Лаборатория генетики популяций

Закономерности мутирования в системах с инсерционными мутациями

В результате многолетних исследований инсерционного мутагенеза в природе и в опыте были сделаны следующие выводы о его закономерностях, характерных для разных уровней организации живых систем.

Хромосомы, гены и геномы

• Генетическая нестабильность, опосредованная инсерциями транспозонных мобильных генетических элементов (МГЭ) Р и hobo, связана с внедрением или вырезанием МГЭ в генном сайте, регулирующим транскрипцию или сплайсинг кодирующей последовательности.
• Рекомбинация в гетерозиготах по двум инсерционным аллелям повышена по сравнению с нормальной - это связано с образованием двунитевых разрывов в хромосоме на предмейотических стадиях зародышевого пути.
• При эктопическом спаривании двух копий мобильного элемента и последующей рекомбинации между ними, в зависимости от ориентации МГЭ, происходит образование делеций, дупликаций или инверсий генетического материала.
• Нестабильные хромосомы: индукция летальных и видимых мутаций, хромосомных перестроек с точками разрывов в области встраивания МГЭ.
• Наличие в геноме “горячих точек” инсерционного мутагенеза.
• Сложный контроль инсерционной мутабильности: цитотип, гены-мутаторы, взаимодействие МГЭ между собой и генами генома хозяина.
• Процессы общегеномной репарации вовлечены в процессы локус-специфического инсерционного мутагенеза.
• Генетическая инженерия в природе - создание транспозонов: два отдельных гена под контролем одного МГЭ hobo одновременно экспрессируются и мутируют – sn⁴⁹::Tn-clw.
  МГЭ могут служить векторами при горизонтальном переносе генетического материала.

Онтогенетический уровень

• Аллелеспецифичный характер нестабильности в половых и соматических клетках.
• Пучковый характер появления мутантов, благодаря транспозиции МГЭ на первых стадиях зародышевого пути.
• Экспрессия инсерционной мутации может зависеть от температуры и от количества гетерохроматина в геноме.

Популяционный уровень

• "Мода на мутации" и возвращение “моды на мутации”. Колебание и синхронные вспышки концентрации мутаций и мутабильности генов, появление многочисленных однотипных инсерционных аллелей в географически отдаленных популяциях.
• Присутствие в популяциях высокомутабильных по различным локусам хромосом.
• Распространение в популяциях Drosophila melanogaster генов-мутаторов типа MR (male recombination), которые могут быть причиной повышенного возникновения широкого спектра мутаций, связанных с процессами разрыва-воссоединения хромосом.
• Когда выделяют в качестве одного из факторов эволюции инсерционный мутагенез, а в качестве материала для эволюции инсерционные мутации, то имеют дело с повышенными скоростями эволюции генетического материала.
• МГЭ выступают как важные генетические, феногенетические и эпигенетические факторы в способности геномов усиливать их собственную эволюцию и как главный источник эволюционного инструментария для генерирования наследственной изменчивости в ответ на изменения окружающей среды. МГЭ и геном хозяина образуют пластично эволюционирующую систему коадаптированного генома.