2. Методы определения аллельности мутаций.

Множественный аллелизм — это существование в популяции более двух аллелей данного гена. В популяции оказываются не два аллельных гена, а несколько. Возникают в результате разных мутаций одного локуса. Гены множественных аллелей взаимодействуют между собой различным образом.

В популяциях как гаплоидных, так и диплоидных организмов обычно существует множество аллелей, для каждого гена. Это следует из сложной структуры гена — замена любого из нуклеотидов или иные мутации приводят к появлению новых аллелей.

Аллельная гетерогенность - генетическая гетерогенность, обусловленная разными мутациями одного гена.

На явлении доминирования, а также на том, что доминантными обычно оказываются аллели дикого типа, а нефункциональные аллели оказываются рецессивными, основан так называемый функциональный тест на аллелизм, который как раз позволяет определить, принадлежат ли мутантные аллели одному локусу или нет. Он был предложен Томасом Морганом, когда тот еще разделял теорию присутствия-отсутствия, поэтому первоначально с помощью этого теста предполагалось определять не только принадлежность аллелей одному локусу, но и их идентичность.

Допустим, мы получили рецессивную мутацию с неким фенотипом, который похож на фенотип уже известной нами мутации. Воспользуемся упомянутым выше примером с белыми цветами гороха. Дикий тип окраски цветков у гороха – пурпурный. Со времен Менделя известен горох с белыми цветками, в которых отсутствует антоциан. Соответствующий этому фенотипу аллель а – рецессивен, то есть ген, каким-то образом участвующий в метаболизме антоциана – сломан, представляет собой нуль-аллель. В свое время мы обработали семена гороха химическим мутагеном и получили возникшую de novo рецессивную мутацию, также дающую в гомозиготе белые цветы. Как узнать – мутация произошла в локусе a или в каком-то другом локусе? Правильно, скрестить гомозиготы по одной и второй. Если они имели место в одном и том же локусе, то такая гетерозигота от одного родителя получит один дефектный аллель, от второго – другой дефектный аллель, но не получит ни одной функциональной копии гена. В результате ее цветы будут белыми. Если же эти мутации произошли в разных локусах, ответственных за разные аспекты синтеза антоциана, то у полученного гибрида в каждом локусе будет по одной аллели дикого типа с ненарушенной молекулярной функцией, который доминирует над дефектным и «спасет» соответствующий этап жизнедеятельности клетки. Такой гибрид будет иметь нормальный фенотип.

Скажите, а как можно было проверить аллельность разных мутантов нейроспоры по одному и тому же ферменту? Ведь мы не можем здесь получить гетерозиготу и определить ее фенотип – гетерозиготна у нейроспоры только аскогенный гиф и аска, у которых вообще нет интересующего нас фенотипа в отношении обмена веществ, поскольку они получают все готовое от гаплоидного мицелия. Что же нужно предпринять? Правильно, и здесь следует скрестить их попарно. И что мы получаем в случае аллельных и неаллельных мутаций, если работаем с гаплоидами? В случае аллельных мутаций мы никогда не получим восстановления нормального фенотипа, потому что в опыте вообще не фигурирует нормальный аллель. А в случае неаллельных мутаций у нас каждый партнер скрещивания всегда несет мутантный аллель в одном локусе, но нормальный аллель во втором локусе. Подсчитаем вероятность возникновения нормального потомства, если неаллельные мутанты находятся на разных хромосомах. На какой стадии определяется – получит ли потомство нормальный аллель? Правильно, на стадии редукционного деления. По каждому локусу в каждую клетку нормальный аллель попадет с вероятностью 1/2, вероятность сложного события, состоящего в том, что это случится для обоих локусов, есть произведение 1/2 х 1/2 = 1/4.

Изредка встречаются случаи, когда функциональный тест на аллелизм дает сбои. Наиболее хорошо это явление исследовано на диплоидных дрожжах, а также у нейроспоры. Имеется много мутаций, приводящих к потере некоей биохимической функции, в компаунде все они ведут себя как аллельные, за исключением немногих комбинаций, в которых функция неожиданно восстанавливается, то есть такие мутации ведут себя как неаллельные (комплементарные). Это явление было названо межаллельной комплементацией. Выясняется, что во всех этих случаях соответствующий локус кодирует белок, имеющий несколько функциональных доменов и работающий в виде димера или большего количества агрегированных копий белка. Было предложено несколько объяснений межаллельной комплементации.

Неполному доминированию в чем-то аналогично кодоминирование: одновременное наличие в фенотипе гетерозиготы признаков, наблюдаемых порознь у гомозигот по обоим аллелям. Во времена, когда работали в основном с внешними признаками, кодоминирование было нечастым явлением. макромолекулы (белки, ДНК) обычно анализируют с помощью электрофореза. Молекулы растворяют в водных растворах с такими условиями, в которых они приобретают заряд (а многие белки и ДНК его имеют в «нормальных условиях») и заставляют двигаться через гель под действием электростатического поля. К примеру, ДНК анализируют в агарозе короткие фрагменты ДНК анализируют в более плотном полиакриламидном геле. Белки подвергают электрофорезу обычно в крахмальных или полиакриламидных гелях. Под действием постоянного электрического поля молекулы вынуждены протискиваться сквозь нити сетки и скорость их продвижения в электрическом поле зависит от заряда и формы молекулы и параметров сетки. В результате все однотипные молекулы движутся с одной скоростью и образуют на геле мигрирующую полоску. А молекулы другого типа – другую полоску, мигрирующую с другой скоростью.