Генетический контроль. Мужская стерильность растений.

В 30-х годах ХХ-го столетия М. Родсом в США и М.И. Хаджиновым в СССР был открыт материнский тип наследования стерильности пыльцы у кукурузы. При опылении кукурузы с ЦМС фертильной пыльцой нормальных растений получается потомство со стерильной пыльцой. Замена хромосом материнской линии на хромосомы отцовской линии путем возвратных скрещиваний не приводила к восстановлению фертильности. На основании результатов этих скрещиваний был сделан вывод, что ЦМС наследуется по материнскому типу.

Цитоплазматическая мужская стерильность известна более чем у 300 видов растений. Формирование фертильной пыльцы находится под контролем как ядерных, так и цитоплазматических генов. Стерильность пыльцы может быть вызвана как действием ядерных генов (генная мужская стерильность, ГМС), так и цитоплазматических генов, проявление которых находится под контролем ядерных генов (цитоплазматическая мужская стерильность, ЦМС).

За последние годы благодаря развитию методов молекулярной генетики выявлены гены, обусловливающие ЦМС. Установлено, что цитоплазматические гены стерильных цитоплазм плейотропны и влияют на такие признаки как продуктивность, мутабильность, партеногенез.

Как оказалось, многие митохондриальные гены ЦМС образовались в результате рекомбинации и состоят из частей различных генов. Так митохондриальный ген петунии pcf состоит из частей трех генов: atp9, сох 11, urfS. Предполагают, что гибридный белок, кодируемый геном pcf, включается в митохондриальные мембраны и вызывает нарушение в дыхательной цепи митохондрий. Однако в некоторых линиях петунии при наличии доминантного ядерного гена Rf— восстановителя фертильности происходит снижение количества транскриптов митохондриального гена pcf.

генетический контроль

Выяснена молекулярная природа стерильности типа petiotaris (PETI) у подсолнечника. Инсерция повторяющейся последовательности (265 п.н.) в ген atpA у этого растения приводит к образованию новой открытой рамки считывания (ori522), и как следствие - к трансляции ЦМС-специфического белка. Однако влияние ЦМС-обусловливающего митохондриального гена orf522 может быть подавлено ядерным геном - восстановителем фертильности.

Митохондриальные гены у растений и их экспрессия отличаются следующими особенностями:
1) в митохондриальных генах есть промоторные области;
2) экспрессия митохондриальных генов не требует кэпировании н и полиаденилирования;
3) созревание мтДНК заключается в следующих процессах: сплайсинге при наличии интронов в гене, формировании 5'- и З'-концов с образованием шпилек на 3'-конце; а также в редактировании транскриптов с преобразованием С -> U и U -> С (в результате редактирования транскриптов формируются правильные инициаторные и нонсенс-кодоны, одни смысловые кодоны превращаются вдругие).

Таким образом, для экспрессии митохондриальных генов растений характерны эукариотические черты.

МИТОХОНДРИАЛЬНЫЙ ГЕНОМ ДРОЖЖЕЙ

МтДНК дрожжей в несколько раз больше, чем у человека (80 т.п.н.). Карты митохондриального генома дрожжей и человека представлены на рисунке. Гены мтДНК дрожжей кодируют большую и малую рРН К, тРНК, субъединицы цитохром-с-оксидазы, 9-ю субъединицу АТРазы, цитохром b. В митохондриальном геноме дрожжей есть также гены устойчивости к антибиотикам.

Изучение молекулярной природы митохондриальных мутаций показало, что различные штаммы дрожжей отличаются по некодируюoим и кодирующим участкам генома. В отличие от мтДНК человека, в генах которой не выявлены интроны, в некоторых генах мтДНК дрожжей они имеются; среди таких генов: box — цитохрома b, 21S-pPHK, oxi 3 - 1-й субъединицы цитохромоксидазы I, Так при клонировании и секвенировании гена box выяснилось наличие в нем 6 экзонов и 5 интронов. При объединении первого и второго экзона и части второго интрона образуется мРНК, с которой транслируется фермент - РНК-матураза, предназначенный для удаления второго интрона при сплайсинге. В данном случае второй интрон является факультативным, поскольку он функционирует и как экзон.
Таким образом, фермент сплайсинга закодирован в самом гене box.

Кроме того, на этом объекте обнаружено ранее неизвестное явление — транспозиция интрона. При скрещивании штаммов дрожжей с разным типом спаривания (w+ с w-) происходит перенос интрона из гена 21S-pPHK родительского штамма w+ в ген 2IS-pPHK другого родительского штамма w-.

Причем интрон в гене 21S-pPHK функционирует как ген, кодирующий сайтспецифическую эндонуклеазу - фермент, необходимый для переноса интрона. Следствием этого события является превращение митохондрий штамма с типом спаривания иг в - w+.

- Читать далее "Геном митохондрий человека. Митохондриальный геном человека."

Оглавление темы "Онтогенез и генетика.":
1. Генетический контроль. Мужская стерильность растений.
2. Геном митохондрий человека. Митохондриальный геном человека.
3. Происхождение митохондрий. Откуда появились митохондрии?
4. Материнский эффект цитоплазмы. Влияние цитоплазмы на генетический материал.
5. Генетика и онтогенез. История изучения генетики и онтогенеза.
6. Этапы онтогенеза. Детерминация в онтогенезе.
7. Ооплазматическая сегрегация. Созревание ооцита.
8. Генетический контроль сегментации. Гены и процесс сегментации организма.
9. Гомеозис. Гомеозисные гены.
10. Гомеобоксы у человека. Наследственные болезни.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: