Термин "ген" было предложено Йоханнсеном (Wilhelm Johannsen) в 1909 г., вскоре после открытия заново менделевских законов наследственности (см. историческую справку в конце учебника). С тех времен понятие гена несколько раз подвергалось существенной ревизии. Часть различных соответствующих его определений были приведены в разделе 1, и следует заметить, что все они имеют право на существование. Но важно понимать, что каждое из них имеет в то же время достаточно существенные ограничения. Несомненным является лишь то, что ген представляет собой участок ДНК (и даже это утверждение требует уточнений относительно вирусов, содержащих РНК как генетический материал, см. Раздел 5), однако такое определение ничего не говорит о свойствах, которые должны быть присущи этой области, чтобы ее можно было считать геном.

От начала существования срок интерпретировался в духе Менделя, т.е. как дискретная и нераздельное наследственная единица, которая не зависит от других наследственных единиц и отвечает за проявление определенного признака. В отдельных случаях (упомянутый в разделе 1 ген sgr гороха является примером такого типа) такая интерпретация может быть применена, хотя понятно, что о независимости наследования различных генов можно говорить только при условии, что гены располагаются в разных хромосомах.

Понятно также, что ген не является дискретным и нераздельным: ген как участок ДНК имеет длину, этот участок может быть разделена на фрагменты. В процессе своей экспрессии гена взаимодействуют на разных уровнях: активация транскрипции и путь сплайсинга зависят от активности генов транскрипционных факторов и сплайсинг-регуляторов, трансляция мРНК? от активности генов белков-регуляторов трансляции; белковые продукты различных генов взаимодействуют подобное. В результате активность одного гена может усилить или подавить экспрессию другого, и вообще, для проявления признака, как правило, является необходимым активность нескольких генов. В последнее время приобрела популярность компьютерная метафора, согласно которой наследственный аппарат (геном и систему его экспрессии) можно рассматривать как "операционную систему", которая управляет организмом, а ген? как "подпрограмму" этой системы.

После того, как было выяснено, что гены находятся в хромосомах, ген стал рассматриваться как хромосомный локус, а сама хромосома? как линейная комбинация генов, которые не перекрываются. Часто так оно и есть, но, с другой стороны, один локус (один участок хромосомной ДНК) может содержать несколько генов? гены перекрываются или за счет перекрытия рамок считывания (некоторые бактериофаги и отдельные гены эукариот), либо за счет расположения генов (в эукариотических геномах) в пределах интроны другого гена, либо за счет расположения двух кодируя последовательностей на одном участке ДНК на двух разных цепях (как на рис. 2.17). Кроме того, концепция гена как локуса не может быть применена для мобильных элементов? участков ДНК (которые часто содержат один или несколько генов), которые могут менять свою локализацию в геноме. Развитие молекулярной биологии сначала привел к пониманию того, что ген? это участок молекулы ДНК, которая отвечает за синтез молекулы белка ("один ген? один белок"). Иногда это действительно так, однако сегодня уже ясно, что, во-первых, не менее важными являются гены, кодирующие различные РНК, которые не поддаются трансляции.

Во-вторых, один участок ДНК (совокупность экзонов эукариотического гена) часто дает несколько белковых продуктов за счет альтернативного сплайсинга. Разница между биологическими видами часто обусловлена ??не только и не столько разницей в наборах кодирующих последовательностей (экзонов), сколько различными комбинациями этих экзонов. Причем такое перекомбинування возможно как на уровне ДНК, так и на уровне конечных транскриптов. Итак, если рассматривать ген как наследственный фактор, то ген? это не только участок ДНК, содержащий определенную информацию, но и система экспрессии этой информации.

Интенсивное развитие в течение последних 10? 15 лет новой дисциплины? геномики, направленная на установление и анализ нуклеотидных последовательностей целых геномов, обусловил тенденцию рассматривать ген как аннотированную геномной участок с определенными свойствами. Согласно определению международного консорциума онтологии последовательностей (Sequence Ontology Consortium), ген? это определенная определена зона геномной последовательности, соответствующей единицы наследственности и содержит регуляторные участки и участки, которые транскрибируются. Под словами "единица наследственности" следует понимать тот факт, что ген кодирует определенные (один или несколько) функциональные продукты (белки или молекулы РНК, не транслируются).

Под "участком, транскрибируется" подразумевается определенная группа экзонов, соединенных интроны, которая транскрибируется как одно целое. При этом по правилам аннотации последовательностей, принятыми современными базами данных геномных последовательностей, первичные транскрипты, подвергающиеся альтернативном сплайсинга, считаются принадлежащими одному гену, даже если конечные белки различны. То есть ген? это группа экзонов, которые транскрибируются вместе, или ген это участок генома, дает набор конечных транскриптов, которые содержат хотя бы один общий экзон. Наконец, важным моментом приведенного определения гена является то, что в состав этой элементарной единицы наследственности организма принято включать регуляторные участки, которые контролируют его активность.

С тем уточнением, что в прокариотических системах (в случае оперона) регуляторные участки могут контролировать группу генов, такая трактовка гена до самого последнего времени оставалось общепринятым.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+