Комплементация относится к генетическому процессу, когда два штамма организма с разными гомозиготными рецессивными мутациями , вызывающими один и тот же мутантный фенотип ( например, изменение структуры крыльев у мух), дают потомство, которое при спаривании или скрещивании выражает фенотип дикого типа . Комплементация обычно происходит, если мутации происходят в разных генах (межгенная комплементация). Комплементация также может произойти, если две мутации находятся в разных сайтах одного и того же гена (внутригенная комплементация), но этот эффект обычно слабее, чем эффект межгенной комплементации. Когда мутации происходят в разных генах, геном каждого штамма поставляет аллель дикого типа для «дополнения» мутировавшего аллеля генома другого штамма. Поскольку мутации рецессивны, потомство будет проявлять фенотип дикого типа. Тест комплементации (иногда называемый тестом « цис-транс ») можно использовать для проверки того, находятся ли мутации в двух штаммах в разных генах. Комплементация обычно слабее или отсутствует, если мутации происходят в одном и том же гене. Удобство и суть этого теста в том, что мутации, вызывающие фенотип, можно отнести к разным генам без точного знания того, что делает продукт гена на молекулярном уровне. Тест комплементации был разработан американским генетиком Эдвардом Б. Льюисом .
В качестве простого примера теста на комплементацию предположим, что генетик заинтересован в изучении двух штаммов белоглазых мух вида Drosophila melanogaster , более известного как обыкновенная плодовая мушка. У этого вида мухи дикого типа имеют красные глаза, а цвет глаз, как известно, связан с двумя генами, А и В. Каждый из этих генов имеет два аллеля, доминантный, который кодирует рабочий белок ( А и В соответственно) . ) и рецессивный , который кодирует неисправный белок ( a и b соответственно). Поскольку оба белка необходимы для синтеза красной пигментации глаз, если данная муха гомозиготна либо по a , либо по b , у нее будут белые глаза.
В генетике можно провести тест на комплементацию, чтобы понять взаимодействие между различными генетическими штаммами. Этот тест часто включает скрещивание двух чистопородных линий, таких как белоглазые мухи, разного происхождения. Этот процесс включает в себя спаривание двух мух, каждая из разных линий. Цвет глаз полученного потомства определяет результат теста. Если у потомства появляются красные глаза, это указывает на то, что эти две линии дополняют друг друга. И наоборот, если у потомства белые глаза, это предполагает отсутствие комплементации.
Комплементация происходит, когда каждый штамм обладает различной гомозиготной мутацией (например, один штамм имеет генотип «aa BB», а другой — «AA bb»), что приводит к гетерозиготному генотипу («AaBb») в потомстве, которое дает другой фенотип. от родителей. Некомплементация наблюдается, когда оба штамма имеют одну и ту же гомозиготную мутацию, например «aaBB», «AAbb» или «aabb», что приводит к образованию потомства с фенотипом, идентичным родительским штаммам.
Тесты комплементации также можно проводить с гаплоидными эукариотами , такими как грибы , бактериями и вирусами, такими как бактериофаги . [1] Исследования гриба Neurospora crassa привели к разработке концепции «один ген – один фермент», которая послужила основой для последующего развития молекулярной генетики. [2] [3] Тест на комплементацию был одним из основных инструментов, используемых в ранних исследованиях Neurospora, поскольку его было легко выполнить, и он позволял исследователю определить, были ли какие-либо два пищевых мутанта дефектными в одних и тех же или разных генах.
Тест комплементации использовался и на заре развития молекулярной генетики, когда бактериофаг Т4 был одним из основных объектов изучения. [4] В этом случае тест зависит от смешанного заражения бактериальных клеток-хозяев двумя разными типами мутантных бактериофагов. Его использование стало ключом к определению большинства генов вируса и послужило основой для изучения таких фундаментальных процессов, как репликация и репарация ДНК, а также того, как устроены молекулярные машины .
Гетерозис — это тенденция гибридных особей превосходить своих чистокровных родителей по размеру и силе. Это явление давно известно у животных и растений. Гетерозис, по-видимому, во многом обусловлен генетической комплементацией, то есть маскировкой вредных рецессивных аллелей у гибридных особей.
В целом, двумя фундаментальными аспектами полового размножения у эукариот являются мейоз и ауткроссинг . Было предложено, чтобы эти два аспекта имели соответственно два естественных селективных преимущества. Предполагается, что мейоз является адаптивным, поскольку он облегчает рекомбинационное восстановление повреждений ДНК , которые иначе трудно восстановить. Предполагается, что ауткроссинг является адаптивным, поскольку он облегчает комплементацию, то есть маскирование вредных рецессивных аллелей [5] (см. также Гетерозис ). Было высказано предположение, что польза от маскировки вредных аллелей является основным фактором поддержания полового размножения среди эукариот. Кроме того, селективное преимущество комплементации, возникающее в результате ауткроссинга, может в значительной степени объяснять общее избегание инбридинга в природе (например, см. статьи « Признание родства» , «Инбредная депрессия » и «Табу на инцест »). [6]
Используется Quantitative Genetics для выявления рецессивных мутантов. Здесь берут недостатки и скрещивают их с гаплотипом , который, как полагают, содержит рецессивный мутант.
Эти правила не лишены исключений. Неаллельные мутанты иногда могут не комплементировать (это известно как «неаллельная некомплементация» или «несвязанная некомплементация»). Это редкое явление, которое зависит от типа исследуемых мутантов. Например, две мутации могут быть синтетически доминантно-негативными . Трансвекция — еще один пример, когда гетерозиготная комбинация двух аллелей с мутациями в разных участках гена дополняет друг друга, восстанавливая фенотип дикого типа.
Когда измеряют комплементацию между двумя мутантами, дефектными в одном и том же гене, обычно обнаруживают, что либо комплементация отсутствует, либо фенотип комплементации является промежуточным между мутантным фенотипом и фенотипом дикого типа. Внутригенная комплементация (также называемая межаллельной комплементацией) была продемонстрирована во многих различных генах у различных организмов, включая грибы Neurospora crassa , Saccharomyces cerevisiae и Schizosaccharomyces pombe ; бактерия Salmonella typhimurium ; и вирусный бактериофаг Т4 . [7] В нескольких таких исследованиях многочисленные мутации , дефектные в одном и том же гене, были изолированы и картированы в линейном порядке на основе частот рекомбинации , чтобы сформировать генетическую карту гена. Отдельно мутанты тестировали в парных комбинациях для измерения комплементации. Анализ результатов таких исследований привел к выводу, что внутригенная комплементация, как правило, возникает в результате взаимодействия разнодефектных полипептидных мономеров с образованием агрегата, называемого «мультимером». [8] Гены, кодирующие полипептиды, образующие мультимеры, по-видимому, широко распространены. Одна из интерпретаций данных состоит в том, что мономеры полипептидов часто выстраиваются в мультимере таким образом, что мутантные полипептиды, дефектные в соседних участках генетической карты, имеют тенденцию образовывать смешанный мультимер, который плохо функционирует, тогда как мутантные полипептиды, дефектные в отдаленных участках, имеют тенденцию образовывать смешанный мультимер, который плохо функционирует. смешанный мультимер, который действует более эффективно. Межмолекулярные силы, вероятно, ответственные за самораспознавание и образование мультимеров, обсуждались Йеле. [9]
