Хромосомные перестройки, их классификация. Особенности мейоза при различных типах перестроек.
Они представляют собой перемещения генетического материала, приводящие к изменению структуры хромосом в пределах кариотипа. В такие перестройки могут быть вовлечены участки одной хромосомы или разных - негомологичных - хромосом. В соответствии с этим критерием выделяют аберрации внутрихромосомные и межхромосомные .
Внутрихромосомные перестройки подразделяют на дефишенси, или концевые нехватки; делеции - выпадения частей хромосомы, не захватывающие теломеру; дупликации, или удвоения (умножения) части хромосомы; инверсии - изменения чередования генов в хромосоме вследствие поворота участка хромосомы на 180°.
Межхромосомные перестройки включают транслокации - перемещения части одной хромосомы на другую, не гомологичную ей.
Особое положение занимают транспозиции и инсерции - изменения локализации небольших участков генетического материала, включающих один или несколько генов. Транспозиции могут происходить как между негомологичными хромосомами, так и в пределах одной хромосомы, поэтому занимают промежуточное положение между внутрихромосомны- ми и межхромосомными перестройками.
С точки зрения цитологически регистрируемых картин аберрации подразделяют на хромосомные и хроматидные. Эта классификация связана исключительно со временем возникновения перестроек - до или после репликации хромосом.
Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия.
Геномные мутации – это мутации, обусловленные изменением числа хромосом в кариотипе организма.
Полиплоидия – изменение числа хромосом, пропорциональное (кратное) гаплоидному n. Например, n, 3n, 4n. Возникают в результате нарушений клеточных делений: разрушения веретена деления.
В
озникает
при нарушении расхождения хромосом
при митозе или мейозе.
Рис. 1. Возникновение полиплоидии
В результате хромосомный набор клетки становится триплоидным 3n, тетраплоидным 4n, гексаплоидным 6n и т. д.
Рис. 2. Полиплоидные наборы хромосом
Полиплоиды широко распространены у высших растений. Встречаются у низших одноклеточных эукариот: простейших, грибов и водорослей.
Полиплоидия широко используется в селекции растений. Полиплоидные растения, как правило, характеризуются более мощным ростом, большей продуктивностью, жизнеспособностью. Для получения полиплоидных растений используют колхицин, который разрушает нити веретена деления и приводит к образованию полиплоидных геномов.
Анеуплоидия (гетероплоидия) — некратное изменение числа хромосом 2n±1, 2n±2...
Этот вид мутаций может быть обусловлен избытком или недостатком одной или нескольких хромосом. Причиной гетероплоидии является нарушение расхождения гомологичных хромосом при мейозе. В одну гамету попадают обе гомологичные хромосомы, а в другую — ни одной. Слияние такой гаметы с нормальной и приводит к образованию зиготы с большим или меньшим числом хромосом по сравнению с исходным хромосомным набором.
Различают следующие формы анеуплоидии:
трисомия (2n+1) — три хромосомы в одной из пар (трисомия по 21-й паре хромосом у человека — синдром Дауна);
моносомия (2n−1) — недостаток одной хромосомы (моносомия по X-хромосоме — синдром Шерешевского-Тернера);
нуллисомия (2n−2) — отсутствие пары гомологичных хромосом (летальная мутация).
По типу вовлеченных хромосом различают анеуплоидию половых хромосом и аутосомную. Первая характеризуется более мягкими фенотипическими проявлениями.
Изменение кариотипа вызывают нарушения сегрегации хромосом в митозе или мейозе. В случае если гомологичные хромосомы одной или нескольких пар в анафазе I мейоза не расходятся, то развивается врожденная анеуплоидия.
Моносомия по Х-хромосоме является причиной синдрома Шерешевского-Тернера. Таким нарушением страдают исключительно женщины. Они имеют нормальное интеллектуальное развитие и ведут полноценный образ жизни, однако для больных характерны бесплодие, пороки развития внутренних органов и другие внешние признаки хромосомной патологии.
Жизнеспособная форма трисомии возможна только по хромосоме 21, однако она приводит к развитию синдрома Дауна. Трисомия по хромосоме 13 является причиной синдрома Патау, по хромосоме 18 — синдрома Эдвардса. Они характеризуются ранней постнатальной смертностью.
Трисомии половых хромосом встречаются чаще. Одной из форм подобного типа анеуплоидии является синдром Клайнфельтера. Для него характерно наличие мужской Y-хромосомы при одной или двух лишних Х-хромосомах. Страдающие синдромом Клайнфельтера вследствие анеуплоидии — мужчины, имеющие некоторые женские вторичные половые признаки. Обычно они бесплодны и имеют низкий уровень интеллектуального развития.
Синдром трипло-X является такой формой анеуплоидии, при которой у женщины присутствует лишняя Х-хромосома. В основном больные имеют нормальное физическое и психическое развитие, хромосомные аномалии у них выявляются, как правило, случайно. При синдроме трипло-X анеуплоидия не приводит к аномалиям полового развития, однако повышен риск спонтанных выкидышей и хромосомных патологий у потомства. Лишь у некоторых женщин присутствуют нарушения репродуктивной функции.
Лишняя Y-хромосома у мужчин является синдромом, при котором анеуплоидия развивается вследствие слияния нормальной яйцеклетки со сперматозоидом, являющимся носителем второй Y-хромосомы. Патология выявляется случайно, обычно носители не знают о ее наличии. Для таких мужчин характерен более высокий рост, небольшие нарушения координации движений, у половины из них имеются трудности с обучением, нарушения речи и письма.