Головна
Cоціологія || Гуманітарні науки || Мистецтво та мистецтвознавство || Історія || Медицина || Науки про Землю || Політологія || Право || Психологія || Навчальний процес || Філософія || Езотерика || Екологія || Економіка || Мови та мовознавство
ГоловнаМедицина → генетика
««   ЗМІСТ   »»

ГЕНЕТИКА МІТОХОНДРІЙ

мітохондрії - це, подібно хлоропластам, самовоснроізводящіеся напівавтономні органели клітини, що містять кільцеві молекули ДНК з різною контурної довжиною. Вони забезпечують дихання клітин рослин, тварин і еукаріотичних мікроорганізмів. ДНК мітохондрій по нуклеотидному складу і внаслідок цього по щільності відрізняється від ДНК ядра (табл. 8.3). Мітохондрії мають власний апарат білкового синтезу, що відрізняється від цитоплазматичного і близьке до апарату білкового синтезу прокаріотів.

Таблиця 8.3

ДНК мітохондрій мікроорганізмів, рослинних і тваринних клітин

організм

Щільність ДНК, г / см!

ядро

мітохондрія

дріжджі - Sacch. cerevisiae

1,698

1,684

найпростіші:

Tetrahymena

1,685-1,692

1,684-1,686

Leishmania henrietti

1,721

1,699

Tripanosoma cruzi

1,710

1,699

слизовик Physarum polycephalum

1,700

1,686

тварини:

Жаба - Rana pipiens

1,702

1,702

короп - Cyprinus carpo

1,697

1,703

курячий ембріон

1,701

1,707

голуб - Calumba livia

1,700

1,707

качка - Anas domestica

1,700

1,711

Морська свинка - Cavia porcellus

1,700

1,702

печінка миші

1,701

1,701

печінка бика

1,703

1,703

Людина (лейкемичні лейкоцити)

1,695

1,705

водорості:

Chlorella

1,717

1,712

Euglena

1,707

1,690

Вищі рослини:

Pena - Brassica rapa

1,692

1,706

Цибуля- Allium сірка

1,698

1,706

Багатоклітинні еукаріоти незручні для вивчення генетики мітохондрій, оскільки їх клітини - облігатні аероби, які не можуть існувати при порушенні основної функції мітохондрій - дихання. У той же час дріжджі-сахароміцети є факультативними аеробами. При придушенні дихання вони можуть існувати за рахунок бродіння, використовуючи для цього глюкозу і деякі інші цукру в якості джерел вуглецю На неферментіруемих джерелах вуглецю наприклад на етанолі, гліцерині, лактату кальцію, за відсутності дихання дріжджі не ростуть.

Перші відомості про ознаки, контрольованих мітохондріями, були отримані у дріжджів Saccharomyces cerevisiae в кінці 1940-х рр. в лабораторії Б. Ефруссі. У цих грибів відомі мутантні форми, що утворюють на глюкозі дрібні колонії, так звані Pe / i'ie-мутанти, фенотип яких позначають Реєстр на відміну від дикого типу Реєстр. мутанти Реєстр не ростуть на неферментіруемих джерелах вуглецю, оскільки не здатні до дихання. Схрещуючи гаплоїдні клітини Реєстр х Реєстр, можна отримати гібриди дикого типу, здатні до дихання. Зошитовий аналіз таких гібридів (рис. 8.5) показує, що ознака Реєстр від незалежно отриманих мутантів успадковується по-різному. Одні гібриди показують нормальне розщеплення (2Реєстр : 2Реєстр), а інші не виявляють розщеплення в тетрадах (4Реєстр : 0Реєстр). Очевидно, в першому випадку нездатність до дихання визначається хромосомної мутацією, а в другому - нехромосом- ної, мабуть, цитоплазматичної. Ці два типи мутантів Реєстр були названі відповідно генеративних і вегетативними.

Нехромосомной природу вегетативних ЛгГ-мутаітов підтвердили і багаторазові зворотні схрещування сегрегантов Реєстр з батьком Реєстр. У всіх випадках ознака Реєстр в тетрадах не проявляє (рис. 8.5, б), в той час як по ядерних маркерами, введеним в схрещування, спостерігали регулярне розщеплення 2: 2. При схрещуванні вегетативних та генеративних мутантів Реєстр утворюються гібриди Реєстр, в тетрадах яких відбувається розщеплення 2Реєстр: 2Реєстр.

Зошитовий аналіз здатності до дихання у гібридів між гаплоїдії дикого типу

Мал. 8.5. Зошитовий аналіз здатності до дихання у гібридів між гаплоїдії дикого типу: а - генеративних (ядерними); б - вегетативними (неядерними) / 'ЕГ-мутантами

Вегетативні Pef-мутанти виникають спонтанно. Іноді вони складають до 1% культури. Їх поява стимулюють висока температура, акрифлавіну, бромистий етидій в однаковій мірі у гаплоидов і диплоидов. При пересіву ці мутанти ніколи не ревертіруют до фенотипу Pet+ на відміну від генеративних Pei. Зазначені впливу не індукують генеративних мутантів Pei. Все це змусило припустити, що вегетативні Pei - результат втрати якогось детермінанта, що знаходиться в цитоплазмі, можливо, мітохондрії. Відкриття мітохондріальної ДНК (мтДНК) дозволило перевірити це припущення.

Порівняння мтДНК з штамів дикого типу і з вегетативних мутантів Pei показало, що останні несуть делеции мтДНК різної протяжності аж до повної її втрати. Надалі в якості генотипичного символу позначення pet зберегли тільки для рецесивних алелей ядерних генів, яких тепер відомо понад 20. Мітохондріальні мутації стали позначати rh Пізніше мтДНК дріжджів була маркована мутаціями стійкості до ряду антибіотиків (еритроміцин, хлорам- фенікол), що пригнічують синтез білка у бактерій, а також стійкості до агентам, переважною дихання (олігоміцін).

При генетичному аналізі ознак, контрольованих мтДНК, виявився ряд особливостей поведінки мітохондріальних генів. При спарюванні гаплоїдних клітин, що розрізняються по аллелям будь-якого мітохондріального гена, утворюється популяція диплоидов, що складається з клітин, які отримали той чи інший аллель, причому в співвідношенні, характерному для схрещується штамів. Відсоток диплоидов, які отримали певний аллель, позначають як частоту трансмісії даного аллеля.

При дослідженні рекомбінації мітохондріальних геномів потрібно враховувати, що в зиготі створюється популяція молекул мтДНК, що вступають в багаторазові спарювання і обміни, аналогічно тому, що відомо про рекомбінації ДНК бактеріофагів. При перших діленнях зиготи ця популяція досить швидко розщеплюється, так що диплоїдні вегетативні клітини містять тільки один тип молекул мтДНК: один з батьківських чи рекомбінантний. При цьому для деяких маркерів спостерігається явище полярності рекомбінації, що виражається в тому, що порушується рівність реципрокних рекомбінантних класів.

Явища різної трансмісії і полярності рекомбінації маркерів ускладнюють кількісну оцінку частоти рекомбінації і картування генів. Ефективним способом побудови генетичної карти мітохондрій виявився метод, заснований на використанні г / го-мутацій, що представляють собою делеции. При цьому досліджують частоту спільної втрати або збереження досліджуваних маркерів у незалежно отриманих мутантів rho ~. Таким способом визначають чергування маркерів на карті. Крім того, існують набори штамів дріжджів гЬоГ з фізично охарактеризованими поділами мтДНК. Досліджувану мутацію і делецию об'єднують при схрещуванні і перевіряють, чи виникають з досліджуваного гену рекомбінанти дикого типу в постзіготічних мітозу. Відсутність рекомбинантов означає, що ділення захоплює досліджуваний ген.

Якщо є тестери з перекриваються поділами, захоплюючими як різні, так і однакові ділянки мтДНК, в сумі складають весь мітохондріальний геном, то в якісному тесті можна картировать будь-яку мутацію мтДНК (табл. 8.4). Карта мітохондріального геному має кільцеву форму (рис. 8.6).

Карта мітохондріальної групи зчеплення 8асск. сегечИае. Цифри зовнішнього кола маркують ділянки загальною шкали в 100 одиниць, яка відповідає 75 000 п. Н

Мал. 8.6. Карта мітохондріальної групи зчеплення 8асск. сегечИае. Цифри зовнішнього кола маркують ділянки загальною шкали в 100 одиниць, яка відповідає 75 000 п. Н.

Виділення і дослідження мтДНК дозволило вирішити ще одну загадку вегетативних Реєстр-мутантів, з якою зіткнулися Б. Ефруссі і його колеги (1955). При схрещуванні клітин деяких г /? про "-мутанта з клітинами дикого типу з різною частотою (до 99%) утворюються диплоидов, не здатні до дихання. Це властивість, назване супресією остю, стабільно наследовалось при вегетативному розмноженні і при схрещуванні.

Таблиця 8.4

Гени, картірованниє в мітохондріальної групі зчеплення у дріжджів

ген

контрольований ознака

СО

Фактор полярності рекомбінації

215

РНК великої субодиниці рибосом

cap

Стійкість до хлорамфеніколу

spi

Стійкість до спіроміціну

ery

Стійкість до еритроміцину

15 S

РНК малої субодиниці рибосом

tRNA

тРНК

25 генів:

cob

Апоцітохром Ь

oxil

субодиниці

axil

Цитохром-с-

oxB

оксидази

olil

Субодиниці АТФази,

oia J

мутації стійкості до олігоміціну

aap 1

субодиниця АТФази

vari

Білок малої субчастіци рибосом

У зигот дріжджів можна індукувати мейоз (що досягається простим перенесенням їх на середу з ацетатом калію або натрію) відразу після їх утворення від схрещування клітин супресивний л7го'-мутантів і клітин дикого типу. В цьому випадку мейоз відбувається нормально і можливий зошита аналіз (рис. 8.7), хоча після вегетативного брунькування зигот і освіти диплоїдних клітин останні в 99% випадків мають фенотип Pei і вже не здатні до мейозу і спорообразованію.

Зошитовий аналіз Супресивна показує відсутність розщеплення в переважній більшості тетрад (0Pei *: 4. Реєстр). Виявилося, що у високосупрессівних мутантів зберігається невелика ділянка мтДНК з точкою початку реплікації. Такі міні-кільця реплицируются швидше нормальної мтДНК і швидко витісняють її при вегетативному діленні клітин. Так звані нейтральні гАо'-мутанти, що не володіють властивістю Супресивна, взагалі не містять мтДНК. Це ДАТ-мутанти.

Генетика мітохондрій найкраще розроблена для дрожжей- сахароміцетів, однак ряд прикладів мітохондріального успадкування отримано і у інших об'єктів.

У Neurospora crassa мутація року (Убогий, кволий) призводить до зміни морфології мітохондрій, порушення в них білкового синтезу, відсутності деяких мітохондріальних ферментів. Зовні це виражається в повільному зростанні штаму. Ознака успадковується по материнській лінії. Це можна встановити завдяки доступності реципрокних схрещувань у нейроспори. Роль чоловічих гамет, практично не вносять цитоплазму при заплідненні, грають мікроконідії. мутація року", Мабуть, результат зміни мітохондріального геному.

Спадкування ознаки Pet 'у дріжджів Saccli. cerevisiae в скрешіваніі rho ~ х rho *

Мал. 8.7. спадкування ознаки Pet ' у дріжджів Saccli. cerevisiae в скрешіваніі rho ~ х rho *: а - нейтральний; б - супресивний

У іншого аськоміцетов - Podospora атеппа (життєвий цикл Р. атеппа і N. сгм5а подібний) - добре відомий ознака «Старіння міцелію», т. е. поступове зниження життєздатності при безперервному вирощуванні. Тривалість життя різних штамів варіює від 9 до 106 днів.

Старіння успадковується по материнській лінії. Його визначає інфекційне початок, як показали досліди по зараженню нормального міцелію в результаті його злиття з старіючої гифой (рис. 8.8). Показаний фенотип культур, отриманих з фрагментів: а - відсутність зростання, Ь - зростання тільки в мікрокраплі, з - зростання менше 2 см, а? - зростання до 2-4 см, в - зростання до 4-6 см, / - зростання до 6-8 см, g- зростання до 10-20 см, А - нормальна тривалість життя.

Вивчення зараження нормального міцелію при злитті його з старіючої гифой (чорна) Ройозрога апзеппа

Мал. 8.8. Вивчення зараження нормального міцелію при злитті його з старіючої гифой (чорна) Ройозрога апзеппа: а - стан міцелію безпосередньо після злиття; б-стан міцелію через 12 год, коли його розділили на фрагменти (показано стрілками)

Прискорене старіння спостерігали в ділянках міцелію, безпосередньо прилеглих до точки анастомозу. У міру віддалення від неї вираженість ознаки слабшала. старіння гіф Р. апеегта обумовлено поширенням плазміди, инфицирующей мітохондрії.

  1. Гнійна хірургічна інфекція, гнійна хірургічна інфекція - факультетська хірургія
    Після вивчення глави студент повинен: знати основні причини та патогенез розвитку септичного стану; відмінності між системним запальним синдромом і сепсисом; вміти попереджати системну відповідь на запалення; володіти методами діагностики гнійної хірургічної інфекції і сепсису. Гнійна хірургічна
  2. Глюкагон - біохімія
    Глюкагон синтезується в а-клітинах острівців підшлункової залози. Це пептидний гормон, що складається з 29 амінокислотних залишків з молекулярною масою 3,5 kDa. Нижче наведена амінокислотна послідовність глюкагону людини: Біосинтез. Глкжагон, подібно до багатьох біологічно активних пептидів,
  3. Гліцин - нервова система: анатомія, фізіологія, Нейрофармакологія
    гліцин - харчова амінокислота, яка є гальмівним медіатором, головним чином, в СМ і в стовбурі ГМ. Гліцин дуже важливий для забезпечення рефлекторної діяльності СМ і рухових ядер черепних нервів, забезпечуючи своєчасне гальмування мотонейронів через вставні гальмівні нейрони, звані клітинами
  4. Гліколіпіди (глікосфінголіпиди) - біохімія
    Ліпіди цього класу, подібно сфінгоміеліна, є похідними церамидов, спиртова група яких глікозильованого залишками одного або декількох вуглеводів. Залежно від складу вуглеводного компонента їх ділять на цереброзидів і гангліозиди. Цереброзіли. Це церамідомоносахаріди, до них відносяться галактозіл-
  5. Гіпотеза функціонального континууму регуляторних пептидів - фізіологія людини і тварин
    Багаторічні дослідження різноманітних взаємозв'язків між регуляторними пептидами (РП) різних сімейств дозволили академіку Ігорю Петровичу Ашмаріна сформулювати гіпотезу функціонального континууму РП. Відповідно до гіпотези, з одного боку, кожен з пептидів володіє унікальними властивостями,
  6. Гіпокамп - нейрофізіологія
    Гіпокамп отримує основні сигнали від енторінальной кори, а також від зорової, нюхової і слухової систем. Найбільшою провідною системою гіпокампу є звід, який пов'язує його з гіпоталамусом. Крім того, гіпокамп обох півкуль пов'язані між собою коміссуру. Найважливіша функція гіпокампу - участь
  7. Гігантські (полігенні) хромосоми - генетика в 2 Ч. Частина 1
    У клітинах деяких диференційованих органів двокрилих знаходяться так звані гігантські хромосоми. Вперше ці хромосоми в 1881 р описав Е. Бальбіані в клітинах слинних залоз мотиля ( Chironomus ). Надалі такі гігантські хромосоми були виявлені у личинок двокрилих в ядрах клітин кишечника, мальпігієвих
  8. Генна інженерія. Успіхи і проблеми - біохімія частина 2.
    Ви познайомилися з основними прийомами і способами модифікації генома мікробних, рослинних і тваринних клітин. Для біотехнології велике значення представляє створення суперпродуцентов на основі мікробних і рослинних клітин, здатних синтезувати будь-які білкові речовини, що мають практичне
© 2014-2021  ibib.ltd.ua