Дифференциальная активность генов в онтогенезе

Генетическая программа индивидуального развития

Возникшая после слияния отцовского и материнского ядер зигота со­держит записанную в структурах молекул ДНК программу развития буду­щего организма. Дочерние клетки развивающейся зиготы получают инфор­мацию, которая позволяет им во взаимодействии с условиями внешней сре­ды формировать новый организм. При этом в нем все гены полностью сохраняются, поэтому при соответствующих благоприятных условиях из каждой клетки растения может развиться целый организм.

Все клетки организма, в каких бы тканях и органах они не находились, содержат полный набор генов, такой же, какой имела зигота. Но в каждой клетке действует только часть генов, связанная с дифференциацией данного типа клеток. Одни гены функционируют во всех клетках организма, напри­мер гены, контролирующие дыхание, проницаемость мембран, синтез АТФ и др., другие – только в определённых. Каждая клетка характеризуется своим набором активных генов. Чем больше специализированы клетки, тем меньше в них активных генов. Но разные гены работают не только в различ­ных клетках, но и в разное время, в разные периоды развития особи.

Экспериментально доказано, что гены работают не всегда, есть определенная закономерность в очередности работы генов, неработающие гены сохраняются в клетке в течение всей ее жизни и, при определенных условиях, снова могут начать работать. Это явление называется дифференциальной активностью генов.

Под термином работа гена имеется в виду способность участка молекулы ДНК транскрибировать информационную РНК. Иначе говоря, ген работает тогда, когда с него снимаются копии в виде комплементарных молекул РНК, которая проникая в цитоплазму прикрепляется к рибосомам и на которой происходит синтез белка в соответствии с последова­тельностью расположения нуклео­тидов.

Ген не работает – это означает, что с него копий не снимается и он не участвует в синтезе белка.

Гены в рабочем состоянии называются активными, в нерабочем – репрессивными.

В основе дифференциации тканей лежит различная активность генов. В специализированных клетках работает ограниченная группа генов, так как большая часть их репрессиро­вана. Но ДНК и гены во всех клетках одинаковы, поэтому их активность должна определяться какими – то другими механизмами, включение кото­рых не связано с действием генов. Таким образом механизмами активиза­ции генов являются различия в структуре цитоплазмы, тканевая индукция и гормоны. Яйцеклетка созревает под контролем генов, определяющих разно­качественность частей цитоплазмы. В каждой части цитоплазмы активиру­ются различные гены, что приводит в процессе размножения клеток к ткане­вой дифференциации. Затем в процесс вступает эмбриональная индукция – воздействие одних тканей зародыша на другие. Это воздействие выражается в активизации новых генов в индуцируемой ткани. Предполагают, что клет­ки ранее образующейся ткани выделяют вещества, способные активизиро­вать работу генов, необходимых для дифференциации другой ткани (ткане­вая индукция).

Гормональная регуляция – наиболее хорошо изучает механизм акти­визации генов. Гормоны могут воздействовать на гены непосредственно, или вызвать появление в цитоплазме каких – то специфических веществ, действующих затем на гены. Так как гормоны представлены химическими соединениями различной природы и сложности, второе предположение счи­тается обоснованным. Одни гормоны – очень сложные белки, другие – ко­роткие цепочки полипептидов, третьи – простые производные аминокислот. Гормоны, проникая в клетку, разрушают гистоны или блокируют их вместе на отдельные локусы хромосомы. Хромосомная регуляция общей активно­сти клетки и генная регуляция синтеза соответствующего фермента у расте­ний осуществляется вместе с выходом семян из состояния покоя

Функциональные изменения хромосом выражаются в образовании своеобразных вздутий – пуффов. Пуффы – локусы хромосом, в которых осуществляется синтез и - РНК, т.е. происходит интенсивная работа генов.

Итак, генетическая информация в процессе развития организма реализуется в следующих последовательных и взаимосвязанных этапах:

1) Активация хромосом и генов под влиянием внутренних и внешних факторов дифференциации;

2) Образование хромосомных пуффов и синтез и – РНК на активиро­ванных генах;

3) Синтез специфических белков на матрицах и – РНК в рибосомах цитоплазмы;

4) Развитие дифференцированных клеток, признаков и свойств орга­низма на основе преобразования белковых молекул в цепи сложных, после­довательно связанных биохимических и морфологических превращений.

Живой организм – саморегулирующаяся биологическая система. Суще­ствование этой системы обеспечивается непрерывным обменом веществ со средой, из которой она получает энергию и нужные химические вещества.