Лекція 6. Тема: «Мутаційна мінливість»

Питання:

1. Виникнення, класифікація і властивості мутацій. Автономність клітин у ході мутаційного процесу.

2. Молекулярні механізми мутагенезу.

3. Автоплоїдія, алоплоїдія, поліплоїдія, множинний алелізм.

4. Хромосомні перебудови (аберації).

Живим організмам, незалежно від їхньої генетичної організації, поряд зі спадковістю властива мінливість. Спадкоємним змінам властивостей і ознак у мікроорганізмів, рослин, тварин і людини завжди приділялася велика увага. Ч. Дарвін віддавав їм велике значення в еволюції й селекції). Одним із широко відомих прикладів спадкоємних змін, описаних Дарвіном, є народження в 1791 р. на фермі Анкон у штаті Массачусетс у США коротконогої вівці, родоначальниці анконской породи. Він описує також випадки появи однокопитих тварин у свиней і багато хто інші.

В 1899 р. вийшла книга російського ботаніка, у той час професора Томського університету, С. И. Коржинського (1861- 1900) «Гетерогенез і еволюція», у якій наведений ряд прикладів спадкоємної мінливості ознак у рослин як джерела походження видів/Термін «мутація» був уведений у генетику Г. де Фризом, голландським ученим, що протягом багатьох років (1886-1901) вивчав явище спадкоємної мінливості в рослини енотери). Після ретельного узагальнення своїх спостережень він розробив мутаційну теорію, що сформулював у книзі «Мутації й періоди мутацій при походженні видів» (1901) Мутаціями від mutatio - зміна, зміна) називають спадкоємні зміни ознаки, органа або властивості, обумовлені змінами спадкоємних структур. Процес виникнення мутацій називається мутагенезом. Мутагенез може бути спонтанним, коли мутації виникають у природі без втручання людини, і індукованим, коли мутації викликають штучно, впливаючи на організм спеціальними факторами, називаними мутагенами. Рослина, тварина, мікроорганізм, у яких відбулася мутація, називають мутантами.

Мутації - закономірне генетичне явище, яке має наступні особливості: 1) мутаційні зміни обумовлені зміною спадкоємних структур у полових або соматичних клітинах і можуть відтворюватися в поколіннях - спадкоємними; 2) мутації виникають раптово в одиничних особин, носять випадковий, ненаправлений характер, можуть бути рецесивними й домінантними. Мутації можуть іти в різних напрямках, зачіпати один або кілька ознак і властивостей, можуть бути коштовними або шкідливими. Мутації, що знижують виживаність мутантів більш, ніж на 10 %, шкідливі для природних популяцій)

Поліплоїдія. У широкому змісті цього слова називають геномную мутацію - зміна числа хромосом у клітинах, і процес виникнення або створення геномных мутантів (поліплоїдів).

Поліплоїдні форми в природі можуть виникати з ряду причин, наприклад через порушення мітозу, у результаті якого відбувається нерівна розбіжність хромосом в анафазі, відсутність цитокінезу, порушення функції митотичного апарата; це може спостерігатися я в результаті утворення й злиття при заплідненні нескорочених гамет, що утворилися при порушенні мейозу, а також розподілу зиготи або соматичних клітин у початкові періоди ембріогенезу. Залежно від того, у яких клітинах відбувається зміна числа хромосом, розрізняють соматичну, мейотичну або зиготичну поліплоїдию. У природі полиплоиды найчастіше виникають або в результаті злиття нескорочених гамет (мейотическая полиплоидия), або в результаті порушення першого розподілу зиготи (зиготическая полиплоидия). Індуковані поліплоїди найчастіше одержують, впливаючи на мітотичний поділ клітин меристеми (органотворчої тканини в рослин), крапок росту (соматична поліплоїдия). Із цією метою крапки росту насінь, що проростають, або вегетуючих рослин протягом 1 - 5 ч обробляють слабким розчином колхіцину (0,01 - 0,25%). Алкалоїд колхіцин блокує розвиток мітотичного апарата клітини, тому в ній не відбувається розбіжності сестриних хромосом до полюсів і число хромосом у клітині подвоюється. Процес подвоєння числа хромосом у клітині може тривати доти, поки буде діяти розчин колхіцина.

Поліплоїдия - явище, широко розповсюджене в природі, особливо серед рослинних організмів.. Багато дикоростучих і культурних видів рослин є спонтанними поліплоїдами. Залежно від кліматичних умов виростання число поліплоїдних видів рослин може коливатися від 35 до 85%. Багато видів вкритосімяних рослині утворять поліплоїдні ряди в межах одного роду. Поліплоїдним рядом називають види одного роду, у яких число хромосом збільшується кратне гаплоїдному. Наприклад, поліплоїдний ряд пшениці (рід Triticum) містить серію видів, чітко помітних по числу хромосом:

диплоїдні види (2п=14);

триплоїдні види (2п=21);

тетраплоидные види (2п = 28) ;

гексаплоидные види (2п=42) і ін.

Поліплоїдний ряд картоплі (рід Solatium] включає види, що містять у клітинах 24, 48, 72, 96, 120 і !44 хромосоми, поліплоїдний ряд щавлю (рід Rumex) - 20.40, 60, 8(>, 100, 120 хромосом.

Найменше гаплоїдне число хромосом кожного поліплоїдного ряду називається його основних числом і позначається буквою А, Наприклад, у пшениці основне число хромосом поліплоїдного ряду А=7, у картоплі А = 12, у щавлю А=10. Сукупність хромосом основного чиста поліплоїдного ряду називається геномом. Залежно від плідності кожний вид містить один або трохи геномів. Так, рослини м'якої пшениці Т. aestivum гаплоїдний набір хромосом 21, тобто містять 3 генома, позначуваних буквами А, У и D.

Гаплоїдия - геномна мутація, у результаті якої виникають гаплоїди – організми зі скороченим (одинарним) числом хромосом. У клітинах гаплоїдів утримується тільки половина соматичного набору хромосом (л), властивого даному виду, тобто таке ж число хромосом, як і в нормальних полових клітинах - гаметах. Гаплоїди можуть виникати спонтанно й можуть бути отримані індукуванням. Гаплоїди марні, але можуть розмножуватися партеногенетично й зберігатися при вегетативному розмноженні. Гаплоїдні мутації використають у селекції вищих рослин. Якщо в гаплоїда подвоїти число хромосом за допомогою розчину колхіцина або іншим методом, то можна одержати гомозиготне по всіх генах, нормально плідне диплоїдне рослина.

Еуплоїдия (щира поліплоїдия) - геномна мутація, у результаті якої виникають еуплоїди - організми, у клітинах яких утримується більше двох гаплоїдных наборів хромосом одного виду або відбувається з'єднання й кратне збільшення хромосом і їхніх наборів різних видів. Розрізняють автополиплоидию й аллополиплоидию.

Автополіплоїдия — процес виникнення автополіплоїдів — організмів, у клітинах яких утримується більше двох гаплоїдних наборів хромосом, властивого даного виду. Залежно від числа хромосомних гаплоїдних наборів розрізняють триплоїды, у клітинах яких утримується Зп число хромосом, тетраплоїди (4п), пентаплоїди (5п), гексаплоїди (6п) і т.д.

Уперше явище кратного збільшення числа хромосом у клітинах було описано професором МГУ И. И. Герасимовим, що спостерігав поліплоїдизацію у водорості спірогири в 1890 р. В 1916 р. це явище спостерігав Г. Винклер і дав йому назва «поліплоїдия».

Автополіплоїдия обумовлює зміна морфологічних ознак і властивостей, властивих вихідним диплоїдним рослинам. У поліплоїдів у першу чергу збільшуються розміри ядра й клітини в цілому, а також кількість органоїдів цитоплазми- пластид, мітохондрій, рибосом. Для кожного виду рослині існує певний оптимальний рівень плоїдності, тобто таке кратне гаплоїдному число хромосом, при якому рослини мають найбільш високу життєздатність н продуктивність. Так, для цукрового буряка й кавуна оптимальним є триплоїдний рівень (у кавуна 3/1 = 33, у буряка Зп = 27), для жита, гречки, редису, турнепсу - тетраплоїдний. У цих рослин при оптимальному рівні плоїдності збільшуються розміри листових пластинок, довжина й товщина стебла. Чашолистки, пелюстки віночка, пилкові зерна, плоди й насіння в автополіплоїдів крупніше, ніж у вихідних диплоїдних рослин. Поліплоїдні сорти ряду культурних рослин одержали широке поширення: тетраплоїдне жито сорт Белта й Ленінградська тетра; гречка; триплоїдні гібриди цукрового буряка й ін.

Алополіплоїдами називають рослини, у каріотипі яких утримуються подвоєні набори хромосом різних видів і пологів. Вони можуть виникати в природі або можуть бути отримані штучним шляхом при подвоєнні числа хромосом у міжвидових або міжродових гібридів. Алополіплоїди, створені в результаті подвоєння числа хромосом у рослин, отриманих від ; схрещування особин, що ставляться до двох різних видів або родів, називаються амфідиплоїдами. Якщо алополіплоїд містить подвоєні числа хромосом трьох видів або пологів, його називають алотриплоїдом.

Алополіплоїдам звичайно властиві ознаки й властивості вихідних диплоїдних батьківських форм у різних сполученнях, I як це звичайно буває при міжвидовій і межродовой гібридизація. Поліплоїдизація дозволяє відновити плідність, тому що міжвидові й особливо межродовые гібриди, як правило, марні.

Важливе практичне значення мають амфідиплоїди, отримані шляхом подвоєння числа хромосом у пшенично-житніх міжродових гібридів, названих, за пропозицією В. Е. Писарєва, Тритикале. Вони можуть бути октаплоїдами (2« = 56) і гексаплоїдами (2п = 42). Тритикале є цінною зернокормовою культурою. Кращі сорти цієї культури дають високий урожай зеленої маси й зерна, тому в нас у країні й за рубежем ведеться інтенсивна робота зі створення сортів тритикале, пристосованих до ґрунтово-кліматичних умов відповідної зони.

Шляхом алополіплоїдиї можна одержувати рослини, що містять геноми, різних видів і пологів, створювати нові форми, синтезувати неіснуючі в природі. Цим методом можна відтворювати (ре^-синтезувати) уже існуючі види, предки яких зникли. В.А.Рибин в 1930 р. за допомогою алополіплоїдиї здійснив ресинтез культурної сливи. Він схрестив терн із аличею. Серед гібридних рослин йому вдалося виділити одне, подібне з культурною сливою, у клітинах якого втримувалися властивому цьому виду 48 хромосом:

Гетероплоїдами або анеуплоїдами називають організми, число хромосом у яких некратне гаплоїдному. Гетероплоїди можуть виникати різними шляхами. В одних випадках вони утворяться в результаті розходження двох гомологічних хромосом до одного полюса в анафазі I мейозу або в анафазі мітозу. Найчастіше вони утворяться в результаті відсутності кон'югації гомологічних хромосом і утворення унівалентів. Уніваленти, як правило, не орієнтуються належним чином і можуть відійти до одного полюса. Причиною виникнення гетероплоїдів може бути також відсутність поділу хромосом на хроматиди. У цьому випадку порушується їхня розбіжність у дочірні клітини при другому поділі мейозу. У тім і іншому випадках можуть утворитися гамети з набором хромосом, некратним гаплоїдному: п-1; п+1. При злитті цих гамет у процесі запліднення можуть утворитися зиготи, що містять 2п-1, 2п-2, 2n+l і 2п+2 хромосом.

Поліплоїдия у тварин і людини. Поліплоїдия у тварин зустрічається вкрай рідко. Єдиний відомий випадок поліплоїдиї в ссавців - золотий хом'ячок, у каріотипі якого втримується 44 хромосоми, у той час як у тварин інших пологів сірого й звичайного хом'яка їх 22. Штучно тетраплоїдні форми вдавалося одержувати в деяких видів риб і амфібій, але зберегти тетраплоїдне число хромосом у потомстві й навіть просто одержати нащадків не вдавалося. Так, в аксолотля були отримані тетраплоїдні самки. При схрещуванні їх з диплоїдними самками було отримано триплоїдне, повністю марне потомство. При схрещуванні двох підвидів японської жаби були отримані алоплоїди, але вони були марні.

Відзначено одиничний випадок народження хлопчика-триплоїда, у генотипі якого втримувалося 66 аутосом і ХХУ-статевих хромосом; маса при народженні 2190 г; видимих порушень у розвитку окремих частин тіла не спостерігалося. Серед абортованих плодів людини відзначені також випадки утворення триплоїдних ембріонів.

Гетероплоїдия найбільш вивчена в людини. Установлено, що хромосомні порушення визначають мертвонародження або смерть немовлят протягом першого або наступного років життя. Разом з тим у деяких випадках народжуються й живуть відносно тривалий час діти-трисоміки по якій-небудь хромосомі, але у всіх випадках трисомія викликає пороки розвитку. В I960 р. був описаний синдром Патау - важке захворювання, обумовлене трисомією по 13-й хромосомі. Частота зустрічальності - 1; 5000 -7000 немовляти. При цьому спостерігаються висока рання смертність, пороки головного мозку й особи, полідактилія (зайві пальці), пороки внутрішніх органів, у тому числі перегородок серця.

Синдром, або хвороба, Дауна обумовлена трисомією по 21-й хромосомі, найбільше часто зустрічається в немовлят, у середньому становить близько 1 на 700--800 народжень. Трисомія по цій хромосомі буває причиною ряду пороків розвитку: пороки серця, травного тракту, патологія у формі голови й особи, розхитаність суглобів, розумова відсталість.

Причиною трисомії є нерівна розбіжність хромосом у мейозі в одного з батьків, чаші - у матері. Причин порушення мейозу може бути багато, у тому числі й вік матері, як це встановлено для синдрому Дауна.

Досить різноманітні випадки гетероплоидии в людини по полових хромосомах. За даними Н. П. Кулешова, частота їхньої зустрічальності близько 1,6:1000 народжень. Моносомія по Х-хромосомі обумовлює синдром Шерешевського-Тернера. Для них характерні безплідність, недорозвинення полових ознак, уроджені соматичні пороки розвитку, низький ріст. Досить часто зустрічається трисомія по полових хромосомах у хлопчиків. Причому, якщо в каріотипі присутній кілька додаткових Х-хромосом хоча б одна У-хромосома, народжуються хлопчики. Частота таких народжень становить 1,39-1,98 на 1000 народжень хлопчиків. Відзначено випадки народження хлопчиків з ди- і трисомією по У-хромосомі (синдром Клайжфельтера). У цьому випадку в початковий період розвитку у хворих не спостерігається істотних аномалій, але для них, як правило, характерна безплідність.

Хромосомні аберації (перебудови). Зміна структури хромосом внаслідок їхніх розривів і перебудов називають хромосомними абераціями. Будь-якій структурній зміні хромосоми передує її розрив, при якому виходять два фрагменти, кожний з них має по одному «клейкому» кінці, а вони, у свою черзі, здатні з'єднатися з будь-яким іншої «клейким» кінцем цієї або іншої хромосоми. Характер хромосомної перебудови багато в чому залежить від стану хромосоми в момент впливу мутагенного фактора. Якщо хромосома перебуває в стані одиночної нитки (період G₁ інтерфази, анафаза й телофаза мітозу), то в наступний період S інтерфази вона подвоюється й аберація зберігається в обох хроматидах, тобто виникають хромосомні аберації. Якщо мутаген діє на хромосому, що перебуває в стані подвійної нитки (період Су або S інтерфази, профаза й метафаза мітозу), аберація може відбутися тільки в одній хроматиді. У цьому випадку виникають хроматидні перебудови.

Розрізняють серединні- і міжхромсомні аберації. До усередині- хромосомним відносять делеції, дефішенсі, інверсії, дуплікації й фрагментації. До міжхромосомних - транслокації. Тип хромосомної аберації позначають символом із вказівкою порядкового номера хромосоми, у якій вона відбулася.

Делеція (Dl) - випадання ділянки хромосоми в середній її частині, що містить звичайно цілий комплекс генів. У випадку випадання кінцевої ділянки виникає кінцева делеції - дефішенсі, коли делеція й дефішенсі захоплюють невеликий фрагмент хромосоми, це викликає зміну ознаки, наприклад жовте фарбування тіла й білоокість у дрозофіли. Великі делеції, як правило, летальні й викликають загибель організму. Відома велика делеція 21-й хромосоми людини, що викликає важку форму білокрів'я.

Інверсія (In) виникає в результаті розриву хромосоми одночасно у двох місцях зі збереженням внутрішньої ділянки, що возз'єднується із цією же хромосомою після повороту на 180°. У цьому випадку група зчеплення генів у даній хромосомі зберігається, але змінюється положення генів відносно один одного. Інверсія не впливає на фенотип особини, але при цьому порушується кон'югація гомологічних хромосом у мейозі й в анафазі I утворяться інверсійні мости.

Дуплікація (Dp) - подвоєння ділянки хромосоми. Звичайно дуплікація не робить сильного впливу на фенотип особини. Разом з тим збільшення дози того самого гена може викликати фенотипова зміна характеру прояву пер-знака, як це має місце в дрозофіли при дуплікації гена Ваг (полосковидні очі). При дуплікації даного гена зменшується число фасеток в очах комахи й підсилюється деформація очей.

Фрагментація (F) відбувається в результаті розриву хромосом або хроматид у декількох місцях одночасно й утворення окремих фрагментів хромосом з наступною втратою в мітозі тих з них, які не містять центромери. Як правило, фрагментація обумовлює виникнення летальних мутантів.

Транслокація (Т) - обмін ділянками між негомологічними хромосомами; її відносять до міжхромосомних аберацій, тому що структурні зміни відбуваються одночасно у двох або більше негомологічних хромосомах. Тракслокації не змінюють числа генів у даному генотипі й не завжди проявляються фенотипово, але в особин, гетерозиготних по транслокації, порушується кон'югація гомологічних хромосом і утворяться нежиттєздатні гамети. Японський учений И. Тазима в 1959 р. при обробці ікс-променями шовковичного шовкопряда переніс на Y-хромосому (полова хромосома в шовковичного шовкопряда детермінує жіновий стать) ген чорного фарбування грени. Х-хромосома не несе цього гена, тому білі яєчка дають самців, чорні - самок. За допомогою фотоелемента можна здійснити сортування грени й постачати шовківників греною, з якого виводяться тільки самці, що утворять більші кокони.

Генні мутації. Генними, або танковими, мутаціями називають зміни структури молекули ДНК на ділянці певного гена, що кодує синтез відповідної білкової . молекули. Слід зазначити, що молекула ДНК проявляє відносно високу стабільність і стійкість до мутагенів, має властивість відновлювати первісну структуру й виправляти ушкодження, якщо вони зачіпають тільки одну з комплементарних ланцюжків. Процес відновлення первісної структури й виправлення ушкоджень молекули ДНК називається репарацією. Найбільш вивчена фотореактивація й темнова репарація.

Фотореактивація здійснюється фотореактивуючим ферментом. Світло активує фермент, і він відновлює вихідну структуру молекули ДИКИЙ, ушкоджену ультрафіолетовими променями.

Темнова репарація - механізм виправлення різних ушкоджень молекули ДНК, викликаних хімічними або фізичними мутагенами. Темнова репарація протікає в кілька етапів, які були встановлені на прикладі Е. coli Р. Сетлоу в 1964 р. При цьому беруть участь чотири типи ферментів, послідовна дія яких виправляє ушкодження ДНК, якщо на даній ділянці ушкоджена тільки одна із двох комплементарних ниток ДНК. Схематично цей процес може бути представлений у такий спосіб:

1. Фермент ендонуклеаза «обстежить» молекулу ДНК, пізнає місце ушкодження, поблизу його «надрізає» нитка ДНК на початку й наприкінці ушкодженої ділянки й видаляє його.

2. Фермент екзонуклеаза розширює ушкоджена ділянка, видаляючи з нитки ДНК 500—1000 нуклеотидів, що примикають до ушкодженої ділянки. Таке розширення місця ушкодження необхідно для наступного його «забудовування».

3. Фермент ДНК-полимераза синтезує вилучену ділянку молекули ДНК, розташовуючи нуклеотиди комплементарно другої неушкодженої нитки.

4. Фермент лігаза скріплює синтезовані ДНК-полімеразою фрагменти ДНК один з одним і з кінцями ушкодженої нитки ДНК. Таким чином, здійснюється повне відновлення ушкоджених ділянок молекули ДНК, і вона здобуває первісну структуру.

Репарація молекули ДНК, як правило, протікає в період G₁ митотического циклу. При цьому відбувається виправлення структурних ушкоджень молекули ДНК, розривів полінуклеотидних ниток, видалення некомплементарних нуклеотидів.

Якщо в молекулі ДНК на тому самому ділянці одночасно ушкоджуються обидві комплементарні нитки, то це ушкодження не відновлюється й проявляється у вигляді генних, або точкових, мутацій. Мутації можуть виникати в результаті випадання або вставки нуклеотидних пара в молекулі ДНК на ділянці відповідного гена або заміни одного нуклеотиду на іншій, коли замість тиміна стає гуанін або замість гуаніну - аденін.

У тому випадку, коли відбулося випадання або додавання хоча б однієї пари нуклеотидів, порушується транскрипція — зрушується «рамка зчитування» при синтезі м-РНК, змінюється порядок чергування амінокислот у поліпептидного ланцюга, кодованого даним геном. Так, наприклад, на одній з ділянок ДНК v вірусу Т4 у нормі є наступне чергування триплетів, що забезпечує відповідний порядок розташування амінокислот у поліпептидному ланцюзі: ділянка ДНК -ТГА-ТТТ-ТЦА-ГГТ-АГТ-ГАА-ТТА-ЦГА-

у поліпептидного ланцюга - тре-лиз-сер-про-сер-лей-асп-ала- амінокислоти.

Під дією мутагену в другому триплеті випадає нуклеотид тимин, а в сьомому відбулася вставка нуклеотида тимина. Внаслідок цього на ділянці даного гена відбудеться «зрушення рамки зчитування» мрнк: у поліпептидному ланцюзі будуть кодуватися інші амінокислоти:

ДНК ТГТ-Т1Т-ЦАГ—ГТА—ГТГ—ДАТ—ТТА—ЦГА—

полипептидний ланцюг тре-лиз-вал-гнс-гис-лей-асп-

Фенотиповий прояв мутації залежить від того, на якій ділянці відбулася вставка або випадання нуклеотидної пари. Якщо вона випала поблизу промотору, тобто на початку структурного гена, те транскрибується сильно змінена м-РНК, транслюється «зіпсована» поліпептидний ланцюг і білкова молекула, не виконуючи своєї функції, швидко інактивується. Якщо вставка або випадання нуклеотидної пари відбулися на кінцевій ділянці даного гена в молекулі ДНК або, як у нашому прикладі, випадання сполучається з додаванням нуклеотидної пари, то це не приведе до інактивації білкової молекули, але вплине на якість кодованого білка й обумовить зміна ознаки або властивості.

При заміні в триплеті ДНК одного нуклеотида іншим у поліпептидної ланцюга відбудеться заміна тільки однієї амінокислоти. Таке явище одержало назву «місенс-мутація».

Місенс-мутацією називають заміну на ділянці структурного гена однієї нуклеотидної пари іншої, у результаті чого кодується включення в поліпептидний ланцюг «неправильної» амінокислоти. У цьому випадку в молекулі ДНК виникає нова алель даного гена, відбувається мутаційна зміна фенотипового прояву ознаки. Це явище одержало назву множинного алелізму.

Множинним алелізмом називають різний стан того самого гена (локусу), обумовлене точковими мутаціями, детерминуючими різний прояв того самого ознаки або властивості. Алелі одного гена, що виникли в результаті точкової мутації, називають множинними алелями.

Уперше множинний алелизм був установлений в 1929-1930 р. А.З.Серебровським, Н. П, Дубиніним і Б. П. Сидоровым у дрозофилы на прикладі локусу гена scute. Множинні алелі цього гена — set, sc_t, sc_a — викликали різний характер редукції щетинок на тілі дрозофіли.

Яскравим прикладом множинного алелізма можуть служити алелі, що кодують синтез глобіна - білка, необхідного для утворення складних молекул гемоглобіну крові. Заміна тільки однієї з 300 амінокислот у білковій молекулі глобіна обумовлює новий тип гемоглобіну. У цей час відомо близько 100 типів гемоглобіну, контрольованих серією множинних алелей. Наприклад, молекула глобина А (нормальний тип гемоглобіну) на одній з ділянок поліпептидного ланцюга має наступний порядок чергування амінокислот: -пролін - глутамінова кислота - глутаминова кислота - лізин т-. Заміна нуклеотидів на даній ділянці ДНК обумовлює кодування іншого типу гемоглобіну:

Тип S-пролін - валин - глутамінова кислота - лізин -

Тип Про-пролін- глутаминовая кислота- гліцин - лизин –

Тип З-пролін -лизин - глутаминовая кислота - лізин -

У гомозиготному стані гемоглобін обумовлює важке спадкоємне захворювання - серповидно-клітинну анемію.

Цікаво, що у тварин білкові молекули, що виконують подібні функції, розрізняються невеликим числом амінокислот. Так, молекули інсуліну у тваринних різних видів відрізняються складом амінокислот тільки на одній ділянці молекули.

Генні мутації можуть виникати не тільки в одному, але в у різних генних локусах, що мають подібний вплив на характер розвитку ознаки, тому при роботі з мутантами буває необхідно встановити, чи дійсно причиною мутації є множинні алелі. Для цього використають метод, запропонований Т. Г. Морганом ікритерій, що одержав назву «алелізму». Якщо при схрещуванні двох мутантів в F\ проявляється ознака одного з них, а в F_t спостерігається розщеплення у відношенні 3:1, то має місце множинний алелізм одного гена.

Якщо при схрещуванні двох мутантів в F_t проявляється ознака дикого типу, а в F_a має місце розщеплення у відношенні 9:7, як при комплементарній взаємодії, то мутували різні гени.

Класифікація хромосомних і генних мутацій по фенотипі. ¹ Зміни в будові хромосом і генів обумовлюють зміна властивості, ознаки або органа в конкретної особини — у вірусу, бактерії, рослині, тварину або людину. Мутації по фенотиповому прояві умовно класифікують на морфологічні, фізіологічні й біохімічні.

Морфологічними мутаціями називають спадкоємні зміни в будові органів або окремих ознак. У рослин- зміна фарбування листа, квітки, суцвіття, будови й розміру листової пластинки, форми й фарбування плодів і насінь. У тварин - зміна фарбування хутра, коротконогість, відсутність шерстного покриву або оперення. У комах найбільше ретельно вивчені морфологічні мутації в дрозофіли.

Фізіологічні мутації обумовлюють зниження або підвищення продуктивності або життєздатності особини, стійкість або сприйнятливість до хвороб, факторам зовнішнього середовища. До фізіологічних мутацій відносять також летальні й сублетальні мутації.

Біохімічними мутаціями називають зміни характеру обміну речовин в організмі, що порушують або змінюють синтез речовин, особливо ферментів, структурних білків, амінокислот, вуглеводів і інших речовин, необхідних для нормальної життєдіяльності. Наприклад, у рослин найбільше часто виникають хлорофілові мутації: коли в хлоропластах порушується синтез хлорофілу, листи здобувають жовто-зелене або жовте фарбування.

Ця класифікація умовна, тому що безсумнівно, що причиною морфологічних змін є порушення процесу синтезу того або іншого ферменту або структурного білка.

Ф Хатт у книзі «Генетика тварин» (1969) описує мутації в різних видів сільськогосподарських тварин і птахів: у великої рогатої худоби, коней, свиней, овець, курей і ін. небажаних, шкідливих, летальних або напівлетальних мутацій (бесшерстність, беззубість, укорочення хребта, укорочення нижньої щелепи, зрощення ніздрів, недорозвинення мозочка у великої рогатої худоби; зігнутість передніх кінцівок, часткова відсутність шкіри, бесшерстність у коней; відсутність кінцівок, вовча паща, параліч задніх кінцівок, дефекти будови копит у свиней; виродливий череп, відсутність кінцівок, бесшерстність, дефекти будови копит в овець). Особливо багато летальних мутацій описано в курей: коротконогість (плазуючі кури), карликовість, відсутність верхньої або нижньої частини дзьоба, двупалость, відсутність оперення, сліпота. Більша частина мутацій у тварин обумовлює патологічний розвиток органів. Разом з тим деякі мутації використаються людиною при створенні нових порід, наприклад, створення різних порід норок, що мають коштовне фарбування хутра, розведення курчавопірих курей, сірих каракульських овець і т.д.

Залежно від того, які органи порушені мутагенезом, розрізняють соматичні й генеративні мутації. Генеративними називають мутації, які відбуваються в полових клітинах або зиготі. У цьому випадку мутації передаються потомству при половому розмноженні, якщо вони не обумовлюють безплідність. Домінантні мутації проявляються вже .у першому поколінні, рецесивні - у другому або наступному поколіннях, коли вони перейдуть у гомозиготний стан.

1. Соматичні мутації виникають у будь-яких клітинах або органах тварини або рослини й при половому розмноженні (якщо вони не торкаються відтворної системи) потомству не передаються. У рослин соматичні мутації можуть зберігатися при вегетативному розмноженні. У плодових дерев, у троянд, хризантем соматичні мутації можуть відбуватися в межах одного виду, можна, передбачати знаходження паралельних форм в інших видів і пологів. Чим ближче генетично розташовані в загальній системі пологи й види, тим повніше подібність у рядах їхньої мінливості.

2. Цілі сімейства рослин у загальному характеризуються певним циклом мінливості, що проходить через всі пологи й види, що становить сімейство

Цей закон був установлений Н. И. Вавиловим для рослин, але він повністю відповідає характеру мутаційної мінливості й у тварин. Наприклад, для всіх видів ссавців характерна поява коротконогих і карликових мутантів; для близьких видів у межах одного сімейства або для тваринних близьких сімейств можна пророчити можливість появи подібного фарбування хутра - білою, коричневої, сіркою, чорної. Важливе значення має закон Н- И. Вавилова при одержанні індукованих мутацій.

Індуковані мутації. Уперше вони були отримані в 1925 р. у Ленінградському радієвому інституті Г. А. Надсоном і Г. С. Філіпповим на дріжджових грибах. В 1927 р. Г. Меллер у США одержав індуковані мутації в дрозофіли в результаті впливу на комах променями радію. З 1928 р. Л. Стадлер почав використати промені Рентгена для одержання мутацій у ячменя й кукурудзи, Э. Баур н Г. Штубе з левиного зева. Більша заслуга в розвитку хімічного мутагенезу й створення хімічних супермутантів належить радянському вченому И.А. Рапопорту. Індукований мутагенез дозволяє найбільше повно виявити можливості генотипу, створити генетичні колекції з обліком всіх можливих змін органів, ознак і властивостей у даного виду. Мутації мають винятково важливе значення при складанні генетичних карт. Особливо широко індукований мутагенез застосовують в «селекції рослин для створення вихідного матеріалу. При цьому умовно мутагени підрозділяють на дві групи - фізичні й хімічні. Фізичними мутагенами є іонізуючі випромінювання - рентгенівські промені, гамма-промені, бета-частинки (електрони й протони), нейтрони, альфа-частинки. Частота мутацій у вірусів, бактерій, рослин, лабораторних ссавців прямо пропорційна дозі опромінення, тому в експериментальному мутагенезі необхідно строго враховувати дози радіації, які вимірюють або в одиницях Рентгена (Р), або в радах. Різні форми живих істот мають різну чутливість до іонізуючих випромінювань, тому звичайно для кожного виду визначають дозу летальну, критичну й іноді - стимулюючу. Летальна доза іонізуючого випромінювання для миші - 600 Р, для людини -700 Р. Іонізуючі випромінювання викликають необоротні зміни генетичного апарата.

Хімічні речовини можуть викликати зміни генетичного апарата клітини й обумовити мутації. Найбільш сильні хімічні мутагени, називані супермутагенами, належать до групи так званих алкилуючих сполук — диметілсульфат, іприт, етиленамін, N-нітрозоалкілмочевина, нітрозометілмочевина, нітрозоэтілмочевина. Супермутагени значно (в 5—50 разів) збільшують частоту виникнення i мутацій у порівнянні із природної. До числа хімічних мутагенів можуть бути віднесені аналоги азотистих підстав, акрилові барвники, уретан, формальдегід і інші речовини. Деякі з них можуть викликати утворення злоякісних пухлин у тварин і людини.

Мутаційна мінливість - закономірне генетичне явище. Вона має важливе теоретичне значення й широко використається для виявлення тонкої будови хромосом і генів, для зміни спадкоємної інформації, закодованої в молекулах ДНК, реалізації зміненої спадкоємної інформації в процесі біосинтезу й в онтогенезі особини. Мутаційна мінливість відіграє важливу роль у пізнанні еволюції живої природи, а також у практичній селекції для створення нових сортів рослин.

Пізнання закономірностей мутагенезу є необхідною умовою для розробки мер, що обгороджує генотипи, рослин, тварин і людину від дії, що ушкоджує, мутагенних факторів.