Кіріспе
Генетикалық процесс, РНҚ-дан кері транскрипция арқылы толықтыратын ДНК. Толықтыру – бір мутантты фенотипті (мысалы, қанат құрылымының өзгеруі) тудыратын әртүрлі гомозиготалық рецессивті мутациялары бар организмнің екі штаммы жұптасқанда немесе будандасқанда жабайы типті фенотипті көрсететін ұрпақтар туған кездегі генетикалық процесті білдіреді. Мутациялар әртүрлі гендерде болса, комплементация әдетте орын алады (интергендік комплементация). Егер екі мутация бір геннің әртүрлі жерлерінде болса (интрагендік комплементация), комплементация да болуы мүмкін, бірақ бұл әсер көбінесе интергендік комплементациядан әлсіз болады. Мутациялар әртүрлі гендерде болған кезде, әр штамның геномы екінші штамның геномындағы мутацияланған аллельді «толықтыру» үшін жабайы типті аллельді қамтамасыз етеді. Мутациялар рецессивті болғандықтан, ұрпақ жабайы типті фенотипті көрсетеді. Комплементациялық тест (кейде «цис-транс» тесті деп аталады) екі штамдағы мутациялар әртүрлі гендерде екенін анықтауға мүмкіндік береді. Мутациялар бір генде болса, комплементация көбінесе әлсіз немесе болмайды. Бұл тесттің ыңғайлылығы және мәні – фенотипті тудыратын мутацияларды геннің молекулалық деңгейде не істеп жатқанын нақты білмей, әртүрлі гендерге жатқызуға болады. Америкалық генетик Эдвард Б. Льюис комплементациялық тестті жасаған.
complementary DNA generated from RNA through reverse transcription
Complementation refers to a genetic process when two strains of an organism with different homozygous recessive mutations that produce the same mutant phenotype (for example, a change in wing structure in flies) have offspring that express the wild type phenotype when mated or crossed. Complementation will ordinarily occur if the mutations are in different genes (intergenic complementation). Complementation may also occur if the two mutations are at different sites within the same gene (intragenic complementation), but this effect is usually weaker than that of intergenic complementation. When the mutations are in different genes, each strain's genome supplies the wild type allele to "complement" the mutated allele of the other strain's genome. Since the mutations are recessive, the offspring will display the wild type phenotype. A complementation test (sometimes called a "cis trans" test) can test whether the mutations in two strains are in different genes. Complementation is usually weaker or absent if the mutations are in the same gene. The convenience and essence of this test is that the mutations that produce a phenotype can be assigned to different genes without the exact knowledge of what the gene product is doing on a molecular level. American geneticist Edward B. Lewis developed the complementation test.
Қарапайым толықтыру сынағының үлгісі
Бір-біріне толықтыру сынағының қарапайым мысалын қарастырайық, генетик Drosophila melanogaster түрінің ақ көзді екі штаммын, көбінесе жеміс шырыны деп аталатын, зерттеуге қызығушылық танытады делік. Бұл түрдегі жабайы типтегі шырындардың көздері қызыл, көз түсі А және В гендерімен байланысты екені белгілі. Бұл гендердің әрқайсысы екі аллельге ие: жұмыс істейтін белокты кодтайтын үстемді (сәйкесінше А және В) және бұзылған белокты кодтайтын рецессивті (сәйкесінше a және b). Көздің қызыл пигментін синтездеу үшін екі белок та қажет болғандықтан, егер шырын a немесе b бойынша гомозигота болса, оның көзі ақ болады. Генетикада әртүрлі генетикалық штаммдардың өзара әрекеттесуін түсіну үшін толықтыру сынағы жүргізілуі мүмкін. Бұл сынақ көбінесе екі таза тұқымды штаммды, мысалы, ақ көзді шырындарды, әртүрлі тектің араластыруын қамтиды. Процесс екі шырынды жұптастыруды қамтиды, олардың әрқайсысы әртүрлі штаммнан. Сынақтың нәтижесін туған ұрпақтың көз түсі анықтайды. Егер ұрпақта қызыл көз болса, бұл екі штамм бір-бірін толықтыратынын көрсетеді. Керісінше, егер ұрпақта ақ көз болса, бұл толықтырудың болмауын көрсетеді. Толықтыру, әр штамм әртүрлі гомозиготалық мутацияға ие болған кезде пайда болады (мысалы, бір штаммның генотипі "aa BB" және екіншісі "AA bb"), нәтижесінде ұрпақта гетерозиготалық генотип ("AaBb") пайда болады, ол ата-анадан өзгеше фенотипті тудырады. Толықтырудың болмауы екі штаммның да бірдей гомозиготалық мутацияға ие болған кезде байқалады, мысалы, "aaBB", "AAbb" немесе "aabb", нәтижесінде аталық штаммдарға ұқсас фенотипті ұрпақ пайда болады.
Саңырауқұлақтар мен бактериофагтардағы комплементациялық сынақтар
Комплементациялық сынақтарды саңырауқұлақтар сияқты гаплоидты эукариоттармен, бактериялармен және бактериофагтар сияқты вирустармен де жүргізуге болады. Нейроспора красса саңырауқұлағын зерттеу, молекулалық генетиканың кейінгі дамуына негіз болған «бір ген – бір фермент» тұжырымдамасының қалыптасуына әкелді. Комплементациялық сынақ, Нейроспора бойынша алғашқы жұмыстарда қолданылған басты құралдардың бірі болды, себебі оны жасау оңай еді және зерттеушіге кез келген екі қоректік мутанттың бірдей немесе әртүрлі гендерде кемістігі бар-жоғын анықтауға мүмкіндік берді. Бұл сынақ молекулалық генетиканың дамуының алғашқы кезеңдерінде де қолданылды, T4 бактериофагы зерттеудің маңызды нысаны болған кезде. Бұл жағдайда сынақ, иесі бактериялық жасушаларды екі түрлі бактериофаг мутант типтерімен бірге жұқтыруға негізделген. Оның қолданылуы вирустың көптеген гендерін анықтауға көмектесті, сондай-ақ ДНҚ көшіру және жөндеу сияқты маңызды процестерді зерттеуге, ал молекулалық машиналардың құрылымын түсінуге негіз салды.
Генетикалық комплементация, гетерозис және жыныстық көбеюдің эволюциясы
Гетерозис – гибридтердің таза тұқымды ата-аналарынан дене мөлшері мен күштілігі жағынан басып өтуге бейімділік. Бұл құбылыс жануарлар мен өсімдіктерде ұзақ жылдардан бері белгілі. Гетерозис көбінесе генетикалық комплементацияға байланысты, яғни гибридтерде зиянды рецессивті аллельдердің жасырылуына. Жалпы, эукариоттардағы жыныстық көбеюдің екі маңызды аспектісі – мейоз және шұжымдану (outcrossing). Осы екі аспектіге сәйкесінше екі табиғи іріктеу артықшылығы ұсынылған. Мейоздың адаптивті болуы, ДНК зақымдануын жөндеуге мүмкіндік беретін рекомбинациялық жөндеуді жеңілдетуімен түсіндіріледі, бұл зақымдарды басқа жағдайда жөндеу қиын. Шұжымданудың адаптивті болуы, комплементацияны, яғни зиянды рецессивті аллельдерді жасыруды жеңілдетуімен байланысты (сондай-ақ гетерозис қараңыз). Зиянды аллельдерді жасырудың пайдасы эукариоттар арасындағы жыныстық көбеюді сақтауда маңызды рөл атқарады деп саналады. Бұдан әрі, шұжымданудан туындайтын комплементацияның іріктеу артықшылығы табиғатта туыстық шаруашылықтан (инбридингтен) жалпы алғанда сақтануға себеп болуы мүмкін (мысалы, туыстық тану, туыстық депрессия және инцест табу туралы мақалаларды қараңыз).
Сандық толықтыру сынағы
Квантитативті генетикада рецессивті мутанттарды анықтау үшін қолданылады. Бұл жерде кемшіліктер жасалып, олар рецессивті мутантты қамтиды деп есептелетін гаплотиппен будандастырылады.
Ерекшеліктер
Бұл ережелердің де ерекшеліктері бар. Аллельдік емес мутанттар кейде толықтыра алмайды (мұндай жағдай "аллельдік емес толықтыра алмау" немесе "байланыссыз толықтыра алмау" деп аталады). Бұл зерттеліп отырған мутанттардың типіне байланысты сирек кездесетін құбылыс. Мысалы, екі мутация синтетикалық түрде теріс үстемдік танытуы мүмкін. Трансвекция – тағы бір мысал, онда геннің әртүрлі бөліктерінде мутациялары бар екі аллельдің гетерозиготалық комбинациясы жабайы типті фенотипті қалпына келтіру үшін бір-бірін толықтырады.
Интрагендік комплементация
Бір генде ақаулық бар екі мутанттың комплементациясы өлшенгенде, көбінесе комплементация байқалмайды немесе комплементациялық фенотип мутанттық және жабайы типтік фенотиптердің арасындағы жағдайға жатады. Интрагендік комплементация (немесе аллель аралық комплементация) көптеген организмдердегі көптеген гендерде анықталды, оның ішінде саңырауқұлақтар Neurospora crassa, Saccharomyces cerevisiae және Schizosaccharomyces pombe; бактерия Salmonella typhimurium; және вирустық бактериофаг T4. Мұндай зерттеулердің бірнешесінде бір гендегі көптеген ақаулы мутациялар оқшауланып, рекомбинация жиілігіне сүйене отырып, геннің генетикалық картасын құру үшін сызықтық ретпен картаға түсірілді. Мутанттар жұптық комбинацияларда толықтығын анықтау үшін жеке-жеке тестіленді. Мұндай зерттеулердің нәтижелерін талдау интрагендік комплементацияның, әдетте, әртүрлі ақаулы полипептид мономерлерінің өзара әрекеттесуінен туындайтынын және «мультимер» деп аталатын агрегатты құрайтынын көрсетті. Мультимер құрайтын полипептидтерді кодтайтын гендер кең таралған сияқты. Деректердің бір түсіндірмесі – полипептид мономерлері мультимердегі орналасуында, генетикалық картадағы жақын жерлердегі ақаулы мутантты полипептидтер нашар жұмыс істейтін аралас мультимерді құрайды, ал алыс жерлердегі ақаулы мутантты полипептидтер тиімді жұмыс істейтін аралас мультимерді құрайды. Өзін-өзі тану және мультимердің қалыптасуына жауапты болуы мүмкін молекулааралық күштер Jehle еңбектерінде талқыланды.