Синдром гибридного дисгенеза у Drosophila melanogaster

СИНДРОМ ГИБРИДНОГО ДИСГЕНЕЗА У DROSOPHILA MELANOGASTER

Введение

Мобильные генетические элементы (МГЭ) представляют дискретные сегменты ДНК, которые могут перемещаться из одного местоположения в другое внутри хромосом или между ними. На данный момент мобильные генетические элементы обнаружены в геномах практически всех изученных организмов (Хесин, 1984). Геном Drosophila melanogaster содержит около 50-ти различных семейств мобильных генетических элементов, которые вместе составляют 10-15 % ДНК этого вида (Finnegan, Fawsett, 1986; FlyBase, 1999). Число копий элементов отдельных семейств варьирует от нескольких до сотни, и при активации они могут оказывать значительное влияние на функционирование генома (Britten, 1997) и на генетическую изменчивость (Kidwell, Lisch, 1997). Мобильные генетические элементы имеют несколько механизмов перемещения и могут выполнять разные функции (табл. 3), в связи с чем, активация различных семейств мобильных элементов может иметь как отрицательные, так и положительные последствия для генома хозяина (Kidwell, Lisch, 1997).

Синдром гибридного дисгенеза

Некоторые МГЭ дрозофилы способны активироваться в особых межлинейных скрещиваниях и вызывать совокупность генетических нарушений известных как синдром гибридного дисгенеза (Kidwell et al., 1977; Bregliano et al., 1980). Эти нарушения включают повышенную частоту мутаций, хромосомных аберраций и рекомбинаций, температуро-зависимую стерильность (Bregliano et al., 1980). К настоящему времени описано три независимые системы гибридного дисгенеза, в которых проявление перечисленных выше нарушений обусловлено активностью мобильных элементов I , P и hobo (Bregliano et al., 1980). Все три системы имеют сложные механизмы регуляции активности мобильных генетических элементов. Эти механизмы напрямую связаны с процессами транспозиции и репарации, поэтому реагируют на действие факторов, влияющих на эти процессы. Исследование вопроса функционирования систем гибридного дисгенеза в неблагоприятных условиях окружающей среды может иметь большое теоретическое и прикладное значение (Иващенко и др., 1990).

P-M система гибридного дисгенеза была открыта в середине 70-х годов (Kidwell et al., 1977) и на сегодняшний день является наиболее изученной по отношению к H-E и I-R системам. За возникновение этой системы гибридного дисгенеза отвечает мобильный элемент P (Engels, 1989). В соответствии с наличием в геноме P -элементов различают несколько типов линий Drosophila melanogaster (Raymond et al., 1991). P -линии содержат 30-60 копий P -элемента, одна треть из которых состоит из полных P -элементов, а две трети из дефектных (O'Hare, Rubin, 1983; O'Hare et al., 1992). Эти линии имеют P -цитотип. В геноме M-линий отсутствуют P -элементы, и они имеют M-цитотип. Синдром гибридного дисгенеза наблюдается только при скрещивании самок из M-линий (Maternal) с самцами из P-линий (Paternal), однако поскольку P-цитотип наследуется по материнской линии, потомство от обратных скрещиваний между P-самками и M-самцами обычно нормальное. Дополнительно различают также M' и Q линии. M' или псевдо-M линии имеют в геноме множество дефектных P -элементов, однако, характеризуются наличием слабого потенциала репрессии (M-цитотип) (Simmons et al., 1987). Некоторые M'-линии способны индуцировать определенные аспекты гибридного дисгенеза. Q-линии также несут в геноме дефектные элементы и, подобно P-линиям, имеют P-цитотип. Q-линии обладают способностью индуцировать дисгенез в скрещиваниях с истинными M-линиями (Simmions et al., 1985).

В настоящее время P -элемент подробно изучен на молекулярном уровне, что позволяет нам более четко представить его функции в P-M системе гибридного дисгенеза. Как уже было отмечено, в геноме Drosophila melanogaster встречаются структурно и функционально гетерогенные P -элементы (O'Hare, Rubin, 1983). Полноразмерный P-элемент имеет длину 2907 п.н. и характеризуется наличием терминальных инвертированных повторов размером 31 п.н. и субтерминальными инвертированными повторами размером 11 п.н., которые необходимы для его перемещения (O'Hare, Rubin, 1983). Внутренняя часть содержит небольшой инвертированный повтор с неизвестными функциями и ген транспозазы, состоящий из четырех экзонов и трех интронов (Engels, 1989). Ген транспозазы кодирует белок необходимый для перемещения P -элемента, поэтому полноразмерный P -элемент сам контролирует свое перемещение, т. е. является автономным (Rio et al., 1986). Кроме полноразмерных P -элементов, в геноме различных линий Drosophila melanogaster встречаются дефектные копии (O'Hare et al., 1992). К ним относится KP элемент, который имеет делецию в центральном участке, захватывающую 808-2560 нуклеотиды (Black et al., 1987), элементы A12 и D50 (Engels, 1989; Rasmusson et al., 1993). Дефектные P -элементы не способны к синтезу транспозазы, но благодаря сохранности интактных терминальных и субтерминальных последовательностей, они могут перемещаться с использованием транспозазы полноразмерных элементов (Engels, 1989).

На сегодняшний день известно два типа регуляции активности P -элемента (Engels, 1989). Первый тип регуляции ограничивает активность P -элемента только клетками зародышевой линии, второй тип