Tikhodeev_kirpich


Направления современной генетики растений:
Изучение трёх автономных генетических систем растения.
Генетические механизмы дифференцировки при условии тотипотентности большинства дифференцированных клеток.
Прикладные аспекты.
2 лекция
Транспозоны – генетические элементы, способные перемещаться по геному за счет мех-в отличных от общего кроссинговера и сайт-специф рекомбинации.
Несколько классов.
1 перемещается ща счет мех-в непосредственной связи с существованием РНК посредника
Транспозон-->транскрипт--> Обратный транскрипт
Ретротранспозоны
Репликативная транспозиция. Исходная копия остается в геноме, подразумевает постепенное увеличение копийности данного транспозона в геноме. Крупные ген. Элементы.
Лонг терминал репитс – LTRы. Сотни-тысячи пн. Между ними ОРС. pol polyprotein закодированы сплошником несколько белков, которые синтезируются как один большой белок, а потом автокаталитически разрезается. Каждый домен обладает своей активностью.
Состав анутренних доменов очень консервативен. 4 элемента.(1 ген-куча белков)
Gag-DNAbinding protein – воспроизв, транспозона. Prot-ПК, RT(+ ф-ия РНКазы H), ENDO – эндонуклеаза встраивается в геном новых копий ретротранспозона( чаще оказывается в той же хромосоме).
Появились 74 еще до разделения на основные царства существ семейства ретротранспозоны. В другом семействе 2 пос домена поменяны местами. Расхождение произошло насстолько давно, что если взять домен ENDO или RT можно будет понять, к какомусемейству принадлежат ретротранспозоны.
Ty3/gypsy – самый распрастраненный ретротранспозон у S/ Cerevisiae,
Ty1 – второй по распрастраненности
Ty/copta – у D. melanogaster, растений.
Ретротранспозоны – LTR содржащие и несодержащие--> SINE LINE
RT может садиться на самую разную РНК – и может в процесссе обратной транскрипции либо захватить ЛТР, либо нет. Тогда дочерний транскрипт, соответственно ЛТР содержащий или несодержащий.
LINE - long intersperced elements – транспозиция внутри районов ретротранспозонов(может только Endo или только Prot)
SINE - short intersperced elements – любые ретротрансп. если субстратом для RT являлась любая РНК-псевдогены(без промоторов).
Программа Encode/программа геном человека показала ~23000 генов h. Sap
Выявление всех функционально значимых – экспрессируемых участков генома. Транскрибируемых последовательностей – ГИГАНСКОЕ количество у человека. Но изначально в качестве объектов для исследований использовались опухолевые гены, а там транскриировалось все, что ни попадя.
Одним из оценки целостности генома – полуспецифичная посадка ДНК полимераз и пробегание по геному.
Транскрипт может ничего не кодировать – это может быть проверкой на целостность генома самой клетки.
Если RT садится на какой-то транскрипт, счит. С какого-то белок-кодир. Гена(иРНК)--> SINE.
В нем не будет интронов, в нем будет след polyA тракта
2. Перемещающиеся без РНК последовательности – ДНК транспозоны.
Достаточно короткие инв повторы+1-2 ОРС Tnp. Перемещение механизмом вырезать-вставить, как правил, копийность в геноме не увеличивается.
Есть закономерности перемещения.
Принцип внедрения: мол система может обеспечивать раскрытия сайта мишени строго фиксированного размера: внедрение соповождается прямой дупликацией сайта мишени
Вырезание может идти по-разному. Анализируя результаты феноменологии ухода можно строить гипотезы механизмов:
При уходе ДНК транспозона первым событием является нанесение 4 однонитевых разрывов по границам сайта дупликации мишени. Это держится вместе.
Расплеттание 2нДНК, 1н фрагменты отходят и деградируют, подвергатся эндонуклеазной атаке.
Происходит доп дупликация ДНК со сменой матрицы
Транспозон уходит, страются левый и правый измененные последовательности: правый – отрезали 1 нукл, левый – надгрызли и надстроили
Стыковка правого и левого и их досинтез: возможны 2 варианта нуклеотидов, последн которые остаются после ухода транспозона. После ухода транспозона остается конструкция, которая отличается от той, что была до его встраивания – след ДНК транспозона(их 2 вар)
2 механизм по ходу.
образуются 1н разрывы по краям Тн со сдвигом на 1пн
ТН сразу уходит
Зашивание 2 цепей ДНК - ковалентное замыкание друг на друга. Возникают 2 петли которые дальше режутся по мажорным и минорным точкам(реже). Неравные концы. Отрезание лишнего и стыковка.
Те же 2 следа 1 и того же ДНК транспозона. Чаще всего след транспозона отличается от исходного сайта мишени на 3,6 или 9 пн.
Фенотип – выглядит как мутация, полностью инактивирующая данный ген.
Уход транспозона.
Из промоторной области – почти всегда восстанавливается область промотора и его работа.
Из ОРС – различия кратны 3: появление в белке 1,2 или 3 ак внутри белка. Если не затрагивает ключевые АК, то воспринимается как реверсия –это не истинная реверсия.
Автономность ДНК транспозонов.
Берем ген. моб эл и пересаживаем его в геном, где его не было – начинает сам по нему мигрировать.
Необходимы для автономости: Правильные инвертированные повторы(принаруении – не может в бег), для животных – нужны 1нуклеотидные различия по инв повт. ЕСЛИ убрать – миграция полностью подавляется.
Есть не только инврт повторы. Есть субконцевые – если не полностью удалить – миграция полностью прекратится. Если изменить число – изменится частота.
Транспозаза – нет нуклеазной активности.(рекомбиназная – не нуклеазная) Она садится на субтерминальные повторы, потом они димеризуются с транспозазой на другом конце. Образуется шпилька. Сайты мишни атакуются чем-то хозяйским. Транспозаза нужна для автономности . Четвертичная структура ДНК создает обстановку пригодную для хоз. ферментов.
Мигрирующие генетические элементы(ДНКтранспозоны) –
Автономные ДНК транспозоны
ДНК транспозоны с нарушением концевого повтора, хотя транспозаза есть. Он не способен мигрировать. Дефектен
Концы нормальные, а норм транспозазы нет. Сам мигрировать не может, но коли есть в геноме функциональная – уйдет. Неавтономен.
ДНК транспозоны растений. Как у 1доль, так и у 2доль.
Некоторые ведут себя странно – ДНК транспозон кукурузы, MuDR??
Длинные инвертированные повторы, несколько сот пн
Увеличивают свою копийность внутри генома во время миграции. Показано, что обязательным моментом предшествующим транспозиции является репликация. В норме уходит только 1 копия и строго определенная.
Мобильность ДНКтр зависит от степени метилированности ДНК. ДНК слабо мет Транспозаза присоед. Сильно – плохо. Если совсем неметилирована – то уходит.
Метилированы после репликации разные цепи.
Уход MuDR
Сопровождается долго незашиваемой брешью, клетка воспринимает это как классический 2цепочечный разрыв. Рекомбинационная репарация. Транспозон восстановится в старом месте.
Нерепликативный механизм с увеличением копийности.
Дупликативная транспозиция.
Барбара Мак Клинток работала с системой транспозонов. Ac/Ds – активатор-диссоциатор.
Обнаружила нестабильных мутантов кукурузы: изменяющие пигментацию зерновки кукурузы.
Желтые с красными пятнами – активно евертируют.
F: красные с новой реверт мутацией. Интенссивный мутагенный эффект с частыми реверсиями.
Диссоциатор – как мут аллель какого-то гена в основном – менделевское наследование.
В каких-то скрещиваниях начиналось ревертирование, в этом же месте генома при цитогген анализе наблюдались нарушения митоза и мейоза: разрывы и мосты.
Это случалось при попадании в геном активатора.
Активатор – полноценная копия транспозона. Диссоциатор – неавтономная копия транспозона. Если в геноме появляется копия активная – становится мобильным.
Копий этих транспозонов было в геноме оч много. В 1 месте может сидеть неск копий. Для сближения могут использовать любые повторы.
Сближение прямых повторов – соединение вместе в этом районе гомологичных хромосом--> мосты и разрывы.
ДНК транспозонов оч много у растений, но автономных не так много – для кукурузы около 10 разных семейств, у львиного зева примерно 7-8 активных семейсств, у гороха) у остальных растений только неперемещ, хотя внешне пригодны для перемещения.
Почему?
Роль метилирования ДНК в перемещении – пригодны – только жестко заметелированные. Есть системы метилирования транспозонов.
Ретротранспозоны безумно распрастранены у растений, по копийности около 10000. Некоторые – ЛТР несодержащие, около 100 на геном. Автономных известно 2. Tlo1 – перемещается in vivo. Tnt1 транспозон никотиана табакум. – перемещается только в культуре тканей.
Причины молчания ретротранспозонов:
При анализе РТн –оч хорошо описана у сахаромицетов –как Ту1 и Ту3 в ОРС pol еще до участка домена RT находится либо нонсенс кодон либо сдвиг рамки. RT синтезироваться не олжна, но тем не менее иногда мигрируют с высокой частотой при различных стрессовых воздействиях – высока частота трансляционных ошибок.
МИРОВЫЕ КОНЦЕПТЫ НАШЕЙ КАФЕДРЫ:
Физиологическая теория мутагенеза – (М. Лобашов) – частота возник мутации зависит от генотипа.
Принцип поливариантности матричных процессов – С. Г. Инге-Вечтомов. На основе конвариантности редупликации Тимофеева-Ресовского. Возможность и неизбежность ошибок при дупликации – основа эволюционного процесса.
В Европе – альтернативная экспресия генов. Это все частное следствие.
Физики живых систем – многоуровневость, иерархическое соподчинение разных уровней, наличие многочисл обр связей, эти связи нелинейны, наличие этапов развития где система приходит в неустойчивое состояние из которого выходов 2 или более – следовательно система принципиально непредсказуемы, поддаются только статистическому описанию.
Коддингтон: «естьнечто детерминированное - генетика, есть нечто заново образованное – эпигенетика». Рассматривал генеьтку, как элемент преформизма.
Новообразование – эпи – на отсутствии жесткой детерминации.
Поливариантный матр проц – следствие сложных систем. Это концептуально новый взгляд на факторы опред фенотип --> генотип, окр среда, стадия онтогенез, мол стахастика, неполн пенетрантность, варьир экспрессивность.
Сложная система которая принципиально непредсказуема
Фенотип описывается только статистически.
Мод изм – влияние среды, которое определяет четко предсказ эффект(если не кормить – сдохнет)
Человек под солнцем – сгорит/загорит
Уф на дрожжи – повышение мутагенеза, но какие и где – предсказать импоссибуру. Полифункции.
Идеалогия экологической генетики.
Онтоп: сдвиг ОРС обратной транскриптазы – регулируемый роцесс. Стрессовая ситуация: а вдруг новые изменения адаптивны?
Спотоб выхода из сложных ситуаций: повшение неоднозначности транслокаций, повышение синтеза RT, повышенная миграция РТн.
У растений при больших ЛТР у РТн – ода из pol прервана как минимум 1 нонсенс кодоном.
РТн перемещаются при участии RT - отсутствует механизм репарации повр при репликативной транспозиции. Чем RT пользуется для устранения повреждений – хз. Воззможно есть2 копии RT в геноме растений.
Почему так много активных семейств в кукурузе и львином зеве? В каждом Tn случае – они родственны эколюционно вирусам(в pol не хватает белков оболочки)
Идея, что транспозоны имеют чисто паразитическое происхождение – верятно – сэлфиш ДНК
Клетка заинтересована возможностью новых точек рекомбинации внутри генома.
И тут как раз кукурузка и львиный зев – одомашнены 15ооо летназад, - древний иран – заметили, что у нестабильных растений проще получить сдвиг фенатипа в какую либо сторону.
ГЕНЫ
Нет адекватного определения. Хочешь ответить на вопрос, что есть ген – уйдем из генетики.
Доля уник геновю коля – 98%, 2 паралога – 2%, много – 0%, дрожжи 70%, 30, 1; Арабидопсис – 15, 30, 50!колисечтво паралогов в 1 семействе – больше десятка! Тенденция связанная с оч мощными дупликациями.
Предпологается, что у жив основная стратегия рог генов связ. Со спонтанными промоторами – диф экспр генов, тканеспециф.
Растения – создание своего паралога для каждой ткани с относительно простым промотором.
Растительные геномы. Окончание.
3 лекция.
4 компонент ядерного генома ФС эукариот. Сателлитная ДНК.
Старое понятие, на основе первых аладизов ДНК в 70х годах с разными значениями ее плавучей плотности. В зависимости от количества АТ ГЦ пар, она варьирует. Потом стало понятно, что сат. ДНК – специфические повторы.
-2520955969000
-581660127635 Сателлитная ДНК.
Собственно, раньше была кашамалаша, но постепенно стали уходить из нее теломерная ДНК, прицентромерная, осталить повторы с непонятной функциональной нагрузкой.
Часто говорят о макро и микросателлитах.
2 точки зрения она использование сателлитов.
Выявление хромосом, принадлежащих одному или другому геному.
В межвидовых гибридах, тритикале, например, интересен с разных сторон, например: Можно выявить некоторые морф. Маркеры, которые не видны на нормальном растении – разные летали, возникающие несовместимости.
Анализ конъюгации хромосом. Микросателлиты примерно равномерно распределены в 1 геноме. Их можно окрасить, сделать видимыми отдельно пшеничные, отдельно ржвные - видно,как ведут себя, конъюгируют или нет.
Сателлиты силльно варьируют, среди них можно выделить пул сателлитов для генотипирования сортов и использовать их, как маркер в ген. анализе.
МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ РАСТЕНИЙ.
Горох – неудобен для генной инженерии.
Наличие ген. Трансформации
Трабл: нет собственных плазмид, приходится исп-ть мол паразитов растений.
Вирусы
Вироиды
Агробактерии
Начнем с использования вирусов растений.
Вирусы растений – условная группа, некорректно так нзываемся. УУ всех естть в ЖЦ этап переноса с растения на растение с помощью насекомых, клещиков( животное побудет хозяином, пожалуй).
Есть гены, отвечающие за удержание в переносчике. Адаптированы к хозяевам из 2 царств!
Вирус мозаики цветной капусты.
Cauliflower mosaic virus. Каулимовирус. Широкий круг хозяев, 2-дольные, преим крестоцветные.
Белковый капсид с 2цеп кольцом ДНК – только сама ДНК не кольцевая – 3 лин врагмента. 1 – внешняя цепь и 2 куска – внутренняя цепь. Все куски с избыточным концом. ЖЦ заточен под ИМЕННО ТАКУЮ схему, так что если сшить – все равно получится то же самое при репликации.
6ОРС, с известныи функциями, 7 – то ли есть, но не знаем функции, то ли нет.
Направлены в 1 сторону. Считывание – по 1 и той же цепи ДНК – по целостной.
Для бысстрого перемещения вирусных частиц по плазмодесмам
Перенос растение-растение через тлю
ДНКсвяз белок, частично отвечает за перенос тлями
Белок оболочки
RT – зачем...
Белок для трансляции
Особенность вирусов растений – оч маленький геном – нет промежутков почти между ОРС и некоторые ОРС пересекаются. Весь геном, собсно, около 8тпн. Тут 2,3,4 – перекрываются рамки считывания. УААУГ
В этом вирусе есть 2 промотора. 19S 35S – оч сильный, самый сильный естественный промотор у растений.
19S – меду 5 и 6, транскрипция 6. 35S – перед терминатором, прямо. Так как сразу у промотора, в первом цикле не замечается, геном транскрибируется весь, и на том терминаторе, что у начала, заканчивает. Отсюда нахлест.
55925133488Далее начинает работать RT, затравка – met tRNA, которая присоединяется к транскрипту, но! Белки удерживают рядом 3штрих и 5штрих концы. Есть избыточность концевая, поэтому перескакивает со самого 5штрих конца матрицы на 3штрих, делает все, досинтезирует 12 нуклеотидов – и внешняя цепь ДНК готова.
Затем делаются внутренние цепи, получаются 3 молекулы ДНК с изб. концами.
На основе этого конструкта можно ваять вектор, но помнить! Капсид не резиновый. Может не влезть. Посему вставку можно сделать только небольшую – до 1 kb. Можно вырезать промежуток между 5,6,7 – ну получится 2 тпн. Ну хоть как-то, но все-таки мало.
Плюсы вирусой трансформации:
Очень быстро охвачено все растение, за счет миграций по плазмодесмам, но! Они обычно появляются после деления клеток--> нет плазмодесм между делящимися и уже нет клетками --> защита потомков от вирусов! Следующее поколение будет чистым на ранних этапах. – ТРАНСФОРМАЦИЯ 1 ПОКОЛЕНИЯ
Можно юзать Geminiviridae – разная видоспецифичность – вирус желтой карликовости бобов. Bean yellowdwarf virus
Считывание с разных цепей ДНК. Норм, но оч лимитировано место в капсиде, могут вызывать заражение без белковой оболочки – ДНК «живая». Геминивирус пшеницы – 2партитный вирус, пустых мест почти нет.
Агробактериальная трансформация
Юз 2 вида – Agrobacterium tumefasciens(Ti-plasmids), A. rhizogenes(Ri-plasmids).
Растение обраазует опухоли или «бородатые корни».
Содержит оч крупные Ти и Ри плазмиды. Поражают многих 2дольных, 1доль почти не трогают.
Опухоли – толпа клеток без специализации – только делящихся. В ризогенесе – сохраняется специализация клеток. Есть прививаемые опухоли – приложи – прирастет, начнет фигню вызывать(вроде оно)
На Ti, Ri плазмидах – 2 региона.
Т-ДНК, при попадании в зону правильных клеток хозяина – копи тДНК – переносится в растительную клетку, где встраивается в геном растения.
Есть левый и правый концы(прямые повторы, для переноса нужна хотя бы правая)
В природных формах агробактерий 2 группы генов:
Ферменты синтеза ауксинов и цитокининов – за счет эндогенного синтеза, клетки бесконтрольно делятся и возникает опухоль. Биосинтез ауксинов – новым способом
Ферменты биосинтеза опинов – хороший поставщик С и N для бактерий
VIR область – отвечает за вирулентность, найти проблему в растительной клетке
Ti-плазмида имеет размер около 100 kb – с ними чисто работать почти невозможно, на их основе создаются вектора, с которыми и работают – 1 с ТДНК, 2 – с ВИР генами.
Плюсы использования:
ТДНК может работать с большими включениями – десятки тпн
Идет интеграция в геном – может передаваться в ряду поколений – НАСЛЕДОВАНИЕ
Широкий спектр поражаемых видов.
Минусы использования:
1дольные почти не поражаются - активно работает система апоптоза пораженных клеток.
В результате использования такого подхода формируется опухоль – недифф клет масса.
Что делать?
Удалить опиновые гены, гены биосинтеза фитогормонов. Но! Тогда нужно будет исследовать каллусную массу и регенерантов, а это работает не на всех – на горохе, например, нет.
Ri плазмиды.
ТДНК+вир-область. На их основе также делаются бинарные вектора. В ТДНК тоже есть гены биосинтеза опинов и гормонов, но! Если в Ти зачем опины понятно, то здесь нет. Через ф-ии онкогенов – изменяется чувствительность к фитогормонам, хотя имеют тканевую специфичность.
Итак, есть +, есть и – у всего этого, главные проблемы – 1дольные, и регенерация из каллуса.
Вироиды.
Поражают несколько тысяч видов 1дольных, 2доль, нек-е голосеменные.
Неспецифичная инфекция – растению «плохо»
Возбудители переносятся на сотни км с пылью.
Оч маленькие кольцевые РНК, внутри которых НИ 1 ОТКРЫТОЙ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ!
Множество внутренних зон комплементарности. По классической системе интерферир. РНК – запуск сайленсинга. Гомологичны каким-то уч-кам жизненно-важным генома. – неспец сайленсинг какихта жизненноважных генов!
Итого, работа реально – с вирусами растений и агробактериями.
Все ставят под 35S промотор. Для ГИПЕР экспрессии – берут 2 подряд.
Экзотика в трансформации.
Трансформация незрелых зародышей для 1дольных. Голой ДНК никак – кл ст. Но можно протопласты. Но метод неоч успешно работает.
Биобаллистика – ПРОСТРЕЛИТЬ КЛЕТКУ К ХЕРАМ МЯЧАМИ С ДНК. – мелкие массивные шарики W, Au коллоидная, на них хорошо садится ДНК. – и пострелять. Шар влетает в клетку – и с него слезает какая-то ДНК.
Были написаны на этом статьи. 1 – про трансформацию лука. Проблема – ген. Конструкции плохо входят в геном. Используется только для анализа результатов дифф экспрессии. И сейчас вообще почти не юз.
Помещают цветки арабидопсиса в суспензию с агробактериями для трансформации семян. 2%
Замочим семена в ДНК авось сойдет. 1%
Первые 3 – далеко не для всех видов. Давайте смешаем пыльцу с агробактерией. И либо спермии сами оттрансформируются, либо по пыльцевой трубке агробактерия – в семя. Хорошо зашло на кукурузе – 5% - ТЕПЕРЬ И ДЛЯ ОДНОДОЛЬНЫХ.
Маркеры, используемые при трансформации.
Селективные
Позитивные – нетрансформанты умирают. Устойчивость к антибиотикам у растений – канамицин. Ген за уст ответственный – Npt – неомицинфосфотрансфераза. Hyg – гигромицини ряд других. И к гербицидам. “BASTA” – BAR баста резистанс
Негативные – убить трансформантов, хаха. Выявить экспрессию генов, экспр на оч низком уровне. Берем GOI, его промотер, и под него ставим ген маркера негат селекции. Где экспрессируется – смерть. Dt – дефтирийный токсин. Связывается с ЦП рибосомами, изменяет конформацию белка, делает рибосому неактивной, идет к следующей. Так, 2 молекул на клетку хватит для убийства.
Неселективные маркеры. Отследить и убедиться, что ткань трансформировали, но! Не влияет на жизнеспособность. lacZ.Но часто требует фиксации материала. Прижизненные флуор красители – узнать, где и когда экспрессируется
Именно там, где определяющими фенотип клетки является экспрессия генов, приводящая к синтезу 2-3 молекул, стохастические процессы являются основным механизмом флуктуационной изменчивости.
194754566548002344552665768Бистабильное насл. Сост – получение на основе 2 ген-идентичных клеток – 2 разных фенотипов. В 1 произошла экспр 1, во второй – не произошла. И вот пожалуйста. 2 разые фенотипически клетки. Чураев 1976 – изложил, 2000 – доказал, что есть такие системы.
24045183608803517265277495064514827792602602865139700ТФ2
0ТФ2
118808513970001188085139700ТФ1
0ТФ1
Фенотип 1 Фенотип 2
187546784454
Синтез в противоположные стороны. Промоторы перекрываются – оба белка могут сесть, но в конкурентной манере поддерживается стабильное самооспроизведения либо гена с ТФ1, либо с ТФ2 – 2 фенотипа. Если добавить ТФ1, клетка станет навсега ТФ1 и ТФ1 станет частью генотипа. Если в колонию ничего не добавлять – она разделется на 2 половины, в 1 – первым был ТФ1, во второй – ТФ2
У дрожжей можно проверить gene disruption(нокаут) либо ген сабститьюшэн генов дрожжей за счет высокой гомологичной рекомбинации.
У ЭУ высших можно при трансформации гамет(зиготы, ОЧРАННЕГОэмбриона) работает нокаут, а замена – неоч.
У растений вообще ничего нельзя. Поэттому в генанализе оч грустно.
Изучание функций генов растений путем сайленсинга (под промотором гена интереса в АС ориентации) За счет соединения транскриптов в 2нРНК – и деградации.
А вот интересную аллель уже не внести.
У мха – гаплоидный гаметофит, хорошо работать – любаая мутация видна сразу, прекрасно осуществляется встраивание по гомологии причем, в рзы лучше, чем у дрожжей. И нокаут и ген замену можно осуществить в любом объеме.
Методы получения растительных мутантов крайне сложны. Строго направленное изменение генов – есть НО ЭКЗОТИКА
Традиционные методы:
Вытащить мутацию из природной популяции или среди внутривидовых линий.
Индуцировать мутации. НЕ UV – оч толстаая КлСт. Радиация. Далее посемейный анализ с выведением мутации в гомозиготу. Хим мутагены – алкилирующие агенты(метилметансульфонат) и дальше то же самое.
Инсерционный мутагенез. – за счет нарушения GOI вставками –
ТДНК – оч мучительный процесс, ибо каждое растение – регенерировать из каллуса.
Транспозонный мутагенез.
Через паталогию познаем норму – Авиценна. Немутагенные способы:
Заткнем антителами
Сверхэкспрессия гена.
Однако мутанты наиболее действенны.
Рассмотрим транспозонный мутагенез.
Чтобы получить из нормы паталогию, мут и норма должны быть:
Изогенны
Стабильны(транспозон в мутанте и в норме не двигабелен, а между – ОЧЕНЬ)
Как перейти в промеж сост?
Транспозон неавтономен.может в миграцию, но не сам.
Tn 1 класса – ретротранспозоны, репликативная транспозиция. Не катит.
2 класса – ДНК транспозоны – кат энд пэйст. Удобнее 2, чтобы не мучиться – он там был или туда пришел.
ОТРУБИМ ТРАНСПОЗАЗУ в том транспозоне, который мы переместим. Как заставить двигаться? Скрестить с чуваком с просто геном транспозазы, но без повторов тип. Тогда она вырежет наш транспозончик.
А теперь мне нужна камера.
Кароч. Берем 1 родителя – неактивный транспозон с канамициновой устойчивостью!, с ним же сцеплен ген tms2. 2 хр – норм, 3 хр – ген интереса. 2 родитель – 1 хр – чиста. На 2 – ген tms2 и транспозаза, тратья – ген интереса. Родители ТРИГОМОЗИГОТНЫ ОБА.
Отбираем F1 – на канамицине. Берем Выживают собссно дигетерозиготы (ну или 3, но на 3 – ген как был на 1, так и на 2).
Затем – самоопыление.
Опрыскиваем промежуточный продукт к ИУК, который с помощью tms2 становится ИУК – и растение погибает. Опрыскиваем. Выращиваем на среде с канамицином. Выживают лишь те, у кого чистая 1 хромосома, чистая 2( то есть нет неактивного транспозона или транспозазы сцепл с tms2 ) и транспозон где-то перенесенный. Далее посемейный анализ каждого семени – и смотрят, куда он встроился.
СЛИШКОМ МНОГО РАБОТЫ.

РАСТЕНИЯ СПЕЦИФИЧНЫ – ЖЦ и некоторые ген закономерности в растениях неоч укладываются. Слишком сложны.
Изменчивость – способность передаваться изменениям в потомстве.
-52849127731-53592222933Классичееская схема типов изменчивости:
320611516700500Модификационная=ненаследственная мало того, что нетождественны, так еще и
Наследственная=мутационная+комбинативная. – скорее способность изменений
3138182228708 передаваться или нет потомкам,
- факторы, пораждающие изменения
Это не правильно.
ГГХ – фактор внешней среды - не вызывает норм мутаций, но при воздействии на [PSI+] – изгоняет прион, получаются [psi-], которые как при митозе, так и при мейозе передают фенотип [psi-] потомкам.
ГГХ – вызывает направленные изменения у дрожжей и наследуется!
То есть эта модификация является еще и мутацией, по данной классификации – НЕОЧ.
Таким образом, классификация нуждается в серьезном пересмотре.
Рассмотрим 3 аспекта наследственности и изменчивости:
Факторы, порождающие изменения
Разнообразие генов(генетич)
Воздействие окружающей среды(модиф)
Стадия онтогенеза(онтогенет)
Мол стохастика(флуктуац)
Способность изменений передаваться потомкам
Как правило, передается потомкам некий генотип, но некоторые модификационные изменения могут тоже передаться.
1 из генов кислых фосфатаз – мутация, которая ведет себя так. Если она под неработающим промотором, можно ее встроить в плазмиду, трансформировать дрожжу и смотреть на наследование этой плазмиды. Все хорошо. Если она под РАБОТАЮЩИМ промотором, трансформировать дрожжи плазмидкой с этой аллелью, трансформация пойдет, но ни в митотическом, ни в мейотическом потомстве ее не будет. Ну не наследуется. Почему? Леталь. Выживают только плазмиды с конверсией на нелеталь. Миссенс мутация не наследуется!
Молекулярная природа изменений.
ДНКовая теория наследственности: изменение нукл последовательности ДНК наследуется, а ненаследуется все, кроме ДНК.(эпигенетика). ДЕРЬМО.
По своей сути традиционный взгляд на изменчивость. Классификаци на основе факторов пораждающих изменчивость, способности изменений передаваться по наследству и молекулярной природе можно назвать интегральной концепцией изменчивости. Перспектива – дифференциальная. Для каждого аспекта изменчивости – своя классификация, напрямую нетождественная другим. И своя для каждого терминология.
ФАНТАСТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ! На фоне взлета мол методов и эпигенетики. Что назвать мутацией? Да вообще, что есть ген?
Любая наука с доказательной основой: 2 компонента:
Фактология – какая угодно. Если сущетствует, то пусть будет доказанная. Нужно признать.
Теория – обобщающая фактолаогию. Создается внутренне-непротиворечивая концепция. 1 из аспектов – терминологический аппарат, в норме строгий и однозначный – определения.
В генетике терминологии не осталось – остались понятия, Нужна переработка и усложнение теории и терминологии.
Фактор наследуемости изменений.
Длительные модификации(dauer modifications). Явление, наблюдаемое в первую очередь на растениях, потом на протистах. Данные – с середины ХХ века, перва работа – 1914.
Работа на дафниях с их шлемами. Если самку плохо кормить при вынашивании потомства – потомки не имеют шлема или он гораздо меньше, даже если с первого момента их выращивть в нормальных условиях. Этот измененный фенотип в течение нескольких поколений передается потомкам, постепенно угасая. Что есть угасание – сложна.
Растения. Вернализация(яровизация озимых пшениц). Модификация по классической модели. Длительный эффект, стабильно передающийся при вегетативном размножении. Если перевести в каллусную культуру, то не все, но многие сохранят вернализацию . НО! Не наследуется генеративно, ибо эпигенетическое изменение: 3 метилирование определенного лизина опр гистона в опр местах генома под действием холода. При митозе это метилирование воспроизводится матричным способом, но этот матричный принцип не работает в мейозе, следовательно, не происходит матричного воспроизведения, и метка теряется. Передача есть? Есть, но НЕ МЕЙОЗ.
Исходя из всего вышеперечисленного, стоит учитывать следующие параметры при учете передачи изменений потомкам.
3 аспекта наследуемости:
Способность изменений наследоваться бесполым путем.
Способность изменений наследоваться половым путем.
Устойчивость возникающих изменений.
Собственно, специфику классических теорий определила специфика модельныхх оъектов, с воторыми работали биологи изначально.
ИТАК! СВОДНАЯ ТАБЛИЩЕЧКА
Способность передаваться половым путем Способность передаваться бесполым путем Устойчивость изменений Примеры
+ + + Миссенс мутации, да, типичные мутации
- Да(ща будет)
-85090889000-90170571500+ - + Пока не найдено
- - + + Яровизация пшеницы
- Дафнии со шлемами
- - + Желт окр тела дрозоф если ест соли Ag,фенокопии
- Загар и проч.
Таким образом, у нас есть факты наличия 6 вариантов наследования изменений:
Устойчивое наследование как половвым, так и бесполым путем
Наследование пол+беспол, но угасающее
Наслед только беспол устойчивое
Наслеование только бесполо, угасающее
Ненаследование ни пол ни беспол, но устойчивые изменения
Ни то ни то, угасающеее.
Фактор молекулярной природы изменений:
Понятие мутация – относится к фактору НАСЛЕДУЕМОСТИ!
Транзиции и трансверсии – не обязательно мутации!
Генотрофия – появление наследственных изменений в результате воздействия заведомо немутагенных внешних факторов. Лен. Семена подвергали разным воздействиям: разные соотношения чрезмерного количества минеральных веществ – резко изменялся состав среды. Возникали разные странные растения – низкие или высокие – генотрофы. Некоторые далее стабильно передавали эти изменения, некоторые изменения угасали. Оказалось, что где-то такие результаты дают эпигенетические изменения, где-то генетические перестройки.
Конкретный пример из генетики растений: 1998-1999 года, на арабидопсисе работа. Фактор, влияюющий на фенотип – метилирование ДНК.
Оно такта у разных существ – для разных целей. Базовая задача – нахождение ошибок репликации и участие в их исправлении(Неметилир цепь – новая, ее и исправлять)
У некоторых нет метилирования от слова совсем. Но живут и справляются без него. В ДНК время от времени вставляется вместо Т - dU, это неправильно и нужно исправлять. По процессу уборки – много разрывов – находится новая цепь.
Разные организмы – разное метилирование
Про – метилирование по А
Жив-е: мСG, раст: mCNG.
Система ДНК метилаз сложна. У эу: 3 системы, но есть тонны вариаций в системах – паралоги.
Метилирование ДНК – различные признаки. Могут сказываться на различных геню ситуациях наследуемых.??
Арабидопсис – ген DDM1. Выключение гена полностю – существенное ослабление метилирования.
Получили мутантов ddm1 ddm1 – нет никаких феноти отл по среанению с нормой.
Потом стали мутантов самоопылять. После нескольких поколений при сохранении генотипа формы начали меняться. Получены имбредные линии и велся посемейный анализ. Разные семьи - изменения фенотипа в разные стороны и по-разному. В некоторых семьях при том же генотипе – к 10 поколению стали похожи на канонические мутанты, но! Это фенокопии, очень, правда, напоминающие фенотип.
Что произошло?
Исходная форма: DDM1/DDM1 GENE***/GENE*** - фенонорма.
После проведения мутагенеза, стала ddm1/ddm1 GENE**/GENE** - как бы по фенотипу все еще норм.
Далее шел инбридинг – 10 поколений, когда постепенно шла потеря метилирования гена.
В результате появились мутанты ddm1/ddm1 GENE!/GENE! - эпимутант. Скрестить его с нормальной формой - получится ddm1/DDM1 GENE!/GENE***, который внезапно будет стабильно воспроизводиться(метилирование же по матричному принципу). Эта тварюшка кстати будет иметь мутантный фенотип, так как здесь идет доминирование эпиаллели – сверхэкспрессия доминирует над ее остутствием.
У млеков метилиоруется «лишняя» Ххр, и самки у нас мозаичны хохо.
Гипометилирование может проходить через мейоз. Прослеживается стандартное Менделевское наследование в десятом поколении! +есть методы генетического картирования эпимутаций, анал скрещ-я, показано на растениях или прионах дрожжей, но к мол механизмам это не относится.
Генетика развития цветки – считалось, что актиноморфный-зигоморфный разные от слова совсем – смотрели на арабидопсисе и львином зеве(в нем много активных транспозонов, но взяли его не за это), достаточно 1 мутации в львином зеве чтобы цветок стал актиноморфным.
Linnea - в природе есть как зигоморфные, так и актиноморфные формы. Скрестить - +- Мендель выйдет.
Есть природное разнообразие, похожее на мутантные коллекции в лабораториях.
Т.к. Львиный зев и линнея близки, значит, гены должны быть гомологичны. Его нашли. Клонировали у актиноморфных и зигоморфных форм. Отсеквенировали. А нуклеотидная последовательность – ОДИНАКОВА. Как? Различия – в степени метилированности ДНК. У актиноморфной формы ген гиперметилирован, а у зигоморфной – гипо.
Растения помогают понять, насколько сложно наследование. Нужно смотреть на разные объекты!
Чего у растений нет?
Мейотического наследования изменений на уровне гистонов( митозы – сколько угодно)
Пока неизвестны прионы(эпигенетическое наследование, где хотя бы 3 механизма прионизации)
Собсно механизмы прионизации:
Конформационные матрицы( обычн--> сверхстабильная)
Прионы( основа насл эффекта) – фосф белка(киназы, автофосфорилирование белка – другое что-то.
Пептидаза кушает себя – активируется.
Различные механизмы регуляции ген инфы – изменение фосфорилирования – хим мод белка. Изменение пептидазы – изменение первичной структуры белка. Приончики – изменение третичной-четвертичной структуры белка.
Небольшое отступление
Генетика пластид.
Многие компненты генома – утрачены или перенесены горизонтально в ядро. rpl rps – гены бакт белков рибосом в пластидах. RLP RPS- в ядре.
Нужна согласованная экспрессия генов в пластидах и в ядре. Для белков пластидных генов нужна пластидная трансляция. А... а/б – полностью инактивация пастидных рибосом – в пластиде нет трансляции – собств рибосомы деградируют, а синтеза новых нет – нет синтеза хлорофилла, растения белые(альбино) --> индуцированная фенокопия альбино.
ХЛ передаются с я-кл(как правило)
F фенокопия альбино х m N--> фенокопия;) наследование в ряду поколений однонаправленное по женскому типу. Мутации нет, но и хлорофилла тоже. Фактор – отсутствие рибосом в хлоропласте.
Уход от самоопыления – Двудомность
Половые хромосомы: Конкретные хромосомы, несут ключевые гены, отвеч за половые признаки и хромосомы эти разные для разных полов.
Есть случаи четкой двудомности – оределяются конкретными локусами конкретных хромосом. НО! Это не гетерохромосомы.
Есть у растений примеры гетерохромосом. Кукуруза. У 1 формы хромосомы – гетерохроматиновый узелок, у второй – нет его и плечо удлинненное. НО! Не имеют отношения к полу.
В общем-то примеров ПОЛОВЫХ ХРОМОСОМ у растений мало. Но они в тельняшкахXD
У растений есть оба варианта влияния на пол со стороны хромосом – и активна что у некоторых видов фрагарии гетерогаметный пол женский.
Активная У-хр. Дрема белая – melandrium album – такого вида больше нет. Она гвоздичная, а их систематика – весело. Теперь есть silene latifolia – смолка(смолевка) широколистная. Найти цветок и потрогать цветок. Женский – толстенький – есть завязь.
То же случилось с dioica diclinis. Активное определение пола Y хромосомой. XX(ж) XY(м), YY – нежизнеспособен. При большом количестве иксов – если есть У – мужик. ХХХХХХХХХУ – МУЖЫК, жизнеспоссобный. Но если ХХХХХХХХХХ(10)У – легкая гермафродитность. Наконец-то.
Структурный анализ У – пыльца, под рентгеном облучить, потом опылить норм растение женское – смотрели на потомков. У странных смотрели цитогенетику. У У 3 части. Верхняя – отвечает за диффферренцировку по мужскому типу. Если этого участка нет – то остальная часть У – подавляет женское развитие, мужского и так нет: получаются бесполые цветки – без генеративной части в цветке.
Вторая чаасть – подавление жженщины. Без нее есть мужская, не подавляяется женская – ГЕРМАФРОДИТ.
Третья к полу имеет мало отношения – при удалении как-то пол такта не меняется.
Cannabis sativa. Балансовая схема. Пол зависит от соотношения Ххр-аутосом. ХХ(ж) ХУ(м). Спокойно выживают варианты УУ – мужики.
С балансовой схемой есть 2 еще вида – Humulus lupulus и japonicus. Причем, у люпулюса УУ – жизнеспособен, а у японикуса – нет.
Еще веселее у щавеля. Rumex acetosa ХХ ХУ1У2 - 2 фрагмента, ведущие себя в мейозе противопоставленно Ххр. У утконоса этих У – 5. Но интересно, что у acetosella(малый щавель) – классическая схема активной хромосомы, причем У – одна. А вообще он такта гексаплоид, и тем не менее наследование пола – менделевское. Так как у 4 геномов Х не участвуют в определении пола, а 2 участвуют. Вайвай? Либо есть что-то похожее на У, но не экспрессируется, либо гетерохромосом в других нет. Отчасти напоминает белый клевер – рисунок на листьях. Вроде менделирует, работа 35 года, но некто не перепроверял. Трифолиум репенс – ТЕТРАПЛОИД. КАК менделевское? Вид гибридного происхождения, и детерминанта рисунка на листе – только в 1 геноме.
У остальных такта гомохромосомы.
Что еще припятствует самоопылению? Однодомность, но каждый цветок однополый, но разнесены пространственно, и созревание цветков – в разное время. Чуть напоминают двудомные, но там и те и иные цветки.
Пример: Кукуруза. На вершине – метелка. Мужское соцветие. Tassel.
В пазухах нижних листьев – початки. Женские. Silk. Покрыты спец оберточными листьями и сверху . А поверх – 40см пестики оплетают. Это рыльца пестика, оч длинющие, любая чать пестика готова для восприятия пыльцы.
Кукуруза – 1 из канонич ген объектов растений, еще и важный сельхоз объект --> с ним много работали. Распределение цветков по растению оч сильо зависит от гормональ статуса растения. Главный фактор образования женских цветков – гибиреллин. Синтез в корнях и транспортируется наверх. Концентрация снизу вверх уменьшается. И наверху его мало – формируются неженские цветки.+ фактор локального перераспределения по побегу – скапливается непосредственно в пазухах листьев(узлах). В прилегающей части в 100 раз меньше. В общем, возникают женские цветки.
Получены тонны мутантов по распределению гибереллинов. Растение из 1домного становится двудомным! 1-полым!( крайние варианты)
Мутанты ts – tessel seed – семена даже на метелке. Другой тип соцветия, но цветки – женские. Растение полностью женские. Ген TS – отвечает за подавление женской программы и развитие мужских цветков
Sk silkless – нет рылец – либо женские совсем не формируются, ллибо вместо них – мужские. Растение полностью мужское. Ген SК – отвечает за подавление мужской программы и развитие женских цветков.
Чтобы растения стали жестко двудомными – нужно сцепить эти гены, а гомологи несли реципрокные варианты этих маркеров. Закрепить отсутствие рекомбинации между ними – инверсия! И отладить экспрессию этих конструкций. Гомозиготность по ts SK – женские растения. Ведет себя как хромосомное определение пола.
Соответственно хр опред пола возникало неоднократно за счет таких событий.
У кукурузы распределение цветков по стеблю: внизу Ж, вверху М. И говорим, что главный игрок, опрделяющий пол – гиббереллин.
У тыквенных, в частности, у огурца, снизу, и первыми формируются, мужскае цветки, а женские выше и позже. Садовод заинтересован в том, чтобы убыстрить переход от мужского к женскому варианту цветения.
Пары ауксин-цитокинин. Гиббереллин – абсцизовая кислота. Классические пары. Но немного перекликаются АСК и АУК и ЦК-ГБ
Здесь – за женские цветки отвечает ауксин! Облить – и быстрее пойдет переход к женским цветкам.
Есть тыквенное – Bryonia. Распределение однополых цветков , как у огурца. Срезать-поместить в разные фитогормоны или просто ими опрыскать. Можно настолько сдвигать распределение цветков, что получить двудомные растения! Причем, чисто физиологически, модификационно!
Гермафродитные цветки.
И при этом есть разных типов : гетеростилия. Различие длин пестика-тычинок.
Короткий пестик-длинные тычиночные нити. thrum
Короткие тычинки-длинный пестик. – более экспонирован пестик, выступает скорее, как женский цветок. pin
Плюс, разный размер обеспечивает разное время созревания. Длинный пестик – раньше. Сначала работает только как женский, перестает работать; потом – как мужской. В первом случае – наоборот.пыльники уже перезреют-отпадут к моменту созревания пестика.
У примул – менделевское. Формальная генетика хорошо сделана. Но кроме того, что это есть, мы пока больше ничего не знаем.
Гетеростилия не одна. Распрастранено не только у гетероморфных цветков, но и у одинаковых. Работает еще и биохимическая САМОНЕСОВМЕСТИМОСТЬ.
Собсно на этом и делят на самоопылителей и перекрестников.
Стратегическая разница между ними с ген точки зрения.
Наиболее изучены генетически – самоопылители. А с перекрестниками фактически нет ничего. Работать с ними ЧРЕЗВЫЧАЙНО сложно.
Для их изучения нужно искуственно ломать системы, отвечающие за систему самонесовместимости. Появляется возможность самоопыления. Но невысокая и вообще. Чисто гибридологически все равно работа сложнее. Поэтому моделей генанализа перекрестников оч мало.
Инбредные линии на основе видов-перекрестников на основе слома системы самонесовместимости. Коллекции получены: рожь(Виктор Георгиевич Смирнов, 75, первая в мире!), редиса(Станислава Иосифовна Наруд в блокаду обеспечивали картошкой Ленинград. 1 маленькая картошка – 20 кустов. И могли в них)
Редис. В гомозиготе маркеры, определяющие спонтанное опухолеобразование. Собственно за счет этого – уникальная модель!
Общемировые результаты изучения самонесовместимости
Есть несколько вариантов самонесовместимости:
Спорофитная
Гаметофитная
В обоих случаях показано, что за редким исключением – это свойство – 1 локус, который четко менделирует, который обозначается S – селф инкомпатибилити. incompatibility
Nicotiana alata – ЖЕСТОЧАЙШИЙ перекрестник, nicotiana tobaccum – лол самоопылитель
Степень жесткости – в проценте самоопыления. Получил 10000 черенков с 1 растения. Посадил их(по сути копии) в 1 и ту же теплицу. Жесточайшая схема обработки человека – чтобы ничего не принес внутрь теплицы не попало.
Дал отцвести и посмотрел: НИ 1 СЕМЕНИ! Просчитал, учитывая количество пыльцы – вероятность самоопыления 10-10 степени.
Но вопрос, не убил ли пыльцу высокой температурой или инсектецидами, не попадали ли внутрь пыльцеубивающие агенты. НЕ СДЕЛАЛ КОНТРОЛЯ С ПЕРЕКРЕСТНЫМИ. Поэтому трабл. Но сам факт есть
Как работает кароч
Локус S. Огромное разнообразие аллельных вариантов. В естественных популяциях в 1 популяции – до 60 аллельных вариантов! Это ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ разные аллели!
Есть женское растение SxSy, Есть мужс
От аллели х пыльцевая трубка начинает прорастать, но гибнет.
От z – спокойно прорастает и дает потомство. Таким образом наличие в генотипе наличие 1 аллели, перекрывающейся на женском растении, не является препятствием. Потому что учитываются только маркеры ПЫЛЬЦЕВОГО ЗЕРНА – ГАМЕТОФИТА --> гаметофитная несовместимость.
Как работает? РНКазы: когда форм пыльц трубка, за счет вег ядра, так как нужна оч мощная экспрессия генов, синтез РНК, транспортируемой в конец пыльц трубке. При каких-то молек совпадениях, РНКазы активируются, и пул синтезированной РНК ломается:( Пыльцевая трубка не растет.
Такая самонесовместимость возникала у многих параллельно
Типичный вариант – пасленовые (и в салянуме и в ликоперсинуме многие дикие виды – строгие перекрестники), питуневые
У бобовых есть:) Клевер – перекрестний, хотя горох норрм амоопылитель.
Рожь – гаметофит несовместимость, но! Несколько S локусов, несцеп друг с другом: 3 штуки! Причем, 3 S локус – н нашей кафедре идентифицирован.
Чтобы растение было самонесовместимым, необходимо чтобы было совпадение по всем 3 локусам. Если хотя бы по 1локусу несовпадение – самоопыление уже возможно. --> довольно легко можно получить имбредные линии! Получена тонна мутаций по локусу S. И любая мутация(не обязательно замена нуклеотида, феноменологическая) в нем приводит к нарушению системы самонесовместимости. Сделать новый вариант при этом сложно
Спорофитная несовместимость. Крестоцветные. Характерно для рода брассика
Брассика напус(рапс).
Женское растение SxSy
Мужское растение SxSz – не могут пропасти ни пыльцевые зерна x, ни зерна z! Так как есть молекулярные маркеры отцовского диплоидного растения( а он спорофит) Единственный шанс на опыление – обе другие аллели локуса S – SwSz, например.
Система гораздо жестче, чем гаметофитная.
Рыльце пестика выглядит бархатистым – чтобы проще зацепиться пыльцевым зернам. Образована колбовидными клетками. Прорастание не в промежуток между клетками, а в канал в колбовидной клетке – контроль того, кто пытается в нас войти. Долгий непростой многоэтапный процесс. Если пыльцевое зерно удачно, на колбовидной клетке растворяется КС, прорастание идет. Если не та – то РЕЗКОЕ УСИЛЕНИЕ СИНТЕЗА КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ в месте прикрепления пыльцевого зерна Резко показывает все увеличивающийся кукиш. ВООБЩЕ НЕ ПРОНИКАЕТ ПЫЛЬЦЕВАЯ ТРУБКА В РАСТЕНИЕ!

Что же такое локус S? Локус? Цитоген понятие. Связано с картированием наследственных задатков. Но при этом оно может использоваться аналогично слову «ген». НО ПОМНИТЬ, ЧТО НЕТ!
В S локусе не 1 ген! Генов больше, чем локусов!
Локус –из 2 тесно сцепленных генов, практически не рекомбинирующих длуг с другом.
SLG(s-linked glycoprotein) – первый ген. В спорофитной несовместимости - аллельные варианты Sлокусы – соответствуют конкрет гликопротеидам на поверхностях рыльца и пыльцы.
S-Related Kinase(SRK)
В передних областях генов – белковые домены, чрезвычайно близкие по АК последовательностям.
420624040640266319040640Sx – аллель ЛОКУСА! Вариант SLGx SRKy
420624069850266319069850Sy --> SLGy SRKy
Степень схожести АК последовательности этих передних доменов 98-99% в 1 локусе. Коэволюция 2 сцепленных генов .Но если сравнить между аллельными вариантами, схожесть только 60-75% РЕЗКО МЕНЬШЕ.
Так различаются разные аллели S локуса. Оч большие различия между аллельными вариантами! Больше, чем считается( считается – несколько процентов) ЗДЕСЬ именно множество АК замен!
Как это происходит – неизвестно.
В крестоцветных типичный самоопылитель – арабидопсис. Но есть виды, в которых жесткая самонесовместимость! Причем, она работает именно так,как мы написали, у ВСЕХ крестоцветных.
53962301496695Ортологи

00Ортологи

53206652182495Аллели

00Аллели

421576523348950042252901496695004215766165862000428244079184500Можно построить, основываясь на этом, филоген древо, но! В 1 ветвь могут попасть брассика с арабидопсисом!--> возникло у предков до того, как дивергировали! --> различия между аллелями 1 и того же гена в пределах вида больше, чем различия ортологов у разных видов!
Мол генетика и форм генетика не 1. Они имеют общие черты, но в некоторых меестах существенно отличаются методологически. Формальная генетика не утратила значения! То есть, различить аллели и ортологи мы не можем мол геном.
Мысль о том, что вся классификация полностью ушла с Линнея и перешла на филоген русло – не верна. В разных случаях, в зависимости от стоящих задач – она разная.
ПОЛНЫЙ СТУПОР В СИСТЕМАТИКЕ ЛИШАЙНИКОВ – на грибной основе лажа – странно и глупость.
Мол ген НЕ СМЕНЯеТ ПОЛНОСТЬЮ форм генетику – это разные подходы! Во многом перекрываются, но где-то НЕТ.
Где экспрессируется этот ген?
SLG – на поверхности рыльца – логика (хотя и там немного)
Как найти? Гены негативной селекции. Ген Dt – дифтерийный токсин – достаточно 3 молекул для подавления ВСЕй трансляции и убийства клетки
Ввели этот ген под промоторами этих генов.
При промоторе гена SLG – только слой в несколько клеток на верхушке рыльца пестика.
Ген SRK – в оболочке пыльцевых зерен!
Когда на поверхность рыльца пыльцевое зерно с оч похожей последовательностью коэвол домена, белки взаимодействуют и начинают действовать по принципу двухкомпонентных протеинкиназ, и запускают реакцию отторжения. Если разные аллельные варианты – отличаются сильно, не происходит взаимодействия, и нет запуска реакции отторжения.
ГЕНОМЫ В МХ И ХП
Пластидная ДНК у растений – кольцевые молекулы, линейных неизвестно, причем, известны варианты у гераниевых, где пластидный геном – 2 автономные кольца. Чаще – 1 кольцо, включ все гены.
Классика – ДНК пластидная печеночника Маршшанции.
Размер - ~100Кб, типично – присутствие всех генов в 1 копии, маленькие(очень) межгенные промежутки, организация генов в классические опероны( свидетельства прокариотич происхождения, некоторые опероны в ХП – КОПИИ оперонов из цианок) Единственное исключение из однокопийности – 2 инвертированных повтора – IRa, IRb. Размер разные, но примерно в 1 участке генома.
Внутри пластид действуют белки, обеспечивающие мол рекомбинацию. Она почти сводится к рекомбинации по инвертированным повторам – приводит к инверсии. – инвертированные кольца, 2 варианта.
Что есть в пластидных геномах: гены из прокар эндосимбионта либо утрачены, либо перенесены в ядро горизонтальным переносом. В Я ушли все гены, отвеч за
Репликацию пластид генома
Рекомбинацию пластидного геномм
Из генов, отвеч за транскрипцию генома, сохранены гены классического бакт типа, кодир типичные субъединицы прокариотической РНКпол(2альфа, бета, беташтрих) – rpoA, rpoB, rpoC, но у растений беташтрих разделена на 2 самостоятельных белка --> реально беташтрих и бета2штриха--> rpoC1, rpoC2 – в 1 оперон, так что хукерсс.
НО! Почти нет ТФ, закодированных в пластидной ДНК!
Трансляционный аппарат(никакиеРНК транскрипты в пластиду лезть НЕ МОГУТ--> все РНК, которые нужны – кодируются внутри):
рРНК(все)
тРНК – 1 может работать с несколькими синонимичными кодонами( Вотсон-Криковское неоднозначное спаривание – ВОБЛ система – 1 и 2 – ТОЧНО, а 3 – туда-сюда – минимально нужно больше 30тРНК) –но так как там в большинстве меньше 30 тРНК, она работает по принципу 2 из 3. И работает трансляция по немного другому принципу
рибосомаль белки – часть в Я, часть в ХП – rpl( большая субъед), rps
У разных растений спектр рибосомных белков перенесенных в ядро – разный – перенос шел независимо и по-разному.
Хаус-кипинг гены – за транскрипцию-трансляцию
Есть гены, отвеч за ФС.
Достаточно консервативный набор, но может немного разниться у разных растений.
ЭТЦ
АТФсинтаза
NADHредуктаза
за синтез хлорофилла почти нисего нет. Только у вечнозеленых – 3 гена, отвеч за светонезависимый синтез хлорофилла.
Есть 1 ген у ВСЕХ фототрофных эу, имеющий отношение к синтезу хлорофилла, но НЕ КОДИРУЕТ БЕЛОК, а РНК! Как это? Самые ранние этапы синтеза хлорофилла( дельтааминодивулиновая кислота) начинается с глутамина. Прелесть – глутамин используется ТОЛЬКО ПРИСОЕДИНЕННЫЙ К тРНК! Аминоацилированнная тРНК. У паразитов и культур, утративших способность к ФС – размер пластидой ДНК резко сокращен, но она остается, там несколько генов – 1 из них – эта тРНК глутаминовая, потому что без нее не начнется синтеза ВООБЩЕ тетрапиррольных соединений – гема, например. А у растений синтез ВСЕХ тетрапиррольных соединений начинается ТОЛЬКО в ХП
У всех генов, отвечающих за ФС – ТТГ ТАТААТ – татабокс -10, -35 положение, классика
А у хаус-кипинг – промоторы вообще не прокариотические. Промоторы однокомпанентные, как промоторы вирусных генов. Полодение: в ядре кодируются простые 1комп вирусоподобные РНКпол и на ранних этапах хаус-кипинга, выполняют роль полимеразки. А вот уже после наработки своих РНКпол, они вступают в дело. – ген этой вирусоподобой полимеразы RPOZ.
У растений сначала работает схема смены РНКполимераз, и ТОЛЬКО ПОТОМ классическая схема смены транскрипционных факторов.
Ряд генов – гены, которые внутри себя имеют интрон – мозаичные гены. Эти интроны вырезаются автокаталитичесски – «рибозимы» Совершенно другое строение нежели ядерные. Оч сложные вторич структуры. Эти интроны сильно различны по структуре – 1 и 2 типа.
Первого типа – внутр комплементарности участки. Оч жесткая консервативность СТРУКТУРЫ, пофиг на нуклеотиды, плюс есть участки, где ОПРЕДЕЛЕННЫЙ гуанин на 3штрих конце атакует начало интрона – вырезается линейный фрагмент, который деградирует, а экзоны автокаталитически сшиваются
Второй – 6 консервативных шпилек. Аденин в 6 шпильке в «стебле». Не будет его – не будет автовырезания. На этот аденин – нуклеофиль атака с 5штрих конца интрона( на 2’ОН того А)--> 5штрих-2штрих связь образуется, вырезается в лассообразной форме.
В некоторых случаях последовательности интронов неоч удачны – и он сам себя не РЭЖЕТ – нужен белок-стабилизатор, и будучи стабилизированным, он сам себя вырежет – матуразы – закодированы внутри интрона, лол. Считай изнутри матуразу, потом стабилизация – и вырежутся. Примерно как транспозазы.
Особенности строения и вырезания органельных и пластидных интронов.
Вырезаются автокаталитически, иногда нужны матуразы, закодированные или внутри или в другом интроне.
Есть на рисунке пластидной ДНК rps12 – причем, 2 раза, но! 1 из них – rps12’, и перед каждым – обозначение, что ген мозаичный.
Как это работает? Ответ: 1 ген, но почему так расположен? Разные куски гена – в разных частях генома. Созревание конечное мРНК – транс-сплайсингом.
Rps12 – первый экзон гена, с 5штрих частью интрона. Rps12’ – с 3штрих частью интрона. Они в шпилечную структуру идут. Образуется почти правильная вторичная структура, идет норм автокаталитическое вырезание – и экзоны сшиваются. Этот 1 ген – приурочен к 2 оч далеким локусам – соответственно – НЕ тождественны от слова совсем. Локус – чисто локализация на карте.
У хламидки – есть ген, рекордсмен по автокатализу?
Ген - Серия геномных жлементов, совместно экспрессирующихся, дающие начало единому мол продукту.
Собирает свой транскрипт 2 транссплайсингами. 1 экзон с началом интрона, 2 экзон с концом интрона и серединка интрона.
В разных группах фс эукариот – интроны варьируют.
У про – оч мало интронов – у коли - 2 штуки. В пластидах ЭТИ интроны есть собсно в пластидах – сильно консервативны.
У красных водорослей интронов нет от слова совсем. И при этом БЕЗУМНОЕ количество интронов характерно для эвгленовых. Хотя по структуре пластид и близки к виридипланта, но интроны – своя жизнь, до 150. В некоторых случаях – твинтроны(интрон в интроне. Сначала вырезается внутренний, потом внешний). Рекордсмен в этом – 1 из генов евгленовых, у которых интрон сложнее: внутренних 2, каждый должен автокат вырезаться, после чено собирается внешний интрон, который недостаточен для того, чтобы автокат вырезаться - нот гуд инаф втор структура. В нем есть ОРС, кодир матуразу. Она считывается, садится на этот интрон – и он вырезается.
ПОСЛЕДНЯЯ ТЕМА
Только последние годы начинает осознаваться. Материал сложный. Излагать идеологию. не цифры.
ЦП мужская стерильность. Однаружено в 1931 году. На ккукурузе Родсом. Используется на практике.
Что это? У разных линий – формирование мужских соцветий с цветками мужскими, неспособными к полноценному функционированию – пыльца не образуется либо дефектна. Иногдане образуются пыльники, иногда – образуются, но абортивны, иногда - образуются нормальные, и пыльца идет, но не функциональна.
ЦМС(CMS)
ϙ[CMS]xơ[N]-->ϙ[CMS].
Траблы в МХ геноме.
У хламидомонад – 16 kb. Водоросли – до 80. Покрытосеменные – 200-2500. Причем. разница арбуза (330) и дыни (2400) на порядок! Да и вообще – ОГРОМНЫЙ геном.А у млеков МХ ДНК – КРАЙНЕ экономна – вообще нет интронов, нет межгенных участков и часто перекрывание ОРС
UAAUG
Что есть МХ ДНК у покрытосеменных?
Большая часть – межгенные спейсеры, в которых тонны повторяющихся последовательностей – по ним рекомбинация. Поэтому кольцевые рисуночки – это упрощенная компиляционная схема, говорящая, какой бы она была, если бы была в 1 кольце, но реально она – огромный пул разных рекомбинирующих молекул.
Состав:
Гены для рРНК: 5S, 18S, 26S. Но когда говорим о генах рРНК, в некоторых случаях – неправда. У хламидомонад – либо нет, либо очень много (классического нет, но есть множество автономно транскрибируемых фрагментов, дающих кучу транскриптов, есть концы, взаимно комплементарные, толпа мелких транскриптов собираются в конструкцию с нормальной для сборки рибосомы вторичной структурой)
Гены рибосомных белков. Количество варьирует в разных группах – за счет разного горизонтального переноса генов в ядро. У хламидомонас реинхардии – вообще ничего в мх не осталось, у печеночника Маршанция – 16. В разных группах по-разному
Гены тРНК. В учебнике. В МХ легко заходят тРНК. Почему в плазмиды нет, а сюда да – хз. Поэтому МХ тРНК – 3 типов:
Собств МХ тРНК.
Собств МХ тРНК, имеющие ПЛАСТИДНОЕ происхождение!
Некоторые тРНК – из ЦП – инкорпорирование.
Несколько белков ЦТК
Несколько компонентов дых цепи
Гены, кодирующие АТФ - синтетазы – 4 гена: atp1, atp6, atp8, atp9
Гены, кодирующие субъединицы NADH дегидрогеназного комплекса
Вернемся к ЦМС. Характерна для самых разных сортов и видов – очень разные проявления для разных сортов и фенотипов.
Для каждого вида ЦМС можно получить ядерные мутации, восстанавливающие мужскую фертильность, причем, как правило, эти мутации доминантны – Rf мутации – ресторэйшен оф фертилити. – так как доминантны – речь о появлении активности или усилении активности, а не дефектности.
В основном ЦМС подавляется 1 мутацией, но есть форма ЦМС-Т(CMS-T(exas)). Она подавляется 2 мутациями – Rf1 и Rf2 – несцепленные, первая – в третьей, 2 – в 9. А формы C и S – RF 3 и 4 соответственно.
Используются в селекции кукурузы. Началось исследование в 40-е годы. Логика: именно на кукурузе начали зарождаться представления о гибридных семенах – а не сортовые – гибриды F1 – явление гетерозиса. Но получение гибридов- сложный процесс, так как самоопылитель. Соответственно для получения гибридных семян нужно юзать 1 – точно как женский (нужна кастрация – для точности – ручная, а это дорого:().
Женский [CMS] x [N] гермафродит – и все скрещивание пойдет автоматически как нужно – не нужно кастрировать и тратить деньги.
Сложность – не размножить сам на себя, но при наличии ЦМС – все легко и норм. Использование этой технологии позволило США получить прибыль, способную покрыть расходы на разработку ядерного оружия. Какбэ.
А что такое ЦМС на молекулярном уровне?
Очень много работ по ней делается на крестоцветных – капусте. США – 900 сортов чеснока!
CMS-T – в МХ геноме появляется ОРС: T-urf (странная орс)13, продукт – аномальный белок 13кДа. Приводит к дестабилизации МХ мембраны, так как растения с ним гиперчувствительны к патогену кукурузы: грибу bipolaris maydis, выделяющему токсин, влияющему на мембрану МХ.
Что это за ОРФ?
115 кодонов. Промотор – 5’ некодирующая область гена atp6; основная часть гена: 3’ некодирующая область гена 26SРНК; На конце – кодирующая область 26S РНК, а между ними – кусок вообще непонятно чего – в МХ геноме кукурузы его нет. Сложная система многочислен перестроек, приводящая к новой странной ОРС.
CMS-C – возникают ОРС аномальные, которой нет у дикого типа – в результате перестроек в 3 генах:
Atp9 (сам на месте, но по прилегающим к ОРС последовательностям – перестройки), atp6 – вставка +147 кодонов, из них 13 – из atp9, а остальные – из пластидной ДНК! Cops2 – сначала 43 кодона из atp6, затем – 184 своих кодона.
Если возникает 1 новая ОРС – то тогда если делетировать ее – возвращается мужская фертильность. Если перестройки множественные, то неясно, какая – главная, и полной реверсии удалением чего-то не добиться.
Из самых разных видов – кукуруза, редис, капуста, редька – изучены ЦМС, все связаны со сложными перестройками МХ генома, с возникновением 1 или нескольких ОРС, но ВСЕГДА есть что-то непонятно, что откуда – не знаем. Нет единого механизма образования этих конкретных перестроек.
Неясность была жива до последних лет.
Связано с клонированием генов Rf. Стало становиться понятно, что есть 1 воспроизводящаяся закономерность: гены, в которых возникают мутации rf – гомологичны друг другу и характеризуются тем, что кодируют белки со сходной мол особенностью – во всех есть крупный сходный домен, состоящий из множества повторов, повторы гетерогенны, но есть консенсусная последовательность (сильно варьирует в пределах домена лол што) и эта последовательность – 35 АК. Получили название «пентатрикопептиды», а домен получил обозначение PPR – пентатрикопптидный повтор.
PPR белки характерны для разных эу. В секвенированных геномах обнаружено:
Дрожжи – 5 штук
Человек – 6 штук – эволюционно близки:)
Хламидаманада – 12
Мох фискомитрелла паттенс – 103
Арабидопсис талиана – около 450
Эти 450 генов относились к той группе генов арабидопсиса, функции которых были неоч известны.(из где-то 8000 генов стали вдруг известны 450, хорошо:)
В Ogura – orf79, atp6-orf69. Образуется такой двухцистронный транскрипт. Rf PPR592 – 11Pcf – прониает в МХ, ломает двуцистронный транскрипт – и возвращает транскрипт. Rf мутации способныКаждая Rf мутация исправляет определенный вариант ЦМС. Строго специфическое взаимодействие. Аллель-специфическая супрессия.
Каково разнообразие PPR генов?
Состоит из повторов. Каждый повтор – 2 крест-накрест альфа-спирали. Когда повторов много – гармошка из альфа спиралей. Благодаря структуре АК последовательности каждого повтора, зона концов 2 спиралей 1 повтора(начало 1 спирали и конец 2 спирали – N и C концы повтора.) могут взаимодействовать с конкретными азотистыми основаниями в РНК. Каждый домен узнает определенную, строго конкретную последовательность РНК и взаимдействует с ней. Поэтому взаимодействие каждог PPR белка строго специфично. Это РНКсвяз белки, работающие в органеллах
Практически у всех PPRбелков – сначала – сигнальный пептид – для переноса из ЦП либо в пластиду, либо в МХ. ( PPR белки могут отвечать за взаимдоействия систем экспрессии в ядре и органеллах) Затем идут PPR повторы. Могут быть одинаковы, могут быть гетерогенные. А дальше – совершенно разные С-концевые домены, обеспечивающие оч разные функции, но все связанные с какими-то жтапами метаболизма РНК, экспрессии генов.
На основе той или иной мол схожести выделяются подсемейства PPR белков. В основном 2 подсемейства: DYWдомен-содержащие и TGM-домен содержащие. Если есть 1 подсеемейство – нет другого. Возникли до дивергенции разных царств эукариот, но почему в 1 царстве есть либо либо разные. Возможно, может намекать на разные степени родства классов в царстве, например.
PPR гены похожи у разных растений по экзон-интронному строению.
Какая-то часть импортируется в хлоропласты, какая-то – в МХ, какая-то и туда, и туда. Известны отдельные белки, импортируемые и работающие в ядре.
Участвуют в редактировании, процессинге 5штрих и 3штрих концов тРНК
Редактирование РНК – обнаружен 20 лет назад, для органельных транскриптов. Показывает сложность понятия ген. Считывемый с генома органельного в частности транскрипт не соответствует по нуклеотидной последовательности конечному продукту. Редактируется. Разными способами. Изменение конкретных нуклеотидов – посттранскрипционное изменение – доп хим модификация, изменяющая суть нуклеотида. Но иногда нуклеотиды ВСТАВЛЯЮТСЯ в иРНК.
Есть пластидные гены, кодирующие белок, но без ОРС, так как нет инициаторного кодона, лол. Сам ген не кодирует ничего, кодирует только транскрипт.
Либо нет нонсенс-кодона в гене. Нужно вставить.
Есть замена значения кодона, принципиально важная в соответствующем положении.
Чрезвычайно усложныет жизнь.
Механизмы редактирования оч разнообразны, но главное – следующее – наличие малых гетерогенных ядерных РНК, комплементарны строго определенным участкам транскрипта и зона неспаренности – сигнал для редактирующего комплекса.
PPR играют исключительно важная роль в экспрессии органельных генов, причем, как пластидных, так и МХ, эта система позволяет при этом заниматься взаимодействием трех генетических систем: пластид, МХ,
Копийность пластидной ДНК: в пропластидах(недиф пластиды), которых в клетке несколько штук, присутствует 1-2-3 штуки кольца органельной ДНК. Они реплицируются. И репликация колец хорошо скоординирована с делением клеток. При делении пропластид, в них остаются 1-2-3 плазмиды. При дифференцировке деления замедляются или останавливаются. Но синтез пластидной ДНК только усиливается, поэтому в клетке пластид становится до неск сотен, и в каждой пластиде становится колец до нескольких десятков. Почему так важно? Многие компоненты фотосинтеза: РУБИСКО, например, кодируется и в ядре и в пластиде. На каждого человека на планете приходится где-то 80 кг рубиско, лолXD минутка занимательных фактов.
Рубиско из 2 типов субъединиц. S и L, каждой по 8. 16-субъед комплекс и по-другому это не работает. Соответственно нужен растению эквимолярный синтез этих субъединиц. Большая – кодируется пластидой, малая – ядром. Причем, как, копий гена малой субъединицы – 2 в клетке, а вот большой – могут быть тысячи. НУЖЕН ЭКВИМОЛЯРНЫЙ СИНТЕЗ. НУЖНА тончайшая!!! Подгонка синтезов, экспрессии генов в мх, в ХЛ, в ядре.
Система взаимодействия между ядром и органеллами.
6793305794Воздействие ядра на МХ и ПЛ – прямое или anterograde воздействие.
161290201295Ядро
00Ядро
1257599178747антероградный
00антероградный

3112303306346МХ
00МХ
29616406731014433551179830541020415290886460704850073977532004083439018224500
111248149725Ретроградный
00Ретроградный
22294854286252077133276429
1537439359антероградный
00антероградный
center0???
020000???

164274598425ПЛ
00ПЛ

Какие гены меняют экспрессию у растений с ЦМС? У капусты – 140 ядерных генов, экспрессия которых изменяется у капустного варианта ЦМС. Некоторые – PPR. Некоторые – что-то другое имеют в функционале: у капусты ген DCW11 – кодирует фосфатазу, МХ импортируемую, регуляция позже, чем на транскрипции.
Ощущение, что ЦМС так и не поняли.
Появление новой ОРС в случае ЦМС изменяет за счет ретроградной регуляции эксрессии ядерных генов, которые за счет антероградной регуляции влияют на МХ и что-то в ней системно порят, приводя к эффекту ЦМС.
Что такое ЦМС вообще? Тоже загадка. Никаких других фенотипических отличий кроме ЦМС – НЕТ ВООБЩЕ! Наименее плохое объяснение (хороших нет) – ЦМС связано с каким-то не принципиальным для растения в целом нарушением работы митохондрий. Процесс образования пыльцы – ОЧ ЭНЕРГОЗАТРАТНЫЙ процесс – ОЧ локализована во времени; ее нужно оч оч много, в 1 пыльнике – тысячи. Чтобы это было – нужен массовый мейоз и массовое созревание пыльцы. Да, она несет мало пит веществ. Однако пыльца – ОЧЕНЬ богатый витаминами продукт, ОЧ ЦЕННА ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ОБЩЕЙ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ организма. Так вот, для снабжения витаминами тысяч клеток, для деления нужны большие энергозатраты, и растению дефектных митохондрий на этот энергозатратный процесс как-то не хватает, хотя для жизни норм.
Ъъъ
Система фотоморфогенеза – сделали схему обобщенную, на которой кое-чего не хватало.
Фитохром – хромопротеид, состоящий из полипептидной части (апопротеида) и открытой тетрапирольной группы (хромофор).
Фотообратимая регуляция морфогенеза – красный (640-690 нм) - перераспределение двойных связей и образование новых одиночных в хромофоре – небольшое изменение конформации апопротеида. Сдвиг спектра поглощения молекулы. Дальний красный свет (710-750 нм) – восстановление конфигурации хромофора – восстановление конфигурации апопротеида. Pr и Prf- состояния.
Гены, участвующие в сигналлинге.
Система фитохромов – 5 типов.
Гены PHYB, PHYD и PHYE кодируют апопротеидные части трех близких друг другу типов фитохромов (B, D и E).
Фитохром В – основной. Сверхэкспрессия – усиление морфогененетических ответов на красный свет и карликовость.
Мутант: hy3 – резкое ослабление морфогенетического ответа на красный свет.
Фитохром С – малоэффективен, но действует. Сверхэкспрессия – увеличение размеров листовых пластинок и побегов.
В и С регулируют разные морфогенетические программы.
Фитохром А – дальний красный свет. Красный не оказывает заметного действия. Система отвечает за специфическое развертывание наиболее чувствительных морфогенетических процессов – распрямление апекса, раскрытие семядолей, частичное замедление роста гипокотиля. «Темновой» фитохром.
Мутант: hy8 – этиолированы даже при длительном воздействии дкс, но реагируют на кс. Аналогично – fhy1 и fhy2, однако, у них фитохром А работает, значит – нарушения в дальнейшем пути передачи сигнала.
Система криптохрома.
hy4(cry1) – замедление роста гипокотиля, распрямление апекса, раскрытие семядолей; нарушение морфогенетических реакций на синий, зеленый и УФ.
CRY1 (HY4) – криптохром; улавливает синий свет, частично области зеленого и ближнего УФ излучений.
ЕЩЁ:
- hy1, hy2, hy6 – не отвечают и на дкс, и на кс – дефектны по неким этапам биосинтеза хромофорных группировок. Опрыскать биливердином (предшественник фитохромобилина) – восстановление нормальной чувствительности.
- red1, pef2 и pef3 – ослабленная чувствительность к красному свету.
- pef1 – одновременно дефектные по реакциям на красный и синий свет.
- hy5 – этиолированность снимается только УФ-светом.
- cop/det/fus – конститутивный морфогенез даже в полной темноте.
Дальний УФ – UVB. 280-315 нм. НЕ понятно, есть схема или это просто ответ на разрушительное действие УФ. Сейчас ЭТО В ПЕРВЫЙ РАЗ ЧТО ЕСТЬ В КУРСЕ.
Выявлено, какой именно рецептор ловит этот свет.
UVR8 – доказано, что фоторецептор, но уникальный – первый ФР, не являющийся хромопротеидом (нет хромофорной группы) – воспринимает УФ непосредственно АК последовательностью - триптофановыми остатками (норм, ароматика с системой сопряженных двойных связей – имеет) есть 14 остатков Трп, позиции очень консервативны.
1 с непонятным предназначением, 6 – образуют бета-пропеллер, 7 – на 1 стороне белка, с учетом 3-й структуры. Рецептор димеризуется. Гомодимер – нормальное функциональное состояние. Стороны, на которых по 7 Трп – принимают участие в димеризации.
Мут анализ показал, что ключевые для фоторецепции – 2 Трп – 233, 285. Мутация в любом – утрата рецепторной способности белка. Кто-то ключево или работают согласованно, как 1 структура – пока сказать нельзя. (ЦП?), при УФ – идет в ядро.
Включатель непосредственный морфогенеза – HY5, взаимодействие – COP1. А собственно UVR8 – непосредственно связывается с COP1, блокируя его, и HY5 - начинает морфогенез. Мутации по HY5 вырубают реакцию на дальний УФ в том числе. Остальные белки системы коп-дет-фус не участвуют.
Долго были дискуссии, специфическая или неспецифическая реакция на дальний УФ. У UVR8 – нашли 2 типа ответов на УФ: 1 – морфогенез – небольшое замедление роста, уменьшение семядолей. Второй – стрессовый ответ на повреждения. Синтез антоцианов – ответ скорее на повреждение растения жестким УФ светом.
Ген контроль фототропизма
Фактология описана еще Дарвином – растения изгибаются в сторону источника света, реагируя на его определенный диапазон – только на синий свет. Что же фоторецептор? – HY4=CRY1 – мутантов по этому белку был нарушен ТОЛЬКО морфогенез, а тропизм в норме. Получены и наоборот мутанты – только без фототропизма – названы они nph (нон фототрофик хайпокатил) – гены NPH1,2,3. Затем произошел широкомасштабный переход от формальной генетики к молекулярной. Гены переназваны в PHOT1,2,3 (фототропизма гены) Были клонированы и показано: рецептор – PHOT1 – нет серьезной гомологии с криптохромом, но есть 2 очень похожие хромофорные группировки – за счет них и синий свет. А белки генов PHOT2,3 – сигналлинг, передача инфы.
Механизм? Реакция изгибания – впорото. Когда есть проросток арабидопсиса и синий свет с 1 стороны, 1 1 раскрывание семядолей, крючка, замедление роста гипокотиля, а вторая схема, изгибания гипокотиля. – по большому счету ОЧЛОКАЛЬНАЯ реакция морфогенеза – где света нет, клетки удлиняются, а на которые нет – стопятся, и за счет этой разницы длин – изгибание.
Подводим итоги
В чем суть реакций растений на дальний красный и красный свет?
Семя растения прорастает не сразу как выпало, а после того, как полежит в земле. «Банк семян» - лежат в земле и всходят через, ну, например, пару лет, причем, разные генотипы в разное время.
Семя – либо в почве, либо под опадом, либо под пологом имеющейся растительности. Спектр света сильно отличается от естественного – красного и синего почти нет – поглощается выше. Свет сильно-сильно обогащен дальним красным. --> проросток ранний и семя – сталкиваются ТОЛЬКО с дальним красным – соответственно, первая задача проростка – отреагировать на дальний красный – начать ФС худо-бедно, разворачивать семядоли худо-бедно. ПЛЮС продолжать тянуться, чтобы выйти на более-менее нормальный свет – «синдром избегания тени» - темпы замедления роста гипокотиля – совсем небольшие. Не нашел норм света – сорян. Нашел хороший свет, вылезает на него, резко замедляются темпы удлинения, резко разворачиваются листовые пластинки – и пошел вегетативный период.
Темновой фитохром – а!
У растений разные стратегии жизни – тенелюбивые, светолюбивые - соответственно смещается соотношение фитохромов а-б.
ВСЁ!

Фотопериодизм
Реакция растений на продолжительность светового дня – есть разные растения – короткого, длинного дня и проч. По сути яровизация, заставляет растение изменить фотопериодизм и перейти к цветению куда раньше, чем нормальным образом. Холод (не отрицательные температуры) – 1 из факторов влияния на него.
Должны быть рецепторы времени. Есть циркадные ритмы – очень консервативная схема, описанная еще у архей – система взаимодействия белков, регулирующих друг друга схемой обратных связей, где конструкция закономерно проходит циклическую схему экспрессии, она реализуется за определенное количество время. Эта схема – единица отсчета, к которой уже прикладываются разные факторы. Можно цикличность менять (быстрее-медленнее) – внести мутации.
Основная идея – наложение света на внутреннюю цикличность.
Главный результат фотопериодизма – переход к генеративной стадии – цветению.
Переход к пол размножению при отсутствии ярко-выраженного зародышевого пути. (у животных – соматические мутации – якобы не наследуются – они не наследуются ПОЛОВЫМ ПУТЕМ, потому что зародышевый путь – уже отдельно, а такта при митозе всем потомкам норм передается).
4574515264998Переход к зародышевому пути – изменение характера апикальных меристем побега.
Растения – множество вариантов меристем – апикальные (побега и корня) вот так растет всю жизнь
Арабидопсис за свой ЖЦ проходит несколько принципиальных состояний апикальных меристем побега:
Зародышевая (почечка в семязачатке) – эмбриональная апикальная меристема побега, состоящая из 2 клеток у арабидопсиса, они делятся, создают конус нарастания и прочее, и прочее, но делятся только 2.
Меристема побега в розетке. Формирует одинаковые структуры – листья – формирует циклически (связано с циркадными ритмами). При этом меняется характер листьев. Семядоли – первичные листья, обычно округлые, а затем начинают формироваться настоящие листья – сугубо для ФС – формируются спирально – ювенальные, взрослые листья, почти старые. С каждой стадией становятся все более ланцетовидными (вытянутыми). Можно менять частоту закладки листьев (количество в розетке меняется) и темпы старения листьев.
На основе полностью сформированной растении – создается генеративный побег. Пазушные почки, в основании – листья – еще более вытянутые. Меристема меняется – с вегетативной на генеративную. Но при этом формирует вегетативные структуры – листья, но генеративные листья, в пазухах которых – форм новые побеги. На этом этапе меристема недетерминирована – потенциально могла продолжать этот тип развития бесконечно, но условия, ресурсы, все дела.
Перестают быть листья в пазухах которых новые ген побеги, а образуются уже цветочки. При этом верхняя меристема недетерминирована примерно полностью и до конца, а вот в боковых побегах – детерминирован – ТОЛЬКО цветки. Но в них идет пол размн, ведущее к образованию первого типа апикальной меристемы( и круг замкнулся)
Множество мутаций генов, контролирующих скорость и КАЧЕСТВО перехода.
Есть мутации, которые делают так, что меристема побега НАВСЕГДА остается в 3 состоянии – полностью стерильно. Двойные мутанты по генам AP1 (апетала – безлепестковый уродливый цветок), LFY (лифи – листоподобные – урод цветки вместо норм элементов цветка, листоподобные образования, уродливый цветок), ap1 lfy – двойной мутант – имеет фенотип – розетка листьев, ген побег, и ВСЕ, что образуется в пазушных почках – НЕДЕТЕРМЕНИРОВАННЫЕ ТАКИЕ ЖЕ ГЕНЕРАТИВНЫЕ ПОБЕГИ, производящий ТАКИЕ ЖЕ ГЕН ПОБЕГИ. НЕТ ЦВЕТКОВ.
Соответственно гены AP1, LFY – заставляют меристему быть детерминированной, формировать меристему цветка – стимулируют, ускоряют переход от 3 к 4.
Есть обратные мутанты – TFL – терминал флауер- норм меристема вегетативной розетки, возникает цветонос, и на нем формируется только 1 цветок и наверху 1 уродливый, представляет собой срастание 2х – перепрыгивает 3 стадию, переходит к 4 стадии – нет меристемы побега, сразу форм дет мерист цветки – и все останавливается – соответственно, задача TFL – обеспечить 3 стадию – притормозить переход к 4 стадии развития. Чтоб было БОЛЬШЕ ЦВЕТКОВ.
Мутанты EMF – проросток с семядолями, и из этих семядолей – сразу уродливый цветок - все сразу заканчивается как-то. Пропуск 2 и 3. Задача гена - удержать от перехода к 4 СРАЗУ – чтобы сформировал розетку и побеги.
Генетика растения цветка
Схема ABC развития цветка. Появилась в 90-е годы.
Цветок как модель для изучения генетики развития – почему?
Маленькая структура, которую удобно анализировать
При этом метамерна – много гомолог элементов
262064534988500Этих типов элементов много. В каноничном цветке – 4 – Чл Леп Тыч Плодолистики (у некоторых срастаются в пестики)
286956522034500271645489764Формируются оч быстро
29718002921000Поэтому собственно волшебная модель.
Изучалось на 2 модельных:
3038323195453Арабидопсис – типичный актиноморфный цветок – *Ч4 Л4 Т4+2 Пл (2) – и все кругами концентрическими и львиный зев Зигоморфный( )
Почему не принимали – считали, что зиго и актино – ПРИНЦИПИАЛЬНО разными. Плюс 2 СИЛЬНО НЕРОДСТВЕННЫХ вида.
Созданы мутанты:
Изменены опред элементы цветка
Каждый раз изменения затрагивали 2 круга
Эти круга были соседними
Развитие идет по след схеме:
В меристеме цветка – зачатки(примордии) будущих элементов – бугорки – судьба бугорка определяется тем, в какой круг попадает. Так как круги соседи, то создали схему
1409708318500Как выглядят мутанты по активностям?
Поняли, что активности – ТФ
Активности А и С – антагонисты, не дают работать другую, но если кого-то нет, то другая – заполняет всю меристему.
Мутанты по активности А(рис 3):
Пл-т-т-пл ОСКОРБЛЕНИЕ ЧУВСТВ БОТАНИКОВ!
Мутанты по B(рис 2):
ЧЧПлПл
Мутанты по С(рис 4):
ЧЛЛЧ – махровые цветки – розы – есть НЕДОмахровые, есть полностью махровые
Активность C – детерминирования развития цветочной меристемы. В мутантах, соответственно, есть такое: ЧЛЛЧЧЛЛЧЧ.. До 3 полных циклов. Японцы, которые нашли это, назвали такие цветки МАТРЕШКА.
Названия генов!
Чашелистики и лепестки – вегетативные элементы генеративного побега, а тычинки и плодолистики – генеративные.
У мутантов по С – соответственно – нет генеративных элементов в генеративном побеге XD Ген – Agamous
Мутанты по А – называли генетики – ОЙ АЛЕПЕСТОЧКОВ-ТО НЕТ --> Apetala2!!! НЕ ПУТАТЬ С АР1!
Мутаны по B - ой а тоже лепесточков-то нет apetala – тест на аллелизм - не похож – AP3. В другой лабе – ОЙ, да там плодолистиков полным-полно! PI, причем, эти 2 гена неаллельны! Впоследствии выяснилось – ТФ работает в виде гетеродимера, продукты генов AP3 и PI.
Нашли. Показали работу этой модели на Львином зеве. Схема универсальна для разных растений – стали работать с ней.
Все 8 генов(4 от арабидопсиса, 4 от львиного зева) – клонированы.
3 из 4 генов (говорим об арабидопсисе, работает на зеве) AP3 PI AG – гомологичны друг другу, кодируют ТФ MADS (М от дрожжевого гена Mcm1 – регул стаб хромосом, но не важно, A – AG, D – DEFишиент – львиный зев, зразв цветка, SRF – у животных) типа – классификация на основе ДНКсвяз домена – Высококонсервативен и гомологичен. Эти домены – возникли до разделения царств! Сайт(связывания?) – симметричный гексануклеотид.
МАДСов много – контролируют не только цветок, но и другие элементы.
Мутанты – гомеозисные мутации – 1 структ заменяется на гомологичную. НО! Нет корелляции между тем, к какому типу относятся ТФ и гомеозисным эффектам.
В ботанике несколько веков дискутируют, что следует рассматривать в качестве протопротохмного типом цветков –
магнолиевые( крупные-примитивность, центральная часть – напомниает стробил, многокомпонентный – оч много одинаковых частей растения – примитивность, элементы цветка по спирали, сплошные переходы лепесток-тычинка) ВСЕГО СЛИШКОМ МНОГО (концепция олигомеризации сегментов – Догель – у примитив форм сегм жив-ных – много слабодифф сегментов, а в процессе эволюции их количество уменьшается и они дифференцируются)
Перцевые(черный, горошковый – ДЕРЕВЬЯ, не путать с мякотными пасленовыми)(цветка такта нет – есть прилистник и 2 ген структуры, либо архегоний либо антеридий – ЕЩЕ НИЧЕГО НЕТ)
И как-то все нипонятно.
Гете: если можем вместо элементов цветка видеть лист, то все элементы – видоизмененные листья.
Ч и Л – ладно, логично, вегетативные.
А вот Т и Пл – так ли это?
Сделали мутантов АВС – получился «цветок» - аналог вегетативной розетки листьев большая розетка зеленых структур, по строению соответствующая листьям. Классич ФС парензима, листоваое жилкование, характерные лоя листьев трихомы, распологаются по спирали, как характерно для листьев вегет части.
Вывоод: элементы меристемы цветка изначально листья, а судьба зачатка зависит от того, в какую ТФ зону попадает.
Гете: различная судьба разных элементов цветка: одни и те же зачатки растут в соках разного хим состава в разных зонах цветочной почки. – гениальное предвидение.
ПОГЛАДЬ ГЕТЕ! ОН КРУТОЙ!
Принцип Гете – структурной морфологии растений – используется активно в филологии. Ряд направлений, родоночальник – Лотман(наш соотечественник), представитель его школы – Валентин Корона – ботаник из новосиба.
Опубликовал книгу про поэтику Ахматовой. Понятие «любимый» вынул из всех произведений, проанализировал эпитеты, к этому слову применимые. Что еще имеет такой же набор эпитетов имеет? «замок» «башня»!!! Это не про Фрейда, конечно, но любимый всегда за стенами, недоступен, неприступен, как замок, как башня.
Вернемся к магнолиям VS перцам!
Так вот, Apetala2 – совершенно не МАДС типа! У львиного зева активность А тоже не МАДС.
Когда сравнили гены львиного зева и арабидопсиса для А – ВООБЩЕ НЕТ ГОМОЛОГИЙ!
Выяснилось: у всех проанализированных B, C – всегда очень консервативные мадс факторы, а вот А – совершенно разные ТФ.
Лепестки возникли в разных группах покрытосеменных ПАРАЛЛЕЛЬНО! Соответственно, у ПЕРВЫХ покрытосеменных ЛЕПЕСТКОВ НЕ БЫЛО ВООБЩЕ!
В итоге ПЕРЦЕВЫЕ ВИН
Зарождение нового направления в биологии: EvoDevoTics – Изучая генетику развития - поймешь эволюцию. Тикс отпало, потому что ВСЕ ГЕНЕТИКА!
Осталась ИВАДИВА!
10 лет понадобилось для совершения ПОЛНОГО прорыва – нашли качественную модель.
Какова ген основа разных ТИПОВ цветков у растений?
Считали, что АВС описывает только самые стандартные модели –
А что с ПРОСТЫМ околоцветником?
В А С
Если поменяны местами пестики-тычинки?
В В
А С
А если лепестки плавно переходят в тычинки?
Или чашелистики- в лепестки?
32537402527300353949025273007486655194303676652527300-3810519430
373951520574002844165205740
Однополые цветки?
В С А
Только мужские
В А С
Только женские
Плюс есть варьирование количества лепестков на 1 виде.
СемернАя кратность элементов - седмичник европейский
На 1 растении- 7,8,9-лепестковые цветки. В 1 популяции – нашли 47 вариаций соотношений Ч-Л-Т Все варианты – распределение пуассона – СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ.
Изучение генетики зигоморфных цветков показало, что можно мутировать 1-2-3 гена – и получатся почти актиноморфные цветки. Процесс обусловлен парой геновXDА на потяжении десятков лет это считалось исключительной разницей
Линнея – есть актиноморфные и зигоморфные цветки. Клонировали ген, обуславливающий зигоморфность, вставили в линнею
Кароч получили 2 формы, секвенировали ген, а он одинаков! Оказывается, разница метилирования ДНК! ЭПИАЛЛЕЛЬ
Если биология хочет подойти к Физике, как к фунд науке, описывающей глубоко мир, то биология должна онять и смириться, что био фундаментальные закономерности будут напоминать физические – в форме ЗАПРЕТОВ.
Принципиальная невозможность предсказать механизм по феноменологииXD например.
Проблема пола у растения.
Фундаментальная био проблема гермафродитизма – выход в гомозиготу рецессивных мутаций – имбредная депрессия.( Гетерозис – хорошо быть помесью.)
Гермафродиты у животных – гастроподы, плоские, малощетинковые черви.
Размножение – перекрестное – взаимный обмен ген инфой. Исключения – ленточные черви – цепни – разные членики.
Растения, что же там?
Перекрестные, самоопылители.
Самоопылитель – горох! Но около 2% семян – перекрестный путь. (у всех самоопылителей существует какая-то степень перекрестного опыления, позволяющая им жить)
Фиалка – 2 типа цветков. 1 вариант - ярко-синие красивые цветки, но они АБСОЛЮТНО стерильны, НЕТ ген. Структур, а второй – участвует в опылении, но бутон даже не открывается! Единственный ПОЛНОСТЬЮ самоопыляемый вид.
Наличие половых различий – гарантия ухода от самооплодотворения. – двудомность. Широко встречается, примерно 10% двудомны, но НЕТ НИКАКОЙ таксономической принадлежности – переходили к ней многократно и независимо.
У животных определение –
Хромосомное
Гомо-гетерогаметная(птички бабочки ящерки змейки – гетерогаметна дЭвушкаZW)
Балансовая схема – соотногение X/Z и аутосом
Температурное определение пола – крокодил
Плоидность(перепонки)
Пол определяется паразитической инфекцией в половой системе

Приложенные файлы

  • docx 18285281
    Размер файла: 357 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий