Делеции и повторы ДНК
Делеции , возникающие в результате рекомбинации между короткими гомологичными последовательностями , были обнаружены в различных генетических элементах (больших и маленьких плазмидах , фагах и хромосомах ) и бактериях. Впервые они были описаны Miller и соавторами, которые изучали делеции, возникающие спонтанно в гене E.coli lacI, который находился в плазмиде F' [ Farabauch, 1978 ]. Около половины (7/12) этих делеций были получены рекомбинацией между прямыми повторами длиной 5-8 н.п. Необходимость коротких повторов в формировании делеций была более ясно продемонстрировано при последующем изучении делеций длиной 700-1000 н.п. [Albertini, 1982]. Анализ последовательностей показал, что 23 из 24 делеций были получены рекомбинацией между повторами длиной 4-17 н.п. Повторы были либо строго гомологичны, либо различались в одном-двух основаниях. Генетическое картирование более чем 250 делеций вместе с анализом последовательностей показало, что большинство делеций (~60%) использует более длинные повторы (17 н.п.), составленые из трех совпадающих сегментов длиной 6, 3 и 5 н.п., разделенных одним и двумя несовпадающими основаниями, соответственно. Одна точковая мутация внутри 6-н.п. сегмента и другая внутри 3-н.п. сегмента, уменьшающие общую гомологию с 14 до 13 из 17н.п. понижали частоту рекомбинаций в ~10 раз, в то время как точковая мутация в 2-нуклеотидном участке несовпадения, не изменяющая степень гомологии, не влияла на частоту рекомбинаций. В похожем исследовании, 15 из 22 делеций, выделенных в lacI гене, возникли между короткими пов- торами 3-9 н.п. Это показывает, что короткие гомологичные повторы играют важную роль в формировании делеций в большой плазмиде E.coli.
В небольших плазмидах E.coli рекомбинация между короткими прямыми повторами впервые была установлена внутри производной от инсерционной последовательности IS2, названой IS2-6, которую несет плазмида pSC101 [Ghosal, 1979]. IS2-6, сгенерированая путем комплексных изменений, несет вставку из 108 н.п. [Ghosal, 1978]. Вставка была нестабильна и сначала потеряла 54 н.п. при рекомбинации между 9-н.п. повторами, а затем, оставшиеся 54 н.п. при рекомбинации между другими 9-н.п. повторами. Делеции между короткими повторами также происходили в родственных pSC101 плазмидах, несущих клонированый сегмент хромосомы E.coli. Сегмент содержал гены gal, chlD и pgL и инсерционную последовательность IS1 в контролирующем районе gal оперона. Производные делеций, утерявшие ген chlD и IS1 были четырех типов. Два наиболее частых типа использовали прямые повторы длиной 5 и 9 н.п.; оставшиеся два типа не использовали прямые повторы. В другой небольшой плазмиде E.coli, pBR322, в трех случаях делеции, восстанавливающие работоспособность беспромоторного гена Tc путем вплавления его в промотор, использовали повторы длиной 7, 8 или 11 н.п., а в четвертом случае, делеция возникала в результате кросовера внутри прямого повтора, имеющего 3 из 4 общих н.п. [Jones, 1982]. Также наблюдалась рекомбинация между прямыми повторами в pBR322, совпадающими в 21 из 22 позиций [Kollek, 1980].
Также были проанализированы некоторые делеции в небольших плазмидах G -бактерий. Сильные промоторы , ассоциированые с генами malM и malX S.pneumoniae [Lopez, 1984] или с геном blaZ S.aureus не могли быть стабильно внедрены в B.subtilis и были утеряны в результате делеции. Пять из девяти секвенированых производных делеций mal использовали направленые повторы от 3 до 13 н.п. [Lopez, 1984], и одна секвенированая производная blaZ использовала 15/16 н.п. прямые повторы. Делеционное событие вплавляет слабо экспрессированый Cm ген, несомый плазмидой [Ballester, 1986], в сильный промотор в S.pneumoniae, используя 6- или 9-н.п. прямые повторы. Один из 6-н.п. повторов содержал nick-сайт внутри начала репликации плазмиды, что указывает на то, что делеция была опосредована белком rep. Напротив, неизвестно, чтобы 9-н.п. повторы являлись субстратами для сайт-специфических ферментативных систем.
Три спонтанных делеции в бактериофаге T7 E.coli использовали 7-, 8- и 10-н.п. повторы. Генетическое картирование и рестрикционный анализ показали, что семь оставшихся делеций могут также вовлекать повторы. Комбинация генетического картирования и анализа последовательностей показала, что три делеции, возникающие в районе rII бактериофага T4 использовали прямые повторы длиной 9, 10 и 11 н.п. Две делеции в гене lysozym фага T4 использовали 8-н.п. повторы.
Рекомбинация между короткими прямыми повторами также является основной причиной делеций в хромосоме E.coli. Сплавка генов lacI и lacZ использовала 9/11-н.п. повтор [Brake, 1978]. Формация фага l plac5 использует 1/7/19 н.п. в l и 17/21 н.п. повторы в lacY. Четыре из семи UV-индуцированых делеций терминатора trp-оперона использовали повторы длиной от 3 до 7 н.п. [300]. На- конец, две азакинакрин-индуцированые делеции в тРНК su3 гене использовали 11/13-н.п. повторы.
