Мутон, рекон и цистрон

Результат, полученный Бензером, без всякого сомнения, был значительный. Но ученый посягнул на большее — ему захотелось узнать, какие участки молекулы соответствуют одной маленькой мутации (элементарной мутации), какой самый маленький участок молекулы ДНК можно передать при кроссинговере и, наконец, каков точный размер гена, если его выражать в числе оснований.

Я не буду описывать его опыты, приведу лишь конечный вывод.

Оказалось, что минимальный размер мутации как раз равен одному нуклеотиду. Стоит заменить всего одно основание другим, как возникнет мутация. Раньше это лишь предполагали. Бензер доказал, что предположение было верным.

Отрезок ДНК, дающий мутацию, он назвал мутоном. Минимальная длина мутона — один нуклеотид.

Самый маленький участок, передаваемый при рекомбинации, оказался равным также одному или нескольким нуклеотидам. Эту единицу Бензер назвал реконом.

Теперь для двух свойств гена — мутации и кроссинговера — были найдены свои единицы генетического материала, и единица мутации стала называться мутоном, а единица рекомбинации — реконом. Но в определении гена фигурировало еще одно понятие — единица функции.

Бензер сумел и ее выразить с точки зрения длины молекулы ДНК. Единицу функции он назвал цистроном. Своим названием цистрон был обязан названию метода, примененного ученым.

Еще Льюис, а затем Понтекорво предложили обозначать две мутации, расположенные на одной из парных хромосом, как мутации в цис-положении, а про мутации, лежащие в разных хромосомах, говорили, что они находятся в транс-положении.

Но у фагов нет парных хромосом, у них одна хромосома — молекула ДНК. Как же быть? Это препятствие удалось преодолеть. Парность хромосом фага создали искусственно, причем довольно просто. Внутрь бактерии вводили сразу две молекулы ДНК от двух фагов. Одна ДНК могла нести сразу две мутации (цис-положение). Или же обе молекулы ДНК имели по одной мутации (транс-положение).

Расположение мутаций в цис- и транс-положениях

Вы помните, что с молекулы ДНК читается молекула информационной РНК. Причем обычно с одного гена — одна молекула И-РНК. Если две изучаемых мутации принадлежат к одному гену А, то в транс-положении они испортят обе молекулы И-РНК этого гена. Тогда фаг не сможет осуществить одну из нужных операций, и бляшка не образуется.

Если же мутации принадлежат разным генам А и Б (разным функциональным единицам), то с одной молекулы ДНК отпечатается одна целая молекула И-РНК для гена А, а с другой молекулы ДНК отпечатается целая И-РНК для гена Б. В результате клетка получит полный набор матриц и сможет приступить к печатанию всех белков, необходимых для развития фага. А раз так, то и схема опыта по проверке предельно проста. Половину чашек засевают мутантами в цис-положении, половину — в транс. Если число бляшек и в том и в другом случаях примерно равно, значит, мутации возникли в разных функциональных единицах. В противном случае обе мутации затрагивают одну и ту же функцию. Функциональную единицу Бензер и назвал цистроном. В классической генетике под геном как раз и понимали такую единицу наследственного материала, которая управляла развитием одного признака. Теперь понятие приобрело вполне конкретный вид: признак — один белок, фермент.

Достоинство цис-транс-метода не замедлило сказаться. Бензер нашел, что все r-II-мутанты принадлежат к двум цистронам: А и В. Этот же цис-транс-метод позволил найти точные границы обоих цистронов. Теперь уже не составило особого труда вычислить размер гена в точных физических единицах. Цистрон включал в себя примерно 2—4 тысячи пар нуклеотидов, длина нуклеотида равнялась 3,4 А, значит, длина одного цистрона была около одного микрона.

Изучив столь подробно область r-II фаговой хромосомы, Бензер дал возможность генетикам свободно ориентироваться в этом участке. На каждом шагу он расставил точные ориентиры. Не удивительно, что r-II-мутанты были тотчас же взяты на вооружение учеными. Везде, где требовалось провести тонкий генетический анализ (например, оценить генетическую опасность какого-либо вида облучения), генетики, биофизики, радиобиологи отдавали предпочтение бензеровским r-II-мутантам. Их же использовал Ф. Крик для выяснения общей природы генетического кода.