Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
9
Добавлен:
06.06.2015
Размер:
3.5 Mб
Скачать

Глава 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изменчивость наследственного материала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жизнеспособность. Так, у дрозофилы в ряде

Рисунок 4.17

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4 5

6

7

 

8

9 10

 

 

случаев утеряна подавляющая часть X-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хромосомы (остаются только только

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

центромеры,

прицентромерный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гетерохроматин и теломеры - см.

Генетическое картирование делеций.

 

 

 

 

Раздел 9). Хромосомы с такими

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

между генами 3 и 4, правая - между генами 7

делециями

называют

свободными

è 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дупликациями или минихромосомами.

 

 

Аналогичным образом, с помощью

Они нормально ведут себя во время

кроссинговера

можно

 

взаимно

 

клеточных делений, однако, могут

прокартировать серию перекрывающихся

существовать только при наличии

делеций и генов и выяснить порядок

нормальной

 

гомологичной им

расположения тех и других.

 

 

 

 

хромосомы.

 

 

 

 

 

Делеции не могут быть очень

 

 

 

длинными, поскольку чем длиннее делеция,

4.3.4. Дупликации

 

тем больше вероятность того, что в районе

Дупликацией

называют

хромосомы, гомологичном удаленному

дополнительный наследственный материал,

делецией, находится ген, необходимый для

выживаниявдвухдозах.Учеловекасиндром

идентичныйтому,которыйужеестьвгеноме.

“кошачьего крика” возникает у гетерозигот

Дупликации открыты К. Бриджесом в 1919

по делеции в коротком плече пятой

году. Рассмотрим ниже расположение генов

хромосомы. У младенцев-гетерозигот очень

вдупликацияхразныхтипов.

 

высокий мяукающий плач, кроме того

A B C D E F

микроцефалия (малый размер головы),

Нормальная хромосома.

 

сильные нарушения роста и замедленное

A B C D E F A B C

умственное

развитие. Коэффициент

 

 

 

 

интеллектуальности (IQ, см. Раздел 21.2.2)

Дупликация участка ABC - транспозиция в

у детей с этим синдромом колеблется от 20

одной и той же хромосоме.

 

äî 40.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A B C A B C D E F

 

 

Отсутствие слишком протяженного

 

 

 

 

фрагмента хромосомы может привести к

Тандемнаядупликацияучастка ABC

нарушению

баланса

â

различных

 

A B C D E F A B C G H I

генетических системах.

 

 

 

 

 

 

Дупликация (инсерционная транслокация,

 

 

Особи с очень маленькими делециями

â

гомозиготе

могут

 

оказаться

транспозиция) участка ABC в результате

жизнеспособными. Такие

делеции

 

встраивания его в другую хромосому.

обнаруженыукукурузы,дрозофилыидругих

 

Дупликации имеют следующую

 

номенклатуру:

 

 

 

организмов. У E. coli нелетальные делеции

 

 

 

составляют около 1% генома. У дрозофилы

Dp(1;1) ABC èëè Tp(1;1) ABC

Дупликация (Dp) материала (ABC) первой

самая большая из известных делеций, не

препятствующая в гомозиготном состоянии

хромосомы в первой же хромосоме (1;1), или

жизнеспособности имеет длину до 4-х

 

по-другому:дупликацияучастка ABCзасчет

дисков

политенных

 

 

хромосом.

 

транспозиции в эту же хромосому.

Гетерозиготная самка Df(1)N64i16/

(4) Dp(1;2) ABC èëè Tp(1;2) ABC

Дупликация

материала

ABC первой

Df(1)dm75e19 вполне жизнеспособна, хотя у

нее отсутствуют диски от 3С12 до 3D4.

хромосомы

âî

второй хромосоме

(транспозиция

участка

ABC первой

 

 

С другой стороны известны огромные

делеции, фактически не влияющие на

хромосомы во вторую).

 

66

Изменчивость наследственного материала

Глава 4

 

 

На цитологическом уровне у геторозигот по дупликации в гомологе, несущем дупликацию, образуется петля из дуплицированногоматериала.

A B C D E F

A B C D E F

A C

B

Дупликации широко используются для “перекрытия “ мутантного действия леталей или делеций. Так, возникновение летали или делеции в X-хромосоме дрозофилы будет приводить к гибели самцов, несущих эту хромосому в гемизиготном состоянии. Однако, наличие материала X-хромосомы, содержащего нормальный аллель летали, включенного в любую из хромосом (аутосому, X- или Y-хромосому) делает самца жизнеспособным. Он становится носителем летали в единственной X-хромосоме и нормального аллеля в дупликации и его можно скрещивать с самками. Например, нужно посмотреть аллельны ли две летали, для чего нужно получить гетерозиготу по двум леталям. Одна X-хромосома у потомков может быть получена от самки, вторая - от самца, имеющего X-хромосому и дупликацию в Y-хромосоме (Рис. 4.18).

Дупликации могут приводить к фенотипическому проявлению. Наиболее известным примером служит мутация Bar в Х-хромосоме у дрозофилы. Эта мутация проявляет неполное доминирование, уменьшая число глазных фасеток (см. Раздел 3.3.2.6). У самок, гетерозиготных по Bar, глаза маленькие и полосковидной формы. У

Рисунок 4.18

 

 

 

 

l1

 

l2

 

 

Mu-5

l +

 

 

 

 

2

 

 

 

 

l1

 

 

 

 

l2

 

 

 

Использование

дупликации

l

+

äëÿ

 

 

2

 

 

“перекрытия” гемизиготной летали l2.

 

 

гомо- и гемизигот глаза еще меньше. Мутация Bar возникает в результате дупликации маленького участка Х- хромосомы. Если этот участок утроен, то соответствующее нарушение называется

Double Bar èëè Ultra Bar.

Литература к разделу 4.3.

Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика, Т. 3, Москва, Мир, 32-69, 1988.

Гершензон С.М. Мутации. Киев, Наукова думка, 1-111, 1991.

Инге-Вечтомов С.Т. Генетика с основами селекции. Москва, Высшая школа, 290346, 1989.

Кайданов Л.З. Генетика популяций. Москва, Высшая щкола, 139-164, 1996.

Лобашев М.Е. Генетика. Ленинград, Изд-во ЛГУ, 316-348, 1967.

Painter T.S. Salivary chromosomes and the attack on the gene. J. Hered. 25: 465-476, 1934.

Roberts P.A. The genetics of chromosome aberration. In:ThegeneticsandbiologyofDrosophila,(M. Ashburner, ed) vol. 1a, London, New York, San Francisco, Academic Press, 67-184,

1976.

4.4. Полиплоидия

Явление изменения числа хромосом в клетке называют полиплоидией.

Некоторые определения: гаплоидным

(n)наборомхромосомназываюттакойнабор,

âкотором из каждой пары гомологичных хромосом представлена только одна. Он несет в себе часть наследственной информацииродителей.Совокупностьгенов

âгаплоидном наборе называют геномом. Полиплоидия возникает в следующих случаях:

1 Неравное расхождение хромосом к полюсам в анафазе.

2 Деление ядра без деления клетки.

3 Удвоение хромосом без их разделения

âсилу того, что центромеры утрачивают свойство взаимного отталкивания.

Организмы, у которых произошло умножение целых гаплоидных наборов, называют собственно полиплоидами или эуплоидами. Полиплоиды, у которых число

67

Глава 4 Изменчивость наследственного материала

хромосомнеявляетсякратнымгаплоидному,

 

Таблица 4.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

называютгетероплоидамиилианеуплоидами.

 

Полиплоидные ряды у покрытосеменных

Если организм имел n равное 4 хромосомам,

 

растений (Из: Гершензон, 1991, стр. 86).

 

 

2n=8, то тетраплоид

имеет

4n=16

 

 

 

 

 

 

Основное

 

Число

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хромосомам.

Åñëè

диплоид

áûë

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ðîä

 

 

гаплоидное

 

хромосом

 

 

гомозиготным, тетраплоид тоже будет

 

 

 

число

 

у видов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хромосом

 

данного рода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гомозиготой.

Åñëè

диплоид

áûë

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пшеница

 

 

7

 

 

14, 28, 42

 

 

гетерозиготным, тетраплоид -

òîæå

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14, 28, 42, 56,

 

 

гетерозиготный.

 

 

 

 

Пырей

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

 

 

 

Полиплоидизация может возникать в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Îâåñ

 

 

 

7

 

 

14, 28, 42

 

 

результатенарушениямитозавчастиклеток -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

этосоматическаяполиплоидия.

 

 

Ðîçà

 

 

 

7

 

 

14, 21, 28, 35,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42, 56, 70

 

 

Если удвоение геномов происходит в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14, 28, 42, 56,

 

 

первом делении зиготы - такая полиплоидия

 

 

 

Земляника

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70, 84, 98

 

 

называется мейотической, все клетки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Люцерна

 

 

8

 

 

16, 32, 48

 

 

зародыша будут полиплоидными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г. Винклер ( 1916) - впервые описал

 

Сахарный

 

 

8

 

 

48, 56, 64, 72,

 

 

 

 

 

 

 

тростник

 

 

 

 

80, 96, 112, 120

 

 

полиплоиды томатов и паслена. К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свекла

 

 

 

9

 

 

18, 36, 54, 72

 

 

настоящему времени установлено, что 1/3

 

 

 

 

 

 

 

 

всех покрытосеменных растений являются

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18, 27, 36, 45,

 

 

полиплоидами.Группародственныхвидов,у

 

Хризантема

 

9

 

 

54, 63, 72, 81,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

 

 

 

которых наборы хромосом составляют ряд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20, 40, 60, 80,

 

 

возрастающего кратного увеличения числа

 

 

 

Щавель

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100, 120, 200

 

 

хромосом,называетсяполиплоиднымрядом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хлопчатник

 

13

 

26, 52

 

 

 

например, род Triticum:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T. monococcum (однозернянка) 2n = 14

 

 

 

 

 

 

 

Особенностимейозаавтополиплоидов. В

T. durum (твердая)

2n = 28

норме, у диплоидов, в профазе мейоза

T. aestivum (мягкая)

2n = 42

образуются биваленты, у тетраплоида в

Таким образом, основное число

профазе кроме бивалентов образуются

хромосомилинаименьшеегаплоидноечисло

триваленты, униваленты и квадриваленты. У

в полиплоидном ряду, у пшениц составляет

диплоида Aa (2n) образуются гаметы A и a в

7, а T. monococcum называют диплоидом, T.

соотношении 1:1. У тетраплоида AAaa (4n)

durum тетраплоидом и T. aestivum

расхождение гомологичных хромосом

гексаплоидом.

 

 

 

возможно в соотношениях 2:2, 3:1; 1:3, 4:0;

Примеры полиплоидных рядов у

0:4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

некоторыхрастенийпредставленывТабл.4.6.

Автотетраплоид, гетерозиготный по

Соматическая

полиплоидия

аллелям AA/aa образует три типа гамет в

распространена у всех видов, а зиготическая

отношении 1AA:4Aa:1aa.

 

 

 

 

 

- главным образом у растений. Среди

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

животных она встречается у червей

 

 

 

 

 

))

 

")=

==

(земляных и аскарид), а также очень редко у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

))

 

))))

")))=

))==

некоторых амфибий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

")=

 

")))=

 

$))==

")===

 

4.4.1. Автополиплоидия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

==

 

))==

 

")===

====

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полиплоиды, возникающие на основе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

умножения идентичных наборов хромосом,

Расщепление вместо 3:1 в F , будет 35:1, т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

т.е. наборов хромосом того же вида,

при моногибридном

скрещивании

называютавтополиплоидами.

 

вероятность появления гомозиготных

68

Изменчивость наследственного материала Глава 4

рецессивных форм во много раз ниже,чем у

 

Рисунок 4.19

 

 

диплоидов. Поэтому селекционеру отбор по

 

à

á

â

признакам рациональнее вести на низком

 

 

 

 

 

уровне плоидности. Кроме правильного

 

 

 

 

расхождения хромосом в мейозе у

 

 

 

 

автотетраплоида возможно также

 

 

 

 

расхождение хромосом в соотношении 3:1 и

 

 

 

 

4:0. При этом возникнут гаметы AAa и a,Aaa

 

Диплоидный (а), триплоидный (б) и

и A, а также AAaa и 0. Часть таких гамет

 

тетраплоидный (в) арбузы (Из: Гершензон,

нежизнеспособна. Тетраплоиды чаще всего

 

1991, ñòð. 101).

 

 

имеютбóльшуювегетативнуюмассу(листья,

 

 

диплоидов в потомстве получается только

стебли, семена, плоды). Увеличены размеры

около 55% триплоидов. Тем не менее,

клеток (Рис. 4.19).

экономический эффект от их внедрения в

Однако, может резко уменьшиться

производство

к началу 1970-х годов

плодовитость (до 5% от нормы) из-за

перекрыл расходы,

связанные со

нарушения расхождения поливалентов в

строительством

Новосибирского

мейозе.

Академгородка.

 

 

 

 

 

Âрезультате скрещивания тетраплоида

ñдиплоидом получается триплоид. Эти 4.4.2. Аллополиплоидия

растения крупнее и мощнее, чем растения с

(амфиполиплоидия)

кратными числами хромосом (например,

Полиплоиды, возникающие на основе

триплоидная форма сахарной свеклы), но

умножения разных геномов, называются

полностью стерильные. В лаборатории

полиплоидии ИЦиГ СО АН под

аллополиплоидами. Протекание мейоза у

руководством А.Н. Луткова к середине 60-х

аллополиплоидов имеет ряд особенностей.

годов было создано несколько сортов

Например, совмещаются геномы S (рожь) и

триплоидной сахарной свеклы: “Кубанский

T (пшеница). У гибрида будет два генома - T

полигибрид 9”. Районирован в 1964 году по

и S - по 7 хромосом в каждом. В мейозе

Краснодарскому краю. Сорт превысил

образуются униваленты, поскольку в

стандартные диплоидные сорта

ïî

наборах хромосом одного вида нет

содержанию сахара на 8,8 - 10,6 ц/га (15%

гомологичных хромосом другого вида, т.е.

прибавки урожая). Ареал занимает до 250

вмейозебудет14унивалентов.Ванафазеони

тыс. га, что составляет около 80% посевных

будут беспорядочно расходиться к полюсам.

площадей.

 

 

Гаметы могут иметь от 0 до 14 хромосом

 

 

(7T + 7S). Гаметы, имеющие 14 хромосом,

 

“Первомайскийполигибрид10”получен

îò

скрещивания

Ялтушковской

называются нередуцированными. При

односеменной (4n) c Первомайской (2n). В

объединении нередуцированных гамет

1969 году он занимал 200-250 тыс. га.

образуется зигота с удвоенным набором

Превышение по содержанию сахара на 2-12

хромосомкаждоговида-аллотетраплоид.Он

ц/га, у растений большая устойчивость к

оказывается фертильным.

болезням и вредителям, односемянность.

Первыми получили фертильные

аллополиплоиды Г.Д. Карпеченко в 1928 г.

 

“Киргизский

полигибрид

18”.

Распространен в Киргизии, где занимает 40-

на растениях, а на животных - Б.Л. Астауров,

50 тыс. га, превышение над стандартом по

который скрещивал Bombix mori с другим

содержанию сахара - 6,6 ц/га (по данным из

видом шелкопряда B. mandarina.

брошюры В.К. Шумного, 1983).

 

Г.Д. Карпеченко использовал в

 

скрещиваниях два вида из разных родов -

 

Недостаток этих гибридов заключается

в том, что в результате скрещивания тетра- и

Brassica oleacea (капуста) и Raphanus

 

 

 

 

sativus (редька). У обоих видов диплоидное

69

Глава 4 Изменчивость наследственного материала

число хромосом 2n=18 (Рис. 4.20).

Рисунок 4.20

 

Гибрид имел 18 хромосом, был

 

 

мощным, сильно цвел, но семян не

 

 

образовывал. Отдельные гаметы

 

 

были нередуцированными, т.е.

Родители

 

 

имелипо9Rи9Bхромосом.Отних

Raphanus

Brassica

получились

устойчивые

2n = 18

2n = 18

фертильные аллополиплоидные

 

 

растения с 4n=36, которым автор

Гаметы

 

дал новое видовое название -

 

 

 

Рафанобрассика (детали см. у

n = 9

n = 9

Лобашева, 1967, стр. 360-363).

 

 

Аллополиплоидия широко

 

 

распространена в природе.

 

Стерильный F1

Известны многие полиплоидные

 

 

гибрид

виды иувозделываемыхрастений.

 

n + n = 9 + 9

Детально

изучены

ïóòè

Raphanobrassica

(2n) = (18)

формирования аллополиплоидов

Фертильный

 

среди пшениц. Естественный

амфиполиплоид

 

аллополиплоид (2n=42) с геномом

2n + 2n = 18 + 18

 

AABBDD Triticum

aestivum

(4n) = (36)

 

(пшеница мягкая или хлебная)

Образование растения Raphanobrassica в результате

является одним из основных

скрещивания редьки и капусты. Следует обратить

внимание на форму плода у родителей и гибрида (Из:

хлебных растений мира. Для 35%

Karpechenko, 1928).

 

населения Земли это основной

 

 

продукт

питания.

Естественный

анализируя результаты ее скрещивания с T.

аллотетраплоидT.durum(пшеницатвердаяили

dicoccum, выполненные M. Beyerink,

макаронная) имеет 2n=28. Единственный

высказалсяотрицательноотносительноэтой

возделываемый диплоидный вид пшеницы T.

гипотезы. В случае гомологии хромосом T.

monococcum (пшеница однозернянка) имеет

monococcum (2n=14) 7-ми хромосомам T.

14 хромосом.

 

 

dicoccum (2n=28) в мейозе у гибрида между

 

 

 

В 1913 г. A. Schulz разделил виды,

ними исследователи должны были бы

входящие в род Triticum на три группы:

наблюдать 7 бивалентов и 7 унивалентов.

однозернянки, полбы и спельты. T. Sakamura

Однако, число бивалентов никогда не

(1918), N. Sax (1922) и А.Г. Николаева (1922-

превышало 4-5, поэтому на основании таких

1923) обнаружили, что однозернянки имеют

экспериментов можно было делать вывод

в соматических клетках 14 хромосом,

только о частичной гомологии геномов.

пшеницы группы полбы – 28, спельты – 42

Поиски донора генома A были завершены с

хромосомы. В 1928 г. К.А. Фляксбергер ввел

обнаружениемнатерриторииАрмениидикой

в систематику пшениц предложенное А.

однозернянки T. urartu (Пшеница урарту),

Шульцемиподкрепленноецитологическими

которую в 1970 г. G. Mandy предложил на

исследованиями деление рода Triticum на

рольдонорагеномаAполиплоидныхпшениц.

ряды, в виде трех групп: ди-, тетра- и

Позже пшеницы были разделены на два

гексаплоиды. Было найдено, что основным

подрода,видыкоторыхотличалисьпогеному

числом в роде является х = 7. Долгое время

A:AK (донор генома T. urartu) и A> (донор

западные исследователи донором генома A

генома T. boeoticum – беотийская дикая

считали культурную однозернянку – T.

форма пшеницы – предок культурной

monococcum. Хотя, уже в 1914 г. Д. Ларионов

однозернянки T. monococcum) и частично по второму геному. Второй геном у одних был

70

Изменчивость наследственного материала

Глава 4

 

 

обозначен B, у других – G. Их наиболее вероятными донорами послужили разные расы эгилопса Aegilops speltoides или какието несохранившиеся в настоящее время родственные им виды эгилопсов. Таким образом, пшеницы-однозернянки имеют геномы AK è A>, тетраплоидные пшеницы подрода Triticum – AKAKBB, подрода

Boeoticum – A>A>GG.

Из каких компонентов состоят геномы 42-хромосомныхпшениц?

Единственный гексаплоидный вид подрода Boeoticum – T. zhukovskyi (пшеница Жуковского) имеет геном A>A>A>A>GG, т.е. он произошел в результате удвоения одного изгеномовпервичноготетраплоида.

Исследования в подроде Triticum показаливмейозеугибридовотскрещивания голозерного вида мягкой пшеницы или пленчатого T. spelta (пшеница спельта или настоящая полба) с тетраплоидными (AKAKBB)видамиобразование14бивалентов и 7 унивалентов. Таким образом было установлено,чтогексаплоидныевидыимеют по два общих генома (AK и B) с тетраплоидными видами и еще один, отличный от них геном D (от немец. Dinkel – спельта).Значитиспельта,имягкаяпшеница имеют геномную формулу AKAKBBDD. Путем ресинтеза искусственного аллогексаплоида E.S. McFadden, E.R. Sears экспериментально показали, что донором

генома D по единодушному мнению исследователей является вид Ae. squarrosa (syn. Ae. tauschii), точнее его подвид strangulata объединившийся в результате амфиплоидии с тетраплоидной пшеницей, имевшей геном AKAKBB. Эволюция геномов мягкой пшеницы T. aestivum посредством полиплоидизацииможетбытьпредставленана Рис. 4.21.

Полиплоидия используется селикционерами с целью “закрепления” фертильности у искусственно создаваемых межвидовыхгибридов.

4.4.3. Искуственное получение полиплоидов

Все факторы, влияющие на митоз и мейоз, могут вызвать полиплоидию: изменение температуры, влияние радиации, действие наркотиков, механические воздействия - пасынкование, декапитация. Особенно популярным является колхицин - алкалоид, выделяемый из растения безвременника осеннего - Colchicum autumnale. Колхицином обрабатывают точки ростарастенийилиинъецируютего животным в водном растворе.

Колхицин парализует механизм расхождения хромосом к полюсам (ингибируетприсоединениемолекултубулина к микротрубочкам), но не препятствует их репродукции.

Рисунок 4.21

 

 

Прототип (2n=14)

 

Triticum

 

Aegilops

AA

 

 

 

 

T. boeoticum (2n=14)

T. urartu (2n=14)

Ae. speltoides (2n=14)

Ae. squarrosa (2n=14)

AbAb

AuAu

 

GG è BB

DD

T. araraticum (2n=28)

Triticum (2n=28)

 

AbAbGG

 

AuAuBB

 

T. zhukovskyi (2n=42)

 

 

T. aestivum (2n=42)

AbAbAbAbGG

 

 

AABBDD

 

Эволюция генома некоторых видов пшениц посредством полиплоидизации (Из: Ячевская, 1971 и Н.П. Гончаров, 2000, личное сообщение).

71

Глава 4 Изменчивость наследственного материала

4.4.4. Анеуплоидия

 

 

Таблица 4.7

 

 

 

 

 

К. Бриджес (1916) открыл явление

 

Зависимость частоты синдрома Дауна у

нерасхождения хромосом (см. раздел 2.7.),

 

новорожденных от возраста матери (Из: Инге-

 

Вечтомов, 1989, стр. 519).

 

 

в результате чего обе Х-хромосомы отходят

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

либо в яйцеклетку (образуется гамета ХХ)

 

 

 

 

Частота встречаемости

 

или в направительное тело (гамета 0). При

 

Возраст матери

 

синдрома Дауна

 

оплодотворении яйцеклеток XX и 0

 

 

 

 

у новорожденных (%)

 

 

 

 

 

 

 

 

спермиями, несущими X или Y хромосому,

 

15-19

 

 

0.03-0.04

 

образуются самки XXX, XXY и самцы X0. Все

 

 

 

 

 

 

 

 

20-24

 

 

0.02-0.04

 

они имеют нормальный диплоидный набор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аутосом. В мейозе у этих особей наиболее

 

25-29

 

 

0.04-0.08

 

вероятно образование анеуплоидов из-за

 

 

 

 

 

 

 

 

30-34

 

 

0.11-0.13

 

нарушения расхождения хромосом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35-39

 

 

0.33-0.42

 

Организм с набором 2n - 1 называют

 

 

 

 

моносомиком,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40 и более

 

0.80-1.88

 

 

 

 

 

 

 

2n + 1 - трисомиком,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n + 2 - тетрасомиком,

 

этого заболевания была установлена в

2n + 3 - пентасомиком,

 

лаборатории Ж. Лежена в 1959 году. Особи

2n - 2 - нуллисомиком.

 

с синдромом Дауна имеют клинические

Американский ученый Е. Сирс (E. R.

признаки

умственной

отсталости,

Sears) в 1954 году после 15 лет работы

характерный миндалевидный разрез глаз,

создал на базе сорта пшеницы “Чайниз

широкуюпереносицу,складкувека–эпикант,

Спринг” коллекцию нуллисомиков, моно-,

большое расстояние между ноздрями,

три- и тетрасомиков. То же самое было

низкий рост, короткиеикороткопалыерукии

сделано в лаборатории О.И. Майстренко

ноги, особое расположение линий на

(ИЦиГ) в 1970-е годы на других сортах.

ладонях, аномалии внутренних органов,

У тех организмов, у которых в составе

особенно сердца и крупных сосудов. Они

генома нет дублирующих геномов, как у

редко живут более 30 лет.

 

 

пшеницы, потеря целой хромосомы, т.е.

Частота новорожденных с синдромом

образование нуллисомиков, почти всегда

Дауна резко увеличивается с возрастом

летальна. Летальны также потери больших

матери (Табл. 4.9).

 

 

 

кусков хромосом. У дурмана дополнение

 

Сведения о нарушениях развития

одной хромосомы ведет к изменению формы

человека в

результате

анеуплоидии

семенной коробки (см. Лобашев, 1967, стр.

представлены в Табл. 4.8 и Дополнение 4.1.

369-373).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ó

животных

анеуплоиды

4.4.5. Сегментальная

жизнеспособны, как правило, только в том

анеуплоидия у дрозофилы

случае, если анеуплоидия затрагивает

У дрозофилы получено около 300

половые хромосомы. Например, у мышей и

транслокаций между X и Y, а также между

человека жизнеспособны женские особи Х0

аутосомами и Y-хромосомой. У этих особей

(моносомики), и особи мужского пола ХХY

в геноме можно выделить 3 элемента (Рис.

(трисомики по половым хромосомам),

4.22): неповрежденная Х-хромосома,

пентасомики ХХХХХ - женские особи.

фрагмент дистальной части Х-хромосомы и

Животные-анеуплоиды по аутосомам, как

Y-хромосома (1 на Рис. 4.22), фрагмент Y-

правило,

нежизнеспособны. Среди

хромосомы и проксимальная часть Х-

исключений - трисомик по хромосоме 21 у

хромосомы (2 на Рис. 4.22). В другой линии

человека. Он жизнеспособен, но отягощен

точка разрыва может быть дистальнее или

синдромом Дауна. Хромосомная природа

проксимальнее (элементы 3 и 4 на Рис. 4.22).

72

Изменчивость наследственного материала

 

Глава 4

Дополнение 4.1

 

 

 

 

 

Высокий рост

 

 

 

Несколько

Отсутствуют

Невысокий рост

Характерные

фронтальные

женское

 

черты лица

залысины

 

телосложение

Линия волос

 

 

Складка

 

 

опущена

Умеренно снижен

Слабый рост

êîæè

 

коэффициент IQ

бороды

Щитовидная

Сужение

 

 

грудная клетка

 

 

аорты

 

 

 

 

 

Широко

Слаборазвитые

 

Начало

 

формирования

расставленные

 

груди

 

 

груди

соски

 

 

Тенденция

 

 

 

 

 

 

 

к утрате

 

 

 

оволосения

Увеличение

 

 

груди

пористости

 

 

 

костей

 

Деформация

 

 

Маленькие

локтевого сустава

 

 

 

 

 

ногти

 

Женский тип

Тестикулярная

 

 

атрофия

 

Рудиментарные

оволосения лобка

 

 

 

 

Коричневые

яичники

 

 

пятна

Отсутствие

 

 

 

 

 

менструаций

Признаки, характерные для моносомии по Х-

Признаки, характерные для три-, тетра-,

хромосоме

у человека (синдром

пента-и гексасомии по Х-хромосоме у

Шерешевского-Тернера).

человека (синдром Клайнфельтера).

 

 

В результате скрещивания двух этих

спорообразующих грибов, бактерий и

линий потомство представлено несколькими

одноклеточных водорослей.

классами. При этом комбинация элементов 1

Впервые гаплоид у высших растений

и 4 дает делецию, а комбинация 2 и 3 -

был обнаружен у дурмана в 1921 году, затем

дупликацию. Таким образом, в

Таблица 4.8

 

 

 

 

результате одного скрещивания в

 

Нарушения, связанные с различными типами анеуплоидии,

потомстве один и тот же сегмент

у человека (Из: Айала, Кайгер, 1988, стр. 65).

 

 

хромосомы дважды представлен в

 

 

 

 

 

 

Частота среди

 

 

 

 

 

 

 

 

анеуплоидном состоянии: в одной

 

 

Хромосомы

Синдром

 

 

 

 

 

новорожденных

 

и трех дозах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трисомия 21

Дауна

 

1/700

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.6. Гаплоидия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аутосомы

 

Трисомия 13

Патау

 

1/5000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гаплоидия это явление

 

 

 

Трисомия 18

Эдвардса

 

1/10000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уменьшения числа хромосом, когда

 

 

 

X0, моносомия

Тернера

 

1/5000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

внаборесоматическойилиполовой

Половые

 

XXX, трисомия

Мета-женщины

 

 

 

клетки каждая пара гомологичных

(женщины)хромосомы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XXXX, тетрасомия

Пониженная

 

1/700

 

хромосом представлена лишь

 

 

 

 

плодовитость

 

 

 

 

 

 

XXXXX, пентасомия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

одной из них. Гаплоидом называют

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XYY, трисомия

Норма

 

1/1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

организм,

имеющий

â

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XXY, трисомия

 

 

 

 

соматических клетках гаплоидный

 

 

 

 

 

 

 

Половые

 

 

 

 

 

 

 

XXYY, тетрасомия

 

 

 

 

набор негомологичных хромосом.

 

 

 

 

 

 

 

хромосомы

 

 

 

 

 

 

 

XXXY, тетрасомия

Клайнфельтера

 

1/500

 

Естественная гаплоидия

(мужчины)

 

 

 

 

 

 

XXXXY, пентасомия

 

 

 

 

встречается в жизненном цикле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XXXXXY, гексасомия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73

Глава 4

 

 

 

 

 

Изменчивость наследственного материала

Рисунок 4.22

 

 

 

 

 

фенотип, полностью соответствующий

 

X

 

 

 

X

X

генотипу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

В гаплоидных тканях растений можно

X 1

 

 

X

 

улавливать полезные и устранять летальные

Y Y 2

 

 

Y

Y

 

 

 

 

 

 

 

рецессивные соматические мутации. (см.

 

 

 

 

 

 

 

Лобашев, 1967, стр. 374-375, Мюнтцинг,

 

X

 

 

 

X

 

1967, ñòð. 416).

 

 

X 1

 

 

X

 

Y

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4.5. Системные мутации

 

 

4

 

 

Y

Y

X

 

Y

 

 

3

Иногда

выделяют

категорию

 

 

 

 

 

 

Делеция

 

Дупликация

 

 

системных мутаций. В 1940 г. Р. Гольдшмидт

 

участка

 

участка

 

 

предложил называть так

структурные

Возникновение сегментной анеуплоидии в

перестройки хромосом, связанные с

результате комбинации элементов хромосомы

радикальными изменениями во всей системе

(объяснение

â

тексте). X,

Y -

половые

клеточныхреакций.

 

 

хромосомы, цифрами в кружках обозначены

 

 

Присистемныхмутацияхнеизменяется

транслоцированные X и Y хромосомы, черной

ни генный состав, ни линейная структура

точкой - центромера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гаплоидыбылинайденыупшеницы,кукурузы.

хромосом, ни число хромосом. Системные

мутации

возникают

â

результате

В настоящее время гаплоидия известна для

пространственной

реорганизации

71 вида из 39 родов и 16 семейств (см.

интерфазных хромосом в ядре за счет

Лобашев, 1967, стр. 374-375). Фенотип

изменения

 

хромосомно-мембранных

гаплоидов имеет следующие особенности:

взаимоотношений (см. Стегний, 1993, 1996).

1

У гаплоидов проявляются рецессивные

гены, т.к. их не прикрывают доминантные

Литература к разделам 4.4. - 4.5.

аллели.

 

 

 

 

 

Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика, Т.

2

Гаплоиды по внешнему виду, как

правило, сходны с соответствующими

3. Москва, Мир, 58-71, 1988.

Гершензон С.М. Мутации. Киев, Наукова

диплоидными организмами, но мельче их.

думка, 1-111, 1991.

 

 

3

Гаплоиды перекрестноопылителей

 

 

Жуковский П.М., Хвостова В.В. (редакторы).

маложизнеспособны в отличие от гаплоидов

Цитогенетика пшеницы и ее гибридов.

самоопылителей.

 

 

 

Москва, Наука, 1-243, 1971.

4Клетки гаплоидов имеют меньший Инге-Вечтомов С.Т. Генетика с основами

размер, что может объясняться

селекции. Москва, Высшая школа, 347-

уменьшением дозы генов.

369, 516-520, 1989.

5

Гаплоиды почти бесплодны, т.к. у них

Лобашев М.Е. Генетика (издание второе).

в мейозе не образуется полноценных гамет:

Ленинград, Издво ЛГУ, 349-381, 1967.

Мюнтцинг А. Генетика, общая и прикладная.

хромосомы не имеют гомологов, в силу чего

они не конъюгируют и расходятся случайно,

Москва, Мир, 394-446, 1967.

Николаева А.Г. Цитологическое исследование

образуя несбалансированные гаметы. В

редких случаях весь набор хромосом

ðîäà Triticum. Tp. по прикл. ботан. и cåëåê.

13(1): 33-44, 1922-1923.

отходит к одному полюсу. Из этих клеток

Стегний В.Н.

Архитектоника генома,

образуются гаметы с нередуцированным

системные

мутации и эволюция.

гаплоидным числом хромосом. При встрече

Новосибирск, Изд-во Новосибирского

таких гамет в процессе самоопыления

Университета, 1-110, 1993.

образуется диплоид, гомозиготный по всем

Стегний В.Н. Проблема системных мутаций.

генам. Растения, полученные от гаплоида

Генетика 32: 14-22, 1996.

путем вегетативного размножения, имеют

 

 

74

Изменчивость наследственного материала

 

 

Глава 4

 

 

 

 

 

Шумный В.К. (редактор). Генетика - селекции

 

 

 

 

Рисунок 4.24

 

растений. Новосибирск, Ин-т цитологии

 

 

 

и генетики, 1-34, 1983.

 

 

 

 

Ячевская Г.Л. Геномный состав мягкой

 

 

 

пшеницы. В кн. Цитогенетика пшеницы

 

 

 

и ее гибридов, Москва, Наука, 7-29, 1971.

 

 

 

Karpechenko G.D. Polyploid hybrids of Raphanus

 

 

 

sativus L. × Brassica oleraceae L. (On the

 

 

 

problem of experimental species formation.).

 

 

 

Zeitschrift Fur Induktive Abstammung Und

 

 

 

Vererbungslehre 48: 1-85, 1928.

 

 

 

McFadden E.S., Sears E.R. The origin of Triticum

 

 

 

spelta and its free threshing relatives. J. Hered.

 

 

 

37: 107-116, 1946.

 

 

 

 

Sears E.R. The aneuploids of common wheat. Mo.

 

 

 

Agric. Exp. Sta. Res. Bull. 572: 1-58, 1954.

 

 

 

4.6. Ненаследственная

 

Клубни картофеля, образующиеся над землей

 

при затенении стебля (Из: Гершензон, 1983,

изменчивость

 

 

ñòð. 248)

 

 

 

 

 

Исследователи давно заметили, что

 

 

 

они в течение своего развития по-разному

многие различия между особями находятся

в большой зависимости от условий

питались,находилисьприразнойтемпературе

окружающей среды. Даже при совершенно

или влажности, болели разными болезнями.

тождественном генотипе два организма

 

 

Такие фенотипические различия,

 

вызываемые внешними факторами у

могут быть фенотипически несхожими, если

 

 

одинаковых в наследственном отношении

Рисунок 4.23

 

организмов, называются модификациями.

 

 

 

Сведения о модификациях требуются

 

 

прежде всего для понимания того, как

 

 

происходит реализация генетической

 

 

информации, поскольку формирование

 

 

организма определяетсянетолько генами, но

 

 

и разнообразными вoздействиями внешней

 

 

среды, в которой развивался организм.

 

 

Примеры модификаций

широко

 

 

известны и многочисленны.

 

 

 

 

У морского червя Bonellia viridis, у

 

 

которого самка и самец имеют одинаковый

 

 

генотип, развитие пола целиком зависит от

 

 

условий существования (см. раздел 14.1).

 

 

 

Морфология листьев у водяного

 

 

лютикаистрелолистазависитот тоговкакой

 

 

среде, воздушной или подводной, они

 

 

развиваются (Рис. 4.23).

 

 

 

 

Если надземную часть

стебля

 

 

картофеля искусственно лишить доступа

Вверху - водяной лютик, слева - водные листья,

 

света, на ней развиваются клубни, висящие в

справа - воздушные. Внизу - стрелолист с

 

воздухе (Рис. 4.24). У камбалы, ведущей

надводными, плавающими и подводными

 

донный образ жизни, верхняя поверхность

листьями (Из: Гершензон, 1983, стр. 242, 243)

 

тела темная, что делает ее незаметной для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

75

Соседние файлы в папке Генетика (Жимулев)