Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
29
аспектов взаимодействия ретротранспозон-хозяин. Исследования на дрозофиле являются источником идей и методических подходов для изучения ретротранспозонов других организмов.
В Отделе проводится комплексное исследование ретротранспозонов дрозофилы с точки зрения взаимоотношения эндосимбионт-хозяин. Такой подход представляется плодотворным, поскольку дает возможность сформулировать конкретные вопросы, требующие экспериментального разрешения, на основании комплексного общебиологического подхода к проблеме. Можно выделить три основных аспекта взаимодействия ретротранспо-зон-хозяин (рис. 9). Прежде всего ретротранспозоны, внедряясь в различные локусы и меняя функции генов, генерируют генетическую изменчивость и фенотипическую вариабельность хозяина. Вновь возникающие фенотипы экспонируются естественному отбору, и, таким образом, отбор может играть важную роль в регулировании взаимодействия ретротранспо-зон-хозяин. Кроме того, взаимодействие ретротранспозон-хозяин осуществляется на генетическом уровне. С одной стороны, активность ретротранспозонов зависит от их собственных нуклеотидных последовательностей, которые не только кодируют ключевые белки их жизненного цикла, но также, благодаря присутствию различных регуляторных сайтов, обеспечивают взаимодействие с геномом хозяина. С другой стороны, в геноме хозяина присутствуют гены, управляющие активностью ретротранспозонов.
РЕТРОТРАНСПОЗОНЫ КАК ИСТОЧНИК
ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ
Генетическая изменчивость - основополагающее свойство живого, и одним из главных ее источников являются мутации. У дрозофилы около половины мутаций с видимым эффектом вызваны встройками (инсерциями) ретротранспозонов в соответствующие гены. Отметим, что такие инсерцион-ные мутации описаны не только у дрозофилы, но и у многих других организмов, в том числе и у человека.
И в природных популяциях, и в лабораторных линиях дрозофилы нормальная частота транспозиций ретротранспозонов оценивается как 1СМ—1СЪ5 транспозиций на одну копию на поколение. Многие линии дрозофилы, характеризующиеся повышенной частотой транспозиций какого-либо ретротранспозона, впервые были описаны как “нестабильные” линии с повышенной частотой видимых мутаций, причем в большинстве случаев лишь в определенных генах (Georgiev et al., 1990; Kim et al., 1990). Это наводит на мысль о преимущественной встройке ретротранспозонов в определенные гены, в результате таких встроек часто мутирующие. В нашем Отделе было проведено подробное исследование специфичности встройки ретротранспозонов в ра?личные участки генома. Действительно, на цитологическом уровне нами были описаны “горячие точки” встраивания ретротранспозонов мдг-1 и мдг-3 (Pasyukova et al., 1986; Беляева и др., 1994).
Противоположные результаты дал, однако, проведенный нами анализ спектра транспозиций ретротранспозона copia, места встройки которого оказались случайными (Nuzhdin et al., 1996; Pasyukova et al., 1998). Следует
30
учесть, что транспозиции разных ретротранспозонов были исследованы в разных линиях. Таким образом, особенности спектра транспозиций и специфичность встройки зависят и от ретротранспозона, и, возможно, от линии хозяина.
Каков бы ни был спектр транспозиций ретротранспозонов с точки зрения механизмов сосуществования ретротранспозон-хозяин, интерес представляют те мутации, вызванные встройками ретротранспозонов, которые влияют на приспособленность хозяина. Приспособленность характеризует способность особи выжить и оставить жизнеспособное потомство и является ключевым признаком, позволяющим оценить эволюционную судьбу популяции. Согласно современным представлениям, равновесное существование ретротранспозонов в геноме определяется балансом между скоростью их внутригеномного размножения, с одной стороны, и силой отбора против их вредных фенотипических эффектов, с другой. Само существование равновесной ситуации подтверждается данными о том, что среднее число копий какого-либо семейства ретротранспозонов сходно в разных линиях и популяциях.
Есть несколько экспериментальных подходов, позволяющих проверить, как влияют на приспособленность инсерционные мутации. Первый основан на экспериментальном тестировании предсказаний, полученных в результате теоретических расчетов и моделирования популяционной динамики ретротранспозонов. Отметим сразу, что все подобные теории и модели основаны на многочисленных допущениях о характере и частотах транспозиций, уровне рекомбинации, численности популяций и т.п. Далеко не все допущения оказываются близкими к реальности, если такие реальные параметры удается установить опытным путем. Например, одно из допущений заключается в том, что частоты транспозиций ретротранспозонов одинаковы у самцов и самок. Однако проведенные нами на обширном материале исследования показали, что частота транспозиций ретротранспозонов характеризуется половой специфичностью. Например, ретротранспозон Doc перемещается только у самок (Pasyukova et al., 1998), а ретротранспозон copia -только у самцов (Pasyukova, Nuzhdin, 1993, Pasyukova et al., 1997). Несмотря на то, что многие допущения, используемые в моделях популяционной динамики ретротранспозонов, оказываются не совсем точными, проверке теоретических предсказаний были посвящены многие экспериментальные работы, в том числе и в нашем Отделе. С этой целью было исследовано распределение различных семейств ретротранспозонов по хромосомам мух из природных популяций (Пасюкова, Гвоздев, 1986; Г emont et al., 1994). Результаты не позволили сделать какого-либо общего вывода. Встройки таких ретротранспозонов, как copia и мдг-1, в большинстве популяций приводили к снижению приспособленности, в то время как инсерции мдг-3 оказались нейтральными, а инсерции ряда других ретроэлементов вели себя по-разному в разных популяциях.
