Aké mutácie sa nazývajú spontánne? Ak tento termín preložíme do dostupného jazyka, ide o prirodzené chyby, ktoré sa vyskytujú v procese interakcie genetického materiálu s vnútorným a / alebo vonkajším prostredím. Takéto mutácie sú zvyčajne náhodné. Sú pozorované v pohlavných a iných bunkách tela.
Exogénne príčiny mutácií
K spontánnej mutácii môže dôjsť vplyvom chemikálií, žiarenia, vysokých alebo nízkych teplôt, riedkeho vzduchu, príp. vysoký tlak. Každý rok absorbuje človek v priemere asi jednu desatinu radov ionizujúceho žiarenia, čo je prirodzené radiačné pozadie. Toto číslo zahŕňa gama žiarenie zo zemského jadra, slnečný vietor, rádioaktivitu prvkov vyskytujúcich sa v hrúbke zemskej kôry a rozpustených v atmosfére. Prijatá dávka závisí aj od toho, kde sa človek nachádza. Štvrtina všetkých spontánnych mutácií sa deje práve kvôli tomuto faktoru.
Ultrafialové žiarenie, na rozdiel od všeobecného presvedčenia, hrá nevýznamnú úlohu pri výskyte porúch DNA, pretože nemôže preniknúť hlboko do ľudského tela. Ale pokožka často trpí nadmerným slnením (melanóm a iné druhy rakoviny). Jednobunkové organizmy a vírusy však pri vystavení slnečnému žiareniu mutujú. príliš vysoká resp nízke teploty môže tiež spôsobiť zmeny v genetickom materiáli.
Endogénne príčiny mutácií
Hlavnými dôvodmi spontánnej mutácie sú endogénne faktory. Patria sem vedľajšie produkty metabolizmu, chyby v procese replikácie, opravy alebo rekombinácie a iné.
- spontánne prechody a inverzie dusíkatých zásad;
- nesprávne usporiadanie nukleotidov v dôsledku chýb v DNA polymerázach;
- chemická náhrada nukleotidov, napríklad guanín-cytozín na adenín-guanín.
- mutácie v génoch zodpovedných za opravu jednotlivých úsekov reťazca DNA potom, čo sa vplyvom zlomia vonkajšie faktory.
- poruchy v procesoch prekríženia počas meiózy alebo mitózy vedú k strate a dobudovaniu báz.
Toto sú hlavné faktory spôsobujúce spontánne mutácie. Príčinou zlyhaní môže byť aktivácia mutátorových génov, ako aj premena bezpečných chemických zlúčenín na aktívnejšie metabolity, ktoré ovplyvňujú bunkové jadro. Okrem toho existujú štrukturálne faktory. Patria sem opakovania nukleotidovej sekvencie blízko miesta preskupenia reťazca, prítomnosť ďalších segmentov DNA podobnej štruktúre ako gén, ako aj mobilné elementy genómu.
Patogenéza mutácií
K spontánnej mutácii dochádza v dôsledku vplyvu všetkých vyššie uvedených faktorov, ktoré pôsobia spoločne alebo oddelene v určitom období života bunky. Existuje taký jav ako posuvné porušenie párovania reťazcov dcérskej a materskej DNA. V dôsledku toho sa slučky často tvoria z peptidov, ktoré neboli schopné adekvátne zapadnúť do sekvencie. Po odstránení nadbytočných fragmentov DNA z dcérskeho vlákna môžu byť slučky resekované (delécie) a zabudované (duplikácie, inzercie). Zmeny sa objavujú a sú fixované v nasledujúcich cykloch bunkového delenia.
Rýchlosť a počet mutácií, ktoré sa vyskytujú, závisí od primárnej štruktúry DNA. Niektorí vedci sa domnievajú, že úplne všetky sekvencie DNA sú mutagénne, ak tvoria ohyby.
Najčastejšie spontánne mutácie
Prečo sa spontánne mutácie najčastejšie prejavujú v genetickom materiáli? Príkladmi takýchto stavov sú strata dusíkatých zásad a odstránenie aminokyselín. Cytozínové zvyšky sa považujú za obzvlášť citlivé na ne. Je dokázané, že dnes má viac ako polovica stavovcov mutáciu cytozínových zvyškov. Po deaminácii sa metylcytozín mení na tymín. Ďalšie kopírovanie tejto časti zopakuje chybu alebo ju vymaže alebo zdvojnásobí a zmutuje na nový fragment. Predpokladá sa, že ďalším dôvodom častých spontánnych mutácií je veľké množstvo pseudogény. Z tohto dôvodu sa počas meiózy môžu vytvárať nerovnomerné homológne rekombinácie. Dôsledkom toho sú prestavby v génoch, obraty a zdvojenie jednotlivých nukleotidových sekvencií.
Polymerázový model mutagenézy
Podľa tohto modelu sú spontánne mutácie výsledkom náhodné chyby molekuly, ktoré syntetizujú DNA. Prvýkrát takýto model predstavil Bresler. Navrhol, že mutácie sa objavujú v dôsledku skutočnosti, že polymerázy v niektorých prípadoch vkladajú do sekvencie nekomplementárne nukleotidy. Po rokoch, po dlhých testoch a experimentoch, bol tento názor schválený a prijatý v r vedecký svet. Boli dokonca odvodené určité vzorce, ktoré vedcom umožňujú kontrolovať a riadiť mutácie vystavením určitých úsekov DNA ultrafialovému svetlu. Tak sa napríklad zistilo, že adenín je najčastejšie uložený oproti poškodenému tripletu.
Tautomerický model mutagenézy
Ďalšiu teóriu, ktorá vysvetľuje spontánne a umelé mutácie, navrhli Watson a Crick (objaviteľ štruktúry DNA). Navrhli, že mutagenéza je založená na schopnosti niektorých báz DNA premeniť sa na tautomérne formy, ktoré menia spôsob, akým sú bázy spojené.
Od svojho zverejnenia sa hypotéza aktívne rozvíjala. Po ultrafialovom ožiarení boli objavené nové formy nukleotidov. Vedcom to poskytlo nové možnosti výskumu. moderná veda stále diskutuje o úlohe tautomérnych foriem pri spontánnej mutagenéze a jej vplyve na počet identifikovaných mutácií.
Iné modely
Spontánna mutácia je možná, keď je narušené rozpoznávanie nukleových kyselín DNA polymerázami. Poltaev a spoluautori objasnili mechanizmus, ktorý zabezpečuje súlad s princípom komplementarity pri syntéze dcérskych molekúl DNA. Tento model umožnil študovať zákonitosti výskytu spontánnej mutagenézy. Vedci svoj objav vysvetlili tým, že hlavný dôvod zmeny v štruktúre DNA je syntéza nekanonických párov nukleotidov. Navrhli, že k substitúcii báz dochádza prostredníctvom deaminácie segmentov DNA. To vedie k zmene cytozínu na tymín alebo uracil. V dôsledku takýchto mutácií sa vytvárajú páry nekompatibilných nukleotidov. Preto pri ďalšej replikácii nastáva prechod (bodové nahradenie nukleotidových báz).
Klasifikácia mutácie: spontánna
Existuje rôzne klasifikácie mutácie, v závislosti od toho, aké konkrétne kritérium je ich základom. Existuje delenie podľa charakteru zmeny funkcie génu: - hypomorfný (mutované alely syntetizujú menej bielkovín, ale sú podobné pôvodným);
- amorfný (gén úplne stratil svoje funkcie);
- antimorfný (mutovaný gén úplne zmení vlastnosť, ktorú predstavuje);
- neomorfné (objavujú sa nové znaky). Ale klasifikácia, ktorá rozdeľuje všetky mutácie v pomere k variabilnej štruktúre, je bežnejšia. Prideliť: 1. Genomické mutácie. Patria sem polyploidia, teda vytvorenie genómu s trojitou alebo viac sadou chromozómov, a aneuploidia, počet chromozómov v genóme nie je násobkom toho haploidného.
2. Chromozomálne mutácie. Pozorujú sa výrazné prestavby jednotlivých úsekov chromozómov. Dochádza k strate informácie (delecia), zdvojeniu (duplikácii), zmene smeru nukleotidových sekvencií (inverzia), ako aj k preklopeniu chromozómových úsekov na iné miesto (translokácia).
3. Génová mutácia. Najbežnejšia mutácia V reťazci DNA je nahradených niekoľko náhodných dusíkatých báz.
Dôsledky mutácií
Spontánne mutácie sú príčinou nádorov, úložísk, dysfunkcií orgánov a tkanív u ľudí a zvierat. Ak sa zmutovaná bunka nachádza vo veľkom mnohobunkovom organizme, potom s vysokou pravdepodobnosťou dôjde k jej zničeniu spustením apoptózy (programovanej bunkovej smrti). Telo riadi proces uchovávania genetického materiálu a pomocou imunitný systém, zbaví všetkých možných poškodených buniek. V jednom prípade zo stoviek tisíc T-lymfocyty nestihnú rozpoznať postihnutú štruktúru a vznikne klon buniek, ktoré obsahujú aj zmutovaný gén. Zlepenec buniek už má iné funkcie, produkuje toxické látky a negatívne ovplyvňuje všeobecný stav organizmu. Ak sa mutácia nevyskytla v somatickej, ale v zárodočnej bunke, zmeny budú pozorované u potomkov. Ukazujú sa vrodené patológie orgánov, deformácií, porúch látkovej premeny a skladovacích chorôb.
Spontánne mutácie:
V niektorých prípadoch môžu byť mutácie, ktoré sa predtým zdali zbytočné, užitočné na prispôsobenie sa novým životným podmienkam. To predstavuje mutáciu ako mieru prirodzeného výberu. Zvieratá, vtáky a hmyz sú maskované podľa oblasti ich bydliska, aby sa chránili pred predátormi. Ak sa však ich biotop zmení, potom sa pomocou mutácií príroda snaží druhy chrániť pred vyhynutím. V nových podmienkach prežijú tí najschopnejší a odovzdávajú túto schopnosť iným. Mutácia sa môže vyskytnúť v neaktívnych oblastiach genómu a potom nie sú pozorované žiadne viditeľné zmeny vo fenotype. Identifikovať "zlomenie" je možné len pomocou špecifických štúdií. Je potrebné študovať pôvod a príbuzné druhy zvierat a ich genetické mapy.
Problém spontánnosti mutácií
V štyridsiatych rokoch minulého storočia existovala teória, že mutácie sú spôsobené výlučne vplyvom vonkajších faktorov a pomáhajú sa im prispôsobiť. Na overenie tejto teórie bola vyvinutá špeciálna metóda testovania a opakovania. Postup spočíval v tom, že sa do skúmaviek zasialo malé množstvo baktérií rovnakého druhu a po niekoľkých naočkovaniach sa k nim pridali antibiotiká. Niektoré z mikroorganizmov prežili a boli prenesené do nového média. Porovnanie baktérií z rôznych skúmaviek ukázalo, že rezistencia vznikla spontánne, pred aj po kontakte s antibiotikom. Metóda iterácie zahŕňala prenos mikroorganizmov na vlnenú tkaninu a potom ich prenesenie na niekoľko čistých médií. Nové kolónie sa kultivovali a ošetrili antibiotikami. Výsledkom bolo, že baktérie nachádzajúce sa v rovnakých častiach média prežili v rôznych skúmavkách.
Spontánny (spontánny)
Indukované (známy faktor)
Chromozomálna aberácia Mutácia, ktorá mení štruktúru chromozómov. Pri chromozomálnych aberáciách dochádza k intrachromozomálnym preskupeniam:
Segment chromozómu je stratený; alebo
Časť chromozómu je zdvojená (duplikácia DNA); alebo
Segment chromozómu sa prenáša z jedného miesta na druhé; alebo
Úseky rôznych (nehomologických) chromozómov alebo celé chromozómy sa spájajú.
Génové mutácie - zmena v štruktúre génu.
Mutácie v type náhrady dusíkatých zásad.
frameshift mutácie.
Mutácie podľa typu inverzie nukleotidových sekvencií v géne.
Genomické mutácie - zmena počtu chromozómov. (Polyploidia - zvýšenie diploidného počtu chromozómov pridávaním celých chromozómových sád; autoploidia - zmnoženie chromozómov jedného genómu, alaploidia - znásobenie počtu chromozómov dvoch rôznych genómov, heteroploidia - počet chromozómov sa môže meniť a stať sa násobkom haploidnej množiny (trizómia - chromozóm namiesto toho, aby sa stal párom v trojčísle, monozómia - strata chromozómu z páru)).
genetické inžinierstvo ( Genetické inžinierstvo) - súbor techník, metód a technológií na získavanie rekombinantnej RNA a DNA, izoláciu génov z organizmu (buniek), manipuláciu s génmi a ich vnášanie do iných organizmov. Genetické inžinierstvo nie je veda v najširšom zmysle slova, ale je to nástroj biotechnológie.
Cytoplazmatická dedičnosť- mimojadrová dedičnosť, ktorá sa uskutočňuje pomocou molekúl DNA umiestnených v plastidoch a mitochondriách. Genetický vplyv cytoplazmy sa prejavuje ako dôsledok interakcie plazmónu s jadrovými génmi. Znak, určený cytoplazmou, sa prenáša iba cez materskú líniu.
Dedičnosť a prostredie. Genetická informácia obsahuje schopnosť vyvinúť určité vlastnosti a črty. Táto schopnosť sa realizuje len v určitých podmienkach prostredia. Tá istá dedičná informácia sa za zmenených podmienok môže prejaviť rôznymi spôsobmi. Nededí sa hotová vlastnosť, ale určitý typ reakcie na expozíciu vonkajšie prostredie. Rozsah variability, v rámci ktorého je v závislosti od podmienok prostredia ten istý genotyp schopný produkovať rôzne fenotypy, sa nazýva reakčná rýchlosť.
alely - rôzne formy rovnakého génu umiestneného v rovnakých oblastiach (lokusoch) homológnych (párových) chromozómov; definovať varianty prejavu toho istého znaku. V diploidnom organizme môžu byť dve identické alely toho istého génu, v takom prípade sa organizmus nazýva homozygotný alebo dve rôzne, výsledkom čoho je heterozygotný organizmus.
Interakcia alelických génov
1. nadvláda- ide o takú interakciu alelických génov, pri ktorej expresia jednej z alel nezávisí od prítomnosti inej alely v genotype a heterozygoti sa pre túto alelu fenotypovo nelíšia od homozygotov.
2. Priebežné dedičstvo -(nedostatok dominancie) F 1 potomstvo si zachováva uniformitu, ale nie je úplne podobné ani jednému z rodičov, ale má stredný charakter.
3. neúplná dominancia- u krížencov F 1 znak nezaberá strednú pozíciu, ale vybočuje smerom k rodičovi s dominantným znakom.
4. prevaha - F 1 hybridy vykazujú heterózu (nadradenosť nad svojimi rodičmi v životaschopnosti, rastovej energii, plodnosti, produktivite).
5. Alelický doplnok(interalelická komplementácia) - komplementárne pôsobenie dvoch alel toho istého génu alebo rôznych génov tej istej sady chromozómov. Vzťahuje sa na zriedkavé spôsoby interakcie alelických génov.
6. Alelické vylúčenie- tento typ interakcie alelických génov v genotype organizmu, pri ktorom dochádza k inaktivácii (inaktivácia je čiastočná alebo úplná strata biologického účinná látka alebo agens jeho aktivity) jednej z alel v chromozóme.
Teda aj proces vzniku elementárneho znaku závisí od interakcie aspoň dvoch alelických génov a o konečnom výsledku rozhoduje ich špecifická kombinácia v genotype.
Interakcia nealelických génov
komplementárnosť- jedna z foriem vzájomného pôsobenia nealelických génov. Spočíva v tom, že pre rozvoj akýchkoľvek znakov je v genotype nevyhnutná prítomnosť 2 dominantných génov z rôznych nie všetkých párov. Navyše každý z komplementárnych génov nemá schopnosť zabezpečiť rozvoj tejto vlastnosti. (V takýchto prípadoch v generácii F2 dochádza k štiepeniu v pomere 9:7, čo je modifikácia Mendelejevovho štiepiaceho vzorca 9:3:3:1)
epistáza- interakcia génov, pri ktorej je aktivita jedného génu ovplyvnená variáciami v iných génoch. Gén, ktorý potláča fenotypové prejavy iného, sa nazýva epistatický; gén, ktorého aktivita je zmenená alebo potlačená, sa nazýva hypostatický.
Polymerizmus- (aditívna génová interakcia) - typ génovej interakcie, pri ktorej je stupeň rozvoja kvantitatívneho znaku určený vplyvom viacerých génov pôsobiacich podobným spôsobom (polymérne gény).
expresívnosť- závažnosť znaku v závislosti od dávky zodpovedajúcich alel.
Penetrácia- index fenotypový prejav alela v populácii jedincov, ktorí sú jej nositeľmi. Vyjadrené v percentách.
polygénnosť- prítomnosť niekoľkých nealelických úzko spojených génov, ktorých bielkovinové produkty sú štruktúrne podobné a vykonávajú identické funkcie.
Pleiotropia- fenomén pôsobenia viacerých génov. Vyjadruje sa v schopnosti jedného génu ovplyvňovať niekoľko fenotypových znakov. Nová mutácia v géne teda môže ovplyvniť niektoré alebo všetky znaky spojené s týmto génom. Tento efekt môže spôsobiť problémy pri selektívnej selekcii, keď jedna z alel génu vedie pri selekcii pre jeden zo znakov a iná alela toho istého génu vedie pri selekcii iných znakov.
Fenokópie- zmeny fenotypu (podobné mutáciám) pod vplyvom nepriaznivé faktoryživotné prostredie. V medicíne sú fenokópie nededičné choroby podobné dedičným.
Matka mala v tehotenstve rubeolu, potom má dieťa rázštep pery a podnebia. Toto je príklad fenokópie, pretože táto vlastnosť sa vyvíja v neprítomnosti mutantného génu, ktorý určuje túto anomáliu. Táto vlastnosť sa nezdedí.
Ľudia trpiaci cukrovkou, ale pravidelne opatrne užívajúci inzulín, sú fenokópiou zdravých ľudí.
Genokópie - podobné zmeny vo fenotype v dôsledku mutácií rôznych nealelických génov. Genetická heterogenita (heterogenita) je spojená s prítomnosťou genokópií dedičné choroby. Príkladom sú rôzne typy hemofílie, ktoré sa klinicky prejavujú znížením zrážanlivosti krvi vo vzduchu. Tieto formy, odlišné v genetickom pôvode, sú spojené s mutáciami nealelických génov.
Hemofília A je spôsobená mutáciou v géne, ktorý riadi syntézu faktora 8 (antihemofilný globulín), a hemofília B je spôsobená nedostatkom faktora 9 v systéme zrážania krvi.
10 Dvojitá metóda v genetike. Typy jednovaječných dvojčiat. Rodokmeňové mapy a stratégia ich analýzy. Dedičná predispozícia k chorobám. Úloha dedičnosti a prostredia pri formovaní fenotypových znakov
Monozygotné dvojčatá - dve placenty a dva embryonálne vaky 20-30% všetkých. Minimálne porušenia
Placenta je bežná, ale každá má svoj vlastný embryonálny vak
Mono mono
Spoločná placenta je bežný embryonálny vak. Najvyššie percento porušení, tk. je medzi nimi veľká konkurencia.
Chromozomálna chimerizácia(mozaizmus) - na tvorbe embrya sa podieľajú 4 bunky: 2 zygoty sa zlúčili v ranej embryogenéze. Niektoré tkanivá majú gény jednej zygoty, niektoré - druhé.
Poloidentické dvojčatá jedno vajíčko, dve spermie. Superfetácia - 2 vajíčka sú oplodnené 2 rôznymi spermiami
dvojitá metóda.
Táto metóda sa používa v genetike človeka na určenie stupňa dedičnej podmienenosti študovaných znakov. Dvojčatá môžu byť identické (vytvorené na skoré štádia rozdrvenie zygoty, kedy sa z dvoch alebo menej často z väčšieho počtu blastomér vyvinú plnohodnotné organizmy). Jednovaječné dvojčatá sú geneticky identické. Keď dozrievajú dve alebo menej často viac vajíčok a sú potom oplodnené rôznymi spermiami, vyvinú sa dvojvaječné dvojčatá. Dvojvaječné dvojčatá si nie sú podobné o nič viac ako bratia a sestry narodení v r iný čas. Frekvencia dvojčiat u ľudí je asi 1% (1/3 identické, 2/3 bratské); prevažná väčšina dvojčiat sú dvojčatá.
Keďže dedičný materiál jednovaječných dvojčiat je rovnaký, rozdiely, ktoré u nich vznikajú, závisia od vplyvu prostredia na génovú expresiu. Porovnanie frekvencie podobnosti pre množstvo charakteristík párov identických a dvojvaječných dvojčiat nám umožňuje posúdiť dôležitosť dedičných a environmentálnych faktorov vo vývoji ľudského fenotypu.
Monozygotné dvojčatá sú tvorené z jednej zygoty, rozdelené na dve (alebo viac) častí v štádiu drvenia. Majú rovnaké genotypy. Monozygotné dvojčatá sú vždy rovnakého pohlavia.
Špeciálnu skupinu medzi jednovaječnými dvojčatami tvoria nezvyčajné typy: dvojhlavé (zvyčajne neživotaschopné) a xifopagi („siamské dvojčatá“). Väčšina slávny prípad- Siamské dvojčatá narodené v Siame (dnes Thajsko) - Chang a Eng. Žili 63 rokov, boli manželmi dvojičiek. Keď Chang zomrel na bronchitídu, Eng zomrel o 2 hodiny neskôr. Boli spojené látkovým prepojom od hrudnej kosti k pupku. Neskôr sa zistilo, že most, ktorý ich spájal, obsahoval pečeňové tkanivo, ktoré spájalo obe pečene. Oddelenie dvojčiat v tom čase nebolo možné. Aktuálne sever a ďalšie zložité spojenia medzi dvojčatami.
Štúdium jednovaječných dvojčiat pomáha pochopiť, čo a ako u človeka určujú gény a čo nie.
Dvojvaječné dvojčatá sa vyvíjajú, keď sú dve vajíčka oplodnené dvoma spermiami súčasne. Prirodzene, dvojvaječné dvojčatá majú rôzne genotypy. Nie sú si viac podobní ako bratia a sestry; majú približne 50 % identických génov.
Rodokmeň (synonymum s genealógiou) je opis vzťahu skúmanej osoby, prezentovaný spravidla vo forme diagramu s použitím všeobecne uznávaných konvencií.
Spontánny- ide o mutácie, ktoré vznikajú spontánne, bez účasti experimentátora.
vyvolané- ide o mutácie, ktoré sú spôsobené umelo, pomocou rôznych faktorov mutagenéza.
Vo všeobecnosti sa proces tvorby mutácií nazýva tzv mutagenéza a faktory, ktoré spôsobujú mutácie, sú mutagény.
Mutagénne faktory rozdelené na fyzické,chemický a biologické.
Frekvencia spontánnych mutácií jeden gén je, pre každý gén každého organizmu má svoj vlastný.
Príčiny spontánnych mutácií nie sú úplne jasné. Kedysi sa myslelo, že sú spôsobené prirodzené pozadie ionizujúce žiarenie . Ukázalo sa však, že to tak nie je. Napríklad u Drosophila prirodzené žiarenie na pozadí nespôsobuje viac ako 0,1 % spontánnych mutácií.
OD Vek následky vystavenia prirodzenému žiareniu pozadia môžu hromadiť a u ľudí je s ňou spojených 10 až 25 % spontánnych mutácií.
Druhý dôvod spontánne mutácie sú náhodné poškodenie chromozómov a génov počas bunkového delenia a replikácie DNA v dôsledku náhodné chyby vo fungovaní molekulárnych mechanizmov.
Tretí dôvod spontánne mutácie sťahovanie podľa genómu mobilné prvky, ktorý môže byť zavedený do akéhokoľvek génu a spôsobiť v ňom mutáciu.
Americký genetik M. Green ukázal, že asi 80 % mutácií, ktoré boli objavené ako spontánne, vzniklo v dôsledku pohybu mobilných prvkov.
indukované mutácie prvý objavený v roku 1925. G.A. Nadson a G.S. Filippov v ZSSR. Kultúry plesní ožarovali röntgenovým žiarením Mucorgenevensis a dostal rozštiepenie kultúry „na dve formy alebo rasy, líšiace sa nielen od seba, ale aj od pôvodnej (normálnej) formy“. Mutanty sa ukázali ako stabilné, pretože po ôsmich po sebe nasledujúcich pasážach si zachovali svoje získané vlastnosti. Ich článok bol uverejnený iba dňa v ruštine, navyše v práci neboli použité žiadne metódy kvantifikácia pôsobenie röntgenových lúčov, takže zostalo málo povšimnuté.
AT 1927 G. G. Möller informovali o účinku röntgenových lúčov na proces mutácie v Drosophila a navrhli kvantitatívna metóda tolerancia na recesívne letálne mutácie na X chromozóme ( ClB), ktorý sa stal klasikou.
V roku 1946 bol Möller ocenený nobelová cena za objav radiačnej mutagenézy. Teraz sa zistilo, že prakticky všetky druhy žiarenia(vrátane ionizujúceho žiarenia všetkých druhov - , , ; UV lúče, infračervené lúče) spôsobujú mutácie. Volajú sa fyzikálne mutagény.
Hlavnémechanizmov ich činy:
1) porušenie štruktúry génov a chromozómov v dôsledku priama akcia na molekulách DNA a proteínov;
2) vzdelanie voľné radikály, ktoré vstupujú do chemickej interakcie s DNA;
3) niť sa pretrhne štiepne vreteno;
4) vzdelávanie diméry(tymín).
V 30-tych rokoch. bol otvorený chemická mutagenéza v Drosophila: V.V. Sacharov (1932 ), M. E. Lobašev a F. A. Smirnov (1934 ) ukázali, že niektoré zlúčeniny, ako napr jód, octová kyselina, amoniak sú schopné vyvolať recesívne letálne mutácie na X chromozóme.
AT 1939 G. Sergej Michajlovič Gershenzon(študent S.S. Chetverikov) objavil silný mutagénny účinok exogénnej DNA v Drosophila. Pod vplyvom myšlienok N.K. Koltsov, že chromozóm je obrovská molekula, S.M. Gershenzon sa rozhodol otestovať svoj predpoklad, že DNA je takouto molekulou. Izoloval DNA z týmusu a pridal ju do potravy lariev Drosophila. Medzi 15 000 kontrolnými muchami (t. j. bez DNA v krmive) nebola ani jedna mutácia a v experimente sa medzi 13 000 muchami našlo 13 mutantov.
AT 1941 Charlotte Auerbach a J. Robson to ukázal dusíkatý horčičný indukuje mutácie v Drosophila. Výsledky práce s touto chemickou bojovou látkou boli publikované až v roku 1946, po skončení 2. svetovej vojny. V rovnakom 1946 G. Rapoport(Joseph Abramovich) v ZSSR vykazoval mutagénnu aktivitu formaldehyd.
Aktuálne do chemické mutagény zahŕňajú:
a) prirodzené organické a anorganické látky;
b) priemyselné výrobky spracovanie prírodných zlúčenín- uhlie, ropa;
v) syntetické látky, ktoré sa predtým v prírode nevyskytovali (pesticídy, insekticídy atď.);
d) niektoré metabolityľudské a zvieracie organizmy.
Chemické mutagény spôsobiť prevažne genetický mutácie a pôsobia počas replikácie DNA.
Mechanizmy ich pôsobenia:
1) modifikácia základnej štruktúry (hydroxylácia, deaminácia, alkylácia);
2) nahradenie dusíkatých zásad ich analógmi;
3) inhibícia syntézy prekurzorov nukleových kyselín.
AT posledné roky použiť tzv supermutagény:
1)analógy báz;
2) pripojenia, alkylácia DNA(etylmetánsulfonát, metylmetánsulfonát atď.);
3) pripojenia, interkalačné medzi bázami DNA (akridíny a ich deriváty).
Supermutagény zvyšujú frekvenciu mutácií o 2-3 rády.
Komu biologické mutagény týkať sa:
a) vírusy(rubeola, osýpky atď.);
b) nevírusové infekčné agens(baktérie, rickettsie, prvoky, helminty);
v) mobilná genetikaprvkov.
Mechanizmy ich pôsobenia:
1) genómy vírusov a mobilné elementy sú integrované do DNA hostiteľských buniek;
indukovaná mutagenéza , od konca 20. rokov XX storočia, sa používajú na šľachtenie nových kmeňov, plemien a odrôd. Najväčšie úspechy sa dosiahli pri selekcii kmeňov baktérií a húb – producentov antibiotík a iných biologicky aktívnych látok.
Áno, podarilo sa nám zvýšiť aktivitu výrobcovia antibiotík 10-20 krát, čo umožnilo výrazne zvýšiť produkciu zodpovedajúcich antibiotík a výrazne znížiť ich náklady. Činnosť žiarivej huby - producent vitamínu B 12 podarilo zvýšiť 6 krát, a aktivita baktérie - producenta lyzínové aminokyseliny- 300-400 krát.
Použitie mutácií trpaslík u pšenice umožnilo v 60-70 rokoch dramaticky zvýšiť úrodu obilnín, čo sa nazývalo „ zelená revolúcia". Odrody trpasličej pšenice majú krátku hrubú stonku, ktorá je odolná proti poliehaniu, znesie zvýšenú záťaž z väčšieho klasu. Použitie týchto odrôd umožnilo výrazne zvýšiť výnosy (v niektorých krajinách niekoľkokrát).
Autor „zelenej revolúcie“ je považovaný za amerického chovateľa a genetika N. Borlauga, ktorý sa v roku 1944 ako 30-ročný usadil a začal pracovať v Mexiku. Za úspechy v šľachtení vysoko produktívnych odrôd rastlín mu v roku 1970 udelili Nobelovu cenu za mier.
Doteraz sme hovorili o spontánnych mutáciách, t.j. vyskytujúce sa bez známej príčiny. Výskyt mutácií je pravdepodobnostný proces, a preto existuje súbor faktorov, ktoré ovplyvňujú a menia tieto pravdepodobnosti. Faktory, ktoré spôsobujú mutácie, sa nazývajú mutagény a proces zmeny pravdepodobnosti výskytu mutácie sa nazýva indukovaný. Mutácie, ktoré vznikajú pod vplyvom mutagénov, sa nazývajú indukované mutácie.
V moderných technológiách komplexná spoločnosťľudia sú vystavení širokému spektru mutagénov, takže štúdium indukovaných mutácií je čoraz dôležitejšie.
Fyzikálne mutagény zahŕňajú všetky typy ionizujúceho žiarenia (gama a röntgenové žiarenie, protóny, neutróny atď.), ultrafialové žiarenie, vysoké a nízke teploty; k chemickým - mnohé alkylačné zlúčeniny, analógy dusíkatých báz nukleových kyselín, niektoré biopolyméry (napríklad cudzia DNA a RNA), alkaloidy a mnohé ďalšie chemické látky. Niektoré mutagény zvyšujú rýchlosť mutácie stokrát.
Medzi najviac študované mutagény patrí vysokoenergetické žiarenie a niekt chemických látok. Žiarenie spôsobuje také zmeny v ľudskom genóme, ako sú chromozomálne aberácie a strata nukleotidových báz. Frekvencia výskytu mutácií zárodočných buniek indukovaných žiarením závisí od pohlavia a štádia vývoja zárodočných buniek. Nezrelé pohlavné bunky mutujú častejšie ako zrelé; ženské pohlavné bunky sú menej časté ako mužské. Okrem toho frekvencia mutácií vyvolaných žiarením závisí od podmienok a dávky žiarenia.
Somatické mutácie vyplývajúce z ožiarenia sú hlavnou hrozbou pre populáciu, pretože objavenie sa takýchto mutácií je často prvým krokom pri tvorbe rakovinových nádorov. Jeden z najdramatickejších následkov černobyľskej havárie je teda spojený so zvýšením frekvencie výskytu odlišné typy onkologické ochorenia. Napríklad v regióne Gomel bol zistený prudký nárast počtu detí s rakovinou štítna žľaza. Podľa niektorých správ sa dnes frekvencia tohto ochorenia v porovnaní so situáciou pred úrazom zvýšila 20-krát.
Začiatkom 50. rokov 20. storočia bola objavená možnosť spomaliť alebo utlmiť rýchlosť mutácie pomocou určitých látok. Takéto látky sa nazývajú antimutagény. Bolo izolovaných asi 200 prírodných a syntetických zlúčenín s antimutagénnym účinkom: niektoré aminokyseliny (arginín, histidín, metianín), vitamíny (tokoferol, vitamín C, retinol, karotén), enzýmy (peroxidáza, NADP-oxidáza, kataláza atď.), komplexné zlúčeniny rastlinného a živočíšneho pôvodu, farmakologické látky (interferón, oxypyridíny, soli selénu atď.).
Odhaduje sa, že s jedlom človek denne prijme niekoľko gramov látok, ktoré môžu spôsobiť genetické poruchy. Takéto množstvá mutagénov by mali spôsobiť značné poškodenie v ľudských dedičných štruktúrach. Ale to sa nestane, pretože potravinové antimutagény neutralizujú účinky mutagénov. Pomer antimutagénov a mutagénov vo výrobkoch závisí od spôsobu prípravy, konzervácie a trvanlivosti. Antimutagény nie sú len zložky, ale aj produkty na jedenie vo všeobecnosti: extrakty rôzne druhy kapusta znižuje úroveň mutácií 8-10 krát, jablkový extrakt - 8-krát, hrozno - 4-krát, baklažán - 7, zelená paprika - 10-krát a list mäty - 11-krát. Medzi liečivé byliny bol zaznamenaný antimutagénny účinok ľubovníka bodkovaného.
Otázky na diskusiu:
1. Oblasť génu kódujúceho polypeptid má normálne nasledujúce poradie báz: AAGSAAASAATTAGTAATGAAGCAACCC. Aké zmeny nastanú v proteíne, ak sa počas replikácie objaví tymínová inzercia medzi druhým a tretím nukleotidom v šiestom kodóne?
2. Na mieste génu kódujúceho polypeptid je sekvencia nukleotidových báz nasledovná: GAACGATTTCGGCCAG. V mieste druhého – siedmeho nukleotidu došlo k inverzii. Určte štruktúru polypeptidového reťazca v normálnej a po mutácii.
Mutácie sa môžu vyskytnúť spontánne alebo v dôsledku indukcie. V šľachtiteľských programoch možno využiť oba typy dedičnej variability.
Veľká prirodzená variabilita, ktorá v kukurici existuje, je spôsobená spontánnymi mutáciami, ku ktorým došlo počas nespočetných generácií v minulosti. Značná časť šľachtiteľskej práce kukurice je založená na využívaní spontánnych mutácií ekonomického významu. Patria sem mutácie, ktoré menia sadu aminokyselín, ako je nepriehľadná-2, múčnatá-2, a mutácie, ktoré menia typ škrobu – voskový a cukornatý 2 atď. Hoci sa kukurica nahromadila veľké číslo spontánne mutácie, zvyčajne sa nevyskytujú dostatočne často, aby poskytli množstvo a typy variácií potrebných v šľachtiteľských programoch. Preto pri pokuse o získanie vysokej frekvencie priaznivých indukovaných mutácií sa používajú rôzne mutagénne činidlá.
Spontánne a indukované chromozomálne aberácie sú v podstate rovnaké. Pre chovateľa však zo všetkých typov mutácií majú najväčšiu hodnotu skutočné zmeny molekulárnej štruktúry alebo skutočné génové mutácie. Napriek starostlivo vykonaným experimentom sa nepodarilo nájsť absolútne presvedčivé dôkazy o výskyte indukovaných skutočných génových mutácií v kukurici.
Meller v Texase a Stadler v Missouri, prvý, kto skúma akciu vystavenie röntgenovému žiareniu u rastlín a zvierat zistili, že rýchlosť mutácií sa môže dramaticky zvýšiť. V rastlinách boli mutácie vyvolané ošetrením peľu, mladých embryí alebo semien. Liečba zahŕňala röntgenové lúče, ultrafialové lúče, rádium, teplota, elektrina, horčičný plyn, chemikálie, gama žiarenie a starnutie semien.
Premenlivé systémy môžu byť použité ako nástroje na šľachtenie rastlín. Premenlivý systém obsahuje génovú zložku alebo kontrolný prvok, ktorý modifikuje a riadi činnosť génov. Dollinger vyvinul metódu, ktorá umožňuje použitie premenlivého systému na šľachtenie rastlín. Mutácie môžu byť dominantné alebo recesívne. Načrtol metódu výberu rastlín odolných voči hnilobe stoniek zo zavedených inbredných línií kukurice a navrhol to isté všeobecná metóda možno použiť na zmenu pôsobenia génov v lokusoch, ktoré kontrolujú iné znaky.
Russell a spol. V každej zo šiestich študijných skupín materiál pozostával z 31 potomkov reprezentujúcich päť dichotomických generácií. Odhadovaná rýchlosť mutácie bola 2,8 mutácie na 100 testovaných gamét.
Balint a Sutka uviedli indukované mutanty v inbredných líniách kukurice. Zmeny medzi dlhodobými inbrednými líniami kukurice zaznamenali Fleming a kol., Fleming, El-Eryani a Fleming, Higgs a Russell, Grogen a Francis. Fenotypovú stabilitu systematických genotypových sérií kukurice uviedli Rowe a Andrew. O hybridnej expresii mutácií ovplyvňujúcich kvantitatívne znaky v inbredných líniách diskutovali Bush a Russell.
Chovatelia kukurice preskúmali veľké množstvo kombinácií génových mutácií, ktoré ovplyvňujú vlastnosti semien. Fenotypy zŕn s viacerými génovými mutáciami a ich interakcie opísali Kramer, Pfahler a Whistler a Krich. Garwood a Creech opísali fenotypy kukuričných zŕn nesúcich jeden až štyri mutantné gény.
Smith a von Borstel informovali o indukovaných a geneticky upravených mechanizmoch na produkciu dominantných letálnych mutácií a o tom, ako by sa dali použiť na eradikáciu alebo kontrolu populácií škodcov. Ich článok hovorí o:
1. Dominantná letalita vyvolaná žiarením.
2. Vytvorená dominantná letalita.
3. Kontrola populácie indukovanou dominantnou letalitou.
4. Kontrola populácie prostredníctvom vytvorenej dominantnej letality.
5. Kontrola populácie na základe indukovanej dedičnej sterility.
6. Kontrola populácie na základe umelej dedičnej čiastočnej sterility.
7. Recesívne podmienene letálne mutácie.
8. Dominantné podmienene letálne mutácie.
9. Podmienečne smrteľné mutácie: genetická „časovaná bomba“.
10. Kinetika znižovania populácie mužskou sterilitou.
11. Špeciálne otázky a podmienky.
Indukcia genetických zmien sa zlepší, keď sa skombinujú dva faktory: citlivosť detekcie a detekčných metód a efektívna aplikácia látky spôsobujúce mutácie alebo mutagény.
Prvé experimenty ukázali, že frekvencia indukovaných mutácií silne závisí od dávky žiarenia: čím vyššia je dávka, tým vyššia je frekvencia mutácií. Táto súvislosť medzi žiarením a mutáciou bola interpretovaná tak, že gén je „cieľ“ a jeho mutácie sú spôsobené jednotlivými „zásahmi“ žiarenia. Existujú dôkazy, že samotná teória cieľa nedokáže ďalej uspokojivo vysvetliť účinky žiarenia.
Mutagénne látky a interpretácia ich pôsobenia diskutovali Sparrow, Auerbach, Haas, Dowdney a Kada.
Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.