Рудольф Рэфф - Эмбрионы, гены и эволюция

Еще более яркой иллюстрацией этого положения служит вторая мутация, проанализированная Сузуки и его сотрудниками. Эта мутация была названа shibire (что в переводе с японского означает «парализованная»); ее первоначально выделили как сцепленное с полом температурочувствительное поражение паралитического характера. Взрослые самцы и самки мух, несущие эту мутацию, при 22°С сохраняют нормальную подвижность. Если же повысить температуру до 29°С, то полностью парализованные мухи сейчас же падают на дно пробирки. Если вновь вернуть их в прежние условия (22°С), то через несколько минут они начинают двигаться и вскоре кажутся совершенно нормальными. Физиологическую основу этого дефекта установили Икеда (Ikeda) и его сотрудники; вводя микроэлектроды в летательные мышцы нормальных мух и мутантов shibire, они измеряли синаптический потенциал и потенциал действия, вызываемые раздражением двигательного нерва, иннервирующего эти мышцы. При нагревании до 29°С мышечные волокна мутантов никак не реагировали на раздражение, тогда как у мух дикого типа сохранялись нормальные реакции. Если, однако, мышцу раздражали непосредственно, а не через нерв, то у мутантов shibire удавалось вызвать ее сокращение даже при 29°С. Более того, Икеда и др. показали способность нервного волокна мутанта передавать импульсы при этой температуре. Таким образом, создается впечатление, что паралитическое поражение локализовано в нервно-мышечном синапсе, который теряет способность к проведению раздражения при температуре 29°С.

Это, однако, не единственный дефект, наблюдаемый у мутантов shibire. Пудри, Холл и Сузуки (Poodry, Hall, Suzuki) изменяли температуру, в которой содержались развивающиеся зародыши и личинки мух, с тем чтобы выяснить, не вызывает ли это у личинок паралича и каких-либо нарушений развития. Оказалось, что повышение температуры до 29°С на любой стадии развития приводит к параличу и гибели; отсюда следует, что для развития дрозофилы, по-видимому, необходимо нормальное функционирование локуса shibire. В экспериментах с кратковременными воздействиями (pulses) высокой температуры было показано, что переноса на 18 ч в температуру 29°С было достаточно, чтобы убить развивающихся личинок и зародышей. Более кратковременные тепловые воздействия (2, 4 и 6 ч) вызвали совершенно неожиданные дефекты развития. Шестичасовое воздействие выявило шесть критических периодов, в течение которых для нормального развития совершенно необходим ген shibire или его продукт, а в случае их отсутствия наступает смерть. Один период высокой чувствительности приходится на гаструляцию; в это время достаточно двухчасового теплового воздействия, чтобы убить насекомое. В этом случае гибель наступает не от необратимого паралича, как при 18-часовом воздействии, а, по-видимому, в результате какого-то другого нарушения.

Эксперименты с кратковременными тепловыми воздействиями выявили также ТЧП для нескольких внешне заметных дефектов у взрослых мух (рис. 7-5). Наиболее резко выраженный из них - вертикальный «рубец» на глазу, вызванный разрушением фасеток (рис. 7-6). Рубец возникает после кратковременного теплового воздействия в течение 3-6 ч, которое начинали примерно за 48 ч до наступления стадии куколки и прекращали сразу же после того, как куколка сформировалась (рис. 7-5). При соответствующем распределении этих воздействий во времени можно получить муху с двумя рубцами на глазу и показать, что в течение ТЧП положение рубца перемещается с заднего края глаза к переднему. Интересно отметить, что в этот период направление перемещения и расположение рубца на глазу соответствует волне клеточных делений, проходящих по развивающемуся глазу аналогичным образом.

Тепловое воздействие оказывает также влияние на образование щетинок и волосков на груди и на голове мухи, однако ТЧП для этих структур наступает несколько позднее, чем для глаза (рис. 7-5). Тепловые воздействия, оказываемые в начале ТЧП, приводят к дупликации щетинок, тогда как более поздние воздействия приводят к отсутствию щетинок этих же типов. Как и в случае рубцов на глазу при более поздних в течение ТЧП кратковременных воздействиях эти эффекты сдвигаются в направлении от заднего края глаза кпереди.

Возникновение у мутантов shibire дефектов во многих разных тканях показывает, что функция этого гена далеко не специфична и не ограничивается нарушением в области нервно-мышечного синапса. Это, возможно, лучше всего проявляется в том, что у зародышей, мутантных по данному гену, гаструляция - событие, происходящее задолго до того, как у зародыша можно обнаружить нервы или мышцы или же выявить их функцию, - крайне чувствительна к температуре.

Рис. 7-5.Периоды чувствительности к температуре, соответствующие различным генетически обусловленным нарушениям развития. Толстые черные полоски - периоды особенно высокой чувствительности мутантных особей к воздействию непермиссивных температур. Более длительные воздействия, чем те, которые необходимы для того, чтобы вызвать указанные на рисунке аномалии, приводят к гибели насекомых. А. Нарушения, вызываемые мутацией shibire ts(Poodry, Hall, Suzuki, 1973). Б. Нарушения, вызываемые мутацией Notsh ts(Shellenbarger, Mohler, 1978; с изменениями).

Рис. 7-6.Микрофотографии (сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа) глаз взрослых мух shibire ts, подвергавшихся температурному воздействию в период, когда это воздействие вызывает образование рубцов на глазах. А. Воздействие в начале периода - рубец сдвинут к заднему краю глаза. Б. Воздействие в середине периода - рубец проходит через центр глаза. В. Воздействие в конце периода - рубец сдвинут к переднему краю глаза. Г. Двукратное воздействие - образование двух рубцов (Фото А-В - Poodry, Hall, Suzuki, 1973; фото Г - Suzuki, 1973).

Предварительное заключение, которое можно вывести из этих исследований, состоит в том, что ген shibire вырабатывает какой-то компонент мембраны, необходимый для некоторых типов взаимодействия или обмена информацией между клетками. Этот компонент, по-видимому, необходим для различных процессов, связанных с его главной функцией-коммуникацией между клетками, - но каждый отдельный ТЧП с соответствующим ему дефектом отражает, возможно, то, в чем именно состоит роль данной специфичной функции на данной стадии развития. Здесь снова перед нами случай истинной плейотропии, демонстрирующий способность одного гена оказывать воздействие на несколько, казалось бы, в корне различных морфогенетических событий. Другой вывод, вытекающий из этих результатов, - полезность изучения температурочувствительных аллелей. Независимая от температуры мутация shibire вызвала бы просто гибель зародыша, едва приступившего к клеточной дифференцировке, и не дала бы никаких сведений ни о характере генного продукта, ни о многообразии его действия.