Мобильные элементы ДНК
Иногда зерна в початках кукурузы имеют необычную пигментацию: белые полосы на красном фоне. Это говорит о том, что при формировании зерновки с высокой частотой происходят мутации. У львиного зева красные цветки, но иногда потомство случайно мутировавших клеток не имеет красной окраски, что также приводит к появлению белых полос и штрихов на лепестках. В других случаях дефектные клетки могут снова возвращать себе способность синтезировать красный пигмент, и развиваются белые цветки с красными полосами.
Барбара МакКлинток (США) много лет занималась этим явлением на кукурузе, используя методы классической генетики. Она обнаружила в геноме кукурузы мобильные элементы ДНК, которые могут «перепрыгивать» в структурный ген и инактивировать его. Чаще всего этот мобильный элемент не остается здесь постоянно, но рано или поздно перемещается в другой ген. При этом функция первого гена в большинстве случаев восстанавливается. За эти важные открытия Барбара МакКлинток получила в 1983 г. Нобелевскую премию в области медицины. Позже стало ясно, что мобильные элементы, которые получили название транспозонов, свойственны не только растениям. Они были также обнаружены у бактерий, грибов и животных.
На рисунке 20.18 показана структура транспозона Ас (автономного элемента) из кукурузы, состоящего из двунитевой ДНК с 4600 п.о. Оба конца содержат длинные инвертированные повторяющиеся последовательности из 15 п.о. (IRA, IRB). Внутри транспозона находится структурный ген, кодирующий транспозазу, фермент, который катализирует перенос мобильного элемента. Этот фермент связывается с фланкирующими инвертированными повторами и катализирует перенос транспозона в другое место. Может случиться так, что вырезание транспозона окажется неточным, и оставшийся ген будет иметь измененную последовательность, что приведет к длительно сохраняющейся мутации.
В кукурузе помимо транспозона Ас (автономного) найден также транспозон Ds (неавтономный), в котором поврежден ген транспо-зазы. Такой транспозон может перемещаться только в присутствии транспозона Ас, который кодирует необходимую для перемещения транспозазу.
Транспозон, таким образом, может быть охарактеризован как автономная единица, кодирующая белки, необходимые ей для перемещения. Существуют несколько противоположных мнений об их происхождении и функциях. Большинство рассматривают транспозоны как вид паразитической ДНК, сходной с вирусами, который использует клетку для собственного размножения. Другая точка зрения предполагает, что транспозон дает клетке преимущества при естественном отборе, способствуя возрастанию количества мутаций. Это увеличивает адаптивные возможности для приспособления к изменяющимся условиям окружающей среды.
Транспозоны представляют особый интерес для биотехнологов, поскольку могут быть использованы для идентификации генов. Как уже обсуждалось, вставка транспозона в структурный ген приводит к потере его функции. Например, вставка транспозона в ген синтеза
Рис. 20.18. Транспозон характеризуется наличием инвертированных повторов по обоим концам. В его состав входит структурный ген транспозазы. Когда транспозон вырезается из хромосомы, два инвертированных повтора связываются друг с другом, а образовавшийся разрыв в хромосоме восстанавливается. Тем же способом транспозон встраивается в хромосому в другом месте антоцианов у львиного зева приводит к выключению синтеза красного пигмента. Транспозон, который привел к нарушению этого гена, может быть использован как ДНК-маркер, позволяющий выделить и охарактеризовать один из генов биосинтеза антоцианов. Похожие методики описаны в разделе 22.1.
