Геномные мутации

Представляют собой изменение числа хромосом: полиплоидия, гаплоидия (моноплоидия), анеуплоидия, центрическое слияние, центрическое разделение.

В полиплоидии различают:

– автополиплоидию,

– аллополиплоидию.

При автополиплоидии (аутополиплоидия) удваивается число хромосом исходного вида. В природных условиях полиплоиды более изменчивы, легче приспосабливаются к новым условиям обитания. Тетраплоиды обычно крупнее своих диплоидных сородичей из-за увеличения размера клеток. Они имеют большую массу листьев, стеблей, плодов, семян, что представляет интерес для сельского хозяйства.. В результате скрещивания тетраплоидов с диплоидами получают триплоиды. У животных автополиплоидия распространена реже. Она встречается в основном среди гермафродитов, например, у земляных червей; у видов с партеногенетическим размножением. Причина более редкой встречаемости автополиплоидии у животных заключается, прежде всего, в том, что: 1) полиплоидия нарушает баланс между аутосомами и половыми хромосомами. Отклонение от диплоидности часто вызывает

стерильность; 2) сложно встретить партнера для размножения со сходным генотипом.

Аллополиплоидия – удвоение числа хромосом у межвидовых и межродовых гибридов. Впервые путь получения плодовитых гибридов был показан Карпеченко в 1927 г. Он получил фертильный аллополиплоид при межродовых скрещиваниях редьки и капусты, У каждого из видов число хромосом одинаково (2n = 18). Они дают гаметы с 9 хромосомами. При слиянии гамет образовавщийся гибрид с 18 хромосомами оказался стерильным. От этого гибрида путем слияния нередуцированных гамет был получен фертильный аллотетраплоид. Он имел 36 хромосом (по 18 от каждого исходного вида) – RRBB.

Гибрид совмещал признаки редьки и капусты. При самоопылении он оставался константным. Плодовитый гибрид получил название рафанобрассика. Благодаря работам Карпеченко, его последователям удалось показать, каким путем идет спонтанное видообразование в природных условиях.

Гаплоидия связана с уменьшением числа хромосом, кратных геному. Гаплоидное состояние нормально для некоторых грибов, водорослей, самцов насекомых. Если же гаплоидными оказываются организмы, которые в норме содержат диплоидный набор хромосом, то они, как правило, становятся миниатюрными с мелкими клетками и стерильными.

Анеуплоидия возникает в результате изменения числа хромосом, не кратных гаплоидному. При этом число хромосом может увеличиваться или уменьшаться: (2n + 1) – трисомия, (2n + 2) – тетрасомия, (2n – 1) – моносомия, (2n – 2) – нуллисомия. У животных и человека лишняя хромосома часто приводит к депрессии развития, и даже летальности. Например, трисомия по хромосомам с 1 по 12 приводит к серьезным органическим нарушениям и выкидышам. Трисомия по 21 хромосоме – к синдрому Дауна. В процессе эволюции могут происходить центрические слияния и центрические разделения. Процесс слияния двух акроцентрических хромосом в одну метацентрическую или диссоциация одного метацентрика в два акроцентрика был назван робертсоновским процессом. Предполагается, что в эволюционной линии, приведшей к возникновению человека, произошла, по крайней мере, одна робертсоновская перестройка. У человека вторая крупная хромосома соответствует 12 и 13 у шимпанзе

18.Эпигенетическая изменчивость. Значение форм изменчивости в эволюции и селекции.

Эпигенетическим наследованием называют наследуемые изменения в фенотипе или экспрессии генов, вызываемые другими механизмами, чем изменение последовательности ДНК (приставка эпи- означает в дополнении). Такие изменения могут оставаться видимыми в течение нескольких клеточных поколений или даже нескольких поколений живых существ.В случае эпигенетического наследования не происходит изменения последовательности ДНК, но другие генетические факторы регулируют активность генов. Лучшим примером эпигенетических изменений для эукариот является процесс дифференцировки клеток. В течение морфогенеза тотипотентные стволовые клетки становятся плюрипотентными линиями клеток, которые в тканях эмбриона затем превращаются в полностью дифференцированные клетки. Единственная клетка — зигота — оплодотворенная яйцеклетка дифференцируется в различные типы клеток: нейроны, мышечные клетки, эпителиальные клетки, клетки кровеносных сосудов и многие другие. В процессе дифференцировки активируются одни гены и инактивируются другие.Известные эпигенетические механизмы: метилирование ДНК; ремоделирование хроматина; регуляция на уровне РНК; в частности, РНК-интерференция; прионизация белков; инактивация X-хромосомы.Метилирование ДНК и ремоделирование хроматина.Поскольку фенотип клетки или организма в целом зависит от того, какие гены транскрибируются, наследование транскрипционного статуса генов может приводить к эпигенетическим эффектам. Есть несколько уровней регуляции экспрессии генов, первый из которых — ремоделирование хроматина — комплекса ДНК и ассоциированных белков — гистонов. Ремоделирование хроматина может иницироваться посттрансляционной модификацией аминокислот гистонов, например, их метилированием и химической модификацией азотистых оснований, например, метилированием цитозина.Посттранскрипционная регуляцияИногда результат транскрипции гена напрямую или косвенно регулирует активность того же гена. Например, факторы транскрипции Hnf4 и MyoD усиливают экспрессию многих генов в печени и мышцах. Другие эпигенетические изменения регулируются при экспрессии разных сплайсосомных вариантов мРНК или при формировании двуцепочечных молекул РНК (RNAi). Эти гены зачастую включаются и выключаются с помощью сигнальных систем клетки, но иногда в синцитии РНК передаётся между клетками путём диффузии.

19.Доказательства роли ДНК как материального носителя наследственности. Структура ДНК, объясняющая её роль как материального ноителя наследственности.

Молекула ДНК была открыта И.Мишером (Швейцария, 1869) в клеточных ядрах. Позднее было установлено, что ДНК составляет основу хромосом ядра.

В 1943 году О. Т. Эвери, К. МакЛеод, М.МакКарти обнаружили, что ДНК, выделенная из вирулентного штамма бактерии Streptomyces pneumo-пше, переводила невирулентный штамм этой бактерии в вирулентную форму. Значит, ДНК, выделенная из вирулентного штамма, несет наследуемую генетическую информацию, дающую признак вирулентности; эта информация включается в ДНК невирулентных клеток реципиента.

Тщательный анализ ДНК самых различных организмов показал, что количественное соотношение отдельных оснований в молекуле ДНК варьирует в широких пределах, но при этом всегда сохраняется соотношение 1: 1 между А и Г, с одной стороны, и Г и Ц - с другой.

Обобщив результаты многочисленных исследований молекул нуклеиновых кислот, Э.Чаргафф сформулировал следующие правила:

1) препараты ДНК, полученные из разных тканей одного и того же вида, имеют одинаковый нуклеотидный состав;

2) нуклеотидный состав у разных видов неодинаков;

3) нуклеотидный состав ДНК у данного конкретного вида не меняется с возрастом организма;

4) число адениновых остатков в любой молекуле ДНК независимо от видовой принадлежности организма равно числу тиминовых остатков, а число гуаниновых остатков равно числу цитозиновых остатков.

Молекула ДНК, согласно модели Дж.Уотсона и Ф.Крика (Великобритания, 1953), представляет собой две полимерные цепочки, закрученные одна вокруг другой в виде спирали. Модель состоит из двух цепей ДНК, закрученных в спираль вправо вокруг одной оси с образованием двойной спирали

Оказалось, что две противоположно направленные (антипараллельные ) (их 5'и 3'-межнуклеотидные мостики направлены в противоположные стороны) цепи ДНК спирально переплетаются; они удерживаются между собой азотистыми основаниями А―Т и Г—Ц. При этом пуриновые основания связаны слабыми водородными связями с пиримидиновыми основаниями. Этими же связями удерживаются вместе две цепи всей молекулы.

Аденин всегда связан с тимином (А + Т), а гуанин с цитозином (Г+Ц). Эти пары азотистых оснований, дополнительны (комплементарны) по отношению друг к другу. Дополнительны и обе цепочки молекул ДНК. Схематически молекула ДНК может быть изображена в виде винтовой лестницы, ступени которой — это пары азотистых оснований, а боковые стороны — молекулы дезоксирибозы и фосфорной кислоты.

Расстояние между нуклеотидами 3,4 А, диаметр двойной спирали равен 20 А.

Один полный оборот спирали включает 10 нуклеотидов и занимает расстояние 34 А.

Молекула ДНК на всем протяжении состоит из параллельных нитей и имеет поперечник, равный 20А. Это возможно только благодаря тому, что пуриновые основания, имеющие длину кольца 12 А, соединяются с пиримидиновыми основаниями с длиной кольца 8 А.

С помощью модели Уотсона — Крика удалось объяснить многие важные биологические свойства ДНК, эта модель общепризнанна.

Одно из важнейших свойств ДНК — это способность ее к самоудвоению (репликации). В течение двух клеточных поколений ДНК хромосом Еscherichia coli метили радиоактивным изотопом водорода — тритием (³Н-тимидином). На полученных радиоавтографах были видны нити ДНК в момент раскручивания (V-образная форма) и образование новых двойных цепей.

Убедительные доказательства самокопирования ДНК были также получены в опытах с выращиванием бактерий в среде, содержащей тяжелый азот (¹⁵N). В азотистых основаниях ДНК таких бактерий через некоторое время обычный азот ¹⁴N был полностью заменен изотопом ¹⁵N. Тогда бактерии, содержащие тяже­лую ДНК, переносили в среду с ¹⁴N, где они некоторое время росли. Очевидно, на этой среде вновь синтезированная ДНК бактерий должна содержать обычный азот ¹⁴N и быть легкой. Исходя из гипотезы Уотсона — Крика о репликации ДНК путем разделения цепей, можно было предполагать, что плотность молекулы ДНК в различных генерациях бактерий будет неодинаковой.

В первом поколении потомство перенесенных бактерий должно иметь ДНК средней плотности, так как ее молекулы «гибридные»: они состоят из одной тяжелой и одной легкой цепей. ДНК, выделенная из бактерий второго поколения, должна представлять собой смесь молекул двух плотностей. Та половина ДНК, которая составлена из двух легких цепей, должна иметь нормальную плотность, а та, в состав которой вошла одна тяжелая и одна легкая цепь, должна быть полутяжелой.

ДНК из бактерий второго поколения была путем центрифугирования разделена на две фракции: одна из них в сравнении с тяжелой родительской действительно оказалась легкой, вторая — полутяжелой.

Таким образом, поведение ДНК в точности соответствовало предсказаниям, сделанным на основе гипотезы Уотсона — Крика.

Date: 2015-09-24; view: 536; Нарушение авторских прав