Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эволюционная генетика. Ч.2. Учебно-методическое пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.Н. Стегний
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА
Учебно-методическое пособие
Часть 2
Томск
Издательство Томского государственного университета
2022
УДК 575
ББК 28.52
С79
Стегний В.Н.
С79 Эволюционная генетика : учебно-методическое пособие.
Часть 2. – Томск : Издательство Томского государственного
университета, 2022. – 124 с.
В данной книге представлена оригинальная учебно-методическая разработка, соответствующая учебному плану Биологического института
Томского государственного университета. В пособии представлены развёрнутый план лекций, экзаменационные вопросы и рекомендуемая литература.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 020200 Биология, преподавателей университетов, медицинских,
педагогических и сельскохозяйственных вузов.
УДК 575
ББК 28.52
© Стегний В.Н., 2022
© Томский государственный университет, 2022
2
СОДЕРЖАНИЕ
6. Современная типология мутаций ........................................................ 5
6.1. Определение термина. Типы мутаций ............................................ 6
6.2. Системные мутации ......................................................................... 10
6.3. Значение архитектоники хромосом
как формы эпигенетического контроля
онто- и филогенеза эукариот ............................................................ 16
6.4. Архитектоника хромосом и онтогенез в терминах
«морфогенетического поля» ........................................................... 23
7. Генетические аспекты сальтационного видообразования ............. 30
7.1. История генетических представлений
о сальтационном видообразовании ................................................. 30
7.2. Концепции генетики сальтационного
видообразования в ХХ в. .................................................................. 32
7.3. Генетические
видообразования и макрогенеза ...................................................... 40
8. Сальтационное видообразование у эукариот
на основе системных и геномных мутаций ....................................... 50
8.1. Жёсткий инбридинг при экстремальных
условиях среды – важнейший фактор
видообразования и формирования
внутривидового генетического полиморфизма ............................. 52
8.2. «Сценарий» сальтационного видообразования
на основе системных мутаций ......................................................... 64
9. Реорганизация видовых геномов при эволюционной
специализации таксонов ........................................................................ 71
9.1. Понятия эволюционно лабильных и
консервативных видов геномов ........................................................ 71
9.2. Геномные характеристики эволюционно лабильных
и эволюционно консервативных видов ........................................... 75
9.3. Принципы возникновения новых таксономических групп .......... 82
модели сальтационного
эволюционно
3
10. Общие проблемы биогенеза ............................................................... 89
10.1. Проблемы систематики и филогении
на генетическом уровне ................................................................ 91
10.2. Проблема и ревизия понятий «мегаэволюции»,
«макроэволюции» и «микроэволюции» ..................................... 104
10.3. Критический анализ экологических рамок
разноуровневых таксонов ............................................................. 112
Литература ………………………………………………………..……... 120
Перечень вопросов к зачёту (экзамену)
по дисциплине «Эволюционная генетика»…………………….…….. 122
4
6. СОВРЕМЕННАЯ ТИПОЛОГИЯ МУТАЦИЙ
6.1. Определение термина. Типы мутаций
Исторически термин «мутация» принадлежит французскому
ботанику Дюшену, который в XVIII в. обозначил наследуемые изменения количества листьев в мутовке у клевера. В XIX в. палеонтолог Вааген использовал термин «мутация» по отношению к ископаемым раковинным моллюскам для описания изменений
структуры раковин у моллюсков на протяжении сотен тысячелетий, т.е. филетических преобразований
В современном толковании термин «мутация» предложил голландский ботаник Г. Де Фриз в начале ХХ в. – скачкообразные
наследуемые изменения растительных форм. Основные положения
теории мутаций Г. Де Фриза актуальны и в настоящее время:
1) мутации возникают скачком;
2) мутации необратимы, устойчивы;
3) мутационный процесс происходит в разных направлениях,
сходные
мутации могут возникать повторно.
Процесс образования мутаций называется мутагенезом.
Мутационный процесс является основой наследственной из-
менчивости и представляет элементарный эволюционный материал. Под мутацией в общебиологическом смысле понимается дискретное изменение наследственной информации особи. С эволюционной точки зрения для эукариот, размножающихся половым
путём, важно различать мутации в соматических тканях
в тканях половой системы (герминативной). Именно последние –
эволюционно значимы.
Все известные мутации до открытия системных мутаций
(Стегний, 1979) были подразделены на три группы: генные
в ходе эволюции.
и мутации
5
(точковые), хромосомные и геномные. Преобладающее боль-
шинство генных мутаций относится к разряду аллельных вариантов того или иного гена и являются обратимыми. Этой группе, по нашему мнению, наиболее соответствует термин «геновариация», предложенный С.С. Четвериковым в 1926 г. и, к сожалению, вышедший из употребления. Другие генные мутации
(микроделеции
) могут быть необратимыми. По определению
Р. Гольдшмидта, генные мутации относятся к уровню микромутаций и по аналогии с термином «микроэволюция» Ю.А. Филипченко имеют значение для внутривидовой генетической
адаптации, но не для видообразования.
Большинство хромосомных мутаций связано с изменением
линейного расположения хромосомных блоков внутрихромосомного характера (инверсии) или межхромосомного (
транслокации, центрические слияния). Эти типы перестроек связаны не
с количественными изменениями хромосомного материала, а
лишь с его перераспределением в пределах одной хромосомы
или всего набора. Другие хромосомные перестройки (типа дупликаций или делеций) изменяют количество хромосомного материала. Есть основания считать, что все типы хромосомных
мутаций, за исключением центрических слияний
, относятся к
разряду необратимых уникальных событий в смысле локализации хромосомных разрывов, возникающих при образовании
этих перестроек. Уникальность хромосомных перестроек подчеркивает их принципиальное отличие от генных (аллельных)
мутаций и особое значение в эволюционных событиях. Хромосомные перестройки, имеющие адаптивное значение, играют
большую роль во внутривидовых (микроэволюционных) процессах, например,
инверсионный полиморфизм. Наряду с этим
перестройки участвуют в видообразовательных событиях, т.е.
имеют макроэволюционное значение (фиксированные инверсии,
транслокации, центрические слияния и др.). Однако, как ранее
было показано, одни и те же (по локализации) инверсии не мо-
6
гут играть роль полиморфных у одних видов и быть фиксированными у других. В связи с этим общепринятая точка зрения,
что инверсионный полиморфизм может быть основой видообразования (с фиксацией инверсий), представляется ошибочной,
как и принцип – «от полиморфизма к видообразованию».
Геномные мутации связаны с изменением в числе хромосом
и бывают кратными
(например, полиплоидия) и некратными
(анеуплоидия). По мнению В. Гранта (1991), подавляющее
большинство папоротникообразных и покрытосеменных растений произошло за счет полиплоидии.
В современной трактовке в генетических системах живых организмов следует различать четыре уровня мутаций, соответствующих изменениям ДНК, хромосом и геномов в целом:
1. Генные мутации.
2. Хромосомные мутации.
3. Геномные мутации.
4. Системные мутации.
Генетические изменения на этих четырёх уровнях бывают
количественными и качественными, а классификация мутаций
представлена на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Классификация мутаций
7
Приведенная схема мутационных изменений отражает только
канонические типы мутагенеза, фиксирующие эволюционно
значимые изменения наследственного аппарата.
Макроэволюционные преобразования связаны со всеми типами мутаций, причём главным аспектом макроэволюционных
изменений является их необратимость. В этом плане генные мутации, связанные с заменой нуклеотидов, являются обратимыми
и у эукариот относятся в основном к микроэволюционным
бытиям.
со-
Генные мутации – изменения молекулярной структуры ДНК
(реже РНК), возникающие в результате замен, вставок или выпа-
дения (делеций) нуклеотидов. Генные мутации – замены нуклеотидов принципиально отличаются от всех других типов мутаций
тем, что они могут повторно возникать в одних и тех же генах.
Второй важный аспект таких мутаций заключается в том,
что мутирование может осуществляться в прямом и обратном направлении. Бытующее до сих пор представление о случайности мутаций
требует серьезной ревизии. Уровень естественного мутационного
процесса очень относителен. Вспышки мутабильности отдельных
генных локусов (в сотни раз выше нормы) могут быть спровоцированы встраиванием мобильного генетического элемента (МГЭ)
вблизи конкретного генного локуса
. Это резко повышает мутабильность локуса и приводит к появлению большого числа аллелей. Мобильные генетические элементы (МГЭ) были открыты в
1980-х гг. Е.В. Ананьевым, Г.П. Георгиевым, В.А. Гвоздевым в
СССР и Д. Хогнессом в США. Сейчас они известны у многих организмов (от прокариот до человека
). МГЭ эукариот делятся на 2
класса:
1) ретротранспозоны – элементы, которые перемещаются, используя обратную транскрипцию, причем на концах имеют длинные повторы (ретровирусные) или не имеют, но кодируют ген ревертазы (невирусные);
8
2) транспозоны, имеющие на концах короткие обращенные по-
вторы и в середине – ген, кодирующий транспозазу.
МГЭ в случаях их активации внедряются в различные участки
хромосом, вызывая не только высокую мутабильность локусов (Рэлемент), но и многочисленные разрывы хромосом и их перестройки (гибридный дисгенез). Но наиболее важным обстоятельством является то,
что МГЭ затрагивают в основном генеративную
систему клеток, создавая там нестабильность генома и провоцируя
эволюционно значимые реорганизации.
Хромосомные мутации – изменения в структуре хромосом,
возникающие вследствие перегруппировки, выпадения или добавления участков хромосом. Большинство хромосомных мутаций
связано с изменением линейного расположения хромосомных блоков внутрихромосомного характера (инверсии) или межхромосомного (транслокации,
центрические слияния). Эти типы перестроек
связаны не с количественными изменениями хромосомного материала, а лишь с его перераспределением в пределах одной хромосомы или всего набора. Другие хромосомные перестройки (типа
дупликаций или делеций) изменяют количество хромосомного материала. Есть основания считать, что все типы хромосомных мутаций, за исключением центрических слияний
, относятся к разряду
необратимых уникальных событий в смысле локализации хромосомных разрывов, возникающих при образовании этих перестроек
Повторное возникновение одной и той же хромосомной мутации
практически исключено. Уникальность хромосомных перестроек
подчеркивает их принципиальное отличие от генных (аллельных)
мутаций и особое значение в событиях биогенеза. Хромосомные
перестройки, имеющие адаптивное значение, играют
большую
роль во внутривидовых (микроэволюционных) процессах, например, инверсионный полиморфизм. Наряду с этим перестройки
участвуют в видообразовательных событиях, т.е. имеют макроэволюционное значение (фиксированные инверсии, транслокации,
центрические слияния и др.). Однако, одни и те же (по локализа-
9
ции) инверсии не могут играть роль полиморфных у одних видов и
быть фиксированными у других. В связи с этим общепринятая
точка зрения, что инверсионный полиморфизм может быть основой видообразования (с фиксацией инверсий), представляется
ошибочной, как и принцип – «от полиморфизма к видообразованию» (Стегний, 1984, 1993).
Геномные мутации – изменения в числе хромосом. Суще
ствуют кратные изменения в числе хромосом (полиплоидия, гаплоидия), уменьшение или увеличение числа отдельных хромосом
(гетероплоидия, анеуплоидия, Робертсоновские слияния и др.).
Некратные изменения в числе хромосом – анеуплоидию и Робертсоновские слияния я отношу к геномным мутациям. Автополиплоидия – удвоение числа хромосом (наиболее часто встречается у
покрытосеменных растений). Аллополиплоидия – увеличение чис
ла хромосом, возникающее при гибридизации видов с разными
хромосомными числами.
Системные мутации – изменения в пространственной организации хромосом в интерфазном ядре за счет изменения хромосомно-мембранных взаимоотношений.
6.2. Системные мутации
В чем же заключается отличие принципиально нового типа хромосомной реорганизации, впервые обнаруженного мной у малярийных комаров,
названной системной мутацией (Стегний, 1979), от
вышеприведенных общеизвестных типов мутаций? Системные мутации не связаны ни с изменением генного состава, ни с изменением
линейной хромосомной структуры, ни с изменением в количестве
хромосом. Системные мутации возникают в результате пространственной реорганизации интерфазных хромосом в ядре за счет изменения хромосомно – мембранных взаимоотношений. Системные
мутации в своем происхождении связаны с перестройкой хромоцен-
-
-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]