Политенные хромосомы слюнной железы мотыля

• Политенные хромосомы двукрылых характеризуются наличием серий полос-дисков, рисунок которых можно использовать в качестве цитологической карты

Интерфазные ядра в некоторых тканях личинок двукрылых мух содержат хромосомы во много раз большего размера, чем обычные хромосомы. У этих хромосом увеличены диаметр и длина. На рисунке ниже в качестве примера представлен хромосомный набор клеток слюнной железы D. melanogaster. Такие хромосомы называют политенными.

Каждая хромосома состоит из видимой серии полос-дисков (которые более правильно, но редко называют хромомерами). Существует примерно десятикратное различие в размере дисков. Наибольшая ширина составляет около 0,5 мкм, а наименьшая — 0,05 мкм. (Наименьшие диски видны только в электронном микроскопе.) В дисках находится большая часть массы ДНК, и они интенсивно прокрашиваются соответствующими красителями.

Участки между отдельными дисками окрашиваются светлее; их называют междисками. В хромосомном наборе D. melanogaster содержится около 5000 дисков.

Центромеры всех четырех хромосом D. melanogaster агрегируют с образованием хромоцентра, который в значительной степени состоит из гетерохроматина (а у самцов включает целиком Y-хромосому). С учетом этого можно считать, что около 75% гаплоидного набора ДНК организовано в диски и междиски. В растянутом состоянии эта ДНК представляет собой линейную структуру, длиной примерно 40 000 мкм. Длина всего хромосомного набора составляет примерно 2000 мкм, т. е. примерно в 100 раз превышает длину гаплоидного набора в митозе.

Это ясно показывает, в каком растянутом состоянии находится генетический материал в политенной хромосоме по сравнению с его обычными состояниями в интерфазном хроматине или в митотических хромосомах.

Политенные хромосомы D. melanogaster образуют серии дисков и междисков.

Какова структура этих гигантских хромосом? Каждая хромосома образуется в результате последовательных актов репликации конъюгировавшей пары гомологов. Реплики не разделяются, а остаются прикрепленными друг к другу по всей длине. В начале процесса каждая конъюгировавшая пара содержит количество ДНК, равное 2С (где С — это содержание ДНК в одной индивидуальной хромосоме). Затем число удвоений происходит до 9 раз; в результате максимальное содержание ДНК может достигнуть 1024С. Число удвоений варьирует в различных тканях личинки D. melanogaster.

Каждая политенная хромосома видна в виде большого числа параллельных нитей, сильно сконденсированных в дисках и слабее в междисках. Вероятно, каждая такая нить представлена единичной копией (С) гаплоидной хромосомы. Отсюда и происходит термин «политения». Степень политении определяется числом гаплоидных хромосом, содержащихся в гигантской хромосоме.

Для каждой линии Drosophila характерен свой набор дисков. Постоянство числа и линейного расположения дисков впервые было отмечено в 1930-х годах, когда стало понятно, что диски образуют цитологическую карту хромосом. В результате перестроек — таких как делеции, инверсии или дупликации, — происходит изменение линейного порядка дисков.

Линейный порядок дисков соответствует линейному расположению генов. Таким образом, генетические перестройки, как это видно по карте сцепления, можно привести в соответствие со структурными перестройками на цитологической карте. В конечном итоге, конкретную мутацию можно локализовать в определенном диске. Поскольку общее число генов у D. melanogaster превышает число дисков, в большинстве дисков, вероятно, локализуется множество генов.

Положение определенных генов на цитологической карте можно определить непосредственно с помощью метода гибридизации in situ. Общая схема метода представлена на рисунке ниже. Радиоактивная проба, представляющая некий ген (чаще всего меченный клон кДНК, полученный с иРНК), гибридизуется с денатурированной ДНК политенных хромосом in situ. Методом радиоавтографии можно определить местоположение одного или нескольких исследуемых генов по скоплению зерен серебра в области одного или нескольких дисков. Недавно вместо радиоактивных зондов стали использовать флуоресцентные.

Используя этот метод, оказывается возможным непосредственно выявить полосу, в которой локализована специфическая последовательность.

Индивидуальные диски, содержащие определенные гены, можно идентифицировать методом гибридизации in situ. При большом увеличении показана гибридизация in situ на дисках 87А и 87С с меченной ДНК,
выделенной из клеток, подвергнутых действию теплового шока.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Изучение политенных хромосом в клетках слюнных желез личинки комара

Хромосомы животных, обнаруживаемые на стадии метафазы, малы по размерам, компактны и не всегда доступны для тонкого аназиза. Цитологи открыли в некоторых соматических клетках особый вид хромосом — так называемые политенные хромосомы. Эти хромосомы в 100-200 раз длиннее и содержат намного больше хромонем, чем обычные метафазные.

Гигантские хромосомы были обнаружены итальянским цитологом Е.Бальбиани в слюнных железах комара хирономуса. Эти хромосомы возникают потому, что клетки не претерпевают деления, а лишь увеличиваются

в размерах. Так как хромонемы политенных хромосом репродуцируются без последующего расхождения, то каждая хромосома приобретает вид пучка хромонемных нитей, число которых достигает одной тысячи. При редупликации хромонем на хромосомах выявляются утолщения (диски), обусловленные либо более плотной спирализацией, либо наличием гранул в определенных участках. Диски могут быть различного размера и строения и их можно видеть при большом увеличении микроскопа. В каждой хромосоме эти диски имеют свои размеры и особенности расположения и являются морфологическими маркерами при изучении хромосом.

Цель занятия. Приготовить препараты слюнных желез личинки комара, рассмотреть их под микроскопом, подсчитать число хромосом и зарисовать их при малом и большом увеличении.

Приготовление препарата. Личинку комара помещают на предметное стекло в каплю физиологического раствора (0,73% раствор поваренной соли). Установив предметное стекло с личинкой на столик микроскопа, извлекают слюнные железы. Для этого одной препаровальной иглой прижимают туловище личинки, а другой иглой отделяют хоботок. Вместе с хоботком извлекают две слюнные железы в виде овальных плотных полупрозрачных телец. Железы с помощью препаровальной иглы переносят на другое предметное стекло для окрашивания. Окрашивают железы ацетаторсеином в течении 15-20 минут. После окрашивания препарат промывают в 45% уксусной кислоте, переносят на чистое предметное стекло, накрывают покровным стеклом и слегка придавливают. При этом следят чтобы покровное стекло не сдвигалось. Препарат рассматривают под малым увеличением микроскопа.

У комара кариотип составляет 6 хромосом. Гомологичные хромосомы коньюгируют, соединяясь попарно по всей длине. Поэтому в поле зрения видны клетки слюнных желез с тремя парами хромосом. При большом увеличении микроскопа можно видеть, что политенные хромосомы состоят из дисков, что создаёт видимость поперечных полос. (рис. 5). Диски могут быть различного размера и строения. Специфическое для каждой политенной хромосомы расположение и чередование дисков позволяет легко отличить её под микроскопом от других хромосом и опознать любой ее участок. При коньюгации гомологов в норме идентичные диски оказываются друг против друга.

Рис. 5.Часть гигантской полинемной хромосомы слюнной железы мотыля (пуф отмечен стрелкой)

Просмотрев препарат, находят клетки с более четко видимыми хромосомами и зарисовывают их при малом и большом увеличении.

Политенные хромосомы

Политенные хромосомы — гигантские скопления объединенных хроматид, возникающие в некоторых типах специализированных клеток.

Репликация ДНК в этих клетках не сопровождается делением клетки, что приводит к накоплению вновь построенных нитей ДНК. Как клетки, так и политенные хромосомы значительно увеличиваются в размерах, что облегчает наблюдение и позволяло изучать активность генов еще в 1930-е годы. Большое количество копий генов на политенных хромосомах усиливает экспрессию и производство необходимых специализированной клетке белков.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Политенные хромосомы» в других словарях:

Хромосомы — Схема строения хромосомы в поздней профазе метафазе митоза. 1 хроматида; 2 центромера; 3 короткое плечо; 4 длинное плечо. Хромосомный набор (Кариотип) человека (женский). Хромосомы (греч. χρώμα цвет и … Википедия

Хромосомы бактерий — Схема строения хромосомы в поздней профазе метафазе митоза. 1 хроматида; 2 центромера; 3 короткое плечо; 4 длинное плечо. Хромосомный набор (Кариотип) человека (женский). Хромосомы (греч. χρώμα цвет и … Википедия

Хромосомы типа ламповых щёток — Хромосома типа ламповых щеток из ядра ооцита тритона Хромосомы типа ламповых щеток, впервые обнаруженные В. Флеммингом в 1882 году, это специальная форма хромосом, которую они приобретают в растущих ооцитах (женских половых клетках)… … Википедия

ХРОМОСОМЫ — (от хромо. и сома), органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследств, свойства клеток и организмов. Способны к самовоспроизведению, обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют её в ряду… … Биологический энциклопедический словарь

Хромосомы политенные — * храмасомы палітэнныя * polytene chromosomes … Генетика. Энциклопедический словарь

Хромосомы — (от Хромо. и Сома органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов. Полный набор Х. в клетке, характерный для данного организма, называется Кариотипом. В любой клетке тела… … Большая советская энциклопедия

ХРОМОСОМЫ — (от греч. chroma цвет, краска и soma тело), органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследств. свойства клеток и организмов. Способны к самовоспроизведению, обладают структурной и функциональной индивидуальностью и… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь

хромосомы — (от греч. chrōma — цвет, краска и sōma — тело), органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Способны к самовоспроизведению, обладают структурной и функциональной… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

Слюнных желез хромосомы — * слінных залоз храмасомы * salivary gland chromosomes политенные хромосомы (см.), обнаруженные в интерфазных ядрах клеток слюнных желез двукрылых насекомых, которые находятся в состоянии полного соматического конъюгирования. Хромосомы зрелых… … Генетика. Энциклопедический словарь

Бальбиани хромосомы — * Бальбіяні храмасомы * Balbiani chromosomes политенные хромосомы, обнаруженные Е. Г. Бальбиани в 1881 г. у личинок хирономуса (). В н. вр. термин употребляется редко … Генетика. Энциклопедический словарь

Политенные хромосомы

Полите́нные хромосо́мы — гигантские интерфазные хромосомы, возникающие в некоторых типах специализированных клеток в результате двух процессов: во-первых, многократной репликации ДНК, не сопровождаемой делением клетки, во-вторых, боковой конъюгации хроматид. Клетки, в которых есть политенные хромосомы, теряют способность к делению, они являются дифференцированными и активно секретирующими, то есть, политенизация хромосом является способом увеличения числа копий генов для синтеза какого-либо продукта. Политенные хромосомы можно наблюдать у двукрылых, у растений в клетках, связанных с развитием зародыша, у инфузорий при формировании макронуклеуса. Политенные хромосомы значительно увеличиваются в размерах, что облегчает их наблюдение и что позволяло изучать активность генов ещё в 1930-е годы. Принципиальным отличием от других типов хромосом является то, что политенные хромосомы являются интерфазными, тогда как все остальные можно наблюдать только во время митотического или мейотического деления клетки [1] .

Классическим примером являются гигантские хромосомы в клетках слюнных желёз личинок Drosophila melanogaster. Репликация ДНК в этих клетках не сопровождается делением клетки, что приводит к накоплению вновь построенных нитей ДНК. Эти нити плотно соединены между собой по длине. Кроме того, в слюнных железах происходит соматический синапсис гомологичных хромосом, то есть, не только сестринские хроматиды конъюгируют между собой, но и гомологичные хромосомы каждой пары конъюгируют между собой. Таким образом, в клетках слюнных желёз можно наблюдать гаплоидное число хромосом [2] .

Содержание

История

Впервые политенные хромосомы были описаны Е. Бальбиани в 1881 году в клетках слюнных желёз представителя рода Chironimus из семейства комары-звонцы ( Chironomidae ) [3] . Тем не менее, природа этих структур не была доподлинно известна до их изучения у D. melanogaster Эмилем Хайтцем и Хансом Бауэром в начале 1930-х. В дальнейшем такие гигантские хромосомы были описаны у личинок двукрылых ( Diptera ) в ядрах клеток кишечника, мальпигиевых сосудов (например, у Sciara), а также у некоторых растений в ядрах синергид (например, гороха ( Pisum )) [4] .

Термин «политенная хромосома» предложил П. Коллер (P. Koller) в 1935 году, а окончательно ввёл в науку С. Дарлингтон в 1937 году [5] .

Размеры

Политенные хромосомы во много раз превышают по размеру хромосомы обычных соматических клеток. Они, как правило, в 100—200 раз длиннее и в 1000 раз толще (содержат до 1000 хромосом), чем хромосомы многих интерфазных клеток (как половых, так и соматических). Так, у личинок D. melangaster общая длина четырёх пар хромосом в слюнных железах составляет 2000 мкм, а в обычных соматических клетках эта величина равна 7,5 мкм [4] .

Строение

Исчерченность

Характерная форма и размеры политенных хромосом достигаются вследствие их максимальной деспирализации и многократного воспроизведения хромосом без их последующего расхождения, то есть они образуются как результат эндомитоза [4] .

Политенные хромосомы имеют характерную поперечную исчерченность, обусловленную наличием участков более плотной спирализации хромонем — хромомер. В тёмных участках (то есть хромомерах) располагается спирализованный неактивный хроматин, в то время как светлые полосы указывают на участок с повышенной транскрипционной активностью. Чёткое различение тёмных дисков и светлых междисковых участков объясняется нерасхождением дочерних хромонем. По этой причине все особенности отдельной хромонемы, в том числе хромомерный рисунок, становятся выраженными более контрастно [4] .

По сути, политенные хромосомы представляют собой пару гигантских гомологичных хромосом, находящихся в состоянии идеально точной соматической конъюгации. При этом диски и междисковые участки гомологов расположены строго параллельно и тесно сближены. Такая конъюгация не характерна для подавляющего большинства соматических клеток [4] .

Впервые карта политенных хромосом была составлена в 1935 году Кэлвином Бриджесом, и она широко используется и по сей день.

Уникальность строения политенных хромосом, а именно возможность чётко различать детали их строения, была использована Т. Пайтнером для изучения их перестроек и характера конъюгации [4] . Вообще, исчерченность политенных хромосом исключительно полезна для исследований, в частности, на примере политенных хромосом была получена визуализация участков активного и неактивного хроматина. На них также можно изучать общую структуру хроматина.

Кроме того, политенные хромосомы помогают идентифицировать личинок комаров-звонцов (Chironomid), которых другим способом отличить сложно [6] [7] .

В политенных хромосомах процесс транскрипции сопровождается формированием т. н. пуфов — характерных вздутий определённых дисков, образующихся в результате локальной декомпактизации в них ДНК. На активную транскрипцию в этих регионах указывает активное включение 3 H-уридина в районе пуфов. Крупные пуфы называются кольцами Бальбиани (в некоторых источниках термины «пуф» и «кольца Бальбиани» употребляют как синонимичные) [4] [8] .

Пуфирование характерно для стадии личинки. Образование и исчезновение пуфов регулируется внутренней средой организма в соответствии со стадией развития. Одним из важнейших регуляторов образования пуфов у насекомых являются стероидные гормоны, в частности, гормон линьки — экдизон. Выявлено также влияние белков, синтезированных более ранними пуфами, на развитие более поздних пуфов [4] .

Таким образом, образование пуфов является ярким примером дифференциальной транскрипции. Другим известным примером этого процесса является формирование хромосом типа ламповых щёток [4] .

Функции

Политенные хромосомы содержат большое число копий генов, что многократно усиливает генную экспрессию. Это, в свою очередь, увеличивает производство необходимых белков. Например, в клетках слюнных желёз личинок D. melanogaster политенизация хромосом необходима для образования большого количества клейкого вещества до окукливания [9] .