Головна

Генетичний контроль розвитку

  1.  Air Alert III - програма для розвитку стрибка
  2.  D. 6-7 тиждень внутрішньоутробного розвитку;
  3.  Gt; Генетичний контроль спорообразованія.
  4.  I Діяльність як фактор розвитку
  5.  I. Історичні передумови створення та розвитку менеджменту.
  6.  I. Світова фінансова криза. Оцінка причин і розвитку на світовому рівні
  7.  I.2 Оцінка розвитку кризи

Очевидно, що генетичний контроль розвитку існує, бо як тоді зрозуміти, чому з яйця крокодила розвивається крокодил, а з яйця людини - людина. Яким чином гени визначають процес розвитку? Це центральний і дуже складне питання, до якого вчені починають підходити, але для всеосяжного і переконливої ??відповіді на нього даних явно недостатньо. Головним прийомом вчених, які вивчають генетику індивідуального розвитку, є використання мутацій. Виявивши мутації, які змінюють онтогенез, дослідник проводить порівняння фенотипів мутантних особин з нормальними. Це допомагає зрозуміти, як даний ген впливає на нормальний розвиток. За допомогою численних складних і дотепних методів намагаються визначити час і місце дії гена.

Аналіз генетичного контролю ускладнюється декількома моментами. Перш за все тим, що роль генів неоднакова. Частина геному складається з генів, що визначають так звані життєво важливі функції і відповідають, наприклад, за синтез тРНК або ДНК-полімерази, без яких неможливе функціонування жодної клітини. Ці гени названі «house keeping» або генами «домашнього господарства». Інша частина генів безпосередньо бере участь в детермінації, диференціювання і морфогенезі, т. Е. Функція їх, мабуть, більш специфічна, ключова.

Для аналізу генетичного контролю необхідно, крім того, знати місце первинного дії даного гена, т. Е. Слід розрізняти випадки відносної, або залежною, плейотропії від прямий, або істинної, плейотропії. У разі відносної плейотропії, як, наприклад, при серповидно-клітинної анемії, існує одне первинне місце дії мутантного гена - гемоглобін в еритроцитах, а всі інші спостережувані при ній симптоми, такі, як порушення розумової та фізичної діяльності, серцева недостатність, місцеві порушення кровообігу , збільшення і фіброз селезінки і багато інших, виникають як наслідок аномального гемоглобіну. При прямий плейотропії все різноманітні дефекти, що виникають в різних тканинах або органах, викликаються безпосереднім впливом одного і того ж гена саме в цих різних місцях.

Мал. 8.14. Ділянки політенних хромосом дрозофіли

із зазначенням розташування комплексів ANT-C (I) І ВХ-з (II)

і генів, що входять в ці комплекси

Нарешті, слід розрізняти ще два способи дії мутацій на фенотип, що викликають дизруптивного або гомеозісние зміни. У першому випадку, і це буває найчастіше, мутації призводять до порушення нормального розвитку, відсутності або аномальному будові органів. В інших випадках відхилення від норми полягає в тому, що під дією мутації типовий орган заміщається гомологічним або зовсім іншим, але з нормальною будовою. Це особливий клас мутацій, описаний у комах і отримав назву гомеозісних мутацій.

Прикладом гомеозісних мутацій є мутації в ВХ-С і ANT-C-комплексах генів у дрозофіли (рис. 8.14). ВХ-С (Bithorax Complex) і ANT-C (Antennapedia Complex) - це два набору генів, що представляють собою два кластери тісно зчеплених між собою генів, що знаходяться в одному плечі 3-ї хромосоми (рис. 8.15). До групи ВХ-С входить не менше 10 генів, які відповідають за індивідуальність сегментів тіла, розташованих ззаду від середньогрудного сегмента. Чим більше дистальних локусів ВХ-С піддається розподілі, тим більше черевних сегментів перетворюється в грудні. При розподілі всього комплексу ВХ-С всі сегменти від заднегрудного до 8-го черевного перетворюються в среднегрудь. До групи ANT-C входить не менше шести генів. Посилення в результаті мутації функції цієї групи викликає перетворення антени в ногу, як повинно бути в грудних сегментах.

Мал. 8.15. Розташування гомеозісних комплексів мутантних генів

ANT-C і ВХ-С в геномі дрозофіли:

X, 2, 3, 4 -ікс-, друга, третя і четверта хромосоми; чорною крапкою позначені центромери, латинськими буквами - деякі гени

Великі генетичні дослідження гомеозісних мутацій у дрозофіли показали, що ці комплекси генів відповідають за напрямок розвитку сегментів тіла, т. Е. Є як би морфогенетическими перемикачами. Цей висновок має велике теоретичне значення, так як дозволяє припустити наявність таких генів-перемикачів напрямки розвитку і у інших видів організмів.

У попередніх розділах були наведені приклади генетично запрограмованих процесів клітинного ділення, клітинних міграцій, клітинної загибелі та клітинної диференціювання, які проявляються вибірково, т. Е. В певний період і в певному місці. Можна навести ще безліч прикладів мутацій, які показують, як і коли діють гени.

Існують мутації, які вказують на існування у багатьох видів тварин так званих генів з материнським ефектом. Особливість цих генів полягає в тому, що материнський геном під час овогенеза продукує ферменти, необхідні для метаболізму раннього зародка, а також передає інформацію, що стосується розташування і організації структур зародка, т. Е. Впливає на морфогенез. Тому самка, гомозиготна за рецесивним мутантного аллели і продукує аномальні яйця, навіть при схрещуванні з нормальним самцем дає нежиттєздатне потомство. Сама ж вона розвивалася цілком нормально, оскільки її мати в цьому випадку могла бути тільки гетерозиготной і в її яйцях були всі чинники, необхідні для раннього розвитку. Цікаво, що якщо в дефектні яйця рецессивной самки ввести цитоплазму від нормальних яєць, то зародки будуть врятовані. Фактори, детермініруемие генами з материнським ефектом, зазвичай роблять свій вплив на зародок до періоду гаструляції. Починаючи з гаструляції все більшу роль відіграє інформація самого зародка.

Відомі й інші мутації, які впливають на ранній розвиток, але не пов'язані з материнським ефектом. До них відносяться, наприклад, мутації рибосомних генів. У шпорцевой жаби (Xenopus laevis) Мутанти були позбавлені частини або всіх рибосомних генів. Цитологічних це проявлялося в повній або частковій відсутності ядерця. У гомозиготному стані мутантних алелів зародки стають повністю нежиттєздатними на стадії вилуплення, так як у них не утворюються нові рибосоми, а ті, що були запасені в яйці, вже повністю використані.

У мишей також відомий цілий ряд рецесивних мутацій складного локусу Т 17-ої хромосоми, які зачіпають ранній розвиток. Локус Т представлений безліччю (117) алелей, які охоплюють знаком t з додатковими індексами: t1, t2, t3 і т. д. Близько 30% t-генів у гомозиготному стані викликає загибель зародків, частина алелей є напівлетальними. Весь цей ряд рецесивних алелей t розпадається на вісім груп, які можуть бути комплементарні один одному і в гетерозиготному стані не приводити до загибелі зародка.

Відомі також і п'ять домінантних мутацій Т-локусу. Кожна з восьми груп обумовлює різного роду дефекти. Один з алелей зупиняє перетворення морули в бластоцисту, що складається з трофобласта і ембріобласта. Такі морули гинуть. Інша мутація призводить до того, що розвинувся трофобласт не вступає в контакт зі стінкою матки і зародок теж гине. Треті мутантні зародки не утворюють внезародишевой ектодерми, у четвертих - гинуть клітини зародкової ектодерми, у п'ятих - клітини зародкової ектодерми не здатні мігрувати в області первинної смужки і утворювати мезодерму, у шостих - вже утворилися структури нервової системи дегенерируют і т. Д. Первинне порушення, лежить в основі всіх цих ефектів, всього лише одного локусу поки не з'ясовано. Однак очевидно, що локус Т грає першорядну роль в морфогенезі ектодерми мишачого зародка і організму в цілому.

Відомі мутації з більш специфічною дією. У аксолотля мутація з (cardial lethal), що успадковується як простий аутосомно-рецесивний ознака, викликає порушення розвитку серця і його нездатність до скорочень. Мутантні особини роздуті переповнює їх рідиною, а травна система і зябра у них недорозвинені. Встановлено, що у хребетних серце розвивається в результаті індукційного впливу з боку головного ділянки ентодерми. Досліди з пересадки серцевої мезодерми показали, що мутантні зародки не можуть забезпечити розвиток серця з підсадженої нормальної серцевої мезодерми. Це вказує на відсутність індукційного активності головного ділянки ентодерми у мутанта з генотипом cc.

Нерозривний зв'язок генів з морфогенезом окремих органів і систем органів можна спостерігати також на прикладі мутації Tfm (Testicular feminization locus) у ссавців. У людини, мишей і щурів цей ген успадковується як зчеплена з підлогою. Самки, гетерозиготні по мутантного гену, т. Е. ХTfmX, по суті, нормальні, але половина їх генотипически чоловічих нащадків ХTfmY мають жіночий фенотип і стерильні. В основі цього дефекту лежить відсутність специфічного білка, службовця рецептором тестостерону. У особин ХTfmY рецептор не синтезується. самки ХTfmХTfm нормальні в усіх відношеннях і фертильності. Це свідчить про те, що нормальне статеве розвиток самки може проходити без продукту цього гена.

Органогенез - період, коли дія мутацій проявляється у великій мірі. Розвиток кожного органу і тим більше системи органів контролюється сукупним координованим дією сотень генів. У людини відомі понад 120 форм спадкової глухоти, які виникають в результаті експресії мутантних генів, що відповідають за формування слухового аналізатора. У людини описано також близько 250 спадкових уражень очей, близько 150 спадкових аномалій розвитку скелета, не менше 18 генів, що відповідають за нормальну диференціацію статі. Про значення генетичного контролю онтогенезу говорять численні хвороби, пов'язані з геномних і хромосомними мутаціями.

В цілому генетичний контроль онтогенезу очевидний, проте в процесі розвитку зародок і його частини мають здатність до саморозвитку, регульованим самої цілісної системою, що розвивається і не запрограмованому в генотипі зиготи.

 



 ембріональна індукція |  детермінація

 Періодизація та ранній ембріональний розвиток |  Приклади органогенезу людини, що відбивають еволюцію виду |  В БІОЛОГІЇ ІНДИВІДУАЛЬНОГО РОЗВИТКУ |  розподіл клітин |  міграція клітин |  Сортування клітин |  загибель клітин |  Диференціація клітин |  Схема 8.1. Диференціація мезодерми |  схема 8.3 |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати