Комплементация (генетика) - Complementation (genetics)

В генетике , комплементация происходит , когда два штамма из организма с различными гомозиготными рецессивными мутациями , которые производят один и тот же мутантный фенотип (например, изменение в конструкции крыла у мух) есть потомство , которое выразить дикий тип фенотип при сопряжении или скрещено. Комплементация обычно происходит, если мутации происходят в разных генах (межгенная комплементация). Комплементация также может происходить, если две мутации находятся в разных сайтах одного и того же гена (внутригенная комплементация), но этот эффект обычно слабее, чем эффект межгенной комплементации. В случае, когда мутации происходят в разных генах, геном каждого штамма предоставляет аллель дикого типа для «дополнения» мутировавшего аллеля генома другого штамма. Поскольку мутации рецессивные, потомство будет демонстрировать фенотип дикого типа. Тест комплементации (иногда называемый « цис-транс- тестом») можно использовать для проверки того, происходят ли мутации в двух штаммах в разных генах. Комплементация обычно будет происходить слабее или не будет происходить совсем, если мутации происходят в одном и том же гене. Удобство и суть этого теста в том, что мутации, которые производят фенотип, могут быть отнесены к разным генам без точного знания того, что генный продукт делает на молекулярном уровне. Тест комплементации был разработан американским генетиком Эдвардом Б. Льюисом .

Если комбинация двух геномов, содержащих разные рецессивные мутации, дает мутантный фенотип, тогда есть три возможности:

1. Мутации происходят в одном и том же гене.
2. Одна мутация влияет на выражение другой.
3. Одна мутация может привести к ингибирующему продукту.

Пример простого теста дополнения

Пример дополнительного теста. У двух штаммов мух белые глаза из-за двух разных аутосомно-рецессивных мутаций, которые прерывают разные этапы одного метаболического пути, производящего пигмент. Мухи из штамма 1 имеют дополнительные мутации к мухам из штамма 2, потому что при скрещивании их потомство может завершить полный метаболический путь и, следовательно, иметь красные глаза.

В качестве простого примера теста комплементации предположим, что генетик заинтересован в изучении двух штаммов белоглазых мух вида Drosophila melanogaster , более известных как обыкновенная плодовая муха. У этого вида, дикого типа мухи имеют красные глаза и цвет глаз , как известно, связаны с двумя генами А и В. Каждый из этих генов имеет два аллеля, доминантный тот , который кодирует белок рабочего ( A и B соответственно) и рецессивный, который кодирует неисправный белок ( a и b соответственно). Поскольку оба белка необходимы для синтеза красной пигментации в глазах, если данная муха гомозиготна по a или b , у нее будут белые глаза.

Зная это, генетик может провести тест на комплементацию двух отдельно полученных штаммов чистопородных белоглазых мух. Тест проводится путем скрещивания двух мух, по одной от каждой линии. Если у полученного потомства красные глаза, говорят, что эти два штамма дополняют друг друга; если у потомства белые глаза, их нет.

Если штаммы комплементарны, мы предполагаем, что один штамм должен иметь генотип aa BB, а другой AA bb, которые при скрещивании дают генотип AaBb. Другими словами, каждый штамм гомозиготен по разному дефициту, который дает один и тот же фенотип. Если штаммы не комплементарны, они оба должны иметь генотипы aa BB, AA bb или aa bb. Другими словами, они оба гомозиготны по одному и тому же дефициту, который, очевидно, будет давать один и тот же фенотип.

Комплементационные тесты на грибки и бактериофаги

Тесты комплементации также могут проводиться с гаплоидными эукариотами, такими как грибы, с бактериями и вирусами, такими как бактериофаг. Исследования гриба Neurospora crassa привели к разработке концепции фермента «один ген - один», которая легла в основу последующего развития молекулярной генетики. Тест комплементации был одним из основных инструментов, используемых в ранней работе Neurospora, потому что это было легко сделать, и позволял исследователю определить, были ли какие-либо два питательных мутанта дефектными в одном и том же или в разных генах.

Тест комплементации также использовался на раннем этапе развития молекулярной генетики, когда бактериофаг Т4 был одним из основных объектов исследования. В этом случае тест зависит от смешанного инфицирования бактериальных клеток-хозяев двумя разными типами мутантов бактериофагов. Его использование было ключом к определению большинства генов вируса и послужило основой для изучения таких фундаментальных процессов, как репликация и восстановление ДНК, а также того, как устроены молекулярные машины .

Генетическое дополнение, гетерозис и эволюция полового размножения

Гетерозис - это тенденция гибридных особей превосходить своих чистокровных родителей по размеру и силе. Явление давно известно у животных и растений. Гетерозис, по-видимому, во многом связан с генетической комплементацией, то есть маскированием вредных рецессивных аллелей у гибридных особей.

В общем, два основных аспекта полового размножения у эукариот - это мейоз и ауткроссинг . Было предложено, чтобы эти два аспекта имели два естественных селективных преимущества, соответственно. Предполагается, что мейоз является адаптивным, поскольку он способствует рекомбинационной репарации повреждений ДНК , которые в противном случае трудно исправить. Ауткроссинг предлагаются быть адаптивным , поскольку она облегчает комплементацию, что маскировка пагубных рецессивных аллелей (также см гетерозиса ). Было высказано предположение, что преимущество маскировки вредных аллелей является основным фактором в поддержании полового размножения среди эукариот. Кроме того, селективное преимущество комплементации, возникающее в результате ауткроссинга, может в значительной степени объяснять общее избегание инбридинга в природе (например, см. Статьи « Признание родства» , « Инбридинговая депрессия» и « Табу на инцест» ).

Количественный тест дополнения

Используется Quantitative Genetics для выявления рецессивных мутантов. Здесь недостатки скрещиваются с гаплотипом, который, как считается, содержит рецессивный мутант.

Исключения

Из этих правил есть исключения. Два неаллельных мутанта могут иногда не комплементировать (так называемые «неаллельные некомплементации» или «несвязанные некомплементации»). Такая ситуация встречается редко и зависит от конкретной природы тестируемых мутантов. Например, две мутации могут быть синтетически доминантно-отрицательными . Другим исключением является трансвекция , при которой гетерозиготная комбинация двух аллелей с мутациями в разных частях гена дополняет друг друга, чтобы спасти фенотип дикого типа.

Внутригенная комплементация

Когда измеряется комплементация между двумя мутантами, дефектными по одному и тому же гену, обычно обнаруживается, что комплементация либо отсутствует, либо фенотип комплементации является промежуточным между мутантным фенотипом и фенотипом дикого типа. Внутригенная комплементация (также называемая межаллельной комплементацией) была продемонстрирована во многих различных генах у множества организмов, включая грибы Neurospora crassa , Saccharomyces cerevisiae и Schizosaccharomyces pombe ; бактерия Salmonella typhimurium ; и вирусный бактериофаг Т4 . В нескольких таких исследованиях были выделены многочисленные мутации, дефектные в одном и том же гене, и картированы в линейном порядке на основе частот рекомбинации, чтобы сформировать генетическую карту гена. Отдельно мутанты тестировали в парных комбинациях для измерения комплементации. Анализ результатов таких исследований привел к выводу, что внутригенная комплементация, как правило, возникает в результате взаимодействия различных дефектных полипептидных мономеров с образованием агрегата, называемого «мультимер». Гены, которые кодируют полипептиды, образующие мультимеры, по-видимому, распространены. Одна интерпретация данных заключается в том, что полипептидные мономеры часто выровнены в мультимере таким образом, что мутантные полипептиды, дефектные в соседних сайтах генетической карты, имеют тенденцию образовывать смешанный мультимер, который плохо функционирует, тогда как мутантные полипептиды, дефектные в удаленных сайтах, имеют тенденцию образовывать смешанный мультимер, который действует более эффективно. Межмолекулярные силы, вероятно, ответственные за самопознание и образование мультимеров, обсуждались Jehle.

Смотрите также

• Сине-белый экран

использованная литература

внешние ссылки