Практическая работа. Мутации. Критерии множественного аллелизма

Задание. 1. Ознакомиться с типами структурных изменений хромосом и методами их изучения. 2. Определить митотическую активность в меристеме корешков лука-батуна после обработки мутагеном и сравнить с контролем. 3. Установить наличие и про­цент аберраций хромосом у мутантов. 4. Определить типы аберраций.

Материал и оборудование. 1. Препараты срезов корешков лука-батуна (контрольных и после обработки мутагенами пророс­ших семян). 2. Микроскоп с рисовальным аппаратом.

Пояснения к заданию. Любым структурным изме­нениям хромосомы предшествует ее разрыв, при ко­тором получаются два новых «клейких» конца. Такие «клейкие» концы способны соединиться с любым дру­гим (но только «клейким») концом. Если соединяются концы, возникшие при одном разрыве, восстанавли­вается целость хромосомы — структурных изменений не происходит. В случае же соединения концов, воз­никших при разных разрывах, получается новое расположение генов в хромосоме, т. е. появляются струк­турные изменения хромосом.

Характер хромосомных аберраций зависит от со­стояния, хромосомы в момент воздействия мутаген­ного фактора. Если хромосома находится в состоянии одиночной нити, то в период S интерфазы она удваивается и аберрация сохраняется в обеих хроматидах, т. е. возникают хромосомные аберрации (рис.7). Если мутаген действует на хромосому, находящую­ся в состоянии двойной нити (периоды S и G₂ интер­фазы, профаза и метафаза митоза), аберрация может образоваться в каждой нити отдельно. В этом случае возникают так называемые хроматидные аберрации.

Рис. 7. Характер перестроек хромосом в митотическом цикле клетки.

Различают внутри и межхромосомные аберрации. К внутрихромосомным относятся делеции, инверсии и дупликации.

Делеция (нехватка)—выпадение участка хро­мосомы, содержащего один или несколько генов. В случае утери хромосомой концевого участка возни­кает концевая делеция, при утере внутреннего уча­стка — интерстициальная делеция.

Инверсия — разрыв хромосомы в двух местах одновременно с сохранением внутреннего участка, ко­торый поворачивается на 180°. Инверсия может быть парацентрической, если оба разрыва происходят в од­ном плече хромосомы, или перицентрической, если разрывы происходят по обе стороны от центромеры (в обоих плечах одновременно).

Дупликация — удвоение одного и того же уча­стка хромосомы, содержащего одни и те же гены.

Межхромосомными аберрациями называют струк­турные изменения, затрагивающие одновременно две или более негомологичные хромосомы. К таким струк­турным изменениям хромосом относятся трансло­кации.

Транслокация — обмен участками между не­гомологичными хромосомами.

Организмы, в клетках которых имеются хромосом­ные аберрации, чаще всего бывают маложизнеспособ­ны или нежизнеспособны.

Изучение хромосомных аберраций можно прово­дить двумя методами — метафазным и анафазным. Метафазныи метод заключается в анализе аберраций в метафазе митоза. Он довольно точен, но в связи с тем, что у многих растений хромосомы распознавать в метафазе трудно, его используют лишь для объек­тов, имеющих четко различимые хромосомы, напри­мер скерды. Анафазный метод пре­дусматривает анализ хромосомных аберраций в ана­фазе митоза. Чаще всего они представляют собой мосты (рис. 8.) и фрагменты. Их образование можно, например, представить так, что при разрыве обеих хроматид в результате репликации образуются две сестринские хромосомы с разрывом в одном и том же месте. В дальнейшем при соединении концов сестринских хромосом, как правило, получаются две новые хромосомы: одна без центромеры (ацентрическая), другая с двумя центромерами (дицентрическая). В анафазе митоза дицентрическая хромосома одно­временно тянется к обоим полюсам, образуя мост. Ацентрическая хромосома (фрагмент) располагается случайно и в дальнейшем элиминируется. В описан­ном случае происходит дупликация и делеция одно­временно. Если в анафазе образуются не мосты, а лишь беецентромерные фрагменты,— значит, налицо структурные изменения типа делеций. Удобный объект для изучения хромосомных аберраций — проросшие семена лука-батуна, ячменя и других растений, пред­варительно обработанные химическими мутагенами или облученные гамма-лучами в соответствующей дозе.

Изучение хромосомных аберраций следует про­водить в самом начале прорастания корешков, на первых митотических делениях клеток меристемы.

Выполнение задания. 1. Семена лука-батуна зама­чивают на 50 ч при температуре 24 °С. К этому вре­мени корешки обычно достигают длины 5 мм.

Рис.8. Анафаза митоза в меристематической клетке зародышевого кроешка ячмена после воздействия мутагена.