Мейотические мутации, влияющие на кроссинговер
Мейотическими мутациями (мей-мутациями) будем называть мутации, изменяющие нормальный ход мейоза . Сегодня известно очень большое число мей-мутаций, которые влияют на синапсис , кроссинговер и сегрегацию хромосом ( Голубовская, 1975 ; Carpenter, 1984 ). Мы ограничимся рассмотрением мей-мутаций, влияющих на кроссинговер.
Одним из главных критериев, используемых для идентификации мей-мутаций, служит сниженная фертильность мутантных особей. Этот критерий широко используется для обнаружения мей-мутаций у грибов и высших растений. Мей-мутации, снижающие фертильность, можно сохра- нять посредством амейотического размножения или, в случае рецес- сивных мутаций, поддерживая их в гетерозиготном состоянии.
Используя в качестве критерия сниженную фертильность, невозможно обнаружить все мейотические мутации, поскольку некоторые из них хотя и изменяют специфические мейотические события, тем не менее, не приводят к стерильности или сниженной фертильности. В этом случае используется непосредственный анализ специфических мейотических событий, таких как синапсис, конверсия , аномальная сегрегация гомологов или кроссинговер.
В качестве диагностического признака для выявления мей-мутаций можно использовать и биохимические характеристики, например, активность ферментов,обеспечивающих метаболизм ДНК. При поиске мей- мутаций используются также немейотические признаки, такие как повы- шенная чувствительность к мутагенам, высокий уровень митотической рекомбинации или другие нарушения митоза. Использование немейоти- ческих признаков возможно благодаря значительному перекрыванию между ферментативными системами мейоза, митоза и репарационной системой.
Все мейотические мутации принято разделять на мутации, которые влияют на условия кроссинговера, и мутации,влияющие непосредственно на кроссоверный обмен. В первом случае - влияние на условие кроссинговера - у мутантной особи изменяется не только частота рекомбинации, но и распределение обменов по геному. Во втором случае изменяется только частота кроссоверных обменов, а их распределение остается прежним. Примером такой мутации может служить мутация "мей-9". Эта мутация в гомозиготном состоянии приводит к снижению уровня мейотического кроссинговера до 8% по сравнению с контролем, при этом характер распределения кроссоверных обменов по геному не меняется ( Carpenter, 1984 ). Большая часть мей- мутаций дрозофилы (примерно 7/8) относится к первой группе - мутаций, влияющих на условия кроссинговера. Эти мутации, как правило, рецессивны и в гомозиготном состоянии приводят к более равномерному распределению обменов по хромосоме.
У дрозофилы идентифицировано более 30-ти мейотических мутаций. Большая часть этих мутаций изменяет частоту мейотического кроссинговера.
У нейроспоры и пекарских дрожжей обнаружены мутации,изменяющие уровень внутригенной рекомбинации . Известна мутация, приводящая к увеличению внутригенной рекомбинации в локусе his-1 более чем на порядок ( Baker et al.,1976 ). Эта мутация не сцеплена с his-1 и локусспецифична, поскольку не измененяет уровень внутригенной рекомбинации в 19-ти других локусах той же хромосомы.
Под действием мей-мутаций кроссинговер, как правило, сильнее снижается в дистальных районах хромосом по сравнению с проксималь- ными. Интересно, что аналогичные изменения в распределении обменов обнаруживаются и при влиянии внешних рекомбиногенных факторов ( Stamberg, Simchen; 1970 ).
Большая часть известных мейотических мутаций приводит к супре- ссии кроссинговера. Один из немногих примеров усилителя кроссинго- вера - мутация Rec1 нематоды - Coenorhalbitis elegans ( Ratrray, Rose; 1988 ). Эта мутация в несколько раз увеличивает частоту крос- синговера во всех группах сцепления . При этом возрастает уровень генетической конверсии и частота нерасхождений половых хромосом. Авторы полагают, что Rec1 представляет собой дефект репрессора кроссинговера .
В исследованиях на петунии, кроме большого числа полигенов , локализованных на разных хромосомах, обнаружен доминантный ген Rm1, расположенный на второй хромосоме и приводящий к сильному возрастанию частоты кроссинговера во многих сегментах кариотипа ( Cornu et al.,1989 ).
Итак, кроме популяционного полиморфизма по уровню кроссинговера, имеющего полигенную природу и обеспечивающего наследственную изменчивость, существует также изменчивость, обусловленная действием мейотических мутаций с сильными рекомбинационными эффектами. Дикие популяции, вероятно, насыщены рецессивными мей-мутациями. По данным Соснихиной С.П. (устное сообщение), около 40% растений кукурузы в природной популяции гетерозиготны по одной или нескольким мей-мутациям.
