Генетика популяций - Хедрик Ф.
ISBN 5-94836-007-5
Скачать (прямая ссылка):
Это во многом подходит и для описания двух основных количественных мер изменчивости ДНК, которые подробно рассматриваются в главе 2. Допустим, имеются протяженные гомологичные последовательности ДНК с определенным числом нуклеотидов. Сначала можно вычислить долю вариабельных нуклеотидов — р — во всех имеющихся последовательностях. Затем можно узнать долю нуклеотидов, которые различаются при случайном сравнении двух из этих последовательностей - к (греческая строчная буква пи). Эта величина эквивалентна средней гетерозиготности или разнообразию нуклеотидного состава. В качестве примера возьмем две последовательности гена алкогольдегидрогеназы - Adh (Kreitman, 1983). Последовательности Ja-S и F1-F различаются по 5 из 2379 нуклеотидов, т.е. ps = 5/2379 = 0,0021. Допустим, имеется три последовательности: две Ja-S, назовем их Ja-S(l) и Ja-S(2) и одна F1-F. Гетерозиготность при сравнении последовательностей Ja-S(l)-Ja-S(2) равна 0, а при сравнении Ja-S(l) -F1-F равна 5/2379 = 0,0021. При сравнении Ja-S(2) - F1-F она также равна 0,0021. Поэтому средняя гетерозиготность по одному сайту в выборке из трех последовательностей составит 0,0042/3 = 0,0014.
а. Изменчивость аллоферментов
В популяционной генетике изменчивость белков служит мерой изменчивости последовательностей ДНК, кодирующих аминокислоты для соот-
ветствующих белков. Использование электрофоретического анализа белков для решения проблем популяционной генетики стало вехой для всей эволюционной генетики (Lewontin, Hubby, 1966), (Harris, 1966). Подробно такой эволюционный анализ можно найти в других работах (Avise, 1994; Hills et al., 1996; Hoetzel, 1998). Остановимся на некоторых моментах. С помощью электрофореза можно разделять различные белки, полученные из крови, тканей и целых организмов. Обычно белки разделяют в крахмальном или полиакриламидном гелях под действием электрического поля. Через некоторое время гель окрашивают специальными красителями, специфичными для различных белков. Затем определяют относительную подвижность того или иного белка, которая зависит от размера, заряда и конфигурации белковой молекулы. Если два белка различаются по аминокислотному составу, то они, как правило, имеют разную электрофоретическую подвижность, поскольку замена аминокислот ведет к изменению массы и (или) заряда молекулы.
Однако с помощью электрофореза можно обнаружить только те аминокислотные замены, которые сопровождаются изменением массы и заряда молекул белка (Lewontin, Hubby, 1966). Остается так называемая скрытая изменчивость, которую удается обнаружить с помощью специальных электрофоретических процедур, используя разные концентрации гелей и различные уровни pH (Coyne, 1976). С помощью такого последовательного электрофореза были выявлены варианты человеческого гемоглобина, которые имеют одинаковую электрофоретическую подвижность (Ramshaw et al., 1979). К тому времени было известно 85% аминокислотного состава этих вариантов. Затем, с помощью секвенирования ДНК было показано, что во многих случаях изменчивость аминокислотного состава белков нельзя установить даже с помощью специальных методов электрофореза (Veuille, King, 1995). Для характеристики действительного уровня изменчивости аминокислотного состава белков не подходят даже самые тонкие методы электрофоретического анализа (Barbadilla et al., 1995).
Для отслеживания различий в электрофоретической подвижности белки, полученные от различных особей, одновременно разгоняют в одном и том же геле. Пример такого электрофореза девяти образцов, обнаруживающего изменчивость двух аллоферментных локусов, кодирующих лей-цинаминопептидазу (LAP), показан на рисунке 1.5 (Selander, 1976). Поскольку молекула LAP состоит из одной субъединицы (мономер), то у гомозигот окрашивается одна полоса, а у гетерозигот - две. Верхний ал-лоферментный локус (Lap-1) полиморфен по двум электрофоретическим полосам, а нижний - {Lap-2) - по трем. На рисунке белки мигрировали в геле снизу вверх с неодинаковой скоростью, поэтому фенотипы (предполагаемые генотипы) обозначены F, М и S (от англ. fast - быстрый, medium -
*т Ш
Рисунок 1.5. Изменчивость фермента лейцинаминопептидазы у девяти особей коричневой улитки - Helix aspersa (Selander, 1976). Верхние полосы, соответствуют локусу Lap-1, полиморфному по двум аллелям (F и S), а нижние - локусу Lap-2, полиморфному по трем аллелям (S, М, F).
средний и slow - медленный). Например, крайний левый образец на рисунке 1.5. гетерозиготен по FS полиморфам (аллелям) локуса Lap-1 и гомозиготен по полиморфам SS локуса Lap-2. Считается, что каждая полоса на геле представляет собой тот или иной аллель данного локуса. Однако, как будет сказано ниже, некоторые аминокислотные замены не приводят к появлению других электрофоретических полос.
Разработка методов электрофоретического анализа белков для нужд популяционной генетики в 1970 годы открыла новые перспективы. Эти доступные методы позволяют исследовать генетическую изменчивость практически у любого вида. Аллоферментную изменчивость в разных популяциях одного или близких видов изучает целый ряд специализированных лабораторий. Оказалось, что некоторые аллельные варианты широко распространены у близко родственных видов. С другой стороны, виды или популяции могут отличаться друг от друга по частоте различных аллельных вариантов белка. Кроме того, популяции могут различаться и по уровню гетерозиготности некоторых аллоферментных локусов.
