ГЕНЕТИКА - Підручник - А.В. Сиволоб - 2008

РОЗДІЛ 5. Генетика бактерій, вірусів і одноклітинних еукаріотів

ОДНОКЛІТИННІ ЕУКАРІОТИ

Інфузорія

Генетичний апарат інфузорій відрізняється унікальною особливістю: у клітині присутні не одне, а два ядра - мікро- та макронуклеус. Перший із них містить диплоїдний набір хромосом (наприклад, у Tetrahymena thermophila п'ять пар хромосом), які є тільки сховищем спадкової інформації - гени мікронуклеуса не експресуються. У макронуклеусі хромосомний набір є багатократно дуплікованим (кілька сотень хромосом), і саме гени макронуклеуса активно експресуються, але при цьому не передаються нащадкам.

При нестатевому розмноженні поділ мікронуклеуса здійснюється шляхом мітозу, а макронуклеуса - шляхом простого поділу, тобто з часом він старіє, і його активність знижується. Тоді між двома клітинами проходить статевий процес: відбувається кон'югація, під час якої макронуклеуси руйнуються, мікронуклеуси розділяються шляхом мейозу, і клітини обмінюються гаплоїдними ядрами - деталі процесу можуть розрізнятися для різних видів, але в результаті утворюються клітини, що мають по одному диплоїдному мікронуклеусу. Негайно після цього здійснюється його мітотичний поділ, і одне з дочірніх ядер перетворюється на макронуклеус.

Під час формування макронуклеуса геном не тільки багатократно дуплікується, а й піддається суттєвим перебудовам. Спочатку в складі ядра-попередника макронуклеуса проходять багатократні раунди реплікації ДНК - політенізація хромосом. Далі видаляються численні елементи послідовності ДНК (IES - internal eliminated sequences), розташовані всередині генів мікронуклеуса (таким чином, гени мікрону- клеуса, що перериваються IES, у принципі не можуть бути експресо- ваними). Після стикування кодуючих послідовностей генів здійснюється фрагментація хромосом на своєрідні мікрохромосоми - кожна має один або кілька генів і теломери на кінцях, які синтезуються те- ломеразою. Під час фрагментації хромосом видаляються також усі міжгенні зони, послідовності, що повторюються, і мобільні елементи - прибирається все беззмістовне "сміття". Загалом видаляється до 90 % геному. Нарешті, мікрохромосоми ампліфікуються в 4-6 раундах реплікації - процес дозрівання макронуклеуса завершується.

Геном макронуклеуса інфузорії Tetrahymena thermophila вже встановлено. Він містить 27 тис. генів - стільки ж, скільки у вищих еукаріотів (навіть трохи більше, ніж у людини). Унаслідок видалення значної частини ДНК загальний розмір геному (гаплоїдного набору) дорівнює 105 млн пар основ (у 30 разів менше, ніж у ссавців), вміст послідовностей, що повторюються становить ~2 %. Цікавою особливістю генетичного апарату Tetrahymena є те, що кодони UAA та UAG (стоп-кодони для більшості організмів) кодують амінокислоту глутамін: тільки UGA використовується як стоп-кодон.

Незвичайна система функціонування спадкового апарату інфузорій ставить важливе фундаментальне питання: чому в еукаріотичних геномах зберігається велика кількість беззмістовної ДНК? При тому, що загальна структура геному інфузорії практично не відрізняється від такої вищих еукаріотів, реалізується механізм видалення беззмістовних послідовностей при утворенні макронуклеуса. Отже, ці послідовності не потрібні для експресії генетичної інформації. Проте ці "зайві" послідовності, як і в інших еукаріотів, ретельно зберігаються в мікронуклеусі й передаються нащадкам. У чому може полягати адаптивне значення такого збереження, залишається не зовсім зрозумілим. Утім, принаймні одна відповідь на це питання здається очевидною: беззмістовна ДНК є саме тією "обкладинкою", в якій зберігається змістовна ДНК, або своєрідним буфером, що захищає змістовний генетичний матеріал від пошкоджуючих впливів. Адже зовнішні мутагенні фактори імовірніше спрямовані на беззмістовну ДНК через те, що вона становить переважну більшість еукаріотичного геному.