Генетическая рекомбинация

Важное значение для поддержания жизнеспособности вида имеет существование гаплоидной фазы в жизненном цикле. У высших животных эта фаза ограничена гаметами. В гаплоидной стадии новые комбинации генов подвергаются проверке на жизнеспособность, по крайней мере в отношении базовых клеточных функций, которые связаны с обеспечением жизнедеятельности самих гамет. На одной из стадий мейоза пары гомологичных хромосом соединяются друг с другом. В это время между отцовской и материнской молекулами ДНК происходит интенсивный обмен информацией. Несколько огрубляя реальную ситуацию, можно сказать, что последовательности нуклеотидов в двух гомологичных молекулах ДНК обмениваются между собой случайным образом, и в результате образуются две молекулы ДНК, состоящие каждая на 50% из последовательностей обоих родителей, сменяющих другу друга случайным образом. В действительности обмены могут быть распределены по хромосоме неравномерно (горячие точки рекомбинации) и не совсем случайно (интерференция и отрицательная интерференция обменов, стимуляция рекомбинации в местах, где гомологичные хромосомы не идентичны).

Даже при совершенно случайном распределении обменов по хромосоме рекомбинация может приводить к интересным и весьма важным статистическим последствиям. Если обе гомологичные хромосомы имеют по одной новой мутации, которые, конечно, окажутся разными, то в результате реципрокного кроссинговера возникнут дочерние хромосомы, одна из которых несет две новые мутации, а другая не несет ни одной мутации. Вместо двух хромосом с одной ошибкой каждая мы получаем одну неповрежденную (неизмененную) хромосому и одну хромосому с двумя дефектами. Это верно и в общем случае, практически для любого числа новых и ранее бывших мутаций. Их рекомбинация приводит к тому, что вместо пуассонова распределения мутаций по хромосомам мы получаем распределение, в котором выше вероятность как нулевого класса, не содержащего ни одной мутации, так и класса с числом мутаций больше среднего. Менделевская рекомбинация (перетасовка гомологичных хромосом) ведет к тем же последствиям на уровне генома в целом. Все это происходит перед образованием гаплоидных гамет, где мутации не защищены нормальными аллелями. Гаметы с множественными дефектами и образованные ими зиготы скорее всего окажутся маложизнеспособными и погибнут, принесенные в жертву сохранению полноценной, неизмененной зиготы. Перед нами феномен космического масштаба: случайное событие (рекомбинация) делает неслучайными результаты другого случайного процесса – распределения мутаций по хромосомам. Что это напоминает? Похоже на снос плохой карты после взятия прикупа. Или на демона Максвелла, разделяющего горячие и холодные молекулы газа на две части, создавая, таким образом, вечный двигатель второго рода в обход второго закона термодинамики. Только он делает это совершенно вслепую, подобно демону Больцмана. Обычно акцент делается на том, что половое размножение дает возможность популяции освобождаться от вредных мутаций (Kimura, Maruyama, 1966; Kondrashov, 1984; 1988), но для нас здесь более существенна вторая сторона медали – возможность восстановления исходного генетического текста.

Насколько эффективна генетическая рекомбинация в осуществлении этой функции демона Максвелла? У разных видов уровень рекомбинации разный. Но вот что интересно: удельная скорость рекомбинации (частота рекомбинации на единицу физического расстояния) тем выше, чем короче расстояние между сайтами и чем больше имеется различий между рекомбинирующими хромосомами (стимуляция рекомбинации участками неправильного спаривания). Эта так называемая высокая отрицательная интерференция (Chase, Doermann, 1958; Pritchard, 1955; Shcherbakov et al., 1995) – сильное превышение частоты множественных обменов в сравнении с ожидаемой для независимых одиночных обменов – приводит к тому, что вероятность восстановления аллеля дикого типа остается высокой даже при множественных различиях между рекомбинирующими хромосомами.

Дата добавления: 2015-06-30