В каком смысле мутации «случайны». Какие факты указывают на неабсолютность постулата о полной случайности всех мутаций.

Оказалось, что в ходе эволюции у разных организмов появился целый арсенал средств, позволяющих частично контролировать и направлять мутационный процесс.

1) Возможный контроль частоты мутирования (у бактерий);

2) Создание новых генов путем комбинирования «заготовок» (в иммунной системе позвоночных) VDJ - рекомбинация. Гены антител формируются в B-лимфоцитах путем вырезания участков из геномной ДНК. Процесс напоминает альтернативный сплайсинг, но идет на уровне ДНК, а не РНК. + для точной подгонки антитела специалный фермент мутатор усиливает мутагенез в вариабельной области гена антитела.Т.е. сама по себе мутация случайна, но ее время и область строго определены.

3) Целенаправленное изменение генов (конверсия генов – замена одних вариантов данного гена на другие) – у паразитов (средство борьбы с иммунной системой); Чтобы защититься от иммунной системы, многие паразиты (бактерии, грибы) время от времени изменяют гены своих поверхностных белков. Для этого используются неработающие «запасные копии» этих генов (псевдогены), немного различающиеся. Участок копии вставляется вместо соответствующего участка рабочего гена (gene conversion).

4) Контролируемая перестройка генома на основе РНК-матриц у инфузорий; Геном микронуклеуса в нерабочем состоянии (фрагменты генов перепутаны). Конъюгация: геном макронуклеуса разрушается и формируется заново. Гены «распутываются» по РНК-матрицам. Важная часть наследственной информации (о последовательности фрагментов генов) передается молекулами РНК

5) Метилирование ДНК как потенциальное средство регуляции мутагенеза (Метилированные цитозины становятся «горячими мутационными точками»: они склонны самопроизвольно превращаться в тимины (Т). Поскольку метилирование – регулируемый процесс, получается, что клетка в принципе могла бы регулировать вероятность мутирования в определенных точках своего генома еще и таким способом);

6) Природная генная инженерия (Agrobacterium); вирусы; мобильные генетические элементы. (Суть в том, что, например, вирусы встраиваются ровно туда, куда нужно, а агробактериум трансформирует геном хозяина в своих целях)

 

Центральная догма молекулярной биологии и ее ограничения.

Днк→ РНК→ белок +репликация только для ДНК

Сейчас: Днк ←> РНК←> белок т.е. открыты в дополнение обратная транскрипция (у ретровирусов), репликация РНК и (ВОЗМОЖНО, т.е. еще не найдено, но всякое может быть) - обратная трансляция.

Возможно ли наследование приобретенных признаков («ламарковское» наследование?)

Существует т.н. “эффект Болдуина” - видимое наследование приобретенных признаков (Казалось бы, по Ламарку) +речь обычно идет о поведении. Схема такая: изменение условий- изменение направленности отбора-прижизненное изменение поведения путем обучения- изменение направленности отбора-закрепление мутаций, оптимизирующих новое поведение и способность обучаться ему).

Пр: Обезьяна научилась прятаться от хищника на дереве (в геноме никаких изменений нет), тогда и ее потомство будет залезать на деревья. На самом деле, не смотря на то, что это выглядит как ламарковское наследование, оно таки Дарвиновское: потомство оставляет генотип с предрасположенностью к такому поведению.

Наследования приобретенных свойств в ламарковском понимании быть не может, однако бывает:

1) Ненаследственная передача признака следующему поколению путем передачи временно заблокированных путем метилирования генов, цитоплазматического наследования (передача какого-либо индуктора с цитоплазмой матери/материнской клетки)

2) Генетическая ассимиляция морфозов при длительном воздействии фактора, рождающего морфоз

Примеры адаптаций, основанных на изменении белок-кодирующих генов.

1) Окраска оленьей мыши. Иммется 2 морфы - со светлой и темной (имеют такую окраску в норме) окраской. Светлая окраска хомячков определяется доминантной мутацией в гене агути. Ключевая мутация, в результате которой звери приобрели свою окраску, находится в одном из 20 полиморфных сайтов (участков гена, которые не у всех особей одинаковые) и состоит в выпадении 3 нуклеотидов, кодирующих серин. Ген Agouti потерял 3 а.к. и теперь его белок Agouti заставляет меланоциты синтезировать феомеланин вместо эумеланина → светлая окраска. Показано, что мутация произошла как адаптация на появление Песчаных Холмов с их светлым грунтом после отхождения ледника. Это пример “выметания посредством отбора”, или selective sweep. Эта “метла” работает в участках, где полиморфизм резко снижен, в таких участках нет не только значимых, но и синонимичных различий. В середине такого участка обычно сидит какая-то полезная мутация, которая возникла недавно у какой-то особи и быстро распространилась под действием положительного отбора. До появления этой мутации уровень полиморфизма на этом участке был такой же, как на остальных. Но отбор автоматически распространяет вместе с новой полезной мутацией и ее окружение- то есть как будто все варианты кроме этого “выметаются”.

2) Мухи одного из видов дрозофил могут жить только на конкретном виде кактуса т.к. в их ферменте, проводящем синтез экдизона из холистерола или лактостерола произошла замена 5 консервативных а.к. так, что синтез может идти только из лактостерола, который содержится ТОЛЬКО в этом кактусе (из ближайших растений) → мухи стали “кактусозависимы”. Изначально мутации, видимо, были полезными.

Примеры адаптаций, основанных на изменениях регуляторных областей генов.

Пр: сложное расположение 16 пятнышек и особых теней на крыльях дрозофил. Появление пятнышка происходит под действием гена yellow, но распределение областей экспрессии гена отличается особой сложностью -почему он работает в одних местах и не работает в других? Отсеквенировали фрагмент с этим геном и стали каждый кусочек по очереди присоединять к гену зеленого флуоресцирующего белка и вставлять это в геном мухи и смотреть где вырабатывается светящийся белок. Нашли регуляторный участок, который заставляет присоединенный к нему ген включаться в 16 точках крыла. Элемент, определяющий распределение областей экспресии yellow по крылу назвали vein spot- пятна на жилках и еще один который за тени отвечает- intervein shade (тени между жилками).

Пр2: цихлиды, отличающиеся по пищевым адаптациям и морфологии (строение челюстей) имеют мутации в регуляторных областях генов.