VIII.2.1. Картирование политенных хромосом с помощью хромосомных перестроек

Классический метод построения цитологических карт основан на анализе хромосом у гетерозигот по аберрантным хромосомам. Он используется в тех случаях, когда хорошо идентифицируются все хромосомы изучаемого вида. Впервые его применили для цитологического картирования хромосом слюнных желез дрозофилы.

Политенные хромосомы слюнных желез двукрылых - самые большие из известных хромосом, легко доступные для цитологического изучения. Они возникают в результате многих последовательных репликаций хромосом, каждая из которых состоит, благодаря этому, из многих сестринских хромосом, т. е. они являются политенными и находятся в синапсисе (соматическая конъюгация). Своими центромерами все хромосомы объединяются в хромоцентре. Их средняя длина примерно в 150 раз больше, чем длина метафазных хромосом. Они состоят из серии чередующихся интенсивно окрашенных дисков и слабо окрашивающихся междисковых областей. Дисковая структура политенных хромосом отражает их хромомерную организацию. Каждый диск в ширину представлен определенным числом хромомер (от 100 до 500А), размер которых зависит от их числа, величины и степени спирализации. Диски расположены линейно, и их число отличается постоянством.

Основываясь на индивидуальности и постоянстве структуры дисков Пайнтер (1933-1935) и Бриджес (1935-1939) построили цитологические карты политенных хромосом Drosophila melanogaster.

На цитологических картах дрозофилы каждая хромосома делится на 20 морфологических отделов: Х-хромосома от 1 до 20; левое плечо второй хромосомы от 21 до 40, ее правое плечо от 41 до 60; левое плечо третьей хромосомы от 61 до 80, ее правое плечо от 81 до 100 и четвертая хромосома от 100 до 120. Группы дисков внутри каждого отдела обозначены буквами А, В и т. д. и разделены на 6 групп, отдельные диски внутри групп обозначены цифрами.

Для построения цитологической карты получают гетерозиготы по ряду генов в изучаемой хромосоме, для чего скрещивают гомозиготных рецессивных по нескольким сцепленным генам самок с мутагенизированными самцами дикого типа, у которых под действием мутагена могут возникать перестройки хромосом, в частности, делеции. Потомки F₁ от такого скрещивания окажутся гетерозиготными по всем генам (фенотипически они дикого типа), если в сперматозоиде не возникнет делеции. При наличии в сперматозоидах самца делеции в изучаемой области хромосомы, у гибридной особи F₁ проявится (рецессивный фенотип по генам, локализованным в области делеции (эффект "псевдодоминирования"). Например, делеция дисков 2-11 в области С-D, где локализованы гены А, В и F, приведет к появлению особей с рецессивным фенотипом (abf) в потомстве от скрещивания AABBFFXaabbfi, так как они окажутся гемизиготными по этим генам. На соответствующей хромосоме у гетерозиготы будет видна петля, образуемая интактной хромосомой, как это изображено на рис. VIII.2.

Рис. VIII.2. Цитологическое картирование делеции на политенных хромосомах дрозофилы в Х-хромосоме личинки, гетерозиготной по Notch. Объяснение в тексте

При получении ряда делеции, затрагивающих один и тот же участок хромосомы, можно более точно картировать гены. Например, у дрозофилы известно более 10 делеционных мутаций в левом конце Х-хромосомы, обусловливающих развитие вырезки на крыле у гетерозиготных самок (фенотип Notch) и гибель самцов. Эти делеции затрагивают область нескольких генов - white, dumpy и др. Для их точной локализации скрещивают гетерозиготных по разным делециям самок Notch с самцами из линий, маркированных разными мутациями, локализованными в районе делеции. Так, если три делеции возникли в области локализации гена white - белые глаза, то при скрещивании самок Notch, несущих соответствующие делеции, с самцами, рецессивными по гену white, в F₁ появятся два класса самок - половина с красными, половина с белыми глазами:

Появление белоглазых самок Notch свидетельствует о том, что ген white находится в области перекрывания трех делеций; на рис. VIII. 3. это область I, II и VIII делеций, участок 3С1-3С3. У гетерозигот по делеций III глаза красные, следовательно, в их генотипе есть аллель w+. Из такого сопоставления можно сделать заключение, что ген w лежит между левыми концами I или VIII делеций и левым концом III делеций, т. е. на участке 3С2. Аналогично можно установить местоположение других генов этого участка хромосом.

Рис. VIII.3. Локализация генов на цитологической карте политенных хромосом слюнных желез дрозофилы с помощью перекрывающихся делеций. Арабскими цифрами обозначены диски, буквами - группы дисков, Df(I) - мутанты с делецией, римскими цифрами - номера делеций

Локализация гена может быть проведена с помощью дупликаций - на политенных хромосомах видно появление дополнительных дисков; на рис. VIII. 4. представлен дуплицированный участок, который затрагивает ген Bar и вызывает уменьшение фасеток в глазах мух (фенотип - узкие глаза).

Рис. VIII.4. Цитологическое картирование дупликации Ваг на политенных хромосомах дрозофилы

С помощью инверсий также можно выявить область локализации соответствующих генов в хромосоме, но в этом случае инвертированный участок хромосомы образует инвертированную петлю.

Используя для цитологического картирования транслокации, можно измерить величины переместившихся участков.

К настоящему времени цитологические карты хромосом слюнных желез составлены для 10 видов дрозофил и некоторых других насекомых.