Эволюция представлений о гене

Материальным субстратом гена служат молекула ДНК и в отдельных случаях РНК. Первое свидетельство такого взгляда было обнаружено при анализе явления трансформации, открытого Гриффитом в 1927 г. Однако, только в 1944 г. Эйвери и др. установили, что вещество, которое трансформирует одну форму пнемнококков в другую форму, представляет собой молекулу ДНК. Однако и после этой работы высказывались сомнение что не ДНК, а малая примесь белка ответственна за явление трансформации. Очистка препарата была доведена до того, что на 1мг. ДНК приходилась одна молекула белка. При этом, если ввести препарат ДНК - азу, разрушающий ДНК, то трансформирующая активность препарата исчезла. С другой стороны, введение ферментов, разрушающих белки, не влияло на активность препарата. Т. О., связь гена с ДНК была реально установлена в опытах в 1944г.

Молекулярные основы наследственности у вирусов.

Новые доказательства генетической роли ДНК были получены при исследовании инфекционности у фагов. Херши и Чейс в 1952г. заразили бакиериофагом Т-2 клетки бактерии Е.соly, которые предварительно выращивали на среде содержащей радиоактивную серу -S³⁵ и радиоактивный фосфор - P³². Фаговые частицы, выросшие в таких бактериях получили метку в ДНК за счет P³², который включался в остатки фосфорной кислоты, одновременно метились белки фага за счет включения в них “S³⁵”. Такие меченные частицы фагов были использованы для заражения чистых клеток бактерии. Было обнаружено, что в клетки бактерии проникали только молекулы ДНК. Белок, представленный оболочкой фага, оставался в виде “теней” на поверхности клетки. Было получено доказательство, что за инфекционность фага и за передачу всей его генетической информации ответственны молекулы ДНК.

В некоторых случаях частицы вируса состоят из белка и РНК. Это касается хорошо известного растительного вируса табачной мозаики. Частицы этого вируса были разделены на 1 молекулу белка и 1 РНК. Боле того, оказалось возможным соединить белок из частиц одного штамма с РНК др. штамма. Синтетические гибридные частицы несли белок от штамма А и РНК-штамма В и наоборот. После заражения такими вирусами листьев табака в них происходило размножение только РНК, а дочерние вирусные частицы несли белок, идентичный белку тех вирусов, от которых была взята РНК. Опыты подтвердили, что носителем наследственной информации и материальной природой гена являются ДНК и РНК.

Центровая теория гена.

Исходя из того, что гены программируют синтез специфических белков, которые являются главными составными частями клетки, ген может быть определен как отрезок молекулы ДНК, который содержит информацию необходимую для создания специфической последовательности аминокислот в полипептидной цепи. В этом случае ген выступает как кодирующая система. Он также способен к ауторепродукции и мутации. Принадлежность генов к одной серии множественных аллелей, каждый из которых возникает путем мутации в одном и том же локусе, доказывается генетическими опытами. Изучение аллелей помогло Т.Моргану создать основы теории гена. Согласно его теории: каждый ген представляет собой неразложимую корпоскулу наследственности- единицу функции, рекомбинации и мутации. Не проходящей заслугой Моргана является материализация понятия о гене, ибо он показал связь генов с определенным локусом хромосомы.

В наши дни проблема гена перешла на новый методологический и экспериментальный уровень. Главное состоит в том, что ген рассматривается ныне сам как система и как часть более сложной общей системы генотипа, участвующей в метаболизме клетки и организма.

Еще в 1928г. Н.П.Дубинин при изучении открытого им явления ступенчатого аллелизма у дрозофилы сформулировал идею о сложной структуре гена.

При исследовании мутаций scate и achaete у дрозафилы было показано, что их аллели частью совпадают по своим свойствам, а частью не совпадают. Это несовпадение доходит до того, что соединение двух аллелей в компаунде (генотип гетерозиготный по двум мутантным аллелям: безщетинковые- st и уменьшенные щетинки- ach) внешне приводило к потере аллелизма между двумя генами, которые безусловно при надлежали к одной и тот же серии аллелей. Анализ закономерностей мутагенеза и закономерности фенотипического проявления компуандов разных пар аллелей привел к созданию идеи дробимости гена на части и позволил линейно картировать части гена внутри общей системы гена в целом. Разработка идеи центровой теории гена привела к обоснованию трех следующих положений: 1. Ген дробим, он состоит из отдельных частей, расположенным в нем в линейном порядке, эти части могут независимо изменяться при мутациях. Т.О., ген не является единицей мутации. 2. Ген – не единица рекомбинации,ибо кроссинговер может происходить внутри сложного гена. 3. Ген- не единица функций, поскольку действие гена в целом обусловлено интеграцией функций его отдельных частей.

Важный шаг в анализе природы гена был сделан при изучении так называемого псевдоаллелизма, который во многом является дальнейшим развитием принципов, высказанных при исследовании ступенчатого аллелизма. Учение о псевдоаллелях было разработано Оливером, Грин, Люисом и др. Псевдоаллелями были названы гены, которые с одной стороны является истинным аллелями, а с другой стороны могут быть рекомбинированы при помощи кроссинговера. В наши дни существование псевдоаллелей показано у: дрозофилы, кукурузы, хлопчатника, нейроспоры аспергиллов, кишечной палочки, бактериофагов и др.

Одним из наиболее изученных случаев является псевдоаллелизм по гену lozenge (гладкие глаза, без фасеток) у дрозофилы, изученный Грином и Грин. Рекомбинационный анализ 18 аллелей гена “ lozenge “ показал, что здесь имеется три группы мутантов, которые рекомбинируются друг с другом. Эти мутации распадаются на три фенотипических класса по морфологическому и биохимическому эффекту. Однако представители этих классов встречаются в разных сублокусах: А, В и С. Разработка данных по псевдоаллелизму привела к постановке двух важнейших проблем в теории гена: ген оказался сложной системой как в отношении его функционирования, так и его мутабильности и способности к рекомбинации. Оказалось, что сложный ген имеет пространственную протяженность, ибо состоит из отдельных сублокусов.