ГЕНЕТИКА И ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР ИЗМЕНЧИВОСТЬ, МАТРИЧНЫЙ ПРИНЦИП И ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ

С. Г. Инге-Вечтомов

Санкт-Петербургского государственного университета,

Санкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН

Санкт-Петербург, Россия: ingevechtomov@gmail. com

Центральная догма (Сrick, 1958, 1970) как воплощение матричного принципа в био — логии является основой для рассмотрения различных типов изменчивости, связан — ных с репликацией, транскрипцией, трансляцией с единых позиций. Существуют также конформационные матрицы (матрицы второго рода), которые следует рас — сматривать в дополнение к общепринятым — матрицам первого рода. Тем не менее не существует прямого соответствия между молекулярными механизмами и орга — низменным (фенотипическим) проявлением типов изменчивости. Это объясняет противоречия в принятой классификации изменчивости. Одни и те же механизмы могут лежать в основе как наследственной, так и не наследственной изменчивости в зависимости от таксономической принадлежности и стадии жизненного цикла организма. Наследственная генетическая и эпигенетическая изменчивость проявля- ются с разной частотой и поэтому могут по-разному влиять на эффективность есте- ственного отбора.

Ключевые слова: противоречия классификации изменчивости, матрицы I и II рода, мутации, модификации, эпигенетика, прионы, поливариантность и неоднозначность матричных процессов.

Из трех основных факторов эволюции — наследственности, изменчивости и отбора — мы хуже всего представляем себе изменчивость. До сих пор не существует общей теории изменчивости. Нам ее явно не хватает, поскольку именно огром — ный, практически неисчерпаемый потенциал изменчивости определяет характер биологической эволюции и возможности естественного отбора.

Рискнем утверждать, что Ч. Дарвин 150 лет назад был ближе к истине в понимании изменчивости, чем мы сегодня. Дарвиновская определенная и не — определенная изменчивость, как принято считать, в общем, соответствуют мо — дификационной (подчеркнем — адаптивной) и наследственной изменчивости (см., напр., Воронцов, 1999). В ХХ столетии, опираясь, прежде всего, на фено — менологию, а не на механизмы наблюдаемых изменений, генетики разработали сложную и во многом противоречивую классификацию изменчивости (рис. 1) (Инге-Вечтомов, 1989).

В соответствии с этой классификацией основным материалом для естественного отбора служит наследственная, прежде всего мутационная, а также комбинативная изменчивость. Значение модификационной изменчивости в эволюции было сфор — мулировано в середине 1930-х гг. В. С. Кирпичниковым (1935) и Е. И. Лукиным (1936), которые рассматривали модификации в пределах нормы реакции при из — менении условий существования как своего рода пробу адаптивных возможностей

Комбина — тивная

Мута — ционная

Онтогене — тическая

организма. Согласно точке зрения этих авторов, в новых условиях под — бираются генокопии (мутации), по — вторяющие и «закрепляющие» ранее модификационные адаптации. И без всякого ламаркизма! Эти работы мало известны среди специалистов, по-видимому, вследствие насторо — женного отношения к модификаци — ям и возможности их наследования, что проповедовали лысенковцы-ми- чуринцы в известный период отече- ственной истории.

Рис. 1. Классификация типов изменчивости

дупликации участков генетического материала не могут считаться мутациями, поскольку они возникают за счет комбинативной изменчиво — сти. В частности, дупликации генов возникают как результат неравного кроссинго — вера или консервативных (в том числе ретро-) транспозиций. Результаты транспо — зиций тоже принято относить к мутациям (вспомните «транспозонный мутагенез»), хотя они представляют собой, как и большинство хромосомных перестроек, резуль — тат незаконной, или эктопической, рекомбинации (см.: Глазер, 1989).

Если говорить о нерасхождении хромосом, или полиплоидизации, — так назы — ваемых геномных мутациях, причиной которых является нарушение в работе бел — ков веретена деления ядра, или шире — нарушения белков цитоскелета, то сбор — ность и спорность принятой классификации изменчивости, и в частности мутаций, становится очевидной. В основе этих изменений лежат первичные события, не ка — сающиеся ДНК как генетического материала. Мутациями их никак не назовешь. Другое дело, что последствия этих в общем-то модификационных событий имеют наследуемый, наследственный, характер.

Причинно-следственную связь между модификационной и наследственной из — менчивостью можно проследить также в процессе становления классических мута — ций. Им обычно предшествуют первичные повреждения ДНК, большинство из кото — рых затем в процессе тождественной репарации исчезает (ненаследуемые изменения генетического материала) и лишь незначительная часть первичных повреждений превращается в мутации (наследуемые изменения генетического материала). Ис — следователи мутационного процесса обычно имеют дело с этой небольшой долей из — менений генетического материала, не прослеживая судьбу первичных повреждений. Некоторое исключение составляют радиобиологи, особенно исследующие биологи — ческие эффекты УФ-излучения. Они фиксируют и косвенно исследуют первичные повреждения в ДНК — циклобутановые димеры благодаря тому, что те подвергаются фотореактивации, что выражается в повышении жизнеспособности УФ-облученных клеток (Friedberg, 1995). Первичным повреждениям, предшествующим мутацион- ным изменениям, не уделяют достаточного внимания, поскольку трудно исследо — вать их самостоятельное фенотипическое проявление. Тем самым эти изменения ускользают от генетического анализа. Мне известно только две модели, позволяющие отслеживать на уровне фенотипа судьбу первичных повреждений: их устранение ре — парацией или превращение в мутации. Первая работа была выполнена М. Резником и Р. Холидэем в 1971 г. (Resnick, Holliday, 1971). Они показали, что у гриба Ustilago maydis после УФ-облучения (но без фотореактивации) падает активность нитратре — дуктазы, а в клетках появляется неактивный белок, иммунологически родственный нитратредуктазе. После фотореактивации облученных клеток активность фермента восстанавливается. Таким образом косвенно регистрируются модификационные из — менения, связанные с проявлением первичных повреждений ДНК.

Другая модель нравится мне больше. У гетероталличных дрожжей-сахароми — цетов клетки принадлежат к одному из двух типов спаривания: а или альфа (рис. 2). Гены и регуляторные участки, контролирующие типы спаривания идентифициро — ваны и секвенированы, подробно охарактеризована достаточно сложная система детерминации и взаимопревращения типов спаривания (Herskowitz et al., 1992). Первичные повреждения типа спаривания альфа могут проявляться как тип спари — вания а. Большинство из них устраняет репарация. Это — модификации по опреде — лению. Тем не менее эти модификации еще до репарации приводят к скрещиванию с соседними, неповрежденными клетками, что выражается в диплоидизации и появ — лении диплоидов, гомозиготных по типу спаривания альфа. Лишь небольшая доля клеток с первичными повреждениями превращается в мутанты. Для УФ эта вели — чина составляет около 1 % (Inge-Vechtomov, Repnevskaya, 1989). Таким образом, мы видим, что пути становления модификаций и мутаций могут иметь общие этапы. Кроме того, согласно данным сравнительной генетики и систематики, в ходе эво — люции дрожжей-сахаромицетов, а именно при расхождении родов Saccharomyces

Рис. 2. Генетический контроль типов спаривания у дрожжей-сахаромицетов. Слева и справа от локуса MAT на хромосоме III показаны кассеты — HMLα и HMRa,

транспозиция которых в локус MAT приводит к изменению типа спаривания на

противоположный, asg — а-специфичные гены; αsg — α-специфичные гены; острые

стрелки — индукция транскрипции, тупые стрелки — репрессия транскрипции

и Kluyveromyces имела место диплоидизация, т. е. удвоение всего генома (Scannel et al., 2006). Дупликация всего генома происходила также при дивергенции рыб и млекопитающих (Jaillon et al., 2004). Дупликации всего генома показаны у цилиат. Особенно отчетлива роль полиплоидизации в эво-

 

люции покрытосеменных растений. В эволюции рода Arabidopsis удвоение генома происходило трижды (Kellog, 2003).

Такие «экзотические» нерегулярные модифика — ции, которые могут возникать спонтанно или под действием индуцирующих факторов, не имеют не- посредственного адаптивного значения. Это — хотя и модификационная, но не определенная (не адап — тивная) изменчивость.

Первым на спонтанные модификации, или автономную изменчивость, у дрозофилы обратил внимание Б. Л. Астауров (1927) на примере про — явления мутации с неполной пенетрантностью — tetraptera (рис. 3), анализируя появление дополни — тельного крыла на левой и на правой стороне мухи. Эти работы остались неизвестными большинству зарубежных да и отечественных исследователей,

хотя последнее время появляется немало работ о модификациях как результате стохастических

Рис. 3. Мутант tetraptera D. melanogaster (Астауров, 1927)

процессов, шумов в экспрессии генов и т. д., «естественно» без ссылок на Астаурова (см., напр., Paulsson, 2004; Austin et al., 2006 или популярную статью на эту тему в журнале «В мире науки», 2008, № 10). Большинство адаптивных модификаций (или определенная изменчивость по Дарвину) основаны на регуляции экспрессии генов и представляют собой реакцию на факторы среды, с которыми организмы длительное время сталкивались в течение своего эволюционного развития. Эти адаптивные модификации тоже бывают причудливо переплетены с наследственной изменчивостью, мутационным процессом. Яркий пример — SOS-, или мутагенная, репарация ДНК у E. coli, когда в ответ на повреждения ДНК, сохранившиеся после действия конститутивных систем репарации, происходит индукция ряда адаптив — ных ферментов, устраняющих эти повреждения (модификация — адаптивный, ре — гулируемый процесс). При этом происходит неточная репликация ДНК «в обход» повреждений, что выражается в случайной подстановке оснований, а следователь- но, в появлении мутаций (Сойфер, 1997).

Противоречивость наших представлений об изменчивости легко видеть на примере так называемой онтогенетической изменчивости. Тут и модификации, основанные на регуляции действия генов на транскрипционном и посттранскрип — ционном уровнях, включая альтернативный сплайсинг, регуляция трансляции и мутационная изменчивость (сайт-направленный мутагенез при образовании антител) и комбинативная изменчивость — сборка генов иммуноглобулинов при дифференцировке иммунной системы и другие перестройки генома в онтогенезе. Здесь и эпигенетическая изменчивость и наследственность, в частности при детер- минации клеток и их последующей дифференцировке.

Выделение эпигенетической изменчивости как отдельного типа изменений скорее запутывает ситуацию, объединяя явления, основанные на различных меха- низмах: ферментативные модификации оснований ДНК и гистонов; как ненаследу — емые, так и наследуемые изменения экспрессии генетического материала, в послед — нем случае через интерференцию РНК. Это так называемый системный сайленсинг, или замолкание генов (Novina, Sharp, 2004). Сюда же относят и геномный имприн — тинг (Конюхов, Платонов, 2001) и инактивацию Х-хромосомы у млекопитающих (Brockdorff, Turner, 2007). Это группа явлений весьма разнородная по своим меха — низмам, которые во многих случаях плохо исследованы. В то же время эпигенети — ка в наши дни — область активного экспериментирования. Поэтому в ней гораздо больше феноменологии, не всегда строго интерпретируемой, нежели концептуаль- ной завершенности (Epigenetics, 2007).

В общем виде эпигенетические явления можно отнести к явлениям наследствен — ности и наследственной изменчивости, которые лишь косвенно связаны с сохранени — ем или изменением нуклеотидных последовательностей ДНК.

Здесь необходимо упомянуть работы Р. Н. Чураева и В. А. Ратнера (Чураев,

1975; Чураев, Ратнер, 1975), которые должны были бы считаться классическими

(подобно упомянутой ранее работе Б. Л. Астаурова), если бы они были широко

известны. В этой теоретической работе рассматривается схема динамического

наследования, основанного на регуляторных взаимодействиях по схеме эпигена.

В первоначальном варианте схема представляла собой систему из двух взаимно ре-гулируемых оперонов, когда продукт одного оперона служит репрессором другого,

и наоборот (рис. 4). В такой системе экспрессия того или иного оперона опреде-ляется чисто случайно с вероятностью 50:50. Далее это состояние наследуется.

Рис. 4. Схема эпигена (Чураев, 1975)

Подобным образом определяется, на — пример, выбор лизогенного или лити — ческого пути в развитии бактериофага лямбда, инфицирующего бактерию E. coli. В самом начале ХХI в. бакте — риальные эпигены были синтезиро — ваны генно-инженерными методами и работали в клетках E. coli в соответ — ствии с предложенной теорией (Tchu — raev et al., 2000). В работах Чураева и Ратнера впервые сформулированы минимальные требования к системе эпигенетического наследования (из — менчивости). Во-первых, признак дол — жен наследоваться хотя бы в ряду клеточных поколений. Во-вторых, это

наследование (изменение) должно быть основано на взаимной регуляции (или нарушении этой регуляции) хотя бы двух, а может быть и более единиц наслед — ственного материала: генов оперонов. Очевидно, что отнесение к эпигенетическим феноменам тех, которые связаны просто с регуляцией экспрессии генетической ин — формации (что делают довольно часто), недостаточно строго.

К эпигенетическим явлениям относят и прионизацию белков (см.: Gottschling,

2007), которая лежит в основе явления так называемой белковой наследственности

у грибов, в частности у дрожжей. По механизму это явление следует отнести к моди-фикациям, поскольку оно заключается в изменении пространственной укладки по-липептида без изменения его первичной структуры, без изменения последователь-ности кодирующих его нуклеотидов ДНК. В дальнейшем такой измененный белок

перестраивает «по своему образу и подобию» вновь синтезируемые гомологичные

полипептиды (рис. 5). Это утверждение (о модификации) справедливо для млеко-питающих, у которых прионы инфекционны, но они не наследуются при половом

размножении, так же как и другие амилоиды, образующиеся в случае болезней:

Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и некоторых других, с той разницей, что

прионы обладают свойством инфекционности, а другие амилоиды — нет (Галкин

и др., 2006). Это утверждение (о модификации) не справедливо для прионов грибов,

у которых прионы ведут себя как цитоплазматические наследственные факторы

(табл. 1). Более того, показана возможность белковой трансформации по соответ-ствующему признаку протопластов дрожжей (Fink, 2005).

Означает ли сказанное, что в случае прионов дрожжей мы имеем дело с насле-дуемой модификацией? Ответ должен быть утвердительным. В таком случае мы

обнаруUK;mso-bidi-language: AR-SA’>

наследование (изменение) должно быть основано на взаимной регуляции (или нарушении этой регуляции) хотя бы двух, а может быть и более единиц наслед — ственного материала: генов оперонов. Очевидно, что отнесение к эпигенетическим феноменам тех, которые связаны просто с регуляцией экспрессии генетической ин — формации (что делают довольно часто), недостаточно строго.

К эпигенетическим явлениям относят и прионизацию белков (см.: Gottschling,

2007), которая лежит в основе явления так называемой белковой наследственности

у грибов, в частности у дрожжей. По механизму это явление следует отнести к моди-фикациям, поскольку оно заключается в изменении пространственной укладки по-липептида без изменения его первичной структуры, без изменения последователь-ности кодирующих его нуклеотидов ДНК. В дальнейшем такой измененный белок

перестраивает «по своему образу и подобию» вновь синтезируемые гомологичные

полипептиды (рис. 5). Это утверждение (о модификации) справедливо для млеко-питающих, у которых прионы инфекционны, но они не наследуются при половом

размножении, так же как и другие амилоиды, образующиеся в случае болезней:

Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и некоторых других, с той разницей, что

прионы обладают свойством инфекционности, а другие амилоиды — нет (Галкин

и др., 2006). Это утверждение (о модификации) не справедливо для прионов грибов,

у которых прионы ведут себя как цитоплазматические наследственные факторы

(табл. 1). Более того, показана возможность белковой трансформации по соответ-ствующему признаку протопластов дрожжей (Fink, 2005).

Означает ли сказанное, что в случае прионов дрожжей мы имеем дело с насле-дуемой модификацией? Ответ должен быть утвердительным. В таком случае мы

обнаруживаем противоречие с классическим определением модификации как нена-следуемого изменения.

Можно попытаться разобраться в противоречиях ныне существующих пред-ставлений об изменчивости, идя не от феноменологии, а от механизмов явлений,

а именно — от механизмов воспроизведения генетического материала и экспрессии

генетической информации. Эти процессы обобщает Центральная догма молекуляр-ной биологии, предложенная Ф. Криком (Crick, 1958, 1970) (рис. 6) и воплощающая

современную молекулярно-биологическую парадигму. Что еще более существенно,

Рис. 5. Конформационное превращение клеточного белка PrPC в белок-прион PrPSc

(Prusiner, 1998)

Прионы грибов

Таблица 1

[Прион] (фенотип, продукт)

Структурный ген

Вид

Источник

[PSI+]

(нонсенс-супрессия)

SUP35

Saccharomyces cerevisiae

Cox, 1965; Chernoff et al., 1993

[URE3]

(усвоение уреидосукцината)

URE2

S. cerevisiae

Wickner, 1994

[PIN+] (инициация [PSI])

RNQ1

S. cerevisiae

S. cerevisiae

Du et al., 2008

[OCT+] (транскрипционный фактор)

CYC8/SSN6

S. cerevisiae

Patel et al., 2009

[MCA] (метакаспаза)

MCA1

S. cerevisiae

Nemecek et al., 2009

[MOT3] (транскрипционный фактор)

MOT3

S. cerevisiae

Alberty et al., 2009

[GAR+] (устойчивость

к глюкозной репрессии)

PMA1, STD1

S. cerevisiae

Brown, Lindquist, 2009

Рис. 6. Центральная догма молекулярной биологии как воплощение матричного принципа (Crick, 1970 с дополнениями)

это воплощение матричного принци — па в биологии, а вовсе не отражение потока информации в клетке, как ча — сто ее понимают и с этих позиций не — заслуженно критикуют.

Формулирование матричного принципа в биологии — одно из важ — нейших событий науки ХХ в. Напом — ню, что матричный принцип впер — вые был предложен для объяснения воспроизведения хромосом в 1928 г. Н. К. Кольцовым (1936). Кольцов заблуждался, считая хромосомы по — липептидными цепями, но оказался прав в отношении матричного меха — низма их репликации.

Все три привычных нам матрич — ных процесса: репликация, транс — крипция, трансляция, — имеют неко — торые общие характеристики:

во-первых, в каждом процессе различают три стадии — инициация, элонгация

(копирование), терминация, что тривиально;

во-вторых, для всех трех процессов характерна поливариантность осуществле-ния (Инге-Вечтомов, 1976, 2001), т. е. для каждого матричного процесса существует

несколько вариантов молекулярных машин — читающих устройств, работающих с

разной точностью, и таким образом поливариантность матричных процессов сопря-жена с их неоднозначностью;

в-третьих, в каждом матричном процессе заложена возможность коррекции,

или репарации, дочернего полимера.

Баланс двух последних свойств — поливариантности и корректируемости —

определяет возможность эволюционной оптимизации уровня неоднозначности (или

частоты ошибок, что звучит несколько антропоморфно) для каждого матричного

синтеза.

Таким образом, изменчивость (как свойство неоднозначности) априорно за-ложена в самой организации матричных процессов, а сам развиваемый подход

позволяет рассматривать с единых позиций все типы

Все три привычных нам матрич — ных процесса: репликация, транс — крипция, трансляция, — имеют неко — торые общие характеристики:

во-первых, в каждом процессе различают три стадии — инициация, элонгация

(копирование), терминация, что тривиально;

во-вторых, для всех трех процессов характерна поливариантность осуществле-ния (Инге-Вечтомов, 1976, 2001), т. е. для каждого матричного процесса существует

несколько вариантов молекулярных машин — читающих устройств, работающих с

разной точностью, и таким образом поливариантность матричных процессов сопря-жена с их неоднозначностью;

в-третьих, в каждом матричном процессе заложена возможность коррекции,

или репарации, дочернего полимера.

Баланс двух последних свойств — поливариантности и корректируемости —

определяет возможность эволюционной оптимизации уровня неоднозначности (или

частоты ошибок, что звучит несколько антропоморфно) для каждого матричного

синтеза.

Таким образом, изменчивость (как свойство неоднозначности) априорно за-ложена в самой организации матричных процессов, а сам развиваемый подход

позволяет рассматривать с единых позиций все типы изменчивости, связанные с

репликацией, транскрипцией и трансляцией. Тогда связь между разными типами

изменчивости представляется вполне естественной, особенно, если учесть, что раз-ные матричные процессы порой включают совместителей — общие молекулярные

компоненты читающих устройств (Инге-Вечтомов, 1976, 2001).

Рискну утверждать, что матричный принцип и матричные механизмы все еще

недооценены в биологии. То, о чем шла речь до сих пор, преимущественно касалось

матричных процессов, в которых последовательность элементов одного полимера

(матрицы) определяет последовательность элементов другого — дочернего поли-мера. Назовем их матричными процессами I рода. Есть еще и матричные процес-сы II рода, которые мы также упоминали (см.: рис. 5, 6). Существуют конформа-ционные (пространственные) матрицы. На их основе воспроизводится измененная

пространственная структура белков-прионов, прочих амилоидов, включая паутину пауков, цитоплазматические стресс-гранулы млекопитающих и пр. Об этих матрич — ных процессах второго рода мы знаем гораздо меньше, хотя, по-видимому, они широ — ко распространены в природе. При этом не происходит репликации в общепринятом смысле. Воспроизводится, или точнее — передается, только пространственная струк — тура макромолекулы. В чем-то близкие идеи высказывали Л. Б. Меклер и Р. Г. Идлис (1993), говоря о существовании нескольких типов кодирования в клетке.

С учетом всего изложенного в настоящем сообщении представляется необходи — мым пересмотреть классификацию изменчивости, положив в ее основу матричный принцип и отказавшись от априорного деления ее на наследственную и ненаслед — ственную. Дело в том, что одни и те же механизмы могут быть ответственны за тот или иной тип изменчивости в зависимости от объекта и стадии его развития. Имен — но это является причиной большинства противоречий нынешней классификации изменчивости, примеры которых

 

мы приводили ранее.

Более логично рассматри-вать изменчивость, связанную

с 1) репликацией генетического

материала и 2) экспрессией ге-нетической информации, допол-нив эту картину регуляторными

механизмами (рис. 7). Таким об-разом, двигаясь в направлении к

общей теории изменчивости, мы

попытались представить некото-

рое вторичное упрощение ситуа — ции (вспомните определенную и неопределенную изменчивость Дарвина).

Рис. 7. Альтернативный способ классификации

изменчивости

Высказанные соображения не отменяют представлений ирует биосфера в целом. На наших глазах создается новый эколого-генетический синтез в теории эволюции. Это, однако, тема для отдельного разговора.

Работа поддержана грантами: программы «Ведущие научные школы России» — НШ — 197.2008.4 и программы Президиума РАН «Возникновение и эволюция жиз — ни на Земле».

Литература

Астауров Б. Л. Исследование наследственного изменения гальтеров у Drosophila melanogaster

Schin // Журнал экспериментальной биологии. Серия А. 1927. Т. 3. Вып. 1–2. С. 1–61.

Воронцов Н. Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М. : Учебно-научный центр дову-зовского образования МГУ, 1999. 640 с.

Галкин А. П., Миронова Л. Н., Журавлева Г. А., Инге-Вечтомов С. Г. Прионы дрожжей, амилои-дозы млекопитающих и проблема протеомных сетей // Генетика. 2006. Т. 42. С. 1–13.

Глазер В. М. Генетическая рекомбинация без гомологии: процессы, ведущие к перестройкам в

геноме // Cоросовский образовательный журнал. 1989. № 7. С. 22–29.

Докинз Р. Эгоистичный ген. М. : Мир, 1993. 317 с.

Инге-Вечтомов С. Г. Принцип поливариантности матричных процессов // Исследования по

генетике. 1976. Вып. 7. С. 3–20.

Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции. М. : Высшая школа, 1989. 992 с.

Инге-Вечтомов С. Г. О принципе поливариантности матричных процессов. Современные про-блемы радиобиологии, радиоэкологии и эволюции : труды Международной конферен-ции, посвященной столетию Н. В. Тимофеева-Ресовского. Дубна, 6–9 сентября 2000 г.

Дубна : Объединенный ин-т ядерных исследований, 2001. С. 343–353.

Кирпичников В. С. Роль ненаследственной изменчивости в процессе естественного отбора

(гипотеза о косвенном отборе) // Биологический журнал. 1935. Т. 4. №5. С. 775–800.

Кольцов Н. К. Наследственные молекулы // Организация клетки. М. ; Л. : Гос. изд-во биол. и

мед. лит., 1936. С. 585–620.

Конюхов Б. В., Платонов Е. С. Геномный импринтинг у млекопитающих // Генетика. 2001.

Т. 37. С. 5–17.

Лобашев М. Е. Сигнальная наследственность // Исследования по генетике. 1961. Вып. 1.

С. 3–11.

Лукин Е. И. О причинах замены в процессе органической эволюции ненаследственных изме-нений наследственными (с точки зрения теории естественного отбора) // Эволюционная

биология: История и теория. Вып. III. 2005. СПб. С. 19–33. (Оригинал: Ученi Записки

Харкiвського Унiверситету. 1936. С. 200–208).

Меклер Л. Б., Идлис Р. Г. Код — путь к биотехнологиям XXI века уже сегодня // Природа.

1993. № 5. С. 29–63.

Ней М., Кумар С. Молекулярная эволюция и филогенетика. Киев: КВЩ, 2004. 404 с.

Рогоза Т. М., Викторовская О. В., Родионова С. А., Иванов М. С., Волков К. В., Миронова Л. Н. По — иск генов, влияющих на поддержание антисупрессорного прионоподобного детерминан — та [ISP+] у дрожжей с помощью инсерционной библиотеки генов // Генетика. 2009. Т. 43. С. 392–399.

Сойфер В. Н. Репарация генетических повреждений // Соросовский образовательный жур — нал. 1997. № 8. С. 4–13.

Чураев Р. Н. Гипотеза об эпигене. Исследования по математической генетике. Новосибирск : Ин-т цитологии и генетики.1975. С. 77–94.

Чураев Р. Н., Ратнер В. А. Моделирование динамики систем управления развитием λ-фага.

Исследования по математической генетике. Новосибирск : Ин-т цитологии и генетики

СО АН СССР, 1975. С. 5–66.

Alberti S., Halfman R., King O., Kapila A., Lindquist S. A systematic survey identifies prions and il-luminates sequencefeatures of prionogenic proteins // Cell. 2009. Vol. 137. P. 146–158

Austin D. W., Allen M. S., McCollum J. M., Dar R. D., Wilgus J. R., Sayler G. S., Samatova N. F.,

Cox C. D., Simpson M. L. Gene network shaping of inherent noise spectra // Nature. 2006.

Vol. 439. P. 608–611.

Brockdorff N., Turner B. N. Dosage compensation in mammals. Chapter 17 // Epigenetics / ed.

by C. D. Allis, T. Jenuwein, D. Reinberg, M.-L. Caparros. Cold Spring Harbor (N. Y.) : Cold

Spring Harbor Laboratory Press, 2007. P. 321–340.

Brown J. C. S., Lindquist S. A heritable switch in carbon source utilization driven by an unusual

yeast prion // Genes and development. 2009. Vol. 23. P. 2320–2332.

Chernoff Yu. O., Derkach I. L., Inge-Vechtomov S. G. Multicopy SUP35 gene induces de novo ap-pearance of psi-like factors in the yeast Saccharomyces cerevisiae // Current Genetics. 1993.

Vol. 24. P. 268–270.

Coustou V., Deleu C., Saupe S., Begueret J. The protein product of the het-s heterokaryon incompat-ibility gene of the fungus Podospora anserina behaves as a prion analog // Procеedings the

National Academy of Science of the USA. 1997. Vol. 94. P. 9773–9778.

Cox B. S. A cytoplasmic suppressor of super-suppression in yeast // Heredity. 1965. Vol. 20. № 4.

P. 505–521.

Crick H. F. C. On protein synthesis // Symposia of the Society for Experimental Biology, 12. 1958.

P. 138–163.

Crick F. Central dogma of molecular biology // Nature. 1970. Vol. 227. P. 561–563.

Derkatch I. L., Bradeley M. E., Hong J. Y., Liebman S. W. Prions affect the appearance of other prions: The story of [PIN+] // Cell. 2001. Vol. 106. P. 171–182.

Du Z., Park K. W., Yu H., Fan Q., Li L. Newly identified prion linked to the chromatin remodeling factor Swi1 in Saccharomyces cerevisiae // Nature Genetics. 2008. Vol. 40. P. 460–465.

Epigenetics / ed. by C. D. Allis, T. Jenuwein, D. Reinberg, M.-L. Caparros. Cold Spring Harbor

(New York). Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2007. 502 p.

Fink G. R. A transforming principle // Cell. 2005. Vol. 120. P. 153–154.

Friedberg E. C. Out of the shadows and into the light: the emergence of DNA repair // Trends in

Biochemical Sciences. 1995. Vol. 20. P. 38–116.

Gottschling D. E. Epigenetics: From phenomenon to field. Chapter 1 // Epigenetics / ed. by C. D. Al-lis, T. Jenuwein, D. Reinberg, M.-L. Caparros. Cold Spring Harbor (N. Y.) ; Cold Spring Harbor

Laboratory Press, 2007. P. 1–13.

Herskowitz I., Rine J., Strathern J. S. Mating-type determination and mating-type interconversion in

Saccharomyces cerevisiae // The Molecular and Cellular Biology of the Yeast Saccharomyces.

Vol. 2. Chapter 11. Cold Spring Harbor (N. Y.) : Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1992.

P. 583–656.

Inge-Vechtomov S. G., Repnevskaya M. V. Phenotypic expression of primary lesions of genetic mate-rial in Sacchoromyces yeast // Genome. 1989. Vol. 31. P. 497–502.

Jaillon et al. Genome duplication in the teleost fish Tetradon nigoviridis reveals the early vertebrate

proto-karyotipe // Nature. 2004. Vol. 431. P. 946–951.

Kellog E. A. It’s all relative // Nature. 2003. Vol. 422. P. 383–384.

Kimura M. The neutral theory of molecular evolution. Cambridge : Cambridge Univ. Press., 1983.

367 p.

Nemecek J., Nakayashiki T., Wickner R. B. A prion of yeast metacaspase homolog (Mca1p) detected

by a genetic screen // Proceedings of the National Academy of Science of the USA. 2009.

Vol. 106. P. 1892–1896.

Novina C. D., Sharp P. A. The RNAi revolution // Nature. 2004. Vol. 430. P. 161–164.

Ohno S. Evolution by gene duplication. Berlin ; Heidelberg ; N. Y. : Springer Verlag, 1970. 178 p.

Patel B. K., Gavin-Smyth J., Liebman S. W. The yeast global transcriptional co-repressor protein

Cyc8 can propagate as prion // Nature Cell Biology. 2009. Vol. 11. P. 344–349.

Paulsson J. Summing up the noise in gene networks // Nature. 2004. Vol. 427. P. 415–418.

Philipschenkо Ju. Variabilität und Variation. Berlin : Borntraeger, 1927. 101 S.

Prusiner S. Prions // Proceеdings of the National Academy. of Sciences of the USA. 1998. Vol. 95.

P. 13 363–13 383.

Resnick M. A., Holliday R. Genetic repair and synthesis of nitrate reductase in Ustilago maydis after

irradiation // Molecular and General Genetics. 1971. Vol. 111. P. 171–178.

Scannel D. R., Byrne K. P., Gordon J. L., Wong S., Wolf K. H. Multiple rounds of speciation associated

with reciprocal gene loss in polyploidy yeasts // Nature. 2006. Vol. 440. P. 341–345.

Tchuraev R. N., Stupak I. V., Tropinina T. S., Stupak E. E. Epigenes: design and construction of new

hereditary units // FEBS Letters. 2000. Vol. 486. P. 200–202.

Wickner R. B. [URE3] as an altered URE2 protein: evidence for a prion analog in Saccharomyces

cerevisiae // Science. 1994. Vol. 264. P. 566–569.

Variability, Template Principle and the Theory of Evolution

S. G. Inge-Vechtomov

Department of Genetics and Breeding St. Petersburg State University, Sankt-Petersburg Branch N. I.Vavilov Institute of General Genetics, RAS St. Petersburg, Russia: ingevechtomov@gmail. com

Central dogma (Сrick, 1958, 1970) as expression of template principle in biology, suggests a basis for consideration of different types of variability connected with replication, transcription, translation from the single position. There are conformational templates (the second order templates) which should be described in addition to the conventional — templates of the first order. Nevertheless, there is no direct correlation between molecular mechanisms and phenotypic (organismic) expression of variability types. It explains contradictions in accepted classification of variability types. The same mechanisms may underline both inherent and non-inherent variations depending upon taxonomic position and a stage of the life cycle of an organism. Inherent genetic and epigenetic variations appear with different frequencies and so may differently influence efficiency of natural selection.

Keywords: contradictions in classification of variability, templates of the I and II order, mutations, modifications, epigenetics, prions, polyvariancy and ambiguity of template processes.

Материал взят из: Чарльз Дарвин и современная биология. Труды Международной научной конференции (21–23 сентября 2009 г., Санкт — Петербург)