Глава 6. Генетическая номенклатура

По мере вовлечения в сферу генетического изучения различных организмов и описания их разнообразных наследственных признаков стала ясна необходимость разработки общих правил генетической номенклатуры. Попытка разработать такие правила была предпринята группой генетиков в 1920 г. [5], правила были предназначены для обозначения генов высших организмов, что естественно для уровня науки того времени. Стремительное развитие генетики микроорганизмов началось с середины 40-х годов и почти сразу же проявилось своеобразие микроорганизмов как объектов генетических исследований. Первое, что надо в связи с этим отметить, - относительная бедность различных фенотипов по сравнению с такими классическими объектами генетики, как дрозофила, мышь, кукуруза и т. п. Действительно, для высших организмов описываются разнообразнейшие морфологические признаки, в большинстве случаев каждая мутация отличается чем-то от всех других, ей не аллельных.

В генетике микроорганизмов преобладают признаки биохимические, главным образом потребность в различных питательных веществах. Многие неаллельные, относящиеся к разным генам мутации дают сходные фенотипы (потребность в аденине либо в аргинине и т. п.), и обнаружить их различия можно лишь при детальном биохимическом анализе, проведение которого не всегда доступно. Соответственно этому генетики, работающие с высшими организмами, стремились каждому идентифицированному гену дать свое название даже в тех случаях, когда мутации в разных генах проявляли сходный фенотип. У микроорганизмов генам с одними тем же фенотипическим проявлением стали сразу же давать одинаковые названия, различая разные гены по буквенному или цифровому индексу, приписываемому к их символу. Кроме того, у микроорганизмов для многих генов были получены огромные серии мутантных аллелей, число которых намного превосходило число членов серий множественных аллелей, известных у некоторых высших организмов. Для их различения также был избран самый простой способ: мутантным аллелям стали давать порядковую нумерацию.

Применительно к микроорганизмам первая система номенклатуры была разработана под руководством известного генетика М. Демерека для обозначения генов бактерий, прежде всего наиболее изученной кишечной палочки [1, 3]. Несколько позднее подобные системы появились для других микроорганизмов, в частности для дрожжей [2, 6]. Следует отметить, что в некоторых пунктах эти системы расходятся. Кроме того, даже для организмов, для которых разрабатывались правила, известен ряд случаев их несоблюдения.

Ниже мы попытались изложить наиболее важные принципы генетической номенклатуры, отметив в необходимых случаях различия в описании генотипов про- и эукариотов.

1. Эффекты генов описываются при сравнении выбранного стандартного штамма - так называемого дикого типа - с соответствующими мутантами. В качестве дикого типа принимается штамм, обычно выделенный из природы и, как правило, тот, на котором впервые началось проведение генетических исследований.

2. Гены обозначаются в соответствии с производимыми ими эффектами, обычно одним словом либо комбинацией из нескольких слов, описывающих эти эффекты, причем название генов характеризует признак, определенный мутантными аллелями соответствующих генов. Для обозначения генов в большинстве случаев употребляются слова английского языка. Исключение составляют многие гены гриба Podospora anserina, которые носят латинские названия; для этого же гриба используются цифровые обозначения генов, определяющих окраску аскоспор. Исключением из этого пункта правил является также обозначение генов типов спаривания у грибов. Традиционно для них используют первые буквы латинского или греческого алфавитов.

3. Название генов принято сокращать, образуя символ гена. Название сокращается до одной - четырех букв. В генетике бактерий и дрожжей рекомендуется употреблять символы из трех букв.

При сокращении названия гена, как правило, в качестве первой берется первая буква названия и к ней добавляются непосредственно следующие за ней буквы, либо буквы из середины или конца слова, либо буквы из других слов, входящих в название. Приведем следующие примеры обозначения генов аспергилла:

 ааи  - amino acid uptake 
 ad   - adenine requiring 
 amd  - acetamidase regulation 
 arg  - arginine requiring 
 aps  - anucleate primary sterigmata 
 paba - p-aminobenzoic acid requiring 
 s    - sulfate non-utilization.

4. Для генов, имеющих одинаковое или сходное проявление, но расположенных в разных локусах, принято использовать одинаковое название, но с буквенным (номенклатура бактерий, а также аспергилла) или цифровыми (номенклатура дрожжей, нейроспоры) индексами. Так, разные гены потребности в гистидине кишечной палочки имеют обозначения hisA - hisH, hisl, hisO, дрожжей - his1-his7 Как представлено, цифровой или буквенный индекс приписываются к символу гена, причем сейчас в строку, а не ниже строки, как делали раньше. Для генов нейроспоры индекс приписывается через дефис (his-1). В генетике дрожжей буквенные индексы за номером гена обозначают домены внутри сложного гена или группы комплементации (например, his4A, his4B).

5. Каждый ген представлен по крайней мере двумя аллельными со-стояниями, одно из которых считается аллелью дикого типа. При наличии серии множественных мутантных аллелей они получают дополнительные цифровые индексы, приписываемые сразу за индексом гена (бактерии), или через черточку (дрожжи), или их заключают в скобки (нейроспора). Например, мутации генов, контролирующих рекомбинацию (recombination) у кишечной палочки recА и recВ, обозначают rесА56, rесВ21; мутации генов биосинтеза аденина (adenine) у дрожжей adel и ade2 - ade1-22, ade-2-192. Номеру аллели может предшествовать буква, обозначающая лабораторию, где выделена данная мутация.

Мутации, явившиеся результатом внедрения известных мобильных элементов, обозначают с указанием этого элемента, символ которого приписывается через знак ::. Так, galT236 :: IS1 означает мутацию в гене gal T, вызванную инсерцией IS1.

Аллель дикого типа обозначается символом со знаком + (приписывается в строку или выше строки) или, если это в конкретном случае не вызовет недоразумений, просто "+". Нередко (особенно при обозначении клонированных генов дикого типа) пишут символ гена заглавными буквами без знака +.

6. Мутантное состояние гена по отношению к состоянию дикого типа может быть либо рецессивным, либо доминантным. В первом случае символ пишут строчными буквами, во втором - заглавными, или заглавной пишется первая буква символа (нейроспора). Так, гены биосинтеза фосфатаз у дрожжей обозначают pho2 и РН082: первый символ обозначает, что мутантное состояние рецессивно, второй - доминантно.

7. Буквенные индексы, приписываемые сверху символа гена, традиционно употребляются лишь при обозначении генов устойчивости (R) и чувствительности (S). Так, гены устойчивости дрожжей кканаванину и солям меди - аллели дикого типа CAN^S1, cup^sl, и мутантные can^Rl, CUP^R1 (соответственно, первая - рецессивна, вторая - доминантна).

8. Символы генов принято курсивить. Это правило строго соблюдается в авторитетных международных изданиях.

9. Существуют и применяются три способа обозначения генотипа диплоидов у тех организмов, у которых возможно их получение (например, у дрожжей). В общем виде эти способы можно проиллюстрировать следующим образом: 1-й - Аа, Вb, cc; 2-й - А/а, B/b с/с, или +/а +/b с/с; 3-й - А/а, B/b с/с, или +/а +/b с/с. Третий способ дает возможность наглядно изображать сцепление между генами, а именно: +/а +/b с/с (все три гена сцеплены); +/а +/b с/с (сцеплены только два первых гена). Так, генотип одного из штаммов диплоидных дрожжей будет записан:

Этот штамм - ауксотроф по тирозину, гистидину, урацилу, чувствителен к канаванину; он гетерозиготен по генам lys2, МАТ (тип спаривания), CAN1, hom3, his1, а в генах his7 и ura3 несет аллельные, но не идентичные мутации.

10. Описание фенотипов также сокращают, используя трехбуквенные символы со знаком "+" (дикий тип) и "-" (мутантный фенотип), причем первая буква пишется заглавной для различения этой записи и записи сокращенного обозначения генов. Кроме того, символ фенотипа не набирается курсивом. Примером может служить следующая запись фенотипа диплоидного штамма дрожжей, генотип которого был приведен выше:

11. Цитологически идентифицированные хромосомы обозначаются арабскими цифрами, группы сцепления - римскими. Плечи хромосом обозначают условно L и R (левое и правое), центромерную область - С.

Для обозначения основных типов хромосомных перестроек используют следующие символы. Транслокации обозначают символом Т. В скобках за ним указывают номера групп сцепления (хромосом), вовлеченных в транслокацию, разделяя их точкой с запятой - Т (I; II). Для инверсий, дупликаций и нехваток применяют соответственно символы In, Dp, Df или Δ.

12. Особых правил для обозначения внехромосомных генов нет. В этом случае, однако, в генетике бактерий допустимо использование не трех, а двухбуквенных символов. В генетике дрожжей для сокращенного обозначения цитоплазматических генов имелась тенденция употреблять буквы греческого алфавита, хотя, как отмечалось, такие буквы в генетике грибов использовались и для ядерных генов типов спаривания. Сейчас предпочитают при указании цитоплазматических генов греческие буквы писать в английской транскрипции: вместо [ρ⁺], [ρ⁰], [ρ⁺] пишут rho⁺, rho⁰, psi⁺. Как показано, эти символы заключают в квадратные скобки, а при записи сложных генотипов пишут перед символами ядерных генов.

В митохондриальной генетике дрожжей-сахаромицетов сложились особые традиции генетической номенклатуры [4]. Поскольку мутации в одном и том же митохондриальном гене могут иметь абсолютно разные фенотипы и показывать высокую частоту рекомбинации, вплоть до отсутствия видимого сцепления, им приписывают самостоятельные (трех- или однобук- венные) символы, отличные от символа гена, со своими порядковыми номерами. Так, к гену oli1 относятся мутации oli1, oli3, ven1, oss2, pho2, а к гену oli2 - мутации oli2, oss1, pho1. В необходимых случаях для различения аллельных мутаций добавляется еще один цифровой индекс - par1-454. Следует также отметить, что в хромосомной генетике понятия локус и ген одномасштабны: локус - местоположение гена в хромосоме. В митохондриальной генетике локус - местоположение мутации, т. е. малой части гена (в хромосомной генетике для этого употребляется термин сайт); обозначаются локусы символами мутации, а не генов; иногда им дают специальные обозначения (локусы rib1, rib2, rib3 в гене lg-rRNA). Особые символы существуют и для обозначения следующих наиболее часто встречающихся фенотипов: ant^R - антибиотикоустойчивости, mit^- - дыхательной недостаточности, вызываемые митохондриальными точковыми мутациями, syn^- - нарушения митохондриального белкового синтеза.