Развитие представлений о гене. «теория гена» Моргана. Функциональный тест на аллелизм.

История развития научных представлений о гене

Понятие гена занимает центральное место в генетике, и сама ее история в значительной степени отражает становление данного понятия.

Первоначально ген рассматривали с чисто формальной точки зрения, как некую абстрактную единицу, некий фактор, определяющий специфические особенности различных признаков. Какой-то период времени генетика по существу сводилась к менделизму, т.е. к анализу поведения наследственных факторов в разных системах скрещиваний организмов, у которых контролируемые этими факторами признаки контрастны. На основании результатов такого анализа Мендель в конце прошлого века пришел к заключению, что все комбинации признаков возникают в процессе случайного расширения и перераспределения таких факторов (позднее названных генами), определяющих различные признаки, при образовании гамет и оплодотворении.

Исследования Т. Моргана и его школы привели к «материализации» понятия «ген», к обретению им «плоти и крови». Итоги этих исследований дали Т. Моргану право утверждать «...не может быть сомнений, что генетики оперируют с геном как материальной частью хромосомы». Он же отметил как важнейшие следующие свойства генов: способность к росту, способность к делению, относительную стабильность, мутабильность, постоянное положение в хромосоме, «притяжение» генов друг к другу.

Таким образом, ген стали считать чем-то вроде атома наследственности, правда, довольно скоро возникла идея о его делимости, о его сложной внутренней организации. Эти представления сформированы в России в работах А.С. Серебровского и Н.П. Дубинина, посвященных так называемому ступенчатому аллеломорфизму.

В 1926 г. А.С. Серебровский призвал отказаться от концепции неделимости гена и к воскрешению гипотезы «присутствия - отсутствия» Бэтсона. Согласно этой гипотезе, доминантность признака обусловливается присутствием определенного гена, а рецессивность - его выпадением, отсутствием. До исследований отечественных ученых гипотезу присутствия-отсутствия отвергали на основании регистрации обратных мутаций, ревертирующих мутантный фенотип к дикому, нормальному.

Отказ А.С. Серебровского от признания неделимости гена позволил преодолеть противоречия гипотезы Бэтсона с классическими данными, свидетельствующими о существовании таких мутаций, а также изящным образом объяснить явление множественного аллеломорфизма как следствие того, что в разных случаях исчезают не совсем одинаковые по величине участки хромосом. Обращает на себя внимание то, как предложенная А.С. Серебровским трактовка перекликается с современными представлениями о механизме определенного рода мутаций, заключающемся во внедрении или, напротив, утрате специфических генетических элементов, способных перемещаться по геному и названных подвижными генетическими элементами.

Действительно, многие мутации гомеозисных генов дрозофилы, в частности серии bithorax, возникают в результате внедрения этих элементов в область расположения соответствующего гена, а реверсия к норме - в результате их вырезания и удаления из данной зоны. В случае обнаруженных недавно у Drosophila melanogaster «транспозиционных взрывов» наблюдаются множественные вставки или, напротив, «вырезания» мобильных диспергированных генов из соответствующих локусов

Следует, впрочем, отметить, что обусловленность некоторых мутаций у D. melanogaster микроделециями, т.е. утратой небольших участков хроматина была установлена еще в конце 20-х годов А.А. Прокофьевой-Бельговской и Г. Мёллером при исследовании политенных хромосом слюнных желез.

Экспериментальное развитие идеи о делимости гена было дано в работах на дрозофиле А.С. Серебровского и Н.П. Дубинина на примере серии мутаций гена scute, влияющего на развитие щетинок у дрозофилы. Было установлено, что если два аллеломорфа нарушали развитие совсем разных щетинок, то в компаунде они давали возврат к норме, т.е. развивались все щетинки (например, в случае компаунда sc 5/ sc 6).

Основные выводы авторов таковы: «Явление частичного возвращения к дикому типу может быть истолковано как обусловленное не полным аллеломорфизмом двух аллеломорфов. С этой точки зрения... общие части проявляются в силу того, что в обеих хромосомах имеются изменения одинаковых участков, другими словами, по этим участкам муха гомозиготна, непроявление же несовпадающих участков зависит от того, что измененному участку одной хромосомы соответствует участок второй хромосомы, который не был затронут трансгенацией...». Это весьма ответственное воззрение, утверждающее делимость гена (трансгенацию по частям). Вместе с тем воззрение о частях гена ставило важный вопрос о взаимоположении этих частей, т.е. стало необходимым наметить предварительный план гена.

Ген scute был назван базигеном, т.е. областью хромосомы, занятой всеми изменениями - трансгенами scute. Самостоятельные элементарные участки внутри базигена были названы центрами. Предполагалось, что мутации могут затрагивать как отдельные центры, так и их группы, отсюда название сформулированной концепции - «центровая теория гена».

Эта теория была настороженно встречена многими ведущими генетиками того времени, ибо привносила крайний корпускуляризм в генетические представления, в то время как Р. Гольдшмидт, например, придерживался иных взглядов, основанных на градуализме и допускающих существование своеобразных перекрывающихся «полей действия» вдоль хромосомы как единой функциональной единицы (подобные взгляды до сих пор активно пропагандируются А. Лима-де-Фариа). Впрочем, и типичным представителям корпускулярного течения центровая теория пришлась не по душе. Т. Морган, например, отреагировал следующим образом: «Данные, приводимые в подтверждение такого толкования, пока еще не совсем убедительны.

Тем не менее, догматы о неделимости гена были поколеблены, а в последующем давление фактического материала оказалось столь велико, что от них пришлось отказаться. В 40-60-е годы имели место шесть событий, которые, пожалуй, и явились решающими для революционизирования понятия о гене и придания ему достаточно конкретного смысла.