х-хромосом (пробирок), подсчитывают частоту летальных мутаций в определенной группе.

Метод Cy L/Pm. Для учета летальных мутаций в аутосомах дрозофилы используют линии сбалансированных леталей. Для проявления рецессивной летальной мутации в аутосоме тоже необходимо, чтобы она оказалась в гомозиготном состоянии. Для этого необходимо поставить два скрещивания, а учет потомков вести в F₃. Для обнаружения леталей во второй хромосоме используют линию Cy L/Pm (Сай Эл Пи Эм). У мух этой линии во второй хромосоме расположены две доминантные мутации Cy (Curly– загнутые крылья) и L (Lobe– маленькие дольковидные глаза), каждая из которых в гомозиготном состоянии вызывает летальный эффект. Мутации представляют собой протяженные инверсии в разных плечах хромосомы. Обе они «запирают» кроссинговер. В гомологичной хромосоме также присутствует доминантная мутация – инверсия Pm (Plum – коричневые глаза). Анализируемого самца скрещивают с самкой из линии CyL/Pm (на рисунке показаны не все классы потомков).В F₁ отбирают самцов Cy L/Pm⁺и индивидуально скрещивают их с самками исходной линии Cy L/Pm. В F₂ отбирают самцов и самок Cy L, у которых гомологичная хромосома является испытуемой. В результате скрещивания их между собой получается три класса потомков. Один из них погибает из-за гомозиготности по мутациям Cy и L, еще один класс потомков – это гетерозиготы Cy L/Pm⁺, а также класс гомозигот по испытуемой хромосоме. В итоге получаются мухи Cy L и Cy⁺ L⁺ в соотношении 2:1.Если в испытуемой хромосоме произошла летальная мутация, в потомстве от последнего скрещивания будут только мухи Cy L. С помощью такого метода можно учитывать частоту рецессивных летальных мутаций во второй хромосоме дрозофилы.

Учет мутаций у других объектов. Аналогичные методы обнаружения мутаций разработаны и для других объектов. В основу их положены те же принципы:

1) обнаружить рецессивную мутацию можно, переводя ее в гомо- или гемизиготное состояние,

2) учесть точно частоту возникающих мутаций можно лишь при условии отсутствия кроссинговера у гетерозиготных особей.

Для млекопитающих (мышь, кролик, собака, свинья и др.) разработана методика учета частоты возникновения доминантных летальных мутаций. О частоте мутаций судят по разнице между числом желтых тел в яичнике и развивающихся эмбрионов у вскрытой беременной самки.Учет частоты возникновения мутаций у человека очень затруднен, однако генеалогический анализ, т.е. анализ родословных, позволяет установить возникновение новых мутаций. Если в родословной супругов в течение нескольких поколений не встречался какой-то признак, а у одного из детей он появился и стал передаваться следующим поколениям, значит мутация возникла в гамете одного из этих супругов.

Учет мутаций у МО. Изучать мутации у микроорганизмов очень удобно, так как все гены у них в единственном числе и мутации проявляются уже в первом поколении.Мутантов легко обнаружить методом отпечатков, или реплик.Для выявления у Е. сoli мутаций устойчивости к бактериофагу Т1 бактерии высевают на агар, чтобы образовались отдельные колонии. Затем при помощи бархатной реплики эти колонии перепечатывают на чашки с нанесенной суспензией частиц фага Т1. Большая часть клеток исходной чувствительной (TonS) культуры не будет образовывать колоний, поскольку их лизирует бактериофаг. Вырастут лишь отдельные мутантные колонии (TonR), устойчивые к фагу. Подсчитывая число колоний в контрольном и опытном (например, после облучения ультрафиолетовым светом) вариантах, легко определить частоту индуцированных мутаций.

Генетический контроль мутац. пр-сса: видимо, механизмы репарации ДНК.

Фотореактивация – восстановление биологической активности клеток или молекул ДНК, поврежденных ультрафиолетовым излучением в результате последующего воздействия видимого света. При фотореакивации происходит мономеризацияциклобутановыхдимеровтимина и других пиримидиновых димеров. Известны 2 типа фотореактивации:

1. Неферментативная коротковолновая фотореактивация, которая заключается в мономеризациидимеров при действии ультрафиолетового света с длиной волны 240 нм.

2. Ферментативнаяфотореактивация (рис. 71.1).

Эксцизия пиримидиновыхдимеров. Эксцизионную репарацию, связанную с удалением поврежденного участка ДНК, называют также репарацией по типу выщепления - замещения, или, более образно, механизм «режь – латай». Появление димеров приводит к локальной денатурации ДНК, что влечет за собой нарушение репликации.

Эксцизионная репарация представляет собой многоэтапный процесс:

1. «Узнавание»димера в ДНК осуществляет фермент УФ-эндонуклеаза, который реагирует не только на димерытимина, но и на многие другие нарушения.

2. Инцизия – надрезание одной цепи ДНК вблизи димера.

3. Эксцизия, или вырезание димера из молекулы ДНК, осуществляет другая нуклеаза.

4. Ресинтез ДНК, в результате которого заполняются бреши, идет с использованием в качестве матрицы интактной цепи.

5. Восстановление непрерывностирепарируемой цепи за счет образования ковалентных связей сахарофосфатного скелета молекулы с помощью фермента ДНК-лигазы.

Репарация ДНК с неспаренными основаниями. В ходе репликации ДНК некоторые остатки аденина, находящиеся в составе последовательности GATC, метилируются. Восстановление нормальной структуры ДНК с неспаренными основаниями происходит обычно при репликации благодаря удалению участка вновь синтезируемой цепи, которая еще не метилирована (рис. 71.2).

Эксцизия оснований и нуклеотидов. Удаление необычных оснований, аналогов при помощи фермента ДНК-гликозилазы.

Пострепликативная (рекомбинационная) репарация – это быстрый способ восстановления нативной структуры дочерних молекул ДНК, если по какой-то причине не произошла эксцизия, например, тиминовыхдимеров во время репликации. При этом тиминовыедимеры остаются в исходных родительских нитях.

SOS-репарация – медленная пострепликативная репарация. Главную роль в ней играют белки LexA и RecA (рис. 71.3). Характерная черта этой репарации – неточность восстановления первичной структуры ДНК, в связи с чем этот механизм получил название репарации, склонной к ошибкам. В результате этого процесса повышается частота мутаций.

Материнский аффект цитоплазмы. Наследование завитка у моллюсков. Пластидная наследственность. Наследование пестролистности у растений. Наследование устойчивости к антибиотикам у хламидомонады. Митохондриальная наследственность.

Материнский эффект — явление в генетике, при котором фенотип потомка определяется исключительно генами матери. Гены с материнским эффектом активны в организме самки. Материнский эффект цитоплазмы заключается во влиянии генотипа матери на характер потомства первого поколения, передаваемый через свойства цитоплазмы яйцеклеток. В результате потомство развивается в значительной степени в соответствии с генотипом матери и независимо от особенностей собственного генотипа. (Материнский тип наследования не связан с проявлением генов митохондриальной ДНК). При формировании ооцитов в них накапливаются рибосомы, а также молекулы мРНК и различные структурные белки и ферменты. Все эти запасенные молекулы необходимы в тот период времени, пока не функционирует собственная белок-синтезирующая система в делящейся зиготе. У позвоночных до стадии гаструлы синтез белка происходит с материнских мРНК, а затем начинается экспрессия собственных генов зародыша. У дрозофилы из питающих клеток в ооцит попадают различные первичные продукты материнских генов. К генам с материнским эффектом относятся гены, контролирующие переднезаднюю полярность зародыша. Первичные продукты этих генов (РНК или белок) распределяются с различной концентрацией подлине яйца. Мутации генов с материнским эффектом, нарушая сегментарную структуру личинок дрозофилы, действуют как летали. Материнский эффект характерен для наследования формы раковины (направления ее завитка) у прудовика Limnaeaperegra. Ген D у прудовика Limnaeaperegra определяет правозавитковость раковины, dd - левозавитковостъ. При разных направлениях скрещиваний DD x dd и dd x DD фенотип первого поколения определяется генотипом материнской формы. При скрещивании материнских правозавитковых прудовиков с отцовскимилевозавитковыми в первом поколении все моллюски имеют раковину, закрученную в правую сторону. При реципрокном направлении, напротив, у первого поколения проявляется материнский фенотип (левозавитковость), Таким образом, фенотип первого поколения зависит от того, под влиянием каких генов формируется цитоплазма яйцеклеток. Прудовик — гермафродит и скрещивание у него возможно как между разными особями, так и самооплодотворение. В случае самооплодотворения улиток первого поколения с генотипом Dd х Dd во втором поколении все улитки имеют раковину, закрученную в правую сторону вне зависимости от генотипа (DD, Dd, dd). Левозавитковые формы появляются уже в третьем поколении от скрещивания dd x dd. Как выяснилось, направление завитка раковины определяется положением веретена деления от средней линии при первых двух делениях зиготы.

Пластидная наследственность.Это одна из форм цитоплазматической наследственности, при которой происходит наследование пластидных признаков. Она не подчиняется законам Менделя, т. к. в зависимости от условий оплодотворения признак наследуется от обоих родителей или только от матери. Локализованная в пластидах часть генетического материала обозначается как пластом.Среди органоидов цитоплазмы генетическая непрерывность впервые была установлена для пластид. У многих видов растений встречаются особи, лишенные окраски, или такие, у которых в листьях имеются отдельные неокрашенные участки ткани. Клетки их вообще не имеют видимых пластид или содержат пластиды, не способные образовывать хлорофилл. Растения, лишенные зеленой окраски - альбиносы, нежизнеспособны и обычно погибают в фазе проростков. Но отдельные участки ткани без зеленой окраски развиваются в зеленом листе, питаясь за счет нормальных тканей, снабжающих их продуктами фотосинтеза. Во многих случаях изменения в структуре и функциях пластид связаны с мутациями одного хромосомного гена. У кукурузы, ячменя и некоторых других культур изучены многочисленные хлорофильные мутации, наследующиеся по правилам Г. Менделя. Однако часто наследование таких изменений не подчиняются менделеевским закономерностям, и объяснить его можно только исходя из представления о генетической непрерывности пластид. Доказано существование в пластидах ДНК‑содержащих областей. В них находятся специфические рибосомы. Зеленые пластиды способны синтезировать ДНК, РНК, белок. У ночной красавицы имеется пестролистная разновидность. На одном и том же растении наряду с зелеными ветвями имеются ветви с листьями, на которых зеленая ткань чередуется с бесцветными полосами и пятнами. Цветки на зеленых ветвях такого пестролистного растения независимо от того, какой пыльцой опылять их, дают семена, из которых всегда вырастают нормальные зеленые растения. Семена с ветвей, листья на которых лишены зеленой окраски, дают неокрашенные бесхлорофилльные проростки, которые вскоре погибают т.к. неспособны к фотосинтезу. Из семян, завязавшихся на пестролистных побегах, образуется смешанное в различном соотношении потомство, состоящее из зеленых, пестролистных и неокрашенных растений. Аналогичное явление наблюдалось у пестролистных растений львиного зева, пеларгонии, энотеры, подорожника. Эти факты можно объяснить, предположив, что у пестролистных растений имеется два типа пластид: нормальные и аномальные, не способные образовывать хлорофилл. При размножении из нормальных формируются нормальные, а из аномальных – аномальные (белые) пластиды. Из семяпочки, включающей оба типа пластид, путем митотических делений образуется яйцеклетки, несущие только белые или и те и другие пластиды одновременно. Односторонняя, исключительно по материнской линии, передача признаков, связанных на примере реципрокных скрещиваний пестролистных растений и нормальных зеленых растений. Пестролистное растение, если его берут в качестве материнской формы, образует три типа яйцеклеток: с зелеными, смешанными и белыми пластидами. Поскольку спермии отцовского зеленолистного растения пластид не содержат, такое скрещивание даст смешанное потомство, в котором число различных растений будет определяться случайным характером распределения пластид при макроспорогенезе. В обратном скрещивании зеленолистное растение будет образовывать яйцеклетки с зелеными пластидами. Оплодотворяемые спермиями пестролистных растений, они дадут потомство, состоящее только из растений с зелеными листьями. Следовательно, при реципрокных скрещиваниях между нормальными зеленолистными растениями или цветками с нормальными зеленолистных побегов пестролистной особи и цветками с растений или побегов, несущих аномальные пластиды, тип пластид и характер возникающего потомства определяется материнской формой (пример материнского типа наследования). Нормальное материнское растение дает только нормальное потомство, а аномальное – только аномальное независимо от фенотипа отцовской формы.

Хламидомонада: содержит одно ядро (обычно гаплоидное), один хлоропласт и 20 митохондрий. Это облигатный