Новый этап в изучении генома физикохимическими методами

Метод молекулярной гибридизации ДНК, хорошо показавший себя в эволюционных и таксономических исследованиях, продолжает успешно развиваться.

В настоящее время стала возможной гибридизация отдельных фракций ДНК — вплоть до одиночных генов, значительно повысилась его разрешающая способность. Раньше мы могли дискриминировать по применявшимся тогда критериям лишь таксоны довольно высокого ранга — до семейства, реже до рода. Сейчас уже реально сопоставление дивергенции геномов близких видов и внутривидовых форм, т. е. изучение дивергенции в процессе микроэволюции (см. обзор: Шубина, 1980).

Следует помнить, что структурные гены составляют лишь немногие проценты эукариотического генома. Другие фракции ДНК дивергируют гораздо сильнее.

В последние годы начался новый этап в изучении генома физикохимическими методами, на котором наши возможности необычайно расширились. В принципе стали возможными выделение, размножение и расшифровка любого гена. Полностью или частично расшифрованы последовательности нуклеотидов в генах многих белков, рРНК, вирусов в плазмид. По-видимому, в ближайшем будущем будет полностью «прочтена» генетическая программа ряда бактерий, в первую очередь кишечной палочки.

Основой для столь впечатляющих успехов послужило: 1) открытие ферментов-рестриктаз, расщепляющих ДНК в строго определенных местах, специфичных для данной последовательности нуклеотидов; 2) возможность включения полученных фрагментов в молекулы ДНК-векторов (плазмиды и вирусы); 3) клонирование генов в бактериальных клетках; 4) разработка методов структурного анализа фрагментов ДНК (см. обзор: Копылов, 1980).

Некоторые из полученных данных имеют первостепенное значение для изучения эволюции генетических программ. В первую очередь это относится к проблеме единства генетического кода. Факт одинакового соответствия нуклеотидных триплетов в ДНК и мРНК и аминокислотных остатков в белках вирусов, бактерий, животных и растений был веским доказательством в пользу монофилии жизни, доказательством того, что генетический код возник на Земле только один раз. Тем более неожиданным оказалось открытие разночтений в коде у митохондрий млекопитающих (и, по-видимому, всех митохондрий). Именно, триплет УГА, знаменующий в мРНК окончание аминокислотной последовательности (терминирующий), в митохондриях кодирует триптофан, а АУА — метионин, а не изолейцин.

Разночтение двух триплетов из 64 позволило некоторым исследователям утверждать, что код возникал по меньшей мере дважды. Однако для этого пока нет оснований. Сторонники монофилии жизни и не собирались утверждать, что изменения кода в принципе невозможны — просто за них нужно было платить чрезвычайно высокую цену. Цена здесь — множественные аминокислотные замены с весьма высокой вероятностью летального эффекта.