Раздел 7
СТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ ГЕНА

  • *№ 429. На схеме представлена карта 7 делеций, использованных С. Бензером для картирования района rII генома бактериофага Т4. Делеций изображены горизонтальными линиями.
Карта района rII
Карта района rII

Семь точковых мутантов а, b, с, d, e, f, g скрестили попарно с каждым делеционным мутантом. Результаты скрещивания представлены в таблице:

Делеция Точковый мутант
а b с d е f g
1. (r272) - - - - - - -
2. (r1241) - - - - + - -
3. (rJ3) - - + - + - -
4. (rPT1) + - + - + - -
5. (rРВ242) + - + - + - +
6. (rA105) + - + - + + +
7. (r638) + - + + + + +

Появление в результате скрещиваний рекомбинантов дикого типа обозначено знаком "+", их отсутствие - знаком "-".

Определите порядок расположения точковых мутаций на карте района rII.

114

  • № 430. На схеме представлена карта 7 делеций, использованных С. Бензером для картирования района rII генома бактериофага Т4. Делеций изображены горизонтальными линиями.
Карта района rII
Карта района rII

Семь точковых мутантов а, b, с, d, e, f, g скрестили попарно с каждым делеционным мутантом. Результаты скрещивания представлены в таблице:

Делеция Точковый мутант
а b с d е f g
1. (r1272) - - - - - - -
2. (r1241) + - - - - - -
3. (rJ3) + - + - - - -
4. (rPT1) + + + - - - -
5. (rРВ242) + + + - + - -
6. (rA105) + + + - + - +
7. (r638) + + + + + - +

Появление в результате скрещиваний рекомбинантов дикого типа обозначено знаком "+", их отсутствие - знаком "-".

Определите порядок расположения мутаций на карте района rII.

  • № 431. Делеция r1589 - одна из 47 "малых" делеций, использованных С. Бензером для картирования района rII хромосомы бактериофага Т4,

115

захватывает участок в сегменте А5 гена rIIA. Карта этого участка и прилегающих к нему соседних участков имеет следующий вид:

Результаты скрещивания делеционного мутанта г 1589 с точковыми мутантами представлены в таблице:

Точковый
мутант:
АР34 1023 NT92 Е18 r795 r33 r21
r1589 + + + - - - +

Возникновение рекомбинантов дикого типа в результате скрещиваний обозначено знаком "+", их отсутствие - знаком "- ".

Локализуйте делецию на генетической карте сегмента A5 района rII.

  • № 432. Шесть гаплоидных штаммов дрожжей, ауксотрофных по лизину, изучены в тесте на комплементарность с гаплоидными тестерными штаммами противоположного типа спаривания, ауксотрофными по разным генам биосинтеза лизина (LYS2, LYS4, LYS5, LYS7). Результаты теста приведены в таблице:
  Исследуемые мутанты:
Тестеры: 1 2 3 4 5 6
Iys2 + + + - + -
Iys4 - + + + + +
lys5 + + - + + +
Iys7 + + + + - +

"+" - рост диплоидного гибрида на минимальной среде без лизина, "-" - отсутствие роста.

Установите принадлежность мутаций к определенным LYS-генам.

  • *№ 433. В таблице представлены результаты теста на комплементарность для 7 рецессивных точковых мутаций:

116

"+" - комплементация мутаций, "-" - отсутствие комплементации. Пустая клетка - данную комбинацию мутаций не тестировали.

По результатам теста распределите мутации по генам и определите количество генов.

  • № 434. В таблице представлены результаты теста на комплементарность для 7 рецессивных точковых мутаций:

"+" - комплементация мутаций, "-" - отсутствие комплементации. Пустая клетка - данную комбинацию мутаций не тестировали.

По результатам теста распределите мутации по генам и определите количество генов.

117

  • № 435. В таблице представлены результаты теста на комплементарность для 7 рецессивных точковых мутаций:

"+" - комплементация мутаций, "-" - отсутствие комплементации. Пустая клетка - данную комбинацию мутаций не тестировали.

По результатам теста распределите мутации по генам и определите количество генов.

  • *№ 436. В таблице представлены результаты теста на комплементарность для 7 рецессивных точковых мутаций, относящихся к трем разным генам.

"+" - комплементация мутаций, "-" - отсутствие комплементации. Пустая клетка - данную комбинацию мутаций не тестировали. Распределите мутации по трем генам.

118

  • № 437. Объясните результаты анализа рецессивных мутаций a1, a2 и а3 в функциональном тесте на аллелизм.

Фенотип: нормальный мутантный мутантный

  • № 438. Получены различные мутанты Escherichia coli, нуждающиеся в аспарагиновой кислоте, треонине и метионине. Характеристики мутантов приведены в таблице:
Мутант Нуждается в метаболите: Накапливает метаболит:
аспарагиновая к-та гомосерин гомосеринфосфат треонин гомоцистеин метионин
aspA + - - - - - фумаровая
к-та
metA - - - - + + гомосерин
metH - - - - - + гомоцистеин
thrC - - - + - - гомосеринфосфат
thrB - - + + - - гомосерин
thrA - + + + - - аспарагиновая
к-та

Знак "+" означает рост на минимальной среде с добавлением соответствующего метаболита, "-" - отсутствие роста.

Определите последовательность этапов биосинтеза соответствующих аминокислот и расположите гены в порядке контролируемых ими этапов.

  • *№ 439. У Bacillus subtilis получены ауксотрофные мутанты, дефектные по различным этапам биосинтеза триптофана. Характеристики мутантов приведены в таблице:

119

Мутант Рост на минимальной среде
с добавлением метаболита:
Накапливает
метаболит:
антраниловая
к-та
КФАДРФ1 индол триптофан
trpA - - - + индол-3-глицерофосфат
trpC - - + + КФАДРФ
trpD - + + + антраниловая к-та
trpE + + + + хоризмовая к-та

Знак "+" обозначает рост клеток на соответствующей среде, "-" - отсутствие роста.

Определите последовательность стадий биосинтеза триптофана и расположите гены в порядке контролируемых ими этапов.

Образцы решения задач
(Раздел 7)

Задача № 429. Подход к решению задачи основан на том, что рекомбинант дикого типа между точковой мутацией и делецией может образоваться только в том случае, если они не перекрываются на генетической карте. Если провести проекции концов 7 делеций на карту, то они разделят последнюю на 6 сегментов в гене А и на ген В. Если точковая мутация рекомбинирует только с несколькими делециями, то она локализуется в сегменте, расположенном слева от самой протяженной из этих делеций.

Решение

  1. Мутация а рекомбинирует с делециями 4-7, но не с делециями 1-3. Следовательно, она локализована в сегменте A3.
  2. Мутация b не рекомбинирует ни с одной из делеций в гене А, Следовательно, она расположена в гене В.
  3. Мутация с не рекомбинирует с делециями 1 и 2, но рекомбинирует с остальными. Следовательно, она локализована в сегменте А2.
  4. Мутация d рекомбинирует только с делецией 7, следовательно она в сегменте А6.
  5. Мутация е не рекомбинирует только с делецией 1, следовательно она в сегменте А1.
  6. Мутация f не рекомбинирует с 1-5 и рекомбинирует с 6 и 7, располагаем ее в сегменте А5.

120

  1. Мутация g не рекомбинирует с 1-4 и рекомбинирует с 5-7. Локализуем ее в сегменте А4.

Таким образом, карта района rII хромосомы фага Т4 выглядит следующим образом:

Задача №433. 1) Мутация a1 некомплементарна мутации а2, следовательно, обе мутации аллельны и принадлежат к одному гену (обозначим его как ген A1). Мутация а2 некомплементарна также и мутации а6, значит а6 также относится к гену А1. 2) Мутация а7 некомплементарна а4, а а4 некомплементарна а3, все три мутации находятся в одном гене А2. 3) Мутация а5 комплементарна и а4 (ген А2) и а6 (ген А1), следовательно она представляет третий ген - A3.

Вывод: исследованные мутации локализованы в трех генах следующим образом (скобки указывают, что порядок расположения заключенных в них мутаций на карте гена не установлен):

ген А1   ген А2   ген A3
(a1, a2, а6) (а3, а4, а7) а5

Задача № 436. Обозначим три оговоренных в условии гена как A1, A2 и A3. По этим генам распределим мутации. 1) Мутации a1 и а4 относятся к одному гену (аллельны), так как они не комплементируют.То же относится и к паре мутаций а4 и а6. Следовательно, a1, a4 и а6 относятся к одному гену- A1. 2) Мутации a1 и а2 находятся в разных генах, так они комплементарны. Можно полагать, что а2 расположена в другом гене, А2.

ген А1   ген А2   ген A3
(a1 a4 а6) а2  
  • 3) Мутации а2 и а3 комплементируют, то есть относятся к разным генам, то же можно сказать о паре мутаций а3 и а4. Это означает, что а3 не принадлежит ни к гену А1, ни к гену А2 и, следовательно может быть отнесена к третьему гену - A3.
ген А1   ген А2   ген A3
(a1 a4 а6) а2 а3
  • 4) Мутация а5 комплементарна a1 (ген А1) и а3 (ген A3), следовательно не локализуется ни в одном из этих генов. Остается отнести ее к гену А2.

121

ген А1   ген А2   ген A3
(a1 a4 а6) (а2 a5) а3
  • 5) Мутация а7 не находится ни в гене А1 (так как она комплементарна а6), ни в гене А2 (комплементарна a5). Следовательно, она локализуется в гене A3.

Вывод: семь мутаций локализованы в трех генах следующим образом (скобки указывают, что порядок заключенных в них мутаций на карте гена не установлен):

ген А1   ген А2   ген A3
(a1 а4 а6) (а2 а5) (а3 а7)

Задача № 439. При решении следует исходить из известного факта: если исследуемый мутант растет на минимальной синтетической среде только при условии внесения в нее определенного метаболита, то у него блокирован какой-то этап метаболической цепи перед биосинтезом этого метаболита, то есть метаболит занимает в цепи биосинтеза место после мутационного блока. Другие, более ранние предшественники, находящиеся в метаболической цепи перед блоком, не могут обеспечить рост мутанта. С другой стороны, если мутант накапливает определенный метаболит, то у него блокирован этап цепи биосинтеза сразу после накапливаемого метаболита.

  1. Мутант trpE растет при добавлении в среду любого из приведенных в условии метаболитов и при этом накапливает хоризмовую кислоту, следовательно, у него блокирован ранний этап до биосинтеза этих метаболитов, но непосредственно после хоризмовой кислоты.
  2. Мутант trpD способен использовать все метаболиты, кроме антраниловой кислоты, и накапливает в среде последнюю. Это означает, что мутационный блок располагается сразу после синтеза антраниловой кислоты, а антраниловая кислота в цепи биосинтеза находится после хоризмовой, но перед КФАДРФ, индолом и триптофаном.
  3. Мутант trpC не способен использовать для своего роста антраниловую кислоту и КФАДРФ и накапливает последний. Следовательно, мутация trpC прерывает цепь биосинтеза сразу после КФАДРФ, а сам КФАДРФ находится в цепи после антраниловой кислоты, но перед индолом и триптофаном.
  4. Мутант trpA растет только на среде с триптофаном и накапливает индол-3-глицерофосфат. Можно заключить, что цепь биосинтеза у него блокирована на позднем этапе между индол-3-глицерофосфатом и триптофаном. Очевидно также, что индол-3-глицерофосфат синтезируется после индола: мутант trpA не растет на среде с индолом, то есть блок находится где-то после индола, но накапливает индол-3-глицерофосфат, то

122

есть блок идентифицируется непосредственно после индол-3-глицерофосфата.

Таким образом, последовательность метаболитов в цепи биосинтеза триптофана следующая: хоризмовая кислота → антраниловая кислота → КФАДРФ → индол → индол-3-глицерофосфат → триптофан. Порядок генов, контролирующих последовательные этапы биосинтеза триптофана (не путать его с генетической картой!): trpE → trpD → trpC → trpA.

123


1 КФАДРФ - енол -1 - (о - карбоксифениламино) - 1 - дезоксирибулозофосфат.