Детерминация пола. Развитие организма по мужскому или по женскому пути – это тоже явление дифференцировки. У млекопитающих и, в частности, у человека эмбриональные зачатки половых желез одинаковы у женских и у мужских индивидуумов. Их развитие возможно как по пути семенников, так и по пути яичников. Выбор мужского пути дифференцировки осуществляется под действием продукта гена, находящегося в Y-хромосоме. Продукт этого гена включает работу других генов, имеющих отношение к регуляции синтеза половых гормонов, под действием которых и происходит развитие половых желез в мужском направлении. Если этот ген не работает, то, несмотря на мужской генотип, развитие гонад пойдет по женскому пути. В данном случае детерминирующим фактором является продукт одного гена.
В некоторых случаях детерминация может происходить не под действием внутриклеточного импульса, как в приведенных примерах, а в результате действия определенных условий внешней среды. Например, у крокодилов пол определяется температурой, которая была в гнезде во время эмбрионального развития. Из одного и того же яйца может вылупиться как самка, так и самец. Для развития эмбриона по мужскому пути в гнезде должна поддерживаться температура в очень узких пределах – от 31 до 35 градусов. В остальных случаях эмбрионы развиваются как самки. Сходным образом определяется пол у черепах и некоторых ящериц. Процесс детерминации под действием температурного стимула определяет выбор одного пути развития из двух возможных.
Таким образом, в процессе детерминации благодаря действию факторов, внешних по отношению к геному или его части, происходит программирование (вернее, выбор программы из уже существующего набора) развития в определенном направлении. Реализация выбранной программы и есть дифференцировка.
§ 27. Дифференциальная активность генов.
Дифференциальная активность генов. После того, как судьба клетки определена в процессе детерминации, она дифференцируется – приобретает специфичные признаки, характерные для той или иной ткани. В таких организмах как млекопитающие или птицы насчитывается около 300 типов клеток. Они отличаются друг от друга не только размерами или формой, но и тем, что в них синтезируются разные мРНК и белки. Другими словами, в дифференцированных клетках разных типов наблюдается дифференциальная активность генов – транскрипция и трансляция разных участков ДНК с разной генетической информацией. Ни в одной клетке многоклеточного организма ни при каких условиях не считывается информация со всех генов, которые в ней имеются. Бо́льшая часть генов в любой клетке не работает. Например, в клетках мозга человека работает 15% генов, а в клетках печени – не более 5%, как и в поджелудочной железе, и в селезенке. В одной и той же клетке в ходе индивидуального развития определенный ген в нужное время может «включаться» или «выключаться». Включаются гены, как мы видели, с помощью транскрипционных факторов. А каким же образом происходит «выключение» генов? Таких механизмов несколько – регуляция с помощью транскрипционных факторов, регуляция с помощью микроРНК, ремоделирование (преобразование) хроматина,[O36] метилирование ДНК.
Предполагается, что микроРНК (см. § 13) осуществляют тонкую «подгонку» активности генов. К 2009 году для человека было идентифицировано более 400 регуляторных микроРНК, регулирующих действие не менее 10000 генов (одна miРНК может иметь несколько «мишеней»). Использование компьютерных программ позволило предсказать, что в геноме человека должно быть не менее 1 000 генов микроРНК.
Ремоделирование хроматина. Одним из способов выключения генов является ремоделирование (перестройка 
структуры) хроматина. Самым первым уровнем компактизации ДНК в клетке является наматывание нити ДНК на гистоновый октамер – образование нуклеосомы (см. § 18). Образующие сердцевину нуклеосомы гистоны имеют выступающие за пределы нуклеосомы N-концы. Эти белковые «хвосты» могут подвергать химической модификации, например ацетилированию (рис. 50, А). Присоединение кислотных остатков нейтрализует избыточный заряд положительно заряженных концов гистонов и ослабляет взаимодействие ДНК с нуклеосомным кором. Нуклеосомы, в которых гистоны ацетилированы, представляют собой транскрипционно активную ДНК, так называемый эухроматин. Для выключения генов специальные ферменты деацетилируют гистоны. Гистоновые «хвосты» метилируются, а затем к ним присоединяются специальные белки (НР1). Это вызывает компактизацию хроматина, в котором ДНК становится недоступной для РНК-полимеразы. Это так называемый гетерохроматин – хроматин, гены в котором неактивны. На фотографиях гетерохроматин выглядит более темным, чем эухроматин (рис. 50, Б). Гетерохроматизация приводит в одновременному выключению протяженных участков ДНК.
Метилирование ДНК. Существуют и способы выключения меньших участков, содержащий один или несколько близко расположенных генов. Одним из широко распространенных у позвоночных животных механизмов репрессии (подавления активности) генов является метилирование азотистых оснований в ДНК. Метилирование (присоединение радикала СН3– к цитозину; у некоторых организмов метилируется аденин) представляет собой такую химическую модификацию молекулы ДНК, которая не нарушает смысла содержащейся в ней генетической информации. Специальный фермент присоединяет метильный радикал к цитозину, причем происходит это в участках ДНК, в которых в каждой из цепей в направлении 5’- 3’ после цитозина расположен гуанин (так называемый мотив 5’-ЦГ-3’). «Одинокие» цитозины, а также цитозины, стоящие перед гуанином (мотив 5’-ГЦ-3’) не метилируются. Особые белки, участвующие в регуляции транскрипции генов (обычно это белки, осуществляющие репрессию), связываются только с метилированными цитозинами. При этом другие регуляторные белки (обычно участвующие в активации транскрипции) теряют способность связываться с участком ДНК после того, как в нем произошло метилирование.
В промоторных районах большинства генов эукариот находятся ГЦ-островки – участки ДНК с повышенным содержанием мотива 5’-ЦГ-3’. В зависимости от того, в клетках какой ткани находится данный ген, ЦГ-островки в его промоторе могут быть либо метилированы, либо свободны от метильных групп. Метилированные промоторы ДНК недоступны для РНК-полимеразы. В результате гены, находящиеся за метилированными промоторами, оказываются выключенными (рис. 50, В). Таким образом, метилирование ЦГ-островков наряду с другими факторами участвует в определении, какие гены должны работать в данной ткани, а какие должны «молчать».
Очень важно, что метилирование не нарушает комплементарности цитозина и гуанина и не препятствует репликации ДНК. Специальный фермент узнает «полуметилированную» (образовавшуюся в результате полуконсервативной репликации ДНК, в которой старая цепочка метилирована, а новая – нет) и метилирует вновь синтезированную нить ДНК. Поэтому репрессированное состояние гена, характерное для разных типов клеток и тканей, сохраняется в ряду клеточных поколений.
Метилирование ДНК широко распространено у прокариот и эукариот, а также их вирусов. Функции метилирования не ограничиваются специфичной регуляцией транскрипции генов в разных тканях. Метилирование используется клетками для защиты от транскрипции чужеродных последовательностей ДНК (например, провирусов, мобильных генетических элементов), регуляции репликации. Нарушения состояния метилирования генов могут приводить к различным заболеваниям, в том числе и к раку.
Геномный импринтинг. Метилирование ГЦ-островков лежит в основе явления, называемого геномным импринтингом (от англ. imprint – отпечаток). Все организмы, размножающиеся половым путем, получают одну из гомологичных хромосом от отца, другую от матери. Эти хромосомы в течение всей жизни индивидуума несут отпечаток своего отцовского или материнского происхождения, так как оказалось, что некоторые гены метилированы по-разному в яйцеклетках и в сперматозоидах. И только при образовании гамет эти отпечатки стираются, а взамен образуются новые отпечатки. Это и понятно – в гаметах должны работать совсем другие гены. Новое метилирование происходит в разное время для разных генов – одни гены метилируются на стадии дробления зиготы, другие оказываются метилированными уже в зрелых гаметах. В результате яйцеклетка (как и сперматозоид) получает все хромосомы с материнским (или отцовским) отпечатком, несмотря на то, что примерно половина хромосом происходит от бабушки, а половина от дедушки. Другими словами, отпечатки бабушек и дедушек не сохраняются. Эти отпечатки представляют собой «рисунок метилирования» – в мужских и женских гаметах он разный. Это означает, что из пары аллельных генов гетерозиготы проявится не доминантный, а тот, который получен, например, от матери (если репрессирован ген в сперматозоиде, а в яйцеклетке он работает) или от отца (если репрессирован ген в яйцеклетке). У человека известно несколько наследственных заболеваний, вызываемых рецессивными мутациями генов, находящихся в импринтируемых районах хромосом. Важно отметить, что геномному импринтингу подвергаются только некоторые гены (у человека около 150 генов). Как правило, это гены, работающие во время эмбрионального развития. Большинство же генов не импринтируется, и в клетках работают оба их аллеля.
Инактивация Х-хромосомы. Из курса генетики известно, что одна из Х-хромосом женского пола у млекопитающих инактивируется, чем достигается равенство «дозы гена» в мужских и женских клетках. Это явление тоже можно отнести к дифференциальной активности генов. Эта инактивация происходит на ранних стадиях эмбриогенеза. Плотно упакованная Х-хромосома недоступна для РНК-полимеразы (за исключением небольших, так называемых псевдоаутосомных районов, имеющих гомологичные участки в Y-хромосоме). В некоторых клетках на стадии интерфазы она видна в микроскоп (рис. 50, Г). В инактивации Х-хромосомы участвует специальный ген XIST. С этого гена считывается linkРНК (см § 13), не кодирующая никакого белка. Эта РНК в комплексе со специальными белками связывается с той из Х-хромосом, в которой этот ген работает, и инактивирует ее. На вторую хромосому эта РНК «перебраться» не может. В клетках существует специальный механизм, подсчитывающий Х-хромосомы. У человека известно несколько врожденных заболеваний, обусловленных особыми мутациями – наличием лишних Х-хромосом. В таких случаях инактивации подвергаются все «лишние» Х-хромосомы. Только одна Х-хромосома, в которой ген XIST не работает, остается транскрипционно активной. Инактивация Х-хромосомы происходит у многоклеточного эмбриона, причем в каждой клетке хромосома для инактивации «выбирается» случайно. Только поэтому у женщин не проявляются такие сцепленные с Х-хромосомой заболевания, как например гемофилия – ведь в половине клеток организма инактивирована мутантная хромосома. Половины здоровых клеток достаточно для того, чтобы болезнь не проявилась.
§ 28. Перестройки генома в ходе дифференцировки
Одним из способов обеспечения дифференциальной активности генов в ходе индивидуального развития являются перестройки в геноме. Такие изменения являются необратимыми, поэтому обычно они происходят только в соматических клетках многоклеточного организма. Однако у прокариот иногда тоже могут происходить подобные изменения.
Перестройки генома у прокариот. Геном прокариот устроен проще и генов у них меньше, чем у эукариот. У них нет также таких этапов индивидуального развития, как эмбриогенез или дифференцировка. Поэтому регуляция действия генов у них осуществляется значительно проще (см. § 11). Однако в особых случаях (например, при образовании бактериями спор в неблагоприятных условиях) у некоторых прокариот могут происходить довольно сложные перестройки генома. У таких бактерий в геноме присутствуют гены, ненужные в нормальных условиях, но необходимые для образования спор. Эти гены в обычных условиях «разорваны» – в них вставлены участки ДНК длиной в несколько десятков тысяч пар оснований, в результате чего эти гены работать не могут. Когда возникает необходимость, этот внутренний участок с точностью до одного нуклеотида вырезается специальным ферментом и происходит восстановление рамки считывания гена.
Так же устроены гены фермента нитрогеназы у азотфиксирующих цианобактерий. Этот фермент восстанавливает атмосферный азот до аммиака. Но кислород для этого фермента является ядом. Цианобактерии живут колониями, образуя длинные цепочки клеток. В пределах такой колонии возможна дифференцировка – при недостатке соединений азота в среде отдельные клетки превращаются в гетероцисты, способные к азотфиксации, но неспособные к фотосинтезу (рис. 51, А).Стенки этих клеток утолщаются, в них прекращается фотосинтез и образование молекулярного кислорода. Органическими соединениями такие клетки приходится снабжать соседям в обмен на соединения азота. В фотосинтезирующих клетках цианобактерии гена нитрогеназы нет – он разделен «пустыми» участками ДНК, которые не позволяют идти транскрипции. Вырезание этих участков в гетероцистах ведет к восстановлению непрерывности гена и синтезу фермента нитрогеназы (рис. 51, Б). Ген восстанавливается только в этих специализированных клетках. Это явление уже представляет собой подобие дифференцировки клеток многоклеточного организма – образование специализированных клеток, продукты которых (в данном случае соединения восстановленного азота) нужны другим клеткам.
Перестройки в ДНК используются некоторыми бактериями для регуляции работы генов. Например, у сальмонеллы, бактерии, заражающей грызунов, в геноме есть два гена, кодирующих разные варианты белка флагеллина, из которого состоит жгутик. Животные, зараженные бактерией, у которой работает ген Н1, вырабатывают к флагеллину антитела. Тогда у некоторых бактерий происходит инверсия – поворот сегмента ДНК на 180°. В результате промотор «подставляется» к гену Н2. С него начинается транскрипция и трансляция другого варианта флагеллина, к которому у животного иммунитета нет. Совместно с геном Н2 транскрибируется ген белка-репрессора rH1, выключающего ставший ненужным ген Н1 (рис. 51, В). Эти инверсии осуществляются специальными ферментами с очень высокой точностью. Замена белка позволяет бактерии избежать действия антител, выработанных организмом хозяина на прежний тип белка.
Перестройки генома в онтогенезе эукариот. У сложно устроенных многоклеточных организмов регуляция активности генов в онтогенезе осуществляется разными путями, одним из которых также являются геномные перестройки, но значительно более сложные, чем у прокариот.
Все дифференцированные клетки используют только небольшую часть генетической информации, содержащейся в ДНК. Остальная часть генома оказывается «лишней». В некоторых случаях эта «лишняя» ДНК просто удаляется из клетки – происходит перестройка генома.
У некоторых червей и членистоногих генетический материал полностью сохраняется только в генеративных клетках. У лошадиной аскариды, например, в ходе эмбрионального развития происходит удаление части ДНК – так называемая диминуция хроматина. У этого животного зигота и клетки-предшественники половых клеток имеют всего две очень крупные хромосомы. В ходе второго деления дробления в одномбластомере, являющемся предшественником половых клеток червя, митоз проходит как обычно – к полюсам расходятся две хромосомы, составляющие кариотип этого животного. Во втором бластомере, который является предшественником всех соматических клеток будущего организма, эти огромные хромосомы распадаются на множество фрагментов. Около 85% ДНК не отходит к полюсам клетки во время анафазы и теряется (рис. 52, А). При этом в основном удаляется некодирующая часть ДНК, но и некоторые гены, которые работают только в генеративных клетках, также оказываются уничтоженными. Оставшиеся фрагменты с помощью теломеразы «обзаводятся» теломерами и становятся маленькими самостоятельными хромосомами. В результате в соматических клетках оказывается всего около15% того генетического материала, который был в зиготе. Но эти 15% содержат все гены, необходимые для нормального развития и функционирования организма. В тех клетках, из которых будут развиваться гаметы, остаются две большие хромосомы с полной генетической информацией.
У некоторых видов мелких пресноводных рачков – циклопов, диминуция хроматина может происходить на более поздней стадии дробления – во время четвертого, пятого или шестого деления после оплодотворения. При этом только в одной из образующихся клеток в хромосомах остается вся ДНК, а в остальных из каждой хромосомы значительная часть ДНК отбрасывается. Клетка с сохраненной ДНК является родоначальницей половых клеток, а клетки с «урезанным геномом» дают начало соматическим клеткам.
У одноклеточных двухъядерных эукариот – инфузорий, на соматические и генеративные дифференцируются не клетки, а ядра, причем в «соматическом» ядре удаляется значительная (до 95%) часть ДНК (рис. 52, Б). Оставшаяся ДНК разрезается на гены, к которым с помощью теломеразы добавляются теломеры, и многократно удваивается. Такие отдельные интенсивно работающие гены-хромосомы не передаются потомству. Ядра, содержащие огромное количество генов-хромосом, очень сильно увеличены в размере, поэтому их называют «макронуклесами» («большими ядрами»). При размножении инфузории дочерним клеткам передается ДНК, сохраненная в диплоидном генеративном ядре – микронуклеусе.
Политенные хромосомы. Одним из распространенных путей дифференцировки клеток с помощью перестройки генома является образование так называемых политенных хромосом. Политенные («многонитевые») хромосомы образуются в результате многократного удвоения ДНК без митоза и расхождения хромосом. При этом такие хромосомы, оставаясь некомпактизованными, оказываются видны в микроскоп, а иногда даже и в сильную лупу (рис. 52, В). Такой способ дифференцировки характерен для клеток, в которых должен идти очень интенсивный синтез какого-либо вещества. Чаще всего политенные хромосомы изучают в клетках некоторых желез у личинок насекомых. Но политенные хромосомы встречаются и у некоторых растений.
У млекопитающих в некоторых тканях (например, в печени) наблюдается появление полиплоидных клеток. Это также позволяет клетке более интенсивно синтезировать некоторые вещества. Яркий пример полиплоидизации клеток у млекопитающих – дифференцировка мегакариоцитов. Мегакариоциты (греч. «огромноядерные») – очень крупные клетки, находящиеся в костном мозге. У них очень большие лопастные полиплоидные ядра. Мегакариоциты производят так называемые пластинки – тромбоциты, участвующие в свертывании крови. Тромбоциты образуются путем отделения фрагментов цитоплазмы мегакариоцитов.
У млекопитающих иногда происходит и удаление ДНК, хотя и в меньших масштабах, чем у низших животных. Например, при дифференцировке кроветворных клеток эритробластов в эритроциты из них полностью удаляется ядро (рис. 52, Г). Не содержат ДНК также клетки хрусталика глаза.
Иммуноглобулиновые гены у млекопитающих. У высших животных в ходе онтогенеза могут происходить весьма сложные перестройки генома. Наиболее сложными являются изменения генома, происходящие при формировании генов антител, осуществляющих иммунитет.
Антитела представляют собой белки иммуноглобулины с четвертичной структурой. Молекула антитела состоит из двух коротких и двух длинных полипептидных цепей, связанных друг с 
другом дисульфидными мостиками. Все цепи имеют неизменяемую и вариабельную части. Вариабельные (изменяющиеся) части отличаются друг от друга и первичной и третичной структурой. Вариабельные участки образуют активный центр антитела, который взаимодействует с антигеном (рис. 52, Д). Именно пространственная структура этой части молекул создает необычайное разнообразие разных антител. Оно может достигать нескольких миллионов отличающихся друг от друга белковых молекул. Как же достигается такое разнообразие? Ведь геном млекопитающих содержит всего около 20000 генов.
Гены иммуноглобулинов устроены особым образом. Они имеют прерывистую структуру: отдельные участки лежат на некотором расстоянии друг от друга. Кроме того, вариабельная часть молекулы кодируется двумя или тремя (у разных классов иммуноглобулинов) типами последовательностей, каждый их которых состоит из нескольких блоков, отличающихся друг от друга. Другими словами, в кроветворных клетках, как и во всех клетках организма, иммуноглобулиновых генов нет, а есть только «заготовки» – отдельные блоки из которых в процессе дифференцировки собираются работающие гены (рис. 52, Е).В период эмбрионального развития организма при размножении клеток-предшественниц лимфоцитов происходит так называемый генный сплайсинг – выборочная репликация этих генов, при которой пропускаются некоторые из блоков. В результате получается набор клеток, отличающихся друг от друга набором блоков, формирующих функционирующие гены легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов. Для каждой из цепей возможно более тысячи вариантов сочетания блоков. Поскольку гены для легкой и тяжелой цепей «собираются» независимо друг от друга, число сочетаний блоков в одной молекуле превышает несколько миллионов. Но на этом еще не исчерпываются возможности изменения структуры иммуноглобулина. Дело в том, что в участках ДНК, кодирующих вариабельные части молекулы в клетках-предшественницах лимфоцитов, повышена частота мутаций. Мутационный процесс создает дополнительный источник увеличения разнообразия структуры антител. Кроме того, лимфоцит с уже «готовыми» собранными генами может синтезировать несколько различных антител, так как выбор блоков осуществляется и на стадии транскрипции и сплайсинга иРНК. Поэтому для каждого поступающего в организм антигена находится лимфоцит, синтезирующий антитело, подходящее по своей пространственной структуре к этому антигену, даже если организм с этим антигеном раньше не встречался.
§ 29. Незапрограммированные перестройки генома.
Как мы видели, «запрограммированные» в геноме перестройки его частей являются одним из способов регуляции активности генов в ходе индивидуального развития. В геномах разных организмов время от времени происходят перестройки, не предусмотренные программами развития. Такие «незапланированные» перестройки часто представляют собой серьезные нарушения, которые могут быть несовместимы с жизнью. Примером может служить возникновение различных хромосомных нарушений – делеций, дупликаций, транслокаций или изменений числа хромосом – трисомий или моносомий и т. д. Однако некоторые случайные, незапрограммированные перестройки могут не только не уменьшить жизнеспособность 
организма, но и в определенных условиях оказаться даже полезными.
Перестройки хромосом. Хромосомные мутации, или перестройки хромосом, – это изменения структуры хромосом, часто видимые под микроскопом. Возникновение перестроек хромосом всегда связано с нарушениями целостности хромосом. В дальнейшем разрывы могут восстанавливаться – для этого в клетке существуют специальные молекулярные механизмы. Однако это восстановление не всегда происходит в правильном порядке, и тогда образуются перестройки хромосом. Удвоение участка хромосомы называют дупликацией, выпадение участка – делецией, поворот участка внутри хромосомы на 180º – инверсией, обмен участками негомологичных хромосом – транслокацией (рис. 53, А-Г). Для возникновения перестройки необходимы два разрыва. В случае делеции, дупликации или инверсии оба разрыва происходят в одной хромосоме, в случае транслокации – в разных. Даже делеция конца хромосомы не может быть результатом одного разрыва, так как при этом будет отсутствовать теломера, а без теломеры хромосома существовать не может.
Такие хромосомные нарушения как делеции, как правило, являются вредными для организма, так как связаны с утерей части генетического материала. В тех случаях, когда делетирован небольшой участок хромосомы, и нарушения баланса генов невелики, мутации мало сказываются на жизнеспособности организмов. Инверсии и транслокации не изменяют генотипы их носителей и обычно не проявляются в фенотипе. Однако они могут приводить к нарушению правильного расхождения хромосом в мейозе, что может быть причиной серьезных нарушений у потомства – возникновения так называемых несбалансированных генотипов с частичными трисомиями и моносомиями по разным участкам хромосом (рис. 54).
Предполагается, что инверсии могут быть причиной возникновения репродуктивной изоляции в начальный период видообразования. Исследование политенных хромосом некоторых насекомых показало, что небольшие инверсии у них очень распространены. Очень часто инверсии у них «маркируют» разные популяции одного вида. Близкие виды также часто являются носителями разных инверсий.
Робертсоновские транслокации. Особым случаем транслокации является слияние хромосом, когда на другую 
хромосому переносится не участок хромосомы, а целая хромосома (рис. 53, Д). Такие транслокации называют робертсоновскими (по фамилии описавшего их исследователя).
В ряде случаев этот процесс также может привести к серьезным последствиям в результате того, что гомологичные хромосомы не всегда могут правильно разойтись в мейозе. Таков механизм возникновения «транслокационного синдрома Дауна» у человека (рис. 55, А). У одного из родителей таких больных все клетки содержат 45 хромосом, так как одна из 21 хромосом в результате слияния центромер оказалалсь транслоцирована на другую акроцентрическую хромосому. Кроме 21 хромосомы в такой транслокации могут участвовать хромосомы 13, 14, 15, другая 21, Y. Наиболее драматичны последствия слияния двух 21 хромосом. В мейозе эти слившиеся хромосомы всегда попадают в одну гамету, а в другую не попадает ни одной. Гаметы без 21 хромосомы нежизнеспособны, а все жизнеспособные гаметы, содержат две слившиеся друг с другом 21 хромосомы. Поэтому у таких людей не может быть здоровых детей. Если отец является носителем слияния 21 хромосомы с Y-хромосомой, все его сыновья былы иметь синдром Дауна.
Тем не менее, у некоторых видов животных такие мутации широко распространены, поэтому велика вероятность встречи двух носителей одинаковых слияний и в результате этого перехода мутации в гомозиготное состояние. У таких гомозиготных носителей слияний хромосом мейоз протекает совершенно нормально, так как гомологи есть у всех хромосом. Плодовитость таких животных не снижена. Примером могут служить популяции домовых мышей Центральной Европы. Обычный кариотип мыши состоит из 20 пар акроцентрических хромосом, однако на севере Италии и Юге Швейцарии встречаются популяции мышей с 19, 18 и вплоть до 10 пар хромосом. В их кариотипах присутствует от одной до десяти пар двуплечих хромосом, образованных в результате центрических слияний. В популяциях некоторых полевок нередки даже гетерозиготные по робертсоновским слияниям особи, причем у них не наблюдается снижения плодовитости (рис. 55, Б). По-видимому, существует какой-то механизм, предотвращающий появление несбалансированных гамет. Такие изменения играют существенную роль в эволюции кариотипа.
Мобильные генетические элементы. К перестройкам, меняющим функционирование генов, относятся перемещения мобильных генетических элементов (см. § 20). Еще в середине ХХ века американская исследовательница Б.Мак–Клинток (в результате генетических исследований обнаружила возможность перемещения некоторых участков хромосом кукурузы с одной хромосомы на другую. Такое перемещение участка в район расположения генов окраски зерен изменяло их функционирование.
Перемещающиеся МГЭ часто оставляют «следы своего присутствия» – часть нуклеотидных последовательностей на месте, откуда они удалились. Иногда, наоборот, они «прихватывают» часть клеточной генетической информации, перенося ее на новое место или даже в клетки другого организма. Считается, что такой «горизонтальный» перенос генетической информации (в отличие он «вертикального» – от родителей к детям) между особями разных, даже весьма далеких друг от друга видов, мог играть определенную роль в эволюции.
Встраиваясь в гены, мобильные элементы могут приводить к нарушению их функций из-за нарушения кодирующей части. Их бесконтрольное перемещение может нанести существенный вред организму. Удалось выяснить, что организмы эукариот могут контролировать перемещение МГЭ либо уничтожая их матричные РНК (см. § 20), либо метилируя их ДНК.
Однако мобильные элементы могут нести не только вред, но и играть существенную роль в эволюции. Дело в том, что они содержат самые разные регуляторные участки – промоторы, терминаторы, сигналы сплайсинга, энхансеры. Последствия появления этих участков там, где их раньше не было, может привести к усилению или ослаблению активности генов, изменению их регуляции. Но, пожалуй, наиболее важным является то, что это может привести к возникновению новых экзонов и, как следствие, к возникновению новых белков в результате альтернативного сплайсинга.
