Хромосомные мутации, их типы и значение

Дефишенси и делеции

Хромосомы могут утрачивать большие и маленькие участки, несущие наследственную информацию.

В метацентрической хромосоме нехватки могут возникать за счет разрывов хромосомы в различных ее точках. Соответственно числу разрывов и их месту в хромосоме образуются разные типы нехваток.

Типы нехваток хромосом

Если разрыв происходит в одном из плеч хромосомы таким образом, что один из ее концов утрачивается, то данное плечо укорачивается. Оторвавшийся фрагмент вместе с содержащимися в нем генами теряется при ближайшем делении ядра, поскольку он лишен центромеры. Такие нехватки называют терминальными (или концевыми), а также дефишенси.

Разрывы иногда происходят одновременно в двух плечах хромосомы, вследствие чего элиминируются оба ее конца. При этом открытые концы могут соединиться, образуя в митозе кольцеобразную хромосому.

Нехватки возникают также в результате двух одновременных разрывов, но не по краям, а в середине хромосомы. Места разрывов соединяются, и хромосома становится короче, при этом внутренний участок элиминируется. Если выпавший фрагмент достаточно велик, то открытые его концы могут соединиться, и в метафазе образуется ацентрическое кольцо, которое при делении ядра не ориентируется в плоскости экватора и в последующем элиминируется. Потери внутренних участков хромосом называют делециями.

Нехватки могут быть большими и малыми. К последним относят такие, которые связаны с выпадением нескольких хромомер или только части хромомеры — это микроделеции. Микроделеции можно обнаружить только при исследовании гигантских хромосом.

Мелкие нехватки обычно сохраняются в гомозиготном состоянии, давая иногда фенотипический эффект и имитируя генную мутацию. Единственный показатель, по которому их отличают от истинной мутации гена, — это отсутствие эффекта обратного мутирования.

Большие нехватки, как правило, в гомозиготном состоянии летальны, так как нарушают генный баланс. Жизнеспособными могут быть только гетерозиготы по нехваткам. В этом случае нехватки проявляются как доминантные гены. Целый ряд доминантных мутаций у дрозофилы, ранее принимавшихся за генные, оказались нехватками (Blond, Pale, Beaded, Cuvked, Plexate).

Фенотипический эффект нехватки участка хромосомы объясняют тем, что нехватка нарушает генетическую систему хромосомы, последовательность расположения генов, их взаимосвязь. Поскольку хромосомы с нехваткой при целостности центромеры сохраняют свойство репродуцировать себя в измененном виде и правильно распределяться при делении клеток, то изменение в признаке, вызванное нехваткой, наследуется. Установлено, что когда делеции и дефишенси затрагивают генетически активные районы, они почти всегда вызывают фенотипический эффект.

Следует отметить, что нехватки часто сопровождаются плейотропным фенотипическим эффектом. Нехватки вызывают понижение общей жизнеспособности и плодовитости особей.

Крупную нехватку, затрагивающую несколько дисков, можно обнаружить генетическими и цитологическими методами. Так, например, существует линия дрозофилы, где самки в одной из Х-хромосом несут нехватку части хромосомы, затрагивающую локусы вблизи гена white. Эта нехватка, названная в свое время мутацией Notch, в гетерозиготном состоянии обусловливает развитие вырезки на крыльях, т. е. мутация является доминантной.

В гомозиготном состоянии она обусловливает гибель организма, т. е. обладает рецессивным летальным действием.

Если скрестить самку дикого типа, имеющую нормальные половые хромосомы, с самцом, несущим в единственной Х-хромосоме три рецессивных гена в гемизиготном состоянии: y — определяющий желтый цвет тела, w — белые глаза и f — вильчатые щетинки,— то все особи первого поколения будут по фенотипу нормальными:

При скрещивании же самки из линии Notch, несущей в гетерозиготе нехватку локуса w, с самцом ywf в F1 половина самок будет y + W + f + /ywf дикого типа, другая половина окажется с вырезками на крыльях и белыми глазами. Очевидно, у таких самок рецессивный ген w проявился вследствие того, что доминантная аллель w + в гомологичной хромосоме отсутствует. Другие два рецессивных гена — y и f у этих самок не проявляются, потому что их действие подавляется сохранившимися доминантными аллелями у + и f + . Значит, выпавший участок Х-хромосомы у мух Notch относится только к району локуса w. Поэтому генотип этих мух можно представить как y + f + /ywf.

Такое явление, когда рецессивный ген проявляется в гетерозиготном состоянии, в случае выпадения доминантной аллели называют ложным доминированием, или псевдодоминированием. Рецессивный ген при этом находится в гемизиготном состоянии. Он может проявляться также у диплоидных организмов, у которых нацело отсутствует одна из гомологичных хромосом.

Читайте также:  Уход за зубными съемными протезами в домашних условиях чем чистить и нужно ли снимать на ночь

Можно привести также пример наследования нехватки в аутосоме у домашней мыши. У мыши известна рецессивная мутация, обусловливающая круговые «вальсирующие» движения. Если скрещивается самка, гомозиготная по этому гену w, с нормальным самцом, несущим доминантный ген w + той же аллельной пары, то в первом поколении все потомство оказывается нормальным. Но иногда в F1 появляются «вальсирующие» особи. Когда проверили цитологически соматические клетки этих мышей, то оказалось, что одна из хромосом имела делецию. Выпадение доминантного гена w + позволило проявиться рецессивному гену «вальсирования», находившемуся у гибрида в гемизиготном состоянии.

Однако некоторые гены, находясь в гемизиготном состоянии у самок и самцов дрозофилы, проявляются по-разному. Как было показано в опытах М. Е. Лобашева в 1935 г., при скрещивании самцов дрозофилы с геном w a (абрикосовый цвет глаз) или w co (коралловый) с самками Notch, имеющими в одной хромосоме делецию в районе локуса white, а в целой хромосоме одну из данных аллелей, в потомстве получаются два класса самок, различающихся по окраске глаз, а также по наличию или отсутствию вырезки на крыле: у самок без вырезки крыла окраска глаз сходна с окраской глаз самца, а у самок с вырезкой на крыле глаза значительно светлее, чем у самцов. Таким образом, гемизиготное состояние гена у нормального самца и самки с делецией проявляются различно: одна доза гена у самца не равна по действию одной дозе того же гена у самки. Гемизиготное состояние указанных аллелей у нормального самца и двойная доза у нормальной самки (без делеции) проявляются одинаковым образом.

Другие аллели этой серии, а именно w e и w b (соответственно эозиновый и кровяной), обнаруживают иной характер действия.

Фенотипическое проявление множественных аллелей локуса white в гомо- и гемизиготном состоянии у дрозофилы

Эти гены в гемизиготном состоянии у самок и самцов проявляются одинаково, а в двойной дозе у нормальных самок дают более темную окраску. Здесь мы не будем касаться причин, вызывающих описанные различия, так как они далеко не выяснены, однако данные результаты иллюстрируют два очень важных положения. Во-первых, выпадение Участка в одной из гомологичных хромосом дает возможность проявиться рецессивным генам в гемизиготном состоянии в другом гомологе; во-вторых, аллели в гемизиготном состоянии у самок и самцов могут проявиться не одинаково.

На основе использования гетерозиготных делеций у диплоидных организмов по схемам скрещиваний, аналогичным рассмотренной, можно обнаружить рецессивные мутации тех генов, которые противостоят нехватке в одном из двух гомологов. Так, например, у дрозофилы установлено около 130 делеций различной длины типа Notch.

На дрозофиле был разработан также специальный метод так называемых перекрывающихся делеций для локализации генов в хромосоме. Получая ряд независимых делеций разной длины в одном районе хромосомы и комбинируя их путем скрещивания с соответствующими линиями мух, можно цитологически локализовать место гена в хромосоме.

На схеме показан пример картирования генов на основе получения перекрывающихся делеций в районе white—Notch Х-хромосомы дрозофилы. Для цитологического картирования генов также использовались нехватки, возникающие в хромосомах кукурузы. Принципиально этот же метод был использован для внутригенного картирования цистронов А и В локуса rII у бактериофага Т4.

Как же осуществляется конъюгация гомологичных хромосом в мейозе в случае нехватки участка в одной из гомологичных хромосом? В мейотических хромосомах это трудно наблюдать. Лишь когда утрачивается достаточно большой участок хромосомы, такие нехватки можно обнаружить в пахитенной стадии, так как на этой стадии хромосомы выглядят в виде тонких нитей с хромомерами.

Но наиболее убедительно нехватки можно видеть в гигантских хромосомах. Гомологичные хромосомы слюнных желез дрозофилы в норме конъюгируют довольно тесно (соматическая конъюгация). При этом идентичные диски оказываются тесно прилежащими друг к другу.

Синапсис гомологичных хромосом при наличии нехватки в одной из них

Но в случае гетерозиготного состояния по нехватке внутреннего участка одной из хромосом нормальная конъюгация в этом районе нарушается. Диски такого участка нормальной хромосомы, не имея себе партнеров в другой хромосоме, образуют петлю, в то время как все остальные гомологичные диски в обеих с хромосомах тесно прилегают друг к другу. Силы взаимного притяжения дисков в гомологичных хромосомах остаются неизвестными, но сам факт очевиден. Предполагают, что такой же тип конъюгации хромосом может иметь место и в профазе мейоза.

Читайте также:  Что значит диабет - Значения слов

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Хромосомные перестройки (аберрации)

Хромосомными перестройками, или хромосомными аберрациями называются видимые изменения структуры хромосом. (Иногда хромосомные перестройки называют хромосомными мутациями.) Хромосомные аберрации (в отличие от генных мутаций) всегда уникальны, неповторимы. Поэтому при отсутствии близкородственного скрещивания хромосомные аберрации встречаются только в гетерозиготном состоянии: в сочетании с нормальными хромосомами или в компаунде с другими аберрациями. При близкородственном скрещивании (инбридинге) возможно образование гомозигот.

Различают внутрихромосомные аберрации (фрагментацию, нехватки, дупликации, инверсии, транспозиции) и межхромосомные (транслокации). Рассмотрим подробнее основные типы хромосомных аберраций.

Фрагментация – это дробление хромосом с образованием множества различных фрагментов. У некоторых организмов существуют полицентрические хромосомы, и при фрагментации каждый из фрагментов получает центромеру, тогда он может нормально реплицироваться и участвовать в делении клетки.

Концевые нехватки, или дефишенси – потери концевых, теломерных участков хромосом. В результате образуются линейные фрагменты, лишенные центромеры (линейные ацентрики). Ацентрики не участвуют в делении клетки и утрачиваются.

Нехватки внутренних участков, или делеции – потери участков хромосом, не затрагивающие теломеры. Утраченные участки, лишенные центромер, обычно образуют кольцевые ацентрики, которые также утрачиваются.

Дупликации – это удвоения участков хромосом. В результате возникают тандемные последовательности генов, например: abcabc. Дупликации – один из путей возникновения новых генов.

Инверсии – повороты участков хромосом на 180°. Различают перицентрические инверсии (инвертированный участок включает центромеру) и парацентрические (инвертированный участок лежит в одном из плеч хромосомы вне центромеры). У гетерозигот при перекресте нормальных и инвертированных хромосом возникают ацентрики и дицентрики; в результате возникают неполноценные клетки, и продукты кроссинговера не переходят в последующие поколения (поэтому инверсии образно называют «запирателями кроссинговера»). Таким образом, инверсии способствуют сохранению целых блоков генов – супергенов. Если инверсии сочетаются с дупликациями, то могут возникать палиндромы, например: abccba.

Транспозиции – это перемещения участков хромосомы в другие локусы (точки) этой же хромосомы. Существуют участки хромосом, склонные к транспозициям, их называют «прыгающими генами», мобильными генетическими элементами, или транспозонами. При транспозициях гены, изменившие свое положение, могут изменять свою активность – такое явление называется эффектом положения. В результате эффекта положения гены изменять свои первоначальные функции, что приводит, в сущности, к появлению новых генов.

Транслокации – это перемещения участков хромосомы или всей хромосомы в другую хромосому. В некоторых случаях происходит полное слияние гомологичных хромосом с образованием двуцентромерных структур – дицентриков. В других случаях из двух акроцентрических хромосом образуется одноцентромерная двуплечая хромосома. Такое слияние хромосом называется робертсоновской транслокацией. Робертсоновские транслокации часто встречаются у грызунов.

Последствия хромосомных аберраций у разных организмов различны. У относительно низкоорганизованных организмов (у растений, насекомых, грызунов) хромосомные перестройки могут приводить к появлению новых признаков, но могут и не проявляться фенотипически. У человека хромосомные перестройки в гетерозиготном состоянии снижают плодовитость, а в гомозиготном – летальны.

Механизмы возникновения хромосомных аберраций разнообразны:

неравный кроссинговер между гомологичными хромосомами (возникают делеции и дупликации) и негомологичными хромосомами (возникают транслокации);

внутрихромосомный кроссинговер (возникают делеции и инверсии);

разрывы хромосом (возникают различные фрагменты);

разрывы хромосом с последующим соединением фрагментов (возникают инверсии, транспозиции, транслокации);

копирование гена и перенос копии в другой участок хромосомы (возникают транспозиции).

Причины хромосомных аберраций и механизмы их возникновения различны. Хромосомные аберрации могут возникать в длительно хранящихся семенах или в тканево-клеточных культурах спонтанно, без видимых причин. Появлению хромосомных аберраций способствуют различные химические вещества, которые не являются мутагенами, но нарушают нормальную жизнедеятельность клеток (ионы тяжелых металлов, альдегиды, окислители и др.). Хромосомные аберрации часто возникают при облучении клеток. В этом случае возникают как одиночные разрывы хромосом, так и двойные (или множественные). Одиночные разрывы ведут к появлению концевых нехваток, двойные (множественные) разрывы – к появлению всех остальных типов аберраций. При разрывах на пресинтетической стадии изменяется вся хромосома, и наблюдаются двойные аберрации; при разрывах на постсинтетической стадии изменяется только одна хроматида, и наблюдаются одиночные аберрации.

Методы выявления хромосомных аберраций. Для выявления хромосомных аберраций используются различные методы цитогенетического анализа. Например, анафазный анализ позволяет выявить мосты и отставания (дицентрики и другие продукты транслокаций), фрагменты (ацентрики). Метафазный и пахитенный анализ позволяют выявить изменение структуры хромосом, линейные и кольцевые фрагменты. Особое место в выявлении хромосомных аберраций занимает анализ гигантских политенных хромосом, встречающихся в слюнных железах личинок двукрылых (комаров, мух) и в некоторых клетках других организмов. Этот метод основан на нарушении нормальной соматической конъюгации политенных хромосом у гетерозигот по хромосомным аберрациям; в результате образуются различной формы петли.

Читайте также:  Переходная гипераммониемия новорожденного - Transient hyperammonemia of the newborn

Виды мутаций

Определение

Мутации – изменения генома, передающиеся по наследству. Геном – это совокупность гаплоидных хромосом, присущая виду. Процесс возникновения и закрепления мутаций называется мутагенезом. Термин «мутация» был введён Гуго де Фризом в начале ХХ века.

Рис. 1. Гуго де Фриз.

Мутации возникают под действием факторов внешней среды.
Они могут быть двух типов:

  • полезные;
  • вредные.

Полезные мутации способствуют естественному отбору, выработке приспособлений к меняющейся окружающей среде и, как следствие, возникновению нового вида. Встречаются редко. Чаще в генотипе накапливаются вредные мутации, которые выбраковываются в ходе естественного отбора.

По причине возникновения выделяют два вида мутаций:

  • спонтанные– возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни, часто имеют нейтральный характер – не влияют на жизнь индивида и его потомства;
  • индуцированные– возникают при неблагоприятных условиях среды – радиоактивном излучении, химическом воздействии, влиянии вирусов.

Нервные клетки человеческого мозга за жизнь накапливают около 2,4 тысяч мутаций. Однако мутации редко затрагивают жизненно важные участки ДНК.

Изменения происходят на определённых участках ДНК. В зависимости от обширности мутаций и их расположения выделяют несколько видов. Их описание приведено в таблице видов мутаций.

Характеристика

Примеры

Изменения одного гена. Нуклеотиды, составляющие ген, могут «выпадать», меняться местами, заменять А на Т. Причинами становятся ошибки репликации ДНК

Серповидная анемия, фенилкетонурия

Затрагивают участки хромосом или целые хромосомы, меняют структуру, форму. Происходят при кроссинговере – перекрёсте гомологичных хромосом. Существует несколько видов хромосомных мутаций:

– делеция – потеря участка хромосомы;

– дупликация – удвоение хромосомного участка;

– дефишенси – потеря концевого участка хромосомы;

– инверсия – поворот хромосомного участка на 180° (если содержит центромеру – перицентрическая инверсия, не содержит – парацентрическая);

– инсерция – вставка лишнего хромосомного участка;

– транслокация – перемещение участка хромосомы на другое место.

Виды могут сочетаться

Синдром кошачьего крика, болезнь Прадера-Вилли, болезнь Вольфа-Хиршхорна – наблюдается задержка физического и умственного развития

Связаны с изменением числа хромосом внутри генома. Часто происходят при ошибочном выстраивании веретена деления в мейозе. В результате хромосомы неправильно распределяются по дочерним клеткам: одна клетка приобретает в два раза больше хромосом, чем вторая. В зависимости от количества хромосом в клетке различают:

– полиплоидию – кратное, но неправильное количество хромосом (например, 24 вместо 12);

– анеуплоидию – некратное количество хромосом (одна лишняя или недостающая)

Полиплоидия: увеличение объёма сельскохозяйственных культур – кукуруза, пшеница.

Анеуплоидия у человека: синдром Дауна – одна лишняя, 47 хромосома

Нарушения в ДНК митохондрий или пластид. Опасными являются мутации в материнской митохондрии половой клетки. Такие нарушения приводят к митохондриальным заболеваниям

Митохондриальный сахарный диабет, синдром Лея (поражение ЦНС), нарушение зрения

Мутации в неполовых клетках. По наследству при половом размножении не передаются. Могут передаваться при почковании и вегетативном размножении

Появление тёмного пятна на шерсти овцы, частично окрашенные глаза дрозофилы

Рис. 2. Серповидная анемия.

Главный источник накапливания мутаций в клетке – неправильная, местами ошибочная репликация ДНК. При следующем удвоении ошибка может быть исправлена. Если ошибка повторяется и затрагивает важные участки ДНК, мутация передаётся по наследству.

Рис. 3. Нарушение репликации ДНК.

Что мы узнали?

Из урока 10 класса узнали, какие бывают мутации. Изменения ДНК могут затрагивать ген, хромосомы, геном, проявляться в соматических клетках, пластидах или митохондриях. Мутации накапливаются в течение жизни и могут передаваться по наследству. Большинство мутаций нейтральное – не отражается на фенотипе. Редко встречаются полезные мутации, помогающие приспосабливаться к окружающей среде и передающиеся по наследству. Чаще проявляются вредные мутации, которые влекут за собой заболевания и нарушения развития.

Ссылка на основную публикацию
Хондрокальциноз (псевдоподагра) симптомы и лечение хондрокальциноза коленного и локтевого сустава
Хондрокальциноз или псевдоподагра: симптомы и лечение заболевания До сих пор точно не известно, почему развивается заболевание. В связи с этим...
Холестерин причины и профилактика — Администрация Санкт-Петербурга
Холестерин: причины и профилактика Сердечные заболевания являются одними из первых в списке смертельных недугов. Основная причина многих из них —...
Холецистит — причины, симптомы, диагностика и лечение
Холецистит Холецистит — это воспаление желчного пузыря, которое характеризуется преимущественно бактериальным происхождением. Причины холецистита Одно из самых частых осложнений камней...
Хондроксид, 5%, гель для наружного применения, 30 г, 1 шт, НИЖФАРМ АО купить в Москве по низкой цене
Хондроксид ® (Chondroxide) инструкция по применению Владелец регистрационного удостоверения: Контакты для обращений: Лекарственные формы Форма выпуска, упаковка и состав препарата...
Adblock detector