Файл: УМК по вет. генетике.doc

Мутационную теорию сформулировал Гуго Де Фриз, который ввёл понятие мутация. Основные положения его теории мутаций: мутации возникают внезапно, как дискретные изменения признака; новые формы стабильны; в отличие от ненаследственных изменений мутации не образуют непрерывных рядов не группируются вокруг какого- либо среднего типа. Они являются качественными изменениями; мутации проявляются по разному, могут быть как полезными, так и вредными; вероятность обнаружения мутаций зависит от размера выборки исследуемых особей; сходные мутации могут возникать неоднократно. Г. ДЕ фриз ошибался, полагая, что мутации могут сразу давать начало новым видам. минуя естественный отбор. Экспериментальное подтверждение скачкообразности наследственных изменений получил В. Иоганнсен, изучая количественные признаки в чистых линиях фасоли.

3.Классификация мутаций. Мутации классифицируют: по отношению к направлению эволюции; по характеру выражения признака; по локализации в клетке; по степени вовлечения генома в мутационный процесс; по характеру источника вызывания мутаций; по локализации в организме; по уровню проявления в системе клетки и организма; по направлению мутирования в отношении исходных форм. Основной классификацией считают классификацию по степени вовлечения генома в мутационный процесс в которой выделяют: генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации. Генными или точковыми мутациями называют изменения структуры молекулы ДНК на участке определённого гена ( в определённом локусе), в результате которых из существующего аллеля образуется новый. Механизм генной мутации можно свести к нескольким главным случаям: замещение одного пурина или пиримидина из пары другим ( транзиция); замещение пурина пиримидином и наоборот ( трансверсия); утрата или приобретение новой нуклеотидной пары (делеции или вставки). Единицей мутации служит нуклеотид. Ген ( структурный ген), напротив, обозначается как сумма нуклеотидных пар, контролирующих синтез определённого белка. В этом случае ген не является единицей функции, мутации и рекомбинации ( Иоганнсен, 1903). Безнер (1955) разграничил эти понятия, обозначив их как: цистрон -единица функции, мутон – ед. мутации и рекон- ед. рекомбинации. Старое понятие ген больше соответствует цистрону, мутон – одному, а рекон одному или нескольким нуклеотидам. В зависимости от от того мутируют ли внутри гена одинаковые или разные нуклеотиды, говорят о гомологичных или гетерологичных аллелях. Внутригенная рекомбинация возможна между гетероаллелными мутантами. Несмотря на эти чёткие различия мы будем, из практических соображений, использовать термин «ген» в общем смысле. Для транзиции существует две возможности, для трансверсии – 4. По стереохимическим причинам транзиции встречаются чаще чем трансверсии. Указанные мутации приводят к усилению, ослаблению или полной утрате функции гена. При делециях или вставках в большинстве случаев происходит утрата функциональной активности гена, поскольку с точки локализации мутации и до конца гена считывание оснований происходит ошибочно, а в случае нонсенс кодо на образование полипептидной цепи прекращается. Наряду с транзициями и трансверсиями различают инверсии (поворот на 180⁰ ) и транспозиции- перенос пар оснований на новое место. Генные мутации,как правило, рецессивны, за исключением Х – хромосомы у гетерогаметных особей. Фенотипическое проявление мутации зависит от того на каком участке произошла вставка или выпадение нуклеотидов. Если вблизи промотора, то транскрибируется сильно измененная иРНК, транслируется испорченная полипептидная цепь белка и белковая молекула не выполняет свои функции- инактивируется. Если мутация затрагивает конечный участок, это не приводит к инактивации молекулы, но влияет на качество белка и приводит к изменению признака или свойства. По характеру влияния на транскрипцию и трансляцию выделяют: миссенс – мутации ( транзиции, трансверсии). В результате изменяется физиологическая роль белка, что создаёт фон для естественного отбора; нонсенс- мутации- внутри гена появляются терминирующие кодоны, что приводит к прекращению трансляции; сдвиг рамки считывания- возникает при появлении внутри гена вставок и делеций, что приводит к изменению смыслового состава гена. Многие качественные признаки обусловлены спонтанными генными мутациями (летальные факторы, наследственные аномалии). Они характеризуются простым менделеевским типом наследования. Генные мутации могут возникать как в одном, так и в нескольких генных локусах хромосомы. В этом случае возникают новые аллели данного гена, происходит мутационное изменение фенотипического проявления признака, возникает множественный аллелизм. Например, глобин- замена одной из 300 аминокислот обуславливает новый тип гемоглобина, которых около 300. Множественный аллелизм определяют методом определения критерия аллелизма: если при скрещивании двух мутантов F ₁ в F₂ расщепление 3 : 1- множественный аллелизм, 9 : 7 мутировали разные гены.

Хромосомные мутации. Изменения кариотипа могут быть количественными, структурными и одновременно и теми и другими.

Структурные мутации хромосом ( аберрации ). Эта группа мутаций связана с изменениями формы, размеров хромосом, порядка расположения генов ( изменение групп сцепления ), утратой или добавкой отдельных фрагментов и т. д. Характер хромосомной перестройки во многом зависит от состояния хромосомы в момент воздействия мутагенного фактора. Если хромосома находится в состоянии одной нити ( G₁, анафаза и телофаза митоза), то в последующий период ( S) она удваивается и аберрация сохраняется в обеих хроматидах ( хромосомные аберрации). Если мутаген действует на хромосому, находящуюся в состоянии одной нити (S, G₂ интерфазы, профазы и метафазы митоза) аберрация может произойти в одной хроматиде, в этом случае возникают хроматидные перестройки. Установлено несколько типов структурных мутаций хромосом:

Межхромосомные аберрации – транслокации – перемещение отдельных фрагментов хромосом из одного участка в другой, обмен фрагментами между разными хромосомами, слияние хромосом. При взаимных обменах фрагментами между гомологичными и не гомологичными хромосомами возникают реципрокные транслокации. Если целое плечо одной хромосомы присоединяется к концам другой хромосомы, то образуется тандемная транслокация. Слияние двух акроцентрических хромосом в области ценромер формирует транслокацию Робертсоновского типа. При этом образуются мета или субметацентрические хромосомы. Различают 3 варианта возникновения тРт: реципрокный- большая часть плеча одной хромосомы присоединяется к короткому плечу другой хромосомы; разрыв центромер двух хромосом; разрыв коротких плеч двух хромосом и объединение длинных плеч с обеими центромерами. Транслокации не изменяют число генов в данном генотипе и не всегда проявляются в фенотипе, но у особей гетерозиготных по транслокации нарушается конъюгация гомологичных хромосом и образуются не жизненные гаметы. Транслокации широко распространены среди животных. С ними связывают интерсексуальность, недоразвитие гонад, пороки развития, бесплодие. У КРС описаны 17 различных сочетаний тРт, чаще 1⁄ 29, которая зарегистрирована у 30 пород. У мышей отмечен положительный эффект тРт, мыши быстрее находили выход из лабиринта, это объясняется конкретным эффектом положения гена.

Внутри хромосомные аберрации ( делеции, дефишенси, дупликации, инверсии, фрагментации).

Делеции (Dl) – выпадение участка хромосомы в средней её части, содержащий комплекс генов.

Дефишенси – выпадение концевого участка хромосомы – концевая нехватка. Если делеция или дефишенси захватывают небольшой участок это приводит к изменению признака ( жёлтое тело и белые глаза у дрозофилы) Крупные делеции летальны. Крупная делеция (Dl 21) у человека вызывает тяжёлую форму белокровия.

Дупликации (Dp) – удвоение участка хромосомы, которые возникают в результате неравного кроссинговера, или как следствие амплификации генов. ОбычноDp не оказывают сильного влияния на фенотип особи, но увеличение дозы гена может вызвать изменение признака ( Bar – полосковидные глаза у дрозофилы).

Инверсии ( In) – переворот фрагмента хромосомы на 180 ^{0 .} Различают пара и перицентрические инверсии, последние в перевернутом фрагменте содержат центромеру. Материал хромосомы при In не изменяется, но в мейозе, в следствии аномальной конъюгации хромосом возможно возникновение до 50% неполноценных гамет, что приводит к стерильности; In подавляет кроссинговер, что содействует снижению уровня генетической рекомбинации, вызывает значительные изменения положения генов, что может привести к летальному исходу при их гомозиготном состоянии; способствует дифференцировке видов, их обособлению в процессе эволюции.

Фрагментация ( F) – происходит в результате разрыва хромосом или хроматид в нескольких местах одновременно, и образования отдельных фрагментов с потерей тех из них, которые не содержат центромеры. Как правило F приводит к летальному исходу.

Кольцевые хромосомы возникают при наличии двух дефишенси ( концевых нехваток).

Изохромосомы возникают когда в противоположность нормальному делению хроматид в длину, происходит горизонтальное поперечное деление хромосомы в центромере с последующим слиянием гомологичных плеч в новую хромосому – изохромосому, проксимальные и дистальные концы которой идентичны по составу генов.

Геномные мутации или мутации плоидности.

Наряду со структурными могут быть и количественные изменения хромосом. Геномными называют мутации, при которых происходят количественные сдвиги в хромосомном наборе клетки независимо от того, идет ли речь об изменеии числа хромосомных наборов или числа отдельных хромосом. Все количественные отклонения от нормы в гаплофазе или диплофазе объединяют понятием гетероплоидии, в противоположность гомоплоидии (исходная ситуация). Гетероплоидия встречается в форме эуплоидии или анеуплоидии.

Эуплоидии. Эуплоидными считаются клетки или особи, имеющие полные наборы хромосом одинаковые во всех клетках, а так же те, в которых отмечается увеличение численности хромосомных наборов в целое число раз. Число хромосом в гаплофазе, т.е. наименьшее гаплоидное число хромосом каждого полиплоидного ряда называется основным ( n или х у Бакая). К эуплоидиям относят гапло, поли, аллоплоидию ( гапло, ди, три, тетраплоиды), т.е. когда хромосомный набор представлен целым числом раз.

Гаплоидия. Гаплоидные формы возникают в результате нарушения процесса оплодотворения, когда в этом процессе не участвует мужская гамета ( истинный партеногенез), либо эта гамета генетически неактивна (гиногенез), при элиминации материнского хромосомного набора развивается зигота с отцовским набором (андрогенез). У истинно гаплоидных животных развитие во всех случаях быстро останавливается, часто на первых стадиях дробления, в этих случаях часты случаи недоразвития и уродств.

Полиплоидия – геномные мутации обусловленные, кратным гаплоидному,изменением числа хромосом ( четное – ортоплоидия , нечетное – анортоплоидия) число раз. Полиплоидия может возникнуть: из-за нарушения митоза в результате которого происходит неравное расхождение хромосом в анафазе, отсутствии цитокинеза, нарушений функций митотического аппарата; в результате образования и слияния при определенных условиях нередуцированных гамет, образовавшихся при нарушении мейоза; за счёт митотического деления зиготы или соматических клеток в начальные периоды онтогенеза. В зависимости от того в каких клетках происходит изменение числа хромосом различают соматическую, мейотическую или зиготическую полиплоидию. Чаще всего полиплоиды возникают либо в результате слияния нередуцированных гамет (мейотическая ), либо в результате нарушения первого деления зиготы ( зиготическая). Различают спонтанную индуцированную полиплоидию. Полиплоидия сыграла большую роль в эволюции и селекции растений. Более половины цветковых растений обязаны своим происхождением полиплоидии. В естественных условиях полиплоидия была обнаружена среди абортных субстратов как у животных так и человека. У некоторых видов птиц удавалось вырастить взрослый организм из триплоидной зиготы. Возможно, что животные, которым свойственно половое размножение, не способны компенсировать те нарушения хромосомного генетического баланса, которые возникают при полиплоидии.

Аллоплоидия. Если в диплофазе хромосомные наборы гомологичны, морфологически и генетически идентичны ( в плоть до аллельных различий в локусе) и способны конъюгировать в мейозе, то говорят об аутоплоидии.

Аллоплоидией называют возникновение структурно и генетически неидентичных хромосомных наборов с ограниченной или нарушенной способностью к конъюгации. Аллоплоиды – продукт гибридизации двух видов с не гомологичными геномами. Понятия ауто и аллоплоидия охватывают главным образом морфологические критерии, например, комбинации геномов с одинаковыми или различными основными числами, но различной хромосомной структурой. Критериями служат фертильность и стерильность. Примером амфидиплоидии служит аллотетраплоид - золотистый хомячок ( обыкновенный хомячок 2n =22 x полосатый 2n=22 ) у которого 2n=44. Фертильность или стерильность гибрида определяются степенью сходства между родительскими видами. Если любая хромосома гаплоидного набора встречает гомолога, то гибрид оказывается фертильным ( домашняя собака x волк или шакал ). Гибриды фертильны и тех случаях, когда родительские геномы различаются лишь по одной транслокации (домашняя свинья и европейский кабан, лошадь и лошадь Пржевальского) или инверсии ( Bos Taurus x Bos indicus).

Если геномы различаются по большему числу транслокаций или инверсий происходит снижение фертильности вплоть до стерильности. Зародышевые клетки погибают либо у обоих полов либо у гетерогаметного пола на стадии зиготы ( лошадь x осел), у мула 31 хромосома осла и 32 хромосомы лошади. Если у гибрида 2n= 62 – гибрид фертильный. Для подобных скрещиваний справедливо правило Холдейна ( 1922) « При скрещивании двух видов или пород животных отсутствующими, редкими или стерильными оказывается гетерогаметный пол». Домашняя курица x фазан - в потомстве только самцы ( Ямашина, 1943).

Анеуплоидия. Это случаи, в которых число гаплоидных наборов изменено не в целое число раз ( гиперплоидия или гипоплоидия). Принято цифрой внизу указывать номер хромосомной пары кариотипа, в которой изменилось число хромосом ( 2n – 1₇).Истинная анеуплоидия возникает при нарушении мейоза и состоит в том, что две гомологичныве хромосомы либо совсем не конъюгируют в зиготенной стадии (асинапс) либо между ними не образуется перекрест (десинапс). Не конъюгированные или преждевременно разошедшиеся хромосомы ведут себя как униваленты, т.е. в анафазе 2 деления мейоза распределяются между полюсами случайным образом, отходят либо к одному либо к разным полюсам. Процесс митотического нерасходения аналогичный мейотическому ведет к полисомии более или менее обширных участков тканей, т.е. образованию мозаиков. Гетероплоиды встречаются у животных только в случаях уменьшения или увеличения мелких хромосом. Изменения крупных хромосом вносят очень серьёзные изменения в процесс развития организма, организм как правило погибает.