Αυθόρμητες μεταλλάξεις, μηχανισμοί εμφάνισής τους. Προκαλούμενες μεταλλάξεις Παραδείγματα αυθόρμητων μεταλλάξεων
Αυθόρμητη μετάλλαξη
Μεταλλάξεις.
Οι ιοί, όπως όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, χαρακτηρίζονται από κληρονομικότητα και μεταβλητότητα. Η πρώιμη έρευνα στη γενετική των ζωικών ιών συνίστατο κυρίως στη συλλογή και τον επακόλουθο γενετικό και φυσιολογικό χαρακτηρισμό μεταλλαγμένων ιών. Πρόσφατα, ιικά μεταλλαγμένα έχουν χρησιμοποιηθεί ως ειδικά εργαλεία για τη μελέτη των γενετικών και βιοχημικών γεγονότων που συμβαίνουν σε ένα μολυσμένο κύτταρο. Οι εργασίες αυτού του είδους με ζωικούς ιούς καθυστέρησαν γενικά σε σύγκριση με παρόμοιες εργασίες σε προκαρυωτικά συστήματα.
Μερικοί ιοί παράγουν ένα σημαντικό ποσοστό μεταλλαγμάτων όταν περνούν απουσία γνωστών μεταλλαξιγόνων. Αυτές οι αυθόρμητες μεταλλάξεις συσσωρεύονται στα γονιδιώματα των ιών και οδηγούν σε φαινοτυπική μεταβλητότητα, η οποία υπόκειται σε επιλεκτική πίεση κατά την εξέλιξη του ιού.
Ο ρυθμός αυθόρμητης μεταλλαξιογένεσης σε γονιδιώματα DNA είναι σημαντικά χαμηλότερος (10 -8 - 10 -11 ανά περιλαμβανόμενο νουκλεοτίδιο) από ότι στα γονιδιώματα RNA (10 -3 - 10 -4 ανά συμπεριλαμβανόμενο νουκλεοτίδιο). Η υψηλότερη συχνότητα αυθόρμητων μεταλλάξεων σχετίζεται με τη χαμηλή πιστότητα αντιγραφής του γονιδιώματος του RNA, η οποία πιθανότατα οφείλεται στην έλλειψη διορθωτικής δραστηριότητας στις ρεπλικάσες RNA, η οποία είναι χαρακτηριστική των ενζύμων που αντιγράφουν DNA. Τις περισσότερες φορές, αυθόρμητες μεταλλάξεις παρατηρούνται σε ρετροϊούς, γεγονός που σχετίζεται με υψηλότερη συχνότητα αποτυχιών στην αντίστροφη μεταγραφή που δεν είναι ικανές για αυτοδιόρθωση.
Έτσι, ενώ τα γονιδιώματα των ιών DNA είναι σχετικά σταθερά, δεν μπορεί να ειπωθεί το ίδιο για τους ιούς RNA. Δυστυχώς για τους γενετιστές, ένας αριθμός παραγόντων οδηγεί σε ανισορροπία σε έναν πληθυσμό γονιδιωμάτων και αυτοί οι παράγοντες συχνά συμβάλλουν στη συσσώρευση μεταλλαγμένων σε έναν πληθυσμό . Λόγω της αυθόρμητης μεταλλαξιογένεσης, είναι δύσκολο να διατηρηθεί η ομοιογένεια του πληθυσμού του ιού. Οι ιοί επανακλωνοποιούνται περιοδικά για να παρακάμψουν αυτή τη δυσκολία, αλλά συχνά εμφανίζονται μεταλλάξεις τόσο κατά τον σχηματισμό πλάκας όσο και κατά την ανάπτυξη του ιού, καθιστώντας δύσκολη τη λήψη γενετικά ομοιογενών ιικών σκευασμάτων υψηλού τίτλου.
Οι επαγόμενες μεταλλάξεις σε ιούς λαμβάνονται με τη δράση διαφόρων χημικών και φυσικών μεταλλαξιγόνων, τα οποία διακρίνονται σε ενεργά in vivo και in vitro.
Οι περισσότεροι από τους μεταλλάκτες που απομονώθηκαν κατά τη διάρκεια της μελέτης των ζωικών ιών προέρχονται από πληθυσμούς άγριου τύπου που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με μεταλλαξιογόνους παράγοντες. Τα μεταλλαξιογόνα τυπικά χρησιμοποιούνται για την αύξηση της συχνότητας των μεταλλάξεων σε έναν πληθυσμό, μετά την οποία οι μεταλλάξεις εξετάζονται με κατάλληλη επιλεκτική πίεση. Το κύριο πρόβλημα που σχετίζεται με τη χρήση μεταλλαξιγόνων είναι η επιλογή της κατάλληλης δόσης. Κατά κανόνα, είναι επιθυμητό να ληφθούν μεταλλάγματα που διαφέρουν από τον άγριο τύπο μόνο σε μία μετάλλαξη. Για να γίνει αυτό, η επιλογή πραγματοποιείται στη χαμηλότερη δόση του μεταλλαξιογόνου, η οποία δίνει επαρκή συχνότητα μεταλλάξεων με τον επιθυμητό φαινότυπο.
Πολλά διαφορετικά μεταλλαξιογόνα έχουν χρησιμοποιηθεί σε συστήματα ζωικών ιών, αλλά όλα ανήκουν σε έναν μικρό αριθμό τάξεων που ορίζονται από τον μηχανισμό της μεταλλαξιογένεσης.
Μια κατηγορία μεταλλαξιγόνων, που συνήθως αναφέρονται ως μεταλλαξιογόνα in vitro, δρα τροποποιώντας χημικά το νουκλεϊκό οξύ που περιέχεται στο ιικό σωματίδιο. Το νιτρώδες οξύ απαμινώνει τις βάσεις, κυρίως την αδενίνη, για να σχηματίσει υποξανθίνη, η οποία ζευγαρώνει με την κυτοσίνη κατά τη διάρκεια της επακόλουθης αντιγραφής. Ως αποτέλεσμα της δράσης του νιτρώδους οξέος στην αδενίνη, συμβαίνει μια μετάβαση από το ζεύγος ΑΤ στο ζεύγος GC. Το νιτρώδες οξύ επίσης απαμινώνει την κυτοσίνη, οδηγώντας στη μετάβαση CG->-TA. Ένα άλλο μεταλλαξιογόνο in vitro είναι η υδροξυλαμίνη. Αντιδρά ειδικά μόνο με την κυτοσίνη και προκαλεί μετάβαση CG->-TA. Μια μεγάλη κατηγορία μεταλλαξιγόνων in vitro είναι αλκυλιωτικοί παράγοντες που δρουν σε πολλές θέσεις βάσης. Οι αλκυλιωτικοί παράγοντες - νιτροσογουανιδίνη, αιθανομεθανοσουλφονικός και μεθυλμεθανοσουλφονικός - είναι ισχυροί μεταλλαξιογόνοι παράγοντες.
Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει in vivo μεταλλαξιογόνα που απαιτούν ένα μεταβολικά ενεργό νουκλεϊκό οξύ για τη δράση τους.
Μία ομάδα μεταλλαξιγόνων in vivo περιέχει ανάλογα βάσης που ενσωματώνονται στο νουκλεϊκό οξύ κατά τη διάρκεια της κανονικής σύνθεσης ζευγαρώματος. Μόλις ενεργοποιηθούν, αυτά τα ανάλογα μπορούν να υποστούν ταυτομερείς μεταβάσεις που τα οδηγούν στο ζευγάρωμα με διαφορετικές βάσεις, προκαλώντας έτσι μεταβάσεις και μετατροπές. Συχνά χρησιμοποιούνται ανάλογα: 2-αμινοπουρίνη, 5-βρωμοδεοξυουριδίνη και 5-αζακυτιδίνη.
Μια άλλη ομάδα μεταλλαξιγόνων in vivo περιλαμβάνει παράγοντες παρεμβολής που εισάγονται στη βασική στοίβα, με αποτέλεσμα εισαγωγές ή διαγραφές κατά τη διάρκεια της επακόλουθης αντιγραφής νουκλεϊκού οξέος.
Παραδείγματα παραγόντων παρεμβολής είναι οι βαφές ακριδίνης όπως η προλαβίνη.
Η υπεριώδης ακτινοβολία χρησιμοποιείται επίσης μερικές φορές ως μεταλλαξιογόνο. Τα διμερή πυριμιδίνης είναι τα κύρια προϊόντα της υπεριώδους ακτινοβολίας. Στο DNA, τα διμερή πυριμιδίνης αποκόπτονται. Για το RNA, ο μηχανισμός της μεταλλαξιογένεσης υπεριώδους είναι άγνωστος.
Οι περισσότερες μεταλλάξεις έχουν την ιδιότητα της επιστροφής (reversion) στον άγριο τύπο. Κάθε μετάλλαξη έχει ένα χαρακτηριστικό ποσοστό αναστροφής που μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια.
Ταξινόμηση ιικών μεταλλάξεων.
Οι ιικές μεταλλάξεις ταξινομούνται ανάλογα με τις αλλαγές στον φαινότυπο και τον γονότυπο. Σύμφωνα με τις φαινοτυπικές εκδηλώσεις, οι μεταλλάξεις των ιών χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες:
Μεταλλάξεις που δεν έχουν φαινοτυπική εκδήλωση.
Θανατηφόρες μεταλλάξεις, δηλ. διαταράσσοντας πλήρως τη σύνθεση ή τη λειτουργία ζωτικών πρωτεϊνών και οδηγεί σε απώλεια της ικανότητας αναπαραγωγής. Μια μετάλλαξη είναι θανατηφόρα εάν διαταράσσει, για παράδειγμα, τη σύνθεση ή τη λειτουργία μιας ζωτικής σημασίας πρωτεΐνης ειδικής για τον ιό, όπως η ιική πολυμεράση.
Υπό όρους θανατηφόρες μεταλλάξεις, π.χ. μεταλλάξεις με απώλεια της ικανότητας σύνθεσης μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης ή με παραβίαση της λειτουργίας της μόνο υπό ορισμένες συνθήκες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι μεταλλάξεις είναι υπό όρους θανατηφόρες, καθώς η ειδική για τον ιό πρωτεΐνη διατηρεί τις λειτουργίες της υπό ορισμένες βέλτιστες συνθήκες για αυτήν και χάνει αυτή την ικανότητα υπό μη επιτρεπτές (μη επιτρεπτές) συνθήκες. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιων μεταλλάξεων είναι οι ευαίσθητες στη θερμοκρασία (θερμοκρασία ευαίσθητες) - οι μεταλλάξεις ts, στις οποίες ο ιός χάνει την ικανότητα να αναπαράγεται σε υψηλές θερμοκρασίες (39-42 ° C), ενώ διατηρεί αυτή την ικανότητα σε κανονικές θερμοκρασίες ανάπτυξης (36- 37 ° C).
· Μεταλλάξεις που έχουν φαινοτυπική έκφραση, όπως αλλαγές στο μέγεθος της πλάκας κάτω από επικάλυψη άγαρ ή θερμική σταθερότητα, αλλαγές στο φάσμα των ξενιστών, αντοχή σε αναστολείς και φάρμακα χημειοθεραπείας.
Για πρώτη φορά, μια αύξηση στη συχνότητα της κληρονομικής μεταβλητότητας υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων ανακαλύφθηκε το 1925 από τους σοβιετικούς μικροβιολόγους G.A. Nadson και G.S. Φιλίπποφ. Παρατήρησαν μια αύξηση στην ποικιλία των κληρονομικών μορφών - σαλιπάντες- μετά από έκθεση σε «ακτίνες ραδίου» στα κάτω μανιτάρια.
Το 1927 ο G. Meller ανέφερε την επίδραση των ακτίνων Χ στη διαδικασία μετάλλαξης στη Drosophila. Ορισμένες ενώσεις (ιώδιο, οξικό οξύ, αμμωνία) είναι ικανές να προκαλέσουν υπολειπόμενα θανατηφόρα στο χρωμόσωμα L. Το 1939, ο S.M. Gershenzon ανακάλυψε μια ισχυρή μεταλλαξιογόνο δράση του εξωγενούς DNA στο Drosophila. Ισχυροί χημικοί μεταλλαξιογόνοι παράγοντες ανακαλύφθηκαν το 1946 από τον I.Aiminepo ) στην ΕΣΣΔ και S. Auerbach και J. Robson (άζωτο μουστάρδα) στην Αγγλία.
Έκτοτε, το οπλοστάσιο των μεταλλαξιογόνων παραγόντων περιλαμβάνει μια ποικιλία χημικών ενώσεων: ανάλογα βάσης που ενσωματώνονται απευθείας στο DNA, παράγοντες τροποποίησης βάσης όπως νιτρώδες οξύ ή υδροξυλαμίνη, αλκυλιωτικές ενώσεις DNA (μεθανοσουλφονικός αιθυλεστέρας, μεθανοσουλφονικός μεθυλεστέρας, κ.λπ.), ενώσεις που παρεμβάλλονται μεταξύ βάσεων DNA (ακριδίνες και τα παράγωγά τους) κ.λπ.
Μαζί με μεταλλαξιογόνα, βρέθηκαν και αντιμεταλλαξιογόνα.
Η ικανότητα αλλαγής του ρυθμού της διαδικασίας μετάλλαξης έχει χρησιμεύσει ως αποφασιστικό ερέθισμα για την αποσαφήνιση των αιτιών των αυθόρμητων μεταλλάξεων. Μία από τις πρώτες προσπάθειες να εξηγηθούν τα αίτια των αυθόρμητων μεταλλάξεων περιορίστηκε στην υπόθεση ότι στην πραγματικότητα προκαλούνται από ένα φυσικό υπόβαθρο ραδιενέργειας. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι μόνο το 0,1% περίπου όλων των αυθόρμητων μεταλλάξεων στο Drosophila μπορεί να εξηγηθεί με αυτόν τον τρόπο. Δεν επιβεβαιώθηκε ούτε η υπόθεση της θερμικής κίνησης των ατόμων ως κύριας αιτίας αυθόρμητων μεταλλάξεων. Έχουν γίνει προσπάθειες να εξηγηθούν οι αυθόρμητες μεταλλάξεις ως αποτέλεσμα της δράσης των μεταβολικών προϊόντων του κυττάρου και του οργανισμού.
Η σύγχρονη άποψη για τα αίτια των αυθόρμητων μεταλλάξεων διαμορφώθηκε τη δεκαετία του 1960. χάρη στη μελέτη των μηχανισμών αναπαραγωγής, επιδιόρθωσης και ανασυνδυασμού των γονιδίων και στην ανακάλυψη ενζυμικών συστημάτων που είναι υπεύθυνα για αυτές τις διεργασίες. Υπήρξε μια τάση να εξηγούνται οι γονιδιακές μεταλλάξεις ως σφάλματα στο έργο των ενζύμων της σύνθεσης DNA προτύπου. Αυτή η υπόθεση είναι πλέον γενικά αποδεκτή. Η ελκυστικότητα της υπόθεσης έγκειται επίσης στο γεγονός ότι μας επιτρέπει να εξετάσουμε την επαγόμενη διαδικασία μετάλλαξης ως αποτέλεσμα της παρέμβασης εξωτερικών παραγόντων στην κανονική αναπαραγωγή των φορέων γενετικής πληροφορίας, δηλαδή παρέχει μια ενοποιημένη εξήγηση για τα αίτια της αυθόρμητες και επαγόμενες μεταλλάξεις. Η ανάπτυξη της θεωρίας της διαδικασίας μετάλλαξης επηρεάστηκε σε μεγάλο βαθμό από τη μελέτη του γενετικού ελέγχου της. Έχουν ανακαλυφθεί γονίδια των οποίων οι μεταλλάξεις μπορούν να αυξήσουν ή να μειώσουν τη συχνότητα τόσο των αυθόρμητων όσο και των επαγόμενων μεταλλάξεων. Έτσι, επιβεβαιώνεται η ύπαρξη κοινών αιτιών της επαγόμενης και της αυθόρμητης διαδικασίας μετάλλαξης.
Η πρώτη εξήγηση του μηχανισμού των μεταλλαγών αλλαγών (γονιδιακές μεταλλάξεις και χρωμοσωμικές εκτροπές) προτάθηκε το 1935 από τον N.V. Οι Timofeev-Resovsky, K. Zimmer και M. Delbrück βασίζονται στην ανάλυση της μεταλλαξιογένεσης ακτινοβολίας σε ανώτερους οργανισμούς, κυρίως στη Drosophila. Η μετάλλαξη θεωρήθηκε ως το αποτέλεσμα μιας στιγμιαίας αναδιάταξης των ατόμων σε ένα μόριο σύνθετου γονιδίου. Ο λόγος για μια τέτοια αναδιάταξη θεωρήθηκε ότι ήταν ένα άμεσο χτύπημα στο γονίδιο ενός κβαντικού ή ενός ιονίζοντος σωματιδίου (η αρχή του χτυπήματος) ή τυχαίες δονήσεις ατόμων. Η ανακάλυψη της επίδρασης των συνεπειών της ιονίζουσας ακτινοβολίας έδειξε αργότερα ότι οι μεταλλάξεις προκύπτουν ως αποτέλεσμα μιας διαδικασίας που διαρκεί με την πάροδο του χρόνου και όχι απευθείας τη στιγμή που ένα ενεργειακό κβάντο ή ένα ιοντίζον σωματίδιο διέρχεται από ένα γονίδιο.
Αυθόρμητος- πρόκειται για μεταλλάξεις που συμβαίνουν αυθόρμητα, χωρίς τη συμμετοχή του πειραματιστή.
που προκαλείται- πρόκειται για μεταλλάξεις που προκαλούνται τεχνητά, χρησιμοποιώντας διάφορους παράγοντες μεταλλαξιογένεση.
Γενικά, η διαδικασία σχηματισμού μεταλλάξεων ονομάζεται μεταλλαξιογένεσηκαι οι παράγοντες που προκαλούν μεταλλάξεις είναι μεταλλαξιογόνα.
Μεταλλαξιογόνοι παράγοντεςυποδιαιρείται σε φυσικός,χημική ουσίακαι βιολογικός.
Συχνότητα αυθόρμητων μεταλλάξεωνένα γονίδιο είναι, για κάθε γονίδιο κάθε οργανισμού έχει το δικό του.
Αιτίες αυθόρμητων μεταλλάξεωνδεν είναι απολύτως σαφείς. Παλαιότερα πίστευαν ότι προκλήθηκαν φυσικό υπόβαθρο ιονίζουσας ακτινοβολίας. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι δεν ήταν έτσι. Για παράδειγμα, στη Drosophila, η φυσική ακτινοβολία υποβάθρου δεν προκαλεί περισσότερο από το 0,1% των αυθόρμητων μεταλλάξεων.
ΑΠΟ ηλικίασυνέπειες από την έκθεση σε φυσική ακτινοβολία υποβάθρου μπορεί συσσωρεύωκαι στους ανθρώπους, το 10 έως 25% των αυθόρμητων μεταλλάξεων σχετίζονται με αυτό.
Δεύτερος λόγοςοι αυθόρμητες μεταλλάξεις είναι τυχαία βλάβη σε χρωμοσώματα και γονίδιακατά την κυτταρική διαίρεση και την αντιγραφή του DNA λόγω τυχαία σφάλματαστη λειτουργία των μοριακών μηχανισμών.
Ο τρίτος λόγοςοι αυθόρμητες μεταλλάξεις είναι κίνησηαπό το γονιδίωμα κινητά στοιχεία, το οποίο μπορεί να εισαχθεί σε οποιοδήποτε γονίδιο και να προκαλέσει μετάλλαξη σε αυτό.
Ο Αμερικανός γενετιστής M. Green έδειξε ότι περίπου το 80% των μεταλλάξεων που ανακαλύφθηκαν ως αυθόρμητες προέκυψαν ως αποτέλεσμα της κίνησης κινητών στοιχείων.
επαγόμενες μεταλλάξειςανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1925. Γ.Α. Nadsonκαι Γ.Σ. Φιλίπποφστην ΕΣΣΔ. Ακτινοβολούσαν καλλιέργειες μούχλας με ακτίνες Χ Mucorgenevensisκαι έλαβε μια διάσπαση του πολιτισμού «σε δύο μορφές ή φυλές, που διαφέρουν όχι μόνο μεταξύ τους, αλλά και από την αρχική (κανονική) μορφή». Τα μεταλλαγμένα αποδείχθηκαν σταθερά, αφού μετά από οκτώ διαδοχικά περάσματα διατήρησαν τις επίκτητες ιδιότητες τους. Το άρθρο τους δημοσιεύτηκε μόνο στα ρωσικά και, επιπλέον, η εργασία δεν χρησιμοποίησε μεθόδους για την ποσοτικοποίηση της δράσης των ακτίνων Χ, επομένως δεν έγινε αντιληπτό.
ΣΤΟ 1927 ΣΟΛ. G. Möllerαναφέρθηκε στην επίδραση των ακτίνων Χ στη διαδικασία μετάλλαξης στη Drosophila και πρότεινε ποσοτική μέθοδοςεπίδομα για υπολειπόμενες θανατηφόρες μεταλλάξεις στο χρωμόσωμα Χ ( ClB), που έχει γίνει κλασικό.
Το 1946, ο Möller τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη της μεταλλαξιογένεσης ακτινοβολίας. Έχει πλέον διαπιστωθεί ότι πρακτικά όλα τα είδη ακτινοβολίας(συμπεριλαμβανομένης της ιονίζουσας ακτινοβολίας όλων των ειδών - , , ; ακτίνες UV, υπέρυθρες ακτίνες) προκαλούν μεταλλάξεις. Καλούνται φυσικά μεταλλαξιογόνα.
Κύριοςμηχανισμών τις πράξεις τους:
1) παραβίαση της δομής των γονιδίων και των χρωμοσωμάτων λόγω άμεση δράσησε μόρια DNA και πρωτεΐνης.
2) εκπαίδευση ελεύθερες ρίζες, τα οποία εισέρχονται σε χημική αλληλεπίδραση με το DNA.
3) σπασίματα νήματος άτρακτο σχάσης;
4) εκπαίδευση διμερή(θυμίνη).
Στη δεκαετία του '30. ήταν ανοιχτό χημική μεταλλαξιογένεσηστη Δροσόφιλα: V.V. Ζαχάρωφ (1932 ), M. E. Lobashevκαι F. A. Smirnov (1934 ) έχουν δείξει ότι ορισμένες ενώσεις, όπως π.χ ιώδιο, οξικό οξύ, αμμωνίαείναι ικανά να επάγουν υπολειπόμενες θανατηφόρες μεταλλάξεις στο χρωμόσωμα Χ.
ΣΤΟ 1939 ΣΟΛ. Σεργκέι Μιχαήλοβιτς Γκερσενζόν(μαθητής του S.S. Chetverikov) ανακάλυψε ένα ισχυρό μεταλλαξιογόνο δράση του εξωγενούς DNAστη Δροσόφιλα. Υπό την επίδραση των ιδεών του Ν.Κ. Koltsov ότι το χρωμόσωμα είναι ένα γιγάντιο μόριο, S.M. Ο Gershenzon αποφάσισε να δοκιμάσει την υπόθεσή του ότι το DNA είναι ένα τέτοιο μόριο. Απομόνωσε DNA από τον θύμο αδένα και το πρόσθεσε στην τροφή των προνυμφών της Drosophila. Ανάμεσα σε 15.000 μύγες ελέγχου (δηλαδή, χωρίς DNA στην τροφή), δεν υπήρξε ούτε μία μετάλλαξη και στο πείραμα, 13 μεταλλάκτες βρέθηκαν ανάμεσα σε 13.000 μύγες.
ΣΤΟ 1941 Charlotte Auerbachκαι J. Robsonέδειξε ότι μουστάρδα αζώτουπροκαλεί μεταλλάξεις στη Drosophila. Τα αποτελέσματα της εργασίας με αυτόν τον παράγοντα χημικού πολέμου δημοσιεύθηκαν μόλις το 1946, μετά το τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου. Στο ίδιο 1946 ΣΟΛ. Ράποπορτ(Joseph Abramovich) στην ΕΣΣΔ παρουσίασε μεταλλαξιογόνο δράση φορμαλδευγή.
Επί του παρόντος να χημικά μεταλλαξιογόναπεριλαμβάνω:
ένα) φυσικόςοργανικές και ανόργανες ουσίες.
β) βιομηχανικά προϊόντα επεξεργασία φυσικών ενώσεων- άνθρακας, λάδι.
σε) συνθετικές ουσίες, που δεν είχε προηγουμένως βρεθεί στη φύση (φυτοκτόνα, εντομοκτόνα κ.λπ.)
δ) μερικά μεταβολίτεςανθρώπινους και ζωικούς οργανισμούς.
Χημικά μεταλλαξιογόναπροκαλούν κατά κύριο λόγο γενετικήμεταλλάξεις και δρουν κατά την αντιγραφή του DNA.
Μηχανισμοί δράσης τους:
1) τροποποίηση της δομής βάσης (υδροξυλίωση, απαμίνωση, αλκυλίωση).
2) αντικατάσταση αζωτούχων βάσεων από τα ανάλογα τους.
3) αναστολή της σύνθεσης προδρόμων νουκλεϊκών οξέων.
Τα τελευταία χρόνια, τα λεγόμενα υπερμεταλλαξιογόνα:
1)ανάλογα βάσης?
2) συνδέσεις, αλκυλιωτικό DNA(μεθανοσουλφονικός αιθυλεστέρας, μεθανοσουλφονικός μεθυλεστέρας, κ.λπ.);
3) συνδέσεις, παρεμβάλλονταςμεταξύ βάσεων DNA (ακριδίνες και τα παράγωγά τους).
Τα υπερμεταλλαξιογόνα αυξάνουν τη συχνότητα των μεταλλάξεων κατά 2-3 τάξεις μεγέθους.
Προς την βιολογικά μεταλλαξιογόνασχετίζομαι:
ένα) ιούς(ερυθρά, ιλαρά, κ.λπ.);
σι) μη ιικοί μολυσματικοί παράγοντες(βακτήρια, ρικέτσιες, πρωτόζωα, έλμινθοι).
σε) κινητό γενετικόστοιχεία.
Μηχανισμοί δράσης τους:
1) τα γονιδιώματα των ιών και των κινητών στοιχείων ενσωματώνονται στο DNA των κυττάρων-ξενιστών.
επαγόμενη μεταλλαξιογένεση , από τα τέλη της δεκαετίας του 20 του ΧΧ αιώνα, έχουν χρησιμοποιηθεί για την αναπαραγωγή νέων στελεχών, φυλών και ποικιλιών. Η μεγαλύτερη επιτυχία έχει επιτευχθεί στην επιλογή στελεχών βακτηρίων και μυκήτων - παραγωγών αντιβιοτικών και άλλων βιολογικά δραστικών ουσιών.
Ναι, καταφέραμε να αυξήσουμε τη δραστηριότητα παραγωγούς αντιβιοτικών 10-20 φορές, γεγονός που κατέστησε δυνατή τη σημαντική αύξηση της παραγωγής των αντίστοιχων αντιβιοτικών και τη σημαντική μείωση του κόστους τους. Η δραστηριότητα του ακτινοβόλου μύκητα - παραγωγός βιταμίνης Β 12 κατάφερε να αυξηθεί 6 φορές, και η δραστηριότητα των βακτηρίων - παραγωγού αμινοξέα λυσίνης- 300-400 φορές.
Χρήση μεταλλάξεων νανισμός στο σιτάριεπέτρεψε στη δεκαετία του 60-70 να αυξηθεί δραματικά η απόδοση των καλλιεργειών σιτηρών, η οποία ονομάστηκε " πράσινη επανάσταση". Οι ποικιλίες νάνου σιταριού έχουν ένα κοντό, παχύ μίσχο που είναι ανθεκτικό στην παραμονή, μπορεί να αντέξει το αυξημένο φορτίο από ένα μεγαλύτερο στάχυ. Η χρήση αυτών των ποικιλιών κατέστησε δυνατή τη σημαντική αύξηση των αποδόσεων (πολλές φορές σε ορισμένες χώρες).
Ο συγγραφέας της «πράσινης επανάστασης» θεωρείται Αμερικανός κτηνοτρόφος και γενετιστής Ν. Μπορλάουγκα, ο οποίος το 1944, σε ηλικία 30 ετών, εγκαταστάθηκε και άρχισε να εργάζεται στο Μεξικό. Για την επιτυχία του στην αναπαραγωγή ποικιλιών φυτών υψηλής παραγωγικότητας το 1970, του απονεμήθηκε το Νόμπελ Ειρήνης.
Ποιες μεταλλάξεις ονομάζονται αυθόρμητες; Εάν μεταφράσουμε τον όρο σε μια προσβάσιμη γλώσσα, τότε πρόκειται για φυσικά λάθη που συμβαίνουν στη διαδικασία αλληλεπίδρασης του γενετικού υλικού με το εσωτερικό ή/και εξωτερικό περιβάλλον. Τέτοιες μεταλλάξεις είναι συνήθως τυχαίες. Παρατηρούνται στο φύλο και σε άλλα κύτταρα του σώματος.
Εξωγενή αίτια μεταλλάξεων
Αυθόρμητη μετάλλαξη μπορεί να συμβεί υπό την επίδραση χημικών ουσιών, ακτινοβολίας, υψηλών ή χαμηλών θερμοκρασιών, σπάνιου αέρα ή υψηλής πίεσης. Κάθε χρόνο, κατά μέσο όρο, ένα άτομο απορροφά περίπου το ένα δέκατο του rad ιονίζουσας ακτινοβολίας, που είναι το φυσικό υπόβαθρο ακτινοβολίας. Αυτός ο αριθμός περιλαμβάνει την ακτινοβολία γάμμα από τον πυρήνα της Γης, τον ηλιακό άνεμο, τη ραδιενέργεια στοιχείων που εμφανίζονται στο πάχος του φλοιού της γης και διαλύονται στην ατμόσφαιρα. Η δόση που λαμβάνεται εξαρτάται επίσης από το πού βρίσκεται το άτομο. Το ένα τέταρτο όλων των αυθόρμητων μεταλλάξεων συμβαίνουν ακριβώς εξαιτίας αυτού του παράγοντα.
Η υπεριώδης ακτινοβολία, αντίθετα με τη δημοφιλή πεποίθηση, παίζει ασήμαντο ρόλο στην εμφάνιση καταστροφών του DNA, αφού δεν μπορεί να διεισδύσει βαθιά στο ανθρώπινο σώμα. Αλλά το δέρμα υποφέρει συχνά από υπερβολική έκθεση στον ήλιο (μελάνωμα και άλλους καρκίνους). Ωστόσο, μονοκύτταροι οργανισμοί και ιοί μεταλλάσσονται όταν εκτίθενται στο ηλιακό φως. Οι πολύ υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες μπορούν επίσης να προκαλέσουν αλλαγές στο γενετικό υλικό.
Ενδογενείς αιτίες μεταλλάξεων
Οι κύριοι λόγοι για την εμφάνιση της αυθόρμητης μετάλλαξης παραμένουν ενδογενείς παράγοντες. Αυτά περιλαμβάνουν παραπροϊόντα του μεταβολισμού, σφάλματα στη διαδικασία αντιγραφής, επιδιόρθωσης ή ανασυνδυασμού και άλλα.
- αυθόρμητες μεταπτώσεις και αναστροφές αζωτούχων βάσεων.
- εσφαλμένη διάταξη των νουκλεοτιδίων λόγω σφαλμάτων στις πολυμεράσες του DNA.
- χημική αντικατάσταση νουκλεοτιδίων, για παράδειγμα, γουανίνη-κυτοσίνη σε αδενίνη-γουανίνη.
- μεταλλάξεις στα γονίδια που είναι υπεύθυνα για την επιδιόρθωση μεμονωμένων τμημάτων της αλυσίδας του DNA μετά το σπάσιμό τους υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων.
- οι αποτυχίες στις διαδικασίες διασταύρωσης κατά τη διάρκεια της μείωσης ή της μίτωσης οδηγούν στην απώλεια και ολοκλήρωση των βάσεων.
Αυτοί είναι οι κύριοι παράγοντες που προκαλούν αυθόρμητες μεταλλάξεις. Οι λόγοι για τις αποτυχίες μπορεί να είναι η ενεργοποίηση γονιδίων μεταλλάξεων, καθώς και η μετατροπή ασφαλών χημικών ενώσεων σε πιο ενεργούς μεταβολίτες που επηρεάζουν τον κυτταρικό πυρήνα. Επιπλέον, υπάρχουν δομικοί παράγοντες. Αυτά περιλαμβάνουν επαναλήψεις της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας κοντά στη θέση της αναδιάταξης της αλυσίδας, την παρουσία πρόσθετων τμημάτων DNA παρόμοιας δομής με το γονίδιο, καθώς και κινητά στοιχεία του γονιδιώματος.
Παθογένεια μετάλλαξης
Η αυθόρμητη μετάλλαξη εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της επίδρασης όλων των παραγόντων που αναφέρονται παραπάνω, που επηρεάζουν μαζί ή χωριστά σε μια ορισμένη περίοδο της ζωής του κυττάρου. Υπάρχει ένα τέτοιο φαινόμενο όπως μια ολισθαίνουσα παραβίαση του ζευγαρώματος των κλώνων του θυγατρικού και του μητρικού DNA. Ως αποτέλεσμα, συχνά σχηματίζονται βρόχοι από πεπτίδια που δεν μπόρεσαν να χωρέσουν επαρκώς στην αλληλουχία. Μετά την απομάκρυνση της περίσσειας θραυσμάτων DNA από τον θυγατρικό κλώνο, οι βρόχοι μπορούν να αφαιρεθούν (διαγραφές) και να ενσωματωθούν (διπλασιασμοί, εισαγωγές). Οι αλλαγές εμφανίζονται και διορθώνονται σε επόμενους κύκλους κυτταρικής διαίρεσης.
Ο ρυθμός και ο αριθμός των μεταλλάξεων που συμβαίνουν εξαρτώνται από την πρωτογενή δομή του DNA. Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι απολύτως όλες οι αλληλουχίες DNA είναι μεταλλαξιογόνες εάν σχηματίζουν στροφές.
Οι πιο συχνές αυθόρμητες μεταλλάξεις
Γιατί οι αυθόρμητες μεταλλάξεις εκδηλώνονται συχνότερα στο γενετικό υλικό; Παραδείγματα τέτοιων συνθηκών είναι η απώλεια αζωτούχων βάσεων και η απομάκρυνση αμινοξέων. Τα υπολείμματα κυτοσίνης θεωρούνται ιδιαίτερα ευαίσθητα σε αυτά. Έχει αποδειχθεί ότι σήμερα περισσότερα από τα μισά σπονδυλωτά έχουν μετάλλαξη υπολειμμάτων κυτοσίνης. Μετά την απαμίνωση, η μεθυλκυτοσίνη μετατρέπεται σε θυμίνη. Η περαιτέρω αντιγραφή αυτής της ενότητας επαναλαμβάνει το σφάλμα ή το διαγράφει ή διπλασιάζεται και μεταλλάσσεται σε νέο τμήμα. Ένας άλλος λόγος για συχνές αυθόρμητες μεταλλάξεις είναι ο μεγάλος αριθμός ψευδογονιδίων. Εξαιτίας αυτού, μπορούν να σχηματιστούν ανομοιόμορφοι ομόλογοι ανασυνδυασμοί κατά τη διάρκεια της μείωσης. Συνέπεια αυτού είναι οι αναδιατάξεις στα γονίδια, οι στροφές και ο διπλασιασμός των μεμονωμένων αλληλουχιών νουκλεοτιδίων.
Μοντέλο πολυμεράσης μεταλλαξιογένεσης
Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, οι αυθόρμητες μεταλλάξεις προκύπτουν ως αποτέλεσμα τυχαίων σφαλμάτων των μορίων που συνθέτουν το DNA. Για πρώτη φορά, ένα τέτοιο μοντέλο παρουσιάστηκε από την Bresler. Πρότεινε ότι οι μεταλλάξεις εμφανίζονται ως αποτέλεσμα του γεγονότος ότι οι πολυμεράσες σε ορισμένες περιπτώσεις εισάγουν μη συμπληρωματικά νουκλεοτίδια στην αλληλουχία. Χρόνια αργότερα, μετά από μακροχρόνιες δοκιμές και πειράματα, αυτή η άποψη εγκρίθηκε και έγινε αποδεκτή στον επιστημονικό κόσμο. Έχουν εξαχθεί ακόμη και ορισμένα μοτίβα που επιτρέπουν στους επιστήμονες να ελέγχουν και να κατευθύνουν μεταλλάξεις εκθέτοντας ορισμένα τμήματα του DNA στο υπεριώδες φως. Έτσι, για παράδειγμα, διαπιστώθηκε ότι η αδενίνη είναι πιο συχνά ενσωματωμένη απέναντι από το κατεστραμμένο τρίδυμο.
Ταυτομερικό μοντέλο μεταλλαξιογένεσης
Μια άλλη θεωρία που εξηγεί τις αυθόρμητες και τεχνητές μεταλλάξεις προτάθηκε από τον Watson και τον Crick (τον ανακάλυψε τη δομή του DNA). Πρότειναν ότι η μεταλλαξιογένεση βασίζεται στην ικανότητα ορισμένων βάσεων DNA να μετατρέπονται σε ταυτομερείς μορφές που αλλάζουν τον τρόπο σύνδεσης των βάσεων.
Από τη δημοσίευσή της, η υπόθεση έχει αναπτυχθεί ενεργά. Νέες μορφές νουκλεοτιδίων έχουν ανακαλυφθεί μετά από υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτό έδωσε στους επιστήμονες νέες ευκαιρίες για έρευνα. Η σύγχρονη επιστήμη εξακολουθεί να συζητά τον ρόλο των ταυτομερών μορφών στην αυθόρμητη μεταλλαξιογένεση και την επίδρασή της στον αριθμό των αναγνωρισμένων μεταλλάξεων.
Άλλα μοντέλα
Η αυθόρμητη μετάλλαξη είναι δυνατή όταν η αναγνώριση των νουκλεϊκών οξέων από τις DNA πολυμεράσες είναι εξασθενημένη. Ο Poltaev και οι συνεργάτες του έχουν αποσαφηνίσει τον μηχανισμό που διασφαλίζει τη συμμόρφωση με την αρχή της συμπληρωματικότητας στη σύνθεση των θυγατρικών μορίων DNA. Αυτό το μοντέλο κατέστησε δυνατή τη μελέτη των κανονικοτήτων στην εμφάνιση της αυθόρμητης μεταλλαξιογένεσης. Οι επιστήμονες εξήγησαν την ανακάλυψή τους με το γεγονός ότι ο κύριος λόγος για την αλλαγή στη δομή του DNA είναι η σύνθεση μη κανονικών ζευγών νουκλεοτιδίων. Πρότειναν ότι η υποκατάσταση βάσης λαμβάνει χώρα μέσω απαμίνωσης τμημάτων DNA. Αυτό οδηγεί σε αλλαγή της κυτοσίνης σε θυμίνη ή ουρακίλη. Λόγω τέτοιων μεταλλάξεων, σχηματίζονται ζεύγη ασυμβίβαστων νουκλεοτιδίων. Επομένως, κατά την επόμενη αντιγραφή, λαμβάνει χώρα μια μετάβαση (αντικατάσταση σημείου νουκλεοτιδικών βάσεων).
Ταξινόμηση μετάλλαξης: αυθόρμητη
Υπάρχουν διάφορες ταξινομήσεις μεταλλάξεων, ανάλογα με το ποιο κριτήριο τις διέπει. Υπάρχει μια διαίρεση ανάλογα με τη φύση της αλλαγής στη λειτουργία του γονιδίου: - υπομορφικά (τα μεταλλαγμένα αλληλόμορφα συνθέτουν λιγότερες πρωτεΐνες, αλλά είναι παρόμοια με τα αρχικά).
- άμορφο (το γονίδιο έχει χάσει εντελώς τις λειτουργίες του).
- αντιμορφικό (ένα μεταλλαγμένο γονίδιο αλλάζει εντελώς το χαρακτηριστικό που αντιπροσωπεύει).
- νεομορφικό (εμφανίζονται νέα σημάδια). Αλλά μια ταξινόμηση που διαιρεί όλες τις μεταλλάξεις σε αναλογία με μια μεταβλητή δομή είναι πιο συνηθισμένη. Κατανομή: 1. Γονιδιωματικές μεταλλάξεις. Αυτές περιλαμβάνουν την πολυπλοειδία, δηλαδή τον σχηματισμό ενός γονιδιώματος με ένα τριπλό ή περισσότερα σετ χρωμοσωμάτων, και την ανευπλοειδία, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων στο γονιδίωμα δεν είναι πολλαπλάσιο του απλοειδούς.
2. Χρωμοσωμικές μεταλλάξεις. Παρατηρούνται σημαντικές αναδιατάξεις μεμονωμένων τμημάτων χρωμοσωμάτων. Υπάρχει απώλεια πληροφοριών (διαγραφή), διπλασιασμός (διπλασιασμός), αλλαγή στην κατεύθυνση των αλληλουχιών νουκλεοτιδίων (αναστροφή), καθώς και ανατροπή των τμημάτων του χρωμοσώματος σε άλλη θέση (μετατόπιση).
3. Γονιδιακή μετάλλαξη. Η πιο κοινή μετάλλαξη Στην αλυσίδα του DNA, αντικαθίστανται αρκετές τυχαίες αζωτούχες βάσεις.
Συνέπειες μεταλλάξεων
Οι αυθόρμητες μεταλλάξεις είναι τα αίτια των όγκων, των ασθενειών αποθήκευσης, των δυσλειτουργιών οργάνων και ιστών σε ανθρώπους και ζώα. Εάν ένα μεταλλαγμένο κύτταρο βρίσκεται σε έναν μεγάλο πολυκύτταρο οργανισμό, τότε με μεγάλο βαθμό πιθανότητας θα καταστραφεί προκαλώντας απόπτωση (προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος). Το σώμα ελέγχει τη διαδικασία διατήρησης του γενετικού υλικού και, με τη βοήθεια του ανοσοποιητικού συστήματος, απαλλάσσεται από όλα τα πιθανά κατεστραμμένα κύτταρα. Σε μία περίπτωση από τις εκατοντάδες χιλιάδες, τα Τ-λεμφοκύτταρα δεν έχουν χρόνο να αναγνωρίσουν την προσβεβλημένη δομή και δημιουργεί έναν κλώνο κυττάρων που περιέχουν επίσης το μεταλλαγμένο γονίδιο. Το σύμπλεγμα κυττάρων έχει ήδη άλλες λειτουργίες, παράγει τοξικές ουσίες και επηρεάζει αρνητικά τη γενική κατάσταση του οργανισμού. Εάν η μετάλλαξη δεν συνέβη στο σωματικό, αλλά στο γεννητικό κύτταρο, τότε οι αλλαγές θα παρατηρηθούν στους απογόνους. Αποδεικνύεται ότι είναι συγγενείς παθολογίες οργάνων, παραμορφώσεις, μεταβολικές διαταραχές και ασθένειες αποθήκευσης.
Αυθόρμητες μεταλλάξεις:
Σε ορισμένες περιπτώσεις, μεταλλάξεις που προηγουμένως φαίνονταν άχρηστες μπορεί να είναι χρήσιμες για την προσαρμογή σε νέες συνθήκες διαβίωσης. Αυτό αντιπροσωπεύει τη μετάλλαξη ως μέτρο της φυσικής επιλογής. Τα ζώα, τα πουλιά και τα έντομα καμουφλάρονται ανάλογα με την περιοχή διαμονής τους για να προστατευτούν από τα αρπακτικά. Αλλά αν αλλάξει ο βιότοπός τους, τότε με τη βοήθεια μεταλλάξεων, η φύση προσπαθεί να προστατεύσει το είδος από την εξαφάνιση. Κάτω από νέες συνθήκες, οι ισχυρότεροι επιβιώνουν και μεταβιβάζουν αυτή την ικανότητα σε άλλους. Μετάλλαξη μπορεί να συμβεί σε ανενεργές περιοχές του γονιδιώματος και στη συνέχεια δεν παρατηρούνται ορατές αλλαγές στον φαινότυπο. Είναι δυνατός ο εντοπισμός «σπάσιμο» μόνο με τη βοήθεια συγκεκριμένων μελετών. Είναι απαραίτητο να μελετηθεί η προέλευση και τα σχετικά είδη ζώων και οι γενετικοί τους χάρτες.
Το πρόβλημα του αυθορμητισμού των μεταλλάξεων
Στη δεκαετία του σαράντα του περασμένου αιώνα, υπήρχε μια θεωρία ότι οι μεταλλάξεις προκαλούνται αποκλειστικά από την επίδραση εξωτερικών παραγόντων και βοηθούν στην προσαρμογή σε αυτούς. Προκειμένου να δοκιμαστεί αυτή η θεωρία, αναπτύχθηκε μια ειδική μέθοδος δοκιμής και επανάληψης. Η διαδικασία συνίστατο στο γεγονός ότι μια μικρή ποσότητα βακτηρίων του ίδιου είδους σπάρθηκε σε δοκιμαστικούς σωλήνες και, μετά από αρκετούς εμβολιασμούς, προστέθηκαν αντιβιοτικά σε αυτά. Μερικοί από τους μικροοργανισμούς επέζησαν και μεταφέρθηκαν σε νέο μέσο. Μια σύγκριση βακτηρίων από διαφορετικούς δοκιμαστικούς σωλήνες έδειξε ότι η αντίσταση προέκυψε αυθόρμητα, τόσο πριν όσο και μετά την επαφή με το αντιβιοτικό. Η μέθοδος επανάληψης περιλάμβανε τη μεταφορά μικροοργανισμών σε ένα ελαστικό πανί και στη συνέχεια τη μεταφορά τους σε πολλά καθαρά μέσα. Νέες αποικίες καλλιεργήθηκαν και υποβλήθηκαν σε αγωγή με ένα αντιβιοτικό. Ως αποτέλεσμα, βακτήρια που βρίσκονται στα ίδια μέρη του μέσου επιβίωσαν σε διαφορετικούς δοκιμαστικούς σωλήνες.
Η διαδικασία μετάλλαξης χαρακτηρίζεται από τη συχνότητα εμφάνισης των μεταλλάξεων και την κατεύθυνση της γονιδιακής μετάλλαξης.
Η συχνότητα των μεταλλάξεων είναι ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά κάθε είδους ζώων, φυτών και μικροοργανισμών: ορισμένα είδη έχουν υψηλότερη μεταβλητότητα μετάλλαξης από άλλα. Αυτές οι διαφορές οφείλονται στην επίδραση πολλών παραγόντων γενικής και ιδιαίτερης σημασίας: η γονοτυπική δομή του είδους, ο βαθμός προσαρμογής του στις περιβαλλοντικές συνθήκες, ο τόπος κατανομής του, η ισχύς της δράσης φυσικών παραγόντων κ.λπ. διεργασίες που σχετίζονται με το μεταβολισμό μπορεί να είναι η αιτία της αυθόρμητης μεταλλακτικής μεταβλητότητας. Κάτω από αυτόν τον όρο, κρύβουμε την άγνοιά μας για τις συγκεκριμένες αιτίες των μεταλλάξεων.
Προς το παρόν, δεν υπάρχει ακόμη πλήρης κατανόηση της συχνότητας των μεταλλάξεων σε μία γενιά. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι μεταλλάξεις είναι εξαιρετικά διαφορετικές τόσο από την άποψη της φαινοτυπικής εκδήλωσης όσο και από τη γενετική προετοιμασία, και οι μέθοδοι για τον υπολογισμό τους είναι ατελείς. μόνο όσον αφορά τη μεταβλητότητα των επιμέρους τόπων μπορεί να γίνει μια λίγο πολύ ακριβής εκτίμηση. Κατά κανόνα, μόνο ένα από τα μέλη του ζεύγους αλληλόμορφων μεταλλάσσεται ταυτόχρονα, γεγονός που εξηγείται από τη σπανιότητα της ίδιας της μετάλλαξης. Η μετάλλαξη και των δύο μελών ταυτόχρονα είναι ένα απίθανο γεγονός.
Τα καθιερωμένα γενικά πρότυπα της συχνότητας των αυθόρμητων μεταλλάξεων περιορίζονται στις ακόλουθες διατάξεις:
- διαφορετικά γονίδια στον ίδιο γονότυπο μεταλλάσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς.
- παρόμοια γονίδια σε διαφορετικούς γονότυπους μεταλλάσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς.
Αυτές οι δύο θέσεις απεικονίζονται σε πίνακες.
Το πρώτο από αυτά δείχνει τη συχνότητα μετάλλαξης διαφορετικών γονιδίων στο παράδειγμα του καλαμποκιού, το δεύτερο συγκρίνει τη μετάλλαξη γονιδίων σε διαφορετικά είδη ζώων, φυτών και ανθρώπων και στο καλαμπόκι τη μετάλλαξη των ίδιων γονιδίων σε διαφορετικές γραμμές με διαφορετικές γονότυπους.
Έτσι, διαφορετικά γονίδια μεταλλάσσονται σε διαφορετικές συχνότητες, δηλ. υπάρχουν ευμετάβλητα και σταθερά γονίδια. Κάθε γονίδιο μεταλλάσσεται σχετικά σπάνια, αλλά δεδομένου ότι ο αριθμός των γονιδίων σε έναν γονότυπο μπορεί να είναι τεράστιος, το συνολικό ποσοστό μετάλλαξης διαφόρων γονιδίων είναι αρκετά υψηλό. Για τη Drosophila, αυτός ο υπολογισμός δείχνει μία μετάλλαξη ανά 100 γαμέτες ανά γενιά. Ωστόσο, τέτοιοι υπολογισμοί δεν είναι ακόμη πολύ ακριβείς, καθώς στην πραγματικότητα είναι αδύνατο να διακρίνουμε μια μεμονωμένη αλλαγή στον τόπο από πολύπλοκες μικρές αναδιοργανώσεις στα χρωμοσώματα. Επιπλέον, είναι πολύ δύσκολο να δημιουργηθεί ταυτόχρονη μετάλλαξη σε διαφορετικά χρωμοσώματα μέσα στο ίδιο κύτταρο.
Με βάση τη σπανιότητα του ίδιου του συμβάντος - γονιδιακής μετάλλαξης, θα πρέπει επίσης να εξηγηθεί το γεγονός ότι οι μεταλλάξεις συνήθως παρατηρούνται μόνο σε έναν από τους τόπους. Η γενετική δεν γνωρίζει ούτε ένα αξιόπιστο γεγονός της ταυτόχρονης μετάλλαξης δύο αλληλόμορφων σε ομόλογα χρωμοσώματα. Όμως είναι πιθανό αυτό να οφείλεται στον ίδιο τον μηχανισμό εμφάνισης μεταλλάξεων.
Οι αιτίες της αυθόρμητης μετάλλαξης των γονιδίων δεν είναι ακόμη σαφείς. Ένας από τους κύριους λόγους για τα διαφορετικά ποσοστά μετάλλαξης είναι ο ίδιος ο γονότυπος. Το ίδιο γονίδιο Rr σε δύο σειρές αραβοσίτου μεταλλάσσεται σε r r με διαφορετικούς τρόπους: στη μία με συχνότητα 6,2 και στην άλλη με συχνότητα 18,2 ανά 10.000 γαμέτες. Διαπιστώθηκε επίσης ότι η συχνότητα των θανατηφόρων μεταλλάξεων σε διαφορετικές γραμμές Drosophila είναι διαφορετική.
Με τη βοήθεια της επιλογής, είναι δυνατό να δημιουργηθούν γραμμές που θα έχουν διαφορετική αυθόρμητη μεταβλητότητα. Αυτό υποστηρίζεται από το γεγονός ότι υπάρχουν ειδικά γονίδια – μεταλλάκτες που επηρεάζουν το ρυθμό μετάλλαξης άλλων γονιδίων. Για παράδειγμα, στον αραβόσιτο, κοντά στο αριστερό άκρο του κοντού βραχίονα του χρωμοσώματος IX, υπάρχει η θέση Dt, η οποία επηρεάζει τη μεταβλητότητα της θέσης Α, η οποία βρίσκεται στο μακρύ σκέλος του χρωμοσώματος III. Ωστόσο, δεν είναι ακόμα απολύτως σαφές τι αντιπροσωπεύει ο τόπος Dt. Ίσως είναι κάποιο είδος χρωμοσωμικής αναδιάταξης.
Η επίδραση του γονότυπου στην αυθόρμητη μεταβλητότητα ενός μεμονωμένου γονιδίου εκδηλώνεται επίσης κατά τον υβριδισμό. Υπάρχουν ενδείξεις ότι η συχνότητα μετάλλαξης του ίδιου τόπου είναι υψηλότερη στους υβριδικούς οργανισμούς από ότι στις αρχικές μορφές.
Η διαδικασία της αυθόρμητης μετάλλαξης καθορίζεται επίσης από τη φυσιολογική κατάσταση και τις βιοχημικές αλλαγές στα κύτταρα.
Έτσι, για παράδειγμα, οι M. S. Navashin και G. Stubbe έδειξαν ότι στη διαδικασία γήρανσης των σπόρων κατά την αποθήκευση για αρκετά χρόνια, η συχνότητα των μεταλλάξεων, ειδικά του τύπου των χρωμοσωμικών ανακατατάξεων, αυξάνεται σημαντικά. Παρόμοιο φαινόμενο παρατηρείται σε σχέση με τη συχνότητα των θανατηφόρων μεταλλάξεων στο Drosophila κατά την αποθήκευση του σπέρματος στα σπερματικά δοχεία των θηλυκών. Γεγονότα αυτού του είδους δείχνουν ότι η αυθόρμητη μετάλλαξη ενός γονιδίου εξαρτάται από τις φυσιολογικές και βιοχημικές αλλαγές στο κύτταρο που σχετίζονται με εξωτερικές συνθήκες.
Μία από τις πιθανές αιτίες αυθόρμητης μετάλλαξης μπορεί να είναι η συσσώρευση στον γονότυπο μεταλλάξεων που εμποδίζουν τη βιοσύνθεση ορισμένων ουσιών, με αποτέλεσμα να υπάρξει υπερβολική συσσώρευση προδρόμων ουσιών τέτοιων ουσιών που μπορούν να επηρεάσουν τις γονιδιακές αλλαγές. Αυτή η υπόθεση προσφέρεται για πειραματική επαλήθευση.
Εάν βρείτε κάποιο σφάλμα, επισημάνετε ένα κομμάτι κειμένου και κάντε κλικ Ctrl+Enter.
