Страница 130 из 316
Давайте перевоплотимся в хромосому и подумаем, как бы мы на ее месте стали искать гомолога. Мы бы в своих поисках исходили из того, что гомолог состоит из той же самой последовательности ДНК, что и мы сами. Да, он может отличаться в мелочах, например, у нас в 123456789-й позиции от центромеры стоит Т, а у гомолога – Г. Но в основном последовательности сходны. Значит, можно опознать гомолога по наличию у него последовательностей, комплементарных нашим. Прелесть этого подхода в том, что ничего нового придумывать не надо. На принципе комплементарности построены все самые главные генетические процессы – репликация, транскрипция, трансляция, репарация.
Рис. 7–2.
Этапы мейоза у Кота
W
s
/
w, Mk
/
mk
.
Проблема, однако, в том, что нуклеотиды в двойных спиралях ДНК УЖЕ соединены друг с другом по принципу комплементарности и поэтому закрыты для проверки. Это препятствие преодолевается самым варварским способом. Во множестве точек генома возникают двунитевые разрывы ДНК. На этой стадии у котов в каждой мейотической клетке образуется около 200 разрывов
129
. В соматических клетках такое множество разрывов может появиться только в результате массированного облучения или обработки мощным мутагеном. Мейотическая клетка сама себе наносит эти повреждения с помощью специальных белков.
Немедленно после этого в дело вступают другие белки, которые связываются со свободными концами разорванных ДНК и внедряют их в ДНК гомологичных хромосом, одновременно расплетая ДНК-мишень. Задача внедренных участков состоит в том, чтобы найти комплементарные фрагменты определенной протяженности. К этому моменту гомологи уже прошли грубое выравнивание, собравшись в букет, поэтому поиск происходит на относительно небольших расстояниях. Найдя комплементарный участок, внедрившаяся нить ДНК спаривается с ним.
Опознание гомологов заканчивается, когда количество связок между ДНК пары гомологичных хромосом достигает критического уровня. В мейотической клетке начинается разрезание связок. Большая часть разрезается и сшивается таким образом, что восстанавливается исходное состояние цепей ДНК
(безобменный путь)
. Только небольшая их часть (у большинства млекопитающих – меньше 10%, а у котов – 25%) сшивается крест-накрест
(обменный путь),
при этом ДНК одного из гомологов в пункте обмена соединяется с ДНК другого. Этот процесс крест-накрест-сшивки ДНК гомологов называется
рекомбинацией,
или
кроссинговером
(рис. 7–2–3).
Оказалось, что по плотности рекомбинационных событий, то есть обменов отдельными фрагментами ДНК на единицу длины хромосомы, кошка
129
и, что характерно, тигр
130
занимают первые места среди всех изученных млекопитающих. То есть процесс рекомбинации у кошки организован более экономно, чем у других млекопитающих: при меньшем числе двунитевых разрывов ДНК он обеспечивает достаточно высокий уровень рекомбинации.
Итак, хромосомы вступили в мейоз в таком виде, как они были получены от родителей, а выйдут из мейоза уже рекомбинантными. Если в мейоз вступила одна хромосома с последовательностью аллелей А-b-c-D, а другая – с последовательностью а-B-C-d, то рекомбинация в интервале от В до С приведет к образованию новых сочетаний аллелей: A-b-C-d и а-B-c-D. Чем длиннее хромосома, тем больше обменов может на ней произойти. Чем дальше друг от друга на хромосоме находятся гены, тем выше вероятность возникновения новых сочетаний аллелей этих генов.
Размежевание между гомологами
Объединение закончено. Начинается подготовка к размежеванию. На двух противоположных краях клетки образуются два якоря – центриоли. Между ними и центромерами хромосом образуются тонкие нити так называемого веретена деления. У них есть одна интересная особенность: стоит им заякориться на центриолях и центромерах, как они начинают сокращаться и тянуть центромеры к полюсам клетки. При этом центромеры сестринских хроматид склеены очень прочно, а гомологи удерживаются вместе хромосомным перекрестом и не очень прочными склейками между сестринскими хроматидами (рис. 7–2–4). Именно перекресты позволяют парным хромосомам сориентироваться так, что при разрушении склеек между сестринскими хроматидами к одному полюсу уйдет всегда и только одна хромосома из пары: одна первая, одна вторая, одна половая, а к другому – другая первая, другая вторая, другая половая.
При этом материнские и отцовские хромосомы расходятся независимо. То есть каждая хромосома из пары с равной вероятностью уходит либо к одному полюсу, либо к другому. Иными словами, для каждой из них вероятность уйти к одному из полюсов равна ½. У нашего кота в той клетке, которую мы рассматриваем, направо ушла материнская хромосома A3 и отцовская B1, а налево – материнская В1 и отцовская A3 (рис. 7–2–5). Вероятность такого варианта расхождения – 1/4.
Но фокус в том, что после кроссинговера мы не можем ни одну хромосому назвать ни чисто материнской, ни чисто отцовской. И та, и другая содержат одну “безобменную” хроматиду, а другую – обменную, кроссоверную, в которой часть получена от отца, а часть – от матери.
Размежевание между сестринскими хроматидами
Немедленно после расхождения гомологов начинается второй тур мейоза, при котором опять нити веретена крепятся к центромерам и начинают тянуть их к разным полюсам. Склеенные центромеры сестринских хроматид некоторое время удерживают их вместе и позволяют сестринским хроматидам сориентироваться так, что после разрушения склеек между центромерами к одному полюсу уйдет всегда и только одна из сестринских хроматид. То есть каждая хроматида с равной вероятностью уходит либо к одному полюсу, либо к другому.
Цель мейоза достигнута. Геном располовинен. Причем располовинен идеально: в каждой гамете каждая хромосома представлена в одном экземпляре. Они готовы к новому слиянию с гаметами супруги и созданию новых диплоидных организмов. Но дело не только и не столько в том, что мейоз позволил точно развести гомологи по гаметам. Он превосходно выполнил и другое, гораздо более важное свое предназначение – он перетасовал родительские аллели.
У нашего кота в мейоз вступили 19 отцовских и 19 материнских хромосом, и каждая со своими аллелями. Если в каждой из пар произошел хотя бы один кроссинговер (а без него хромосомы не смогут нормально разойтись в гаметы), то в итоге мы получаем гаметы, содержащие 2
19