3. Тонкая структура гена

Ступенчатый аллелизм. В 1929 г. в нашей стране в работах А. С. Серебровского и его молодых сотрудников — Н. П. Дубинина, Б. Н. Сидорова и других была впервые экспериментально показана функциональная сложность гена. Авторы исследовали у дрозофилы серию множественных аллелей локуса scute (от лат. scutum – щиток), локализованного в нулевой точке хромосомы Х. Мутации этого локуса sc₁, sc₂; sc₃ и другие обусловливают редукцию разных щетинок на теле мухи.

П ри скрещивании особей, гомозиготных по тем или иным мутантным аллелям, например х , выявилась интересная картина: у гетерозигот , как правило, отсутствовали лишь те щетинки, которые были редуцированы у обеих гомозигот и .

Более того, если два аллеля нарушали paзвитие совсем разных щетинок, то в компаунде они давали возврат к норме: развивались все щетинки, например у особей sc⁵/sc⁶.

Всего было исследовано 17 различных мутаций в локусе scute, и при их сочетании наблюдалась одна и та же закономерность.

Авторы впервые в мире сделали вывод о «делимости» гена, т.е. о его сложной, многосоставной природе.

Авторы назвали ген scute базигеном, который состоит из многих частей. Эти части, т. е. элементарные участки внутри базигена были названы центрами. Мутации (трансгенации) могут захватывать как отдельные центры, так и целые их группы. При этом аллели (т. е. измененные центры, или трансгены) расположены ступенчато. Это явление было названо ступенчатым аллелизмом.

Эту теорию сложного (центрового) строения, или делимости, гена не поддержали крупнейшие генетики того времени (А. Стёртевант, Г. Мёллер и др.).

Псевдоаллелизм. Если считать, что ген не делится в результате кроссинговера, то при гаметогенезе у компаундов, несущих два аллеля одной серии ( ), могут образовываться гаметы только двух типов — а₁ и а₂. При возвратном скрещивании таких особей с любой из родительских форм возможно появление только мутантных форм: . Действительно, это и наблюдается при исследовании ограниченной выборки потомков от возвратного скрещивания.

Однако если выборку увеличить, например, до 100 тысяч и более особей, то в ней окажутся и потомки дикого типа. Такие особи могут появиться только при двух условиях: мутация затрагивает часть гена дикого типа, и между частями гена может происходить кроссинговер.

Это можно представить следующим образом:

г ен а₁: ; ген а₂ : .

Т огда гетерозигота имеет такой вид: .

При кроссинговере между частями гена получатся следующие гены:

и . Последний представляет собой исходный ген и обусловливает возникновение особей дикого типа.

Явление это было открыто в 1949 г. М. Грином и К. Грином при изучении генов lz у дрозофилы, определяющих строение глаз. У гетерозигот по двум мутациям этого гена среди потомков в 0,1% случаев были нормальные глаза, что могло произойти только в результате кроссинговера внутри гена lz.

Это явление противоречило представлению о гене как о единице, неделимой при кроссинговере. Однако трудно было сразу отказаться от традиционных представлений, поэтому об аллелях, делимых при кроссинговере, стали говорить как о псевдоаллелях.

Первоначально считали, что псевдоаллелизм встречается в виде редких исключений, но с увеличением разрешающей способности генетического анализа, когда число анализируемых особей в исследуемых выборках резко возросло, становилось все более ясным, что данное явление распространено весьма широко. Оно было продемонстрировано на разнообразных организмах: нейроспоре, дрожжах, хлопке, кукурузе, шелкопряде, дрозофиле, голубях, мышах, норках и многих других.

В связи с этим были сделаны попытки модернизировать критерии аллелизма и само определение гена.