Первый из этих генов был впервые обнаружен как простой рецессивный сцепленный с полом летальный признак, который к тому же оказался чувствительным к температуре. Если мух выращивали при 29°С, то на стадии куколки они погибали, если же их выращивали при 22°С, они развивались нормально. Эксперименты со сдвигами температуры показали, что ТЧП непосредственно предшествует летальному периоду. Во время этих исследований у некоторых из выживающих особей был обнаружен измененный цвет глаз. Последующие генетические тесты показали, что температурочувствительный летальный ген представляет собой аллель уже описанного ранее локуса, названный ras (от raspberry - малиновый) по цвету глаз у мутантов. Известно, что эта мутация оказывает плейотропное действие на пигментацию, изменяя не только цвет глаз, но и пигментацию семенников взрослых особей и малъпигиевых сосудов личинок. Дальнейшие исследования с воздействием сдвигов температур на температурочувствительную мутацию ras позволили Грильятти (Grigliatti) и Сузуки определить, что ТЧП для пигментации мальпигиевых сосудов приходится на ранние личиночные стадии, а ТЧП для пигментации как глаз, так и семенников - на конец стадии куколки, наступая на четыре дня позднее. Следовательно, действие этого гена необходимо в течение двух отдельных периодов в процессе развития. Однако все еще оставалось невыясненным, является ли это относительным плейотропным эффектом или истинной плейотропией? Ответ на этот вопрос был получен путем определения автономности дефекта пигментации. Если отсутствие пигментации вызвано неспособностью одной ткани вырабатывать некий общий пигмент, который затем переносится к семенникам, мальгипиевым сосудам и глазам, то эти дефекты опосредованы или относительны. Однако, используя метод с кольцевой Х-хромосомой для создания гинандроморфов, удалось показать, что дефекты пигментации глаз и мальпигиевых сосудов автономны и специфичны для этих двух тканей; т. е., для того чтобы экспрессировать мутантный фенотип, данная ткань должна нести в своих клетках мутантный аллель. Поэтому создается впечатление, что один и тот же ген ras детерминирует синтез пигмента в трех разных тканях в течение двух различных периодов онтогенеза дрозофилы. Этот результат принципиально отличается от относительной плейотропии, наблюдаемой при синдроме серповидноклеточной анемии, и свидетельствует о существовании как истинной (прямой), так и относительной (опосредованной) плейотропии.
Еще более яркой иллюстрацией этого положения служит вторая мутация, проанализированная Сузуки и его сотрудниками. Эта мутация была названа shibire (что в переводе с японского означает «парализованная»); ее первоначально выделили как сцепленное с полом температурочувствительное поражение паралитического характера. Взрослые самцы и самки мух, несущие эту мутацию, при 22°С сохраняют нормальную подвижность. Если же повысить температуру до 29°С, то полностью парализованные мухи сейчас же падают на дно пробирки. Если вновь вернуть их в прежние условия (22°С), то через несколько минут они начинают двигаться и вскоре кажутся совершенно нормальными. Физиологическую основу этого дефекта установили Икеда (Ikeda) и его сотрудники; вводя микроэлектроды в летательные мышцы нормальных мух и мутантов shibire, они измеряли синаптический потенциал и потенциал действия, вызываемые раздражением двигательного нерва, иннервирующего эти мышцы. При нагревании до 29°С мышечные волокна мутантов никак не реагировали на раздражение, тогда как у мух дикого типа сохранялись нормальные реакции. Если, однако, мышцу раздражали непосредственно, а не через нерв, то у мутантов shibire удавалось вызвать ее сокращение даже при 29°С. Более того, Икеда и др. показали способность нервного волокна мутанта передавать импульсы при этой температуре. Таким образом, создается впечатление, что паралитическое поражение локализовано в нервно-мышечном синапсе, который теряет способность к проведению раздражения при температуре 29°С.
Это, однако, не единственный дефект, наблюдаемый у мутантов shibire. Пудри, Холл и Сузуки (Poodry, Hall, Suzuki) изменяли температуру, в которой содержались развивающиеся зародыши и личинки мух, с тем чтобы выяснить, не вызывает ли это у личинок паралича и каких-либо нарушений развития. Оказалось, что повышение температуры до 29°С на любой стадии развития приводит к параличу и гибели; отсюда следует, что для развития дрозофилы, по-видимому, необходимо нормальное функционирование локуса shibire. В экспериментах с кратковременными воздействиями (pulses) высокой температуры было показано, что переноса на 18 ч в температуру 29°С было достаточно, чтобы убить развивающихся личинок и зародышей. Более кратковременные тепловые воздействия (2, 4 и 6 ч) вызвали совершенно неожиданные дефекты развития. Шестичасовое воздействие выявило шесть критических периодов, в течение которых для нормального развития совершенно необходим ген shibire или его продукт, а в случае их отсутствия наступает смерть. Один период высокой чувствительности приходится на гаструляцию; в это время достаточно двухчасового теплового воздействия, чтобы убить насекомое. В этом случае гибель наступает не от необратимого паралича, как при 18-часовом воздействии, а, по-видимому, в результате какого-то другого нарушения.
Эксперименты с кратковременными тепловыми воздействиями выявили также ТЧП для нескольких внешне заметных дефектов у взрослых мух (рис. 7-5). Наиболее резко выраженный из них - вертикальный «рубец» на глазу, вызванный разрушением фасеток (рис. 7-6). Рубец возникает после кратковременного теплового воздействия в течение 3-6 ч, которое начинали примерно за 48 ч до наступления стадии куколки и прекращали сразу же после того, как куколка сформировалась (рис. 7-5). При соответствующем распределении этих воздействий во времени можно получить муху с двумя рубцами на глазу и показать, что в течение ТЧП положение рубца перемещается с заднего края глаза к переднему. Интересно отметить, что в этот период направление перемещения и расположение рубца на глазу соответствует волне клеточных делений, проходящих по развивающемуся глазу аналогичным образом.
Тепловое воздействие оказывает также влияние на образование щетинок и волосков на груди и на голове мухи, однако ТЧП для этих структур наступает несколько позднее, чем для глаза (рис. 7-5). Тепловые воздействия, оказываемые в начале ТЧП, приводят к дупликации щетинок, тогда как более поздние воздействия приводят к отсутствию щетинок этих же типов. Как и в случае рубцов на глазу при более поздних в течение ТЧП кратковременных воздействиях эти эффекты сдвигаются в направлении от заднего края глаза кпереди.
Возникновение у мутантов shibire дефектов во многих разных тканях показывает, что функция этого гена далеко не специфична и не ограничивается нарушением в области нервно-мышечного синапса. Это, возможно, лучше всего проявляется в том, что у зародышей, мутантных по данному гену, гаструляция - событие, происходящее задолго до того, как у зародыша можно обнаружить нервы или мышцы или же выявить их функцию, - крайне чувствительна к температуре.
Рис. 7-5. Периоды чувствительности к температуре, соответствующие различным генетически обусловленным нарушениям развития. Толстые черные полоски - периоды особенно высокой чувствительности мутантных особей к воздействию непермиссивных температур. Более длительные воздействия, чем те, которые необходимы для того, чтобы вызвать указанные на рисунке аномалии, приводят к гибели насекомых. А. Нарушения, вызываемые мутацией shibirets (Poodry, Hall, Suzuki, 1973). Б. Нарушения, вызываемые мутацией Notshts (Shellenbarger, Mohler, 1978; с изменениями).
Рис. 7-6. Микрофотографии (сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа) глаз взрослых мух shibirets, подвергавшихся температурному воздействию в период, когда это воздействие вызывает образование рубцов на глазах. А. Воздействие в начале периода - рубец сдвинут к заднему краю глаза. Б. Воздействие в середине периода - рубец проходит через центр глаза. В. Воздействие в конце периода - рубец сдвинут к переднему краю глаза. Г. Двукратное воздействие - образование двух рубцов (Фото А-В - Poodry, Hall, Suzuki, 1973; фото Г - Suzuki, 1973).
Предварительное заключение, которое можно вывести из этих исследований, состоит в том, что ген shibire вырабатывает какой-то компонент мембраны, необходимый для некоторых типов взаимодействия или обмена информацией между клетками. Этот компонент, по-видимому, необходим для различных процессов, связанных с его главной функцией-коммуникацией между клетками, - но каждый отдельный ТЧП с соответствующим ему дефектом отражает, возможно, то, в чем именно состоит роль данной специфичной функции на данной стадии развития. Здесь снова перед нами случай истинной плейотропии, демонстрирующий способность одного гена оказывать воздействие на несколько, казалось бы, в корне различных морфогенетических событий. Другой вывод, вытекающий из этих результатов, - полезность изучения температурочувствительных аллелей. Независимая от температуры мутация shibire вызвала бы просто гибель зародыша, едва приступившего к клеточной дифференцировке, и не дала бы никаких сведений ни о характере генного продукта, ни о многообразии его действия.
