Мутации и рекомбинации: истоник изменчивости генома
В данном разделе представлены сведения о различных классификациях перестроек генома ; молекулярные механизмы мутационных и рекомбинационных событий и их связь с нуклеотидной последовательностью; сведения о теоретических подходах к анализу мутаций и рекомбинаций; данные о влиянии отбора на фиксацию мутаций в составе определенного полинуклеотидного контекста . Особое внимание уделено литературным данным о влиянии полинуклеотидного контекста на возникновение мутаций и рекомбинаций и теоретических методах исследования закономерностей этого влияния.
Геном организма может модифицироваться посредством точковых мутаций , таких как замена оснований или сдвиг рамки считывания [ Drake, J.W. and R.H. Baltz 1976 ], или посредством больших изменений в ДНК, например, делеций , вставок , транслокаций , или дупликаций .
Частота событий, относящихся к точковым мутациям различна. Спонтанные делеции в trp или lac оперонах Escherichia coli происходят c частотами от 10-7 до 10-2 и составляют около 10% всех мутаций, появляющихся в этих оперонах [ Farabaugh, P.J. et al. 1978 , Franklin, N. 1967 , ]. У Salmonella tuphimurium делеции в cysC гене также частое явление, причем они представляют 30% от всех Cys мутаций [ Demerec, M. 1960 ]. В бактериофаге P1 E.coli делеции и вставки также составляют большинство (70%) от спонтанных мутаций [ Arber,W. et al. 1980 , Arber,W. et al. 1978 ,].
Дупликации в E.coli наблюдаются с частотой порядка 10-4. Наивысшая частота спонтанных изменений генома наблюдалась у стрептомицетов, где делеции, инактивирующие ген mel, были обнаружены в 1-30% колоний. Это говорит о том, что такой путь может являться основным для изменчивости генома.
Изменчивость генома - необходимое условие эволюции. Дупликации поставляют дополнительные копии генов, которые могут накапливать мутации и таким образом развиваться [ Anserson, P. and J. Roth 1977 ].
Транслокации и делеции изменяют окружение гена и могут таким образом содействовать его вовлечению в новые контролирующие взаимодействия. Вставки чужеродного материала в геном облегчают горизонтальный перенос генов и, следовательно, убирают необходимость похожим функциям разных организмов развиваться независимо [ Arber,W. 1984 , Campbell, A. 1979 ].
Изучение изменчивости генома также важно в медицинских исследованиях. Она часто сопровождает или даже вызывает раковые опухоли [ Cairns, J. 1981 , Croce, C.M. 1987 , ] и некоторые наследственные заболевания, такие как мышечная дистрофия Duchenne и Becker. Наличие мозаицизма зародышевых клеток, найденного как у мужчин так и у женщин, здоровых носителей мышечной дистрофии Duchenne [ Bakker, E. et al. 1987 , Darras, B.T. and U. Francke 1987 ], позволяет предположить, что делеции чаще образуются в течение эмбрионального развития. Наконец, изменчивость генома важна в биотехнологии, так как геномы, сконструированные in vitro часто оказываются нестабильными [ Ehrlich, S.D. et al. 1986].
Высокая частота, необходимость и вездесущность геномной изменчивости оправдывает интерес к механизмам, которые лежат в ее основе.
Изменения в геноме могут происходить в результате "законных" рекомбинаций между длинными гомологичными последовательностями [ Anserson, P. and J. Roth 1981 , Anserson, P. and J. Roth 1977 ], передвижений специализированных элементов ( инсерционные последовательности , транспозоны , фаги ), вследствие функций, рекомбинирующих ДНК по "заданной программе" (например, инверсия ДНК [ Borst, P. and D.R.Greaves. 1987 ]), а также в результате "незаконных" рекомбинаций между последовательностями с небольшими участками гомологии или не имеющими гомологии вообще. В данном обзоре рассматриваются механизмы незаконной рекомбинации, связанные с транспозицией, интеграцией фагов и "запрограммированной" изменчивостью. Незаконная рекомбинация играет главную роль в геномной изменчивости, так как она охватывает все участки генома, в то время, как другие вышеупомянутые процессы затрагивают только определенные участки, содержащие длинные гомологичные последовательности, или концевые участки специальных элементов.
