Главная | Обратная связь

Митохондриальная наследственность

Дрожжи занимают центральное место в исследованиях по генетике митохондрий.

Жизненный цикл основного штамма дрожжей (Sаcсharоmyces cerevisiae), используемого в генетических исследованиях, весьма несложен. Дифференциа-ция гаплоидных штаммов определяется парой хромосомных аллелей а и , контролирующих типы скрещиваемости. При смешивании в определенных условиях отдельные клетки а и сливаются между собой, образуя диплоидные зиготы, которые могут затем делиться путем митоза и давать начало клонам диплоидных клеток. У одиночных диплоидных клеток можно вызвать спору-ляцию, процесс, который связан с мейозом и образованием неупорядоченной тетрады, состоящей из аскоспор. В каждой тетраде аллели а и распределяют-ся в соотношении 2 : 2, и каждая спора затем при делении образует гаплоидный клон.

Особенности Sаcсharоmyces cerevisiae:

1. При росте на глюкозе обнаруживают уникальную способность суще-ствовать только за счет гликолиза и поэтому могут обходиться без функцио-нально активных митохондрий, т.е. без окислительного фосфорилирования. Это дает возможность разработать с клетками, митохондриальная и ядерная ДНК которых несут мутации, препятствующие нормальному развитию митохондрий. Такие мутации летальны почти у всех организмов.

2. Дрожжи – простые одноклеточные эукариоты, легко выращивать и подвергать биохимическим исследованиям.

3. Наряду с размножением путем почкования (асимметричного митоза) встречается и половой процесс.

Возможность контролировать в лабораторных условиях чередования бесполого и полового размножения намного облегчает проведение генетического анализа, который позволяет выявить гены, ответственные за функцию митохондрий и установить, которые из них находятся в ядерной ДНК, а какие в митохондриальной ДНК.

Образование в культуре пекарских дрожжей Sacchаromyces cerevisiaе (сахаромицетов) медленно растущих колоний, мелких колоний впервые было описано в 1949 г. Эфрусси. Эта мутация petite.

В результате биохимических исследований было установлено, что мутанты petite лишены способности к дыханию (аэробному окислению) из-за недостаточной активности дыхательных ферментов: цитохром оксидазы, цитохром-С-редуктазы, цитохромов а, в, а₃, но содержат цитохром с. Этим объясняется медленный рост этих мутантов и рост только на сбраживаемых субстратах (например, глюкоза). Известно, что все эти ферменты локализуются в митохондриях, т.е. митохондрии клеток petite функционально неполноценны. Мутанты petite имеют аномалии в строении митохондрий.

Дрожжи, благодаря своей способности получать энергию с помощью другого метаболического процесса – брожения, могут расти в отсутствие кислорода. При выращивании в бескислородной среде разница в скорости роста нормальных штаммов и мутантов petite исчезает, они могут получать энергию с помощью брожения.

В отличие от нормальных штаммов мутанты petite не чувствительны к таким дыхательным ядам, как цианидам. Интенсивность брожения не зависит от наличия кислорода, оно не чувствительно к синильной кислоте.

Мутантные petite (реt^-) возникают спонтанно гораздо чаще, чем большинство генных мутаций – » 1 мутация на 500 клеток за одну клеточную генерацию. Путем облучения УФ и обработки химическими мутагенами – красителями акридинового ряда, такими как эуфлавин, акрифлавин, бромистый этидий, частоту petite мутации можно повысить почти до 100%.

Генетический анализ мутантов petite дал следующие результаты:

Рe⁺ х pet^- (дикий тип)

4 pet⁺ : 0 pet^- -в результате споруляции этих диплоидных клеток

происходило образование аскоспор, которые все, за

редкими исключениями, оказывались нормальными.

Фенотип petite исчезал. Расщепления в тетрадах не обнаружилось. После этого из поколения F₁ выбирали случайным образом клетки дикого типа и снова их скрещивали с первоначальным родителем реt^-, все потомство было нормальным. Подобного рода возвратного скрещивания проводили на протяжении четырех поколений.

Вывод: результаты генетического анализа несовместимы с менделевским наследованием, мутация petite имеет цитоплазматическую природу (1949 г.)

За время поддержания первоначальных штаммов petite в культуре не было обнаружено ни одной реверсии. Данные штаммы называют нейтральными или рецессивными формами petite.

В 1955 г. был открыт другой класс petite – супрессивных или доминантных.

При скрещивании клеток некоторых мутантов pet^- с клетками дикого типа с разной частотой (до 99 %) образуются диплоиды, не способные к дыханию. Это свойство, названное супрессивностью, стабильно наследовалось при вегетативном размножении и при скрещиваниях. Тетрадный анализ признака супресивности показывает отсутствие расщепления в подавляющем большинстве тетрад 4 рet^- : 0 pet⁺.