Mutații spontane, mecanisme ale apariției lor. Mutații induse Exemple de mutații spontane

Mutație spontană

Mutații.

Virușii, ca toate organismele vii, se caracterizează prin ereditate și variabilitate. Cercetările timpurii în genetica virusurilor animale au implicat în primul rând colectarea și caracterizarea genetică și fiziologică ulterioară a mutanților virali. Recent, mutanții virali au fost folosiți ca instrumente specifice pentru studiul evenimentelor genetice și biochimice care au loc într-o celulă infectată. Lucrările de acest fel cu virușii animale au rămas în general în urmă cu lucrări similare pe sistemele procariote.

Unele virusuri produc o proporție semnificativă de mutanți atunci când sunt trecute în absența oricăror mutageni cunoscuți. Aceste mutații spontane se acumulează în genomi virali și conduc la variații fenotipice care sunt supuse presiunii selective în timpul evoluției virale.

Rata mutagenezei spontane în genomul ADN este semnificativ mai mică (10 -8 - 10 -11 pentru fiecare nucleotidă inclusă) decât în ​​genomul ARN (10 -3 - 10 -4 pentru fiecare nucleotidă inclusă). O frecvență mai mare a mutațiilor spontane este asociată cu fidelitatea scăzută a replicării genomilor ARN, care se datorează probabil lipsei de activitate corectivă a replicazelor ARN, caracteristică enzimelor care replica ADN-ul. Cel mai adesea, mutațiile spontane sunt observate la retrovirusuri, ceea ce este asociat cu o frecvență mai mare a eșecurilor în transcrierea inversă care nu sunt capabile de auto-corecție.

Astfel, în timp ce genomul virusurilor ADN este relativ stabil, nu același lucru se poate spune despre virusurile ARN.Din păcate pentru geneticieni, o serie de factori stimulează dezechilibrul în populația de genom, iar acești factori contribuie adesea la acumularea de mutanți în populație. . Datorită mutagenezei spontane, este dificil să se mențină omogenitatea populației virale. Pentru a evita această dificultate, virusurile sunt reclonate periodic, dar mutanții apar adesea atât în ​​timpul formării plăcii, cât și în timpul creșterii virusului, astfel încât poate fi dificil să se obțină preparate de virus omogene genetic cu titru ridicat.

Mutațiile induse în virusuri sunt obținute prin acțiunea diverșilor mutageni chimici și fizici, care sunt împărțiți în cei care acționează in vivo și in vitro.

Majoritatea mutanților izolați în cercetarea virusurilor animale sunt derivați din populații de tip sălbatic tratate cu mutageni. Mutagenii sunt de obicei utilizați pentru a crește frecvența mutațiilor într-o populație, după care mutanții sunt testați folosind o presiune selectivă adecvată. Principala problemă asociată cu utilizarea de mutageni este alegerea unei doze adecvate. În general, este de dorit să se obțină mutanți care diferă de tipul sălbatic printr-o singură mutație. Pentru a face acest lucru, selecția este efectuată la cea mai mică doză de mutagen care oferă o frecvență suficientă a mutațiilor cu fenotipul dorit.

Mulți mutageni diferiți au fost utilizați în sistemele de virusuri animale, dar toți se încadrează într-un număr mic de clase definite de mecanismul mutagenezei.

O clasă de mutageni, denumită de obicei mutageni in vitro, acționează prin modificarea chimică a acidului nucleic conținut în particula virală. Acidul azot deaminează bazele, în primul rând adenina, pentru a forma hipoxantina, care se asociază cu citozina în timpul replicării ulterioare. Ca urmare a acțiunii acidului azot asupra adeninei, are loc o tranziție de la perechea AT la perechea GC. De asemenea, acidul azot dezaminează citozina, ducând la tranziția CG->-TA. Un alt mutagen in vitro este hidroxilamina; reacţionează specific numai cu citozina şi provoacă tranziţia CG->-TA. O clasă mare de mutageni in vitro este reprezentată de agenți de alchilare care acționează în multe poziții în baze. Agenții de alchilare - nitrozoguanidina, etanmetan sulfonat și metilmetan sulfonat - sunt mutageni puternici.

A doua clasă include mutageni in vivo care necesită un acid nucleic activ metabolic pentru acțiunea lor.

Un grup de mutageni in vivo conține analogi de bază care sunt încorporați în acidul nucleic în timpul sintezei conform regulilor de împerechere normală. Odată porniți, acești analogi sunt capabili să sufere tranziții tautomerice care îi conduc să se împerecheze cu baze diferite, provocând astfel tranziții și transversii. Analogii care sunt adesea utilizați sunt 2-aminopurina, 5-bromodeoxiuridina și 5-azacitidina.

Un alt grup de mutageni in vivo include agenți de intercalare, care se inserează într-o stivă de baze care are ca rezultat inserții sau deleții în timpul replicării ulterioare a acidului nucleic.

Exemple de agenți de intercalare sunt coloranții de acridină, cum ar fi proflavina.

Lumina ultravioletă este uneori folosită și ca mutagen. Principalii produși ai acțiunii ultraviolete sunt dimerii de pirimidină. În ADN, dimerii de pirimidină sunt excizați. Pentru ARN, mecanismul mutagenezei ultraviolete este necunoscut.

Majoritatea mutațiilor au proprietatea de a reveni (reversie) la tipul sălbatic. Fiecare mutație are o frecvență caracteristică de inversare care poate fi măsurată cu precizie.

Clasificarea mutațiilor virale.

Mutațiile virale sunt clasificate în funcție de modificările fenotipului și genotipului. Pe baza manifestărilor fenotipice, mutațiile virale sunt împărțite în patru grupe:

· Mutaţii care nu au manifestări fenotipice.

· Mutații letale, de ex. perturbând complet sinteza sau funcția proteinelor vitale și ducând la pierderea capacității de reproducere. O mutație este letală dacă, de exemplu, perturbă sinteza sau funcția unei proteine ​​vitale specifice virusului, cum ar fi polimeraza virală.

· Mutații letale condiționat, de ex. mutații care provoacă pierderea capacității de a sintetiza o anumită proteină sau îi afectează funcția numai în anumite condiții. În unele cazuri, mutațiile sunt letale în mod condiționat, deoarece proteina specifică virusului își păstrează funcțiile în anumite condiții optime și își pierde această capacitate în condiții nepermisive. Un exemplu tipic de astfel de mutații sunt mutațiile sensibile la temperatură (ts), în care virusul își pierde capacitatea de a se reproduce la temperaturi ridicate (39-42 ° C), păstrând această capacitate la temperaturi normale de creștere (36-37 ° C).

· Mutații care au o manifestare fenotipică, de exemplu, modificări ale dimensiunii plăcilor sub un strat de agar sau termostabilitate, modificări ale spectrului gazdei, rezistență la inhibitori și chimioterapie.

Pentru prima dată, o creștere a frecvenței variabilității ereditare sub influența agenților externi a fost descoperită în 1925 de microbiologii sovietici G.A. Nadson și G.S. Filippov. Ei au observat o creștere a diversității formelor ereditare - salypants- după expunerea la „razele de radiu” asupra ciupercilor inferioare.

În 1927, G. Möller a raportat efectul razelor X asupra procesului de mutație la Drosophila. Unii compuși (iod, acid acetic, amoniac) sunt capabili să inducă letale recesive în cromozomul L. În 1939, S.M. Gershenzon a descoperit efectul mutagen puternic al ADN-ului exogen la Drosophila. Mutageni chimici puternici au fost descoperiți în 1946. I.A. Rapoport (Etileni Rapoport) în URSS și S. Auerbach și J. Robson (muștar cu azot) în Anglia.

De atunci, arsenalul de factori mutageni a inclus o varietate de compuși chimici: analogi ai bazelor care sunt încorporate direct în ADN, agenți precum acidul azot sau hidroxilamina, baze modificatoare, compuși care alchilează ADN-ul (metansulfonat de etil, metansulfonat de metil etc.). ), compuși care se intercalează între bazele ADN (acridine și derivații acestora), etc.

Alături de mutageni, s-au găsit substanțe antimutagene.

Capacitatea de a schimba rata procesului de mutație a servit ca un stimulent decisiv pentru elucidarea cauzelor mutațiilor spontane. Una dintre primele încercări de a explica cauzele mutațiilor spontane s-a rezumat la presupunerea că acestea au fost de fapt induse de un fond natural de radioactivitate. Cu toate acestea, s-a dovedit că acest mod poate explica apariția a doar aproximativ 0,1% din toate mutațiile spontane la Drosophila. De asemenea, nu a fost confirmată ipoteza despre mișcarea termică a atomilor ca principală cauză a mutațiilor spontane. Au existat încercări de a explica mutațiile spontane ca urmare a acțiunii produselor metabolice ale celulei și organismului.

Punctul de vedere modern asupra cauzelor mutațiilor spontane s-a format în anii 1960. datorită studiului mecanismelor de reproducere, reparare și recombinare a genelor și descoperirii sistemelor enzimatice responsabile de aceste procese. A existat o tendință de a explica mutațiile genelor ca erori în funcționarea enzimelor șablon ADN. Această ipoteză este acum general acceptată. Atractivitatea ipotezei constă și în faptul că ne permite să luăm în considerare procesul de mutație indusă ca urmare a intervenției factorilor externi în reproducerea normală a purtătorilor de informații genetice, adică oferă o explicație unificată a cauzelor spontane. și mutații induse. Dezvoltarea teoriei procesului de mutație a fost foarte influențată de studiul controlului său genetic. Au fost descoperite gene ale căror mutații pot crește sau scădea frecvența atât a mutațiilor spontane, cât și a celor induse. Astfel, se confirmă existența unor cauze comune ale proceselor de mutație induse și spontane.

Prima explicație a mecanismului modificărilor mutaționale (mutații genetice și aberații cromozomiale) a fost propusă în 1935 de către N.V. Timofeev-Resovsky, K. Zimmer și M. Delbrück pe baza unei analize a mutagenezei radiațiilor în organisme superioare, în principal în Drosophila. Mutația a fost considerată ca rezultat al unei rearanjamente instantanee a atomilor într-o moleculă de genă complexă. Motivul unei astfel de restructurari a fost considerat a fi intrarea directă a unei particule cuantice sau ionizante în genă (principiul intrării) sau vibrațiile aleatorii ale atomilor. Descoperirea ulterioară a efectului consecințelor radiațiilor ionizante a arătat că mutațiile apar ca urmare a unui proces care durează în timp și nu direct în momentul trecerii unui cuantum de energie sau a unei particule ionizante printr-o genă.

Spontan- Sunt mutații care apar spontan, fără intervenția experimentatorului.

Induse– acestea sunt acele mutații care sunt cauzate artificial, folosind diverși factori mutageneza.

În general, procesul de formare a mutațiilor se numește mutageneza, iar factorii care cauzează mutaţii sunt mutageni.

Factori mutageni sunt împărțite în fizic,chimicȘi biologic.

Rata mutațiilor spontane alcătuiește o genă, pentru fiecare genă a fiecărui organism este diferită.

Cauzele mutațiilor spontane nu complet clar. Anterior se credea că sunt cauzate de fundal natural al radiațiilor ionizante. Cu toate acestea, s-a dovedit că nu a fost cazul. De exemplu, în Drosophila, radiația naturală de fond provoacă nu mai mult de 0,1% din mutațiile spontane.

CU vârstă consecințele expunerii la radiațiile naturale de fond pot acumula, iar la om, 10 până la 25% din mutațiile spontane se datorează acestui fapt.

Al doilea motiv mutaţiile spontane sunt deteriorarea accidentală a cromozomilor și genelorîn timpul diviziunii celulare şi replicării ADN-ului datorită erori aleatoriiîn funcționarea mecanismelor moleculare.

Al treilea motiv mutaţiile spontane sunt in miscare prin genom elemente mobile, care poate invada orice genă și poate provoca o mutație în ea.

Geneticistul american M. Green a arătat că aproximativ 80% dintre mutațiile care au fost descoperite ca fiind spontane au apărut ca urmare a mișcării elementelor mobile.

Mutații induse descoperit pentru prima dată în 1925. G.A. NadsonȘi G.S. Filippovîn URSS. Au iradiat culturile de mucegai cu raze X. Mucorgenevensisși a primit o scindare a culturii „în două forme sau rase, care diferă nu numai una de cealaltă, ci și de forma originală (normală). Mutanții s-au dovedit a fi stabili, deoarece după opt subculturi succesive și-au păstrat proprietățile dobândite. Articolul lor a fost publicat doar în limba rusă, iar lucrarea nu a folosit nicio metodă pentru evaluarea cantitativă a efectului razelor X, așa că a rămas puțin observată.

ÎN 1927 G. G. Möller a raportat efectul razelor X asupra procesului de mutație la Drosophila și a propus metoda cantitativăținând cont de mutațiile letale recesive ale cromozomului X ( ClB), care a devenit un clasic.

În 1946, Möller a primit Premiul Nobel pentru descoperirea mutagenezei radiațiilor. S-a stabilit acum că practic toate tipurile de radiații(inclusiv radiațiile ionizante de toate tipurile - , , ; razele UV, razele infraroșii) provoacă mutații. Ei sunt numiti, cunoscuti mutageni fizici.

De bazămecanisme acțiunile lor:

1) perturbarea structurii genelor și cromozomilor din cauza acțiune directă asupra moleculelor de ADN și proteine;

2) educație radicali liberi, care intră în interacțiune chimică cu ADN-ul;

3) ruperea firului fusuri;

4) educație dimeri(timină).

În anii 30 a fost deschis mutageneza chimicăîn Drosophila: V.V. Saharov (1932 ), M. E. LobaşevȘi F. A. Smirnov (1934 ) a arătat că unii compuși precum iod, acid acetic, amoniac, sunt capabili să inducă mutații letale recesive pe cromozomul X.

ÎN 1939 G. Serghei Mihailovici Gershenzon(student al S.S. Chetverikov) a descoperit un puternic efect mutagen al ADN-ului exogenîn Drosophila. Sub influența ideilor lui N.K. Koltsov că cromozomul este o moleculă gigantică, S.M. Gershenzon a decis să-și testeze presupunerea că ADN-ul este o astfel de moleculă. A izolat ADN-ul din timus și l-a adăugat în hrana larvelor de Drosophila. Printre 15 mii de muște de control (adică fără ADN în hrană) nu a existat o singură mutație, iar în experiment, 13 mutanți au fost găsiți printre 13 mii de muște.

ÎN 1941 Charlotte AuerbachȘi J. Robson a aratat ca muştar cu azot induce mutații la Drosophila. Rezultatele muncii cu acest agent de război chimic au fost publicate abia în 1946, după sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial. În același 1946 G. Rapoport(Joseph Abramovici) în URSS a prezentat activitate mutagenă formaldehidă.

În prezent la mutageni chimici include:

A) natural substanțe organice și anorganice;

b) produse industriale prelucrarea compușilor naturali- ulei de cărbune;

V) substanțe sintetice, negăsit anterior în natură (pesticide, insecticide etc.);

d) unele metaboliți corpuri umane si animale.

Mutageni chimici cauza în principal genetic mutații și acționează în timpul replicării ADN-ului.

Mecanismele acțiunii lor:

1) modificarea structurii bazei (hidroxilare, dezaminare, alchilare);

2) înlocuirea bazelor azotate cu analogii lor;

3) inhibarea sintezei precursorilor de acid nucleic.

În ultimii ani, așa-zis supermutagene:

1)analogi de bază;

2) conexiuni, alchilarea ADN-ului(metansulfonat de etil, metansulfonat de metil etc.);

3) conexiuni, intercalândîntre bazele ADN (acridine și derivații acestora).

Supermutagenii cresc frecvența mutațiilor cu 2-3 ordine de mărime.

LA mutageni biologici raporta:

A) virusuri(rubeola, rujeola etc.);

b) agenți infecțioși nevirali(bacterii, rickettsie, protozoare, helminți);

V) genetică mobilăelemente.

Mecanismele acțiunii lor:

1) genomul virusurilor și elementelor mobile sunt integrate în ADN-ul celulelor gazdă;

Mutageneză indusă , începând de la sfârșitul anilor 20 ai secolului XX, au fost folosite pentru selecția de noi tulpini, rase și soiuri. Cel mai mare succes a fost obținut în selectarea tulpinilor de bacterii și ciuperci care produc antibiotice și alte substanțe biologic active.

Așadar, am reușit să creștem activitatea producători de antibiotice de 10-20 de ori, ceea ce a făcut posibilă creșterea semnificativă a producției de antibiotice adecvate și reducerea drastică a costului acestora. Activitatea ciupercii radiante - producator de vitamina B 12 a reușit să crească de 6 ori, iar activitatea bacteriilor - producător aminoacizii lizină- de 300-400 de ori.

Utilizarea mutațiilor nanism la grâu a permis în anii 60-70 să crească brusc randamentul culturilor de cereale, care a fost numit „ Revolutia verde" Soiurile de grâu pitic au o tulpină groasă scurtată, care este rezistentă la adăpost; poate rezista la o încărcare crescută de la un spic mai mare. Utilizarea acestor soiuri a făcut posibilă creșterea semnificativă a randamentelor (de câteva ori în unele țări).

Un crescător și genetician american este considerat autorul „revoluției verzi” N. Borlauga, care în 1944, la vârsta de 30 de ani, s-a stabilit și a început să lucreze în Mexic. Pentru succesul său în ameliorarea soiurilor de plante extrem de productive, el a fost distins cu Premiul Nobel pentru Pace în 1970.

Ce mutații se numesc spontane? Dacă traducem termenul într-un limbaj accesibil, atunci acestea sunt erori naturale care apar în timpul interacțiunii materialului genetic cu mediul intern și/sau extern. Astfel de mutații sunt de obicei aleatorii. Ele sunt observate în celulele reproductive și în alte celule ale corpului.

Cauzele exogene ale mutațiilor

Mutația spontană poate apărea sub influența substanțelor chimice, a radiațiilor, a temperaturilor ridicate sau scăzute, a aerului rarefiat sau a presiunii ridicate. În fiecare an, în medie, o persoană absoarbe aproximativ o zecime dintr-un rad de radiații ionizante, care constituie radiația naturală de fond. Acest număr include radiațiile gamma din nucleul Pământului, vântul solar și radioactivitatea elementelor situate adânc în scoarța terestră și dizolvate în atmosferă. Doza primită depinde și de locul exact în care se află persoana. Un sfert din toate mutațiile spontane apar tocmai datorită acestui factor.
Radiațiile ultraviolete, contrar credinței populare, joacă un rol minor în cauzarea deteriorării ADN-ului, deoarece nu poate pătrunde adânc în corpul uman. Dar pielea suferă adesea de expunerea excesivă la soare (melanomul și alte tipuri de cancer). Cu toate acestea, organismele unicelulare și virușii mută atunci când sunt expuse la lumina soarelui. Temperaturile prea ridicate sau scăzute pot provoca, de asemenea, modificări ale materialului genetic.

Cauze endogene ale mutațiilor

Principalele motive pentru care poate apărea o mutație spontană rămân factori endogeni. Acestea includ produse secundare metabolice, erori în procesul de replicare, reparare sau recombinare și altele.

Eșecuri de replicare:
- tranzitii si inversiuni spontane ale bazelor azotate;
- dispunerea incorectă a nucleotidelor din cauza erorilor la ADN polimeraze;
- înlocuirea chimică a nucleotidelor, de exemplu, guanină-citozină cu adenină-guanină.

Erori de recuperare:
- mutații ale genelor responsabile de repararea secțiunilor individuale ale lanțului ADN după ce acestea sunt rupte sub influența factorilor externi.

Probleme de recombinare:
- eșecurile în procesele de încrucișare în timpul meiozei sau mitozei duc la pierderea și completarea bazelor.

Aceștia sunt principalii factori care provoacă mutații spontane. Cauzele eșecurilor pot include activarea genelor mutatoare, precum și conversia compușilor chimici siguri în metaboliți mai activi care afectează nucleul celulei. În plus, există factori structurali. Acestea includ repetări ale secvenței de nucleotide în apropierea locului de rearanjare a lanțului, prezența unor secțiuni suplimentare de ADN similare ca structură cu gena, precum și elemente mobile ale genomului.

Patogenia mutației

Mutația spontană apare ca urmare a influenței tuturor factorilor enumerați mai sus, care acționează împreună sau separat într-o anumită perioadă a vieții celulei. Există un astfel de fenomen cum ar fi întreruperea de alunecare a împerecherii catenelor ADN fiice și mame. Acest lucru duce adesea la formarea de bucle de peptide care nu au fost capabile să se integreze în mod adecvat în secvență. După îndepărtarea secțiunilor de ADN în exces din catena fiică, buclele pot fi fie rezecate (deleții), fie inserate (duplicări, inserții). Modificările care apar se consolidează în ciclurile ulterioare de diviziune celulară.
Rata și numărul de mutații care apar depind de structura primară a ADN-ului. Unii oameni de știință cred că absolut toate secvențele de ADN sunt mutagene dacă formează îndoituri.

Cele mai frecvente mutații spontane

De ce mutațiile spontane apar cel mai adesea în materialul genetic? Exemple de astfel de condiții sunt pierderea bazelor azotate și îndepărtarea aminoacizilor. Reziduurile de citozină sunt considerate deosebit de sensibile la acestea. S-a dovedit că astăzi mai mult de jumătate dintre vertebrate au mutații la resturile de citozină. După dezaminare, metilcitozina se transformă în timină. Copierea ulterioară a acestei secțiuni repetă eroarea sau o șterge sau o dublează și o transformă într-un fragment nou. Un alt motiv pentru mutațiile spontane frecvente este considerat a fi un număr mare de pseudogene. Din această cauză, în timpul procesului de meioză se pot forma recombinări omoloage neuniforme. Consecința acestui lucru este rearanjarea genelor, rotațiile și duplicarea secvențelor individuale de nucleotide.

Model de polimerază de mutageneză

Conform acestui model, mutațiile spontane apar ca urmare a erorilor aleatorii ale moleculelor care sintetizează ADN. Pentru prima dată, un astfel de model a fost prezentat de Bresler. El a sugerat că mutațiile apar ca urmare a faptului că polimerazele, în unele cazuri, inserează nucleotide non-complementare în secvență. Ani mai târziu, după lungi teste și experimente, acest punct de vedere a fost aprobat și acceptat în lumea științifică. Au fost chiar deduse anumite modele care permit oamenilor de știință să controleze și să dirijeze mutațiile prin expunerea anumitor secțiuni de ADN la lumina ultravioletă. De exemplu, ei au descoperit că adenina este cel mai adesea introdusă vizavi de tripletul deteriorat.

Model tautomeric al mutagenezei

O altă teorie care explică mutațiile spontane și artificiale a fost propusă de Watson și Crick (descoperitorii structurii ADN-ului). Ei au propus că mutageneza se bazează pe capacitatea unor baze ADN de a se transforma în forme tautomerice, care schimbă modul în care bazele se unesc.
După publicare, ipoteza a fost dezvoltată în mod activ. Au fost descoperite noi forme de nucleotide după iradierea ultravioletă. Acest lucru le-a oferit oamenilor de știință noi oportunități de cercetare. Știința modernă încă dezbate rolul formelor tautomerice în mutageneza spontană și impactul acestuia asupra numărului de mutații identificate.

Alte modele

Mutația spontană este posibilă atunci când recunoașterea acizilor nucleici de către polimerazele ADN este afectată. Poltaev și coautorii au elucidat mecanismul care asigură respectarea principiului complementarității în timpul sintezei moleculelor de ADN fiice. Acest model a făcut posibilă studierea tiparelor mutagenezei spontane. Oamenii de știință și-au explicat descoperirea spunând că principalul motiv pentru modificările structurii ADN-ului este sinteza perechilor de nucleotide non-canonice. Ei au sugerat că măturarea bazelor are loc prin dezaminarea secțiunilor ADN. Aceasta duce la o schimbare de la citozină la timină sau uracil. Datorită unor astfel de mutații, se formează perechi de nucleotide incompatibile. Prin urmare, în timpul replicării următoare, are loc o tranziție (înlocuirea punctuală a bazelor nucleotidice).

Clasificarea mutațiilor: spontane

Există diferite clasificări ale mutațiilor în funcție de criteriul specific care le stă la baza. Există o diviziune bazată pe natura modificării funcției genelor: - hipomorfe (alelele mutante sintetizează mai puține proteine, dar sunt asemănătoare cu originalul);
- amorf (gena și-a pierdut complet funcțiile);
- antimorfă (gena mutantă schimbă complet trăsătura pe care o reprezintă);
- neomorf (apar semne noi). Dar o clasificare mai comună este cea care împarte toate mutațiile proporțional după structura variabilă. Există: 1. Mutații genomice. Acestea includ poliploidia, adică formarea unui genom cu un set triplu sau mai mare de cromozomi și aneuploidia - numărul de cromozomi din genom nu este un multiplu al celui haploid.
2. Mutații cromozomiale. Se observă rearanjamente semnificative ale secțiunilor individuale de cromozomi. Există pierderi de informații (ștergere), dublare (duplicare), schimbare în direcția secvențelor de nucleotide (inversie), precum și inversarea secțiunilor cromozomilor în altă locație (translocare).
3. Mutație genetică. Cea mai frecventă mutație. Mai multe baze azotate aleatorii sunt înlocuite în lanțul ADN.

Consecințele mutațiilor

Mutațiile spontane sunt cauzele tumorilor, bolilor de depozitare, disfuncțiilor organelor și țesuturilor oamenilor și animalelor. Dacă o celulă mutantă este localizată într-un organism multicelular mare, atunci cu un grad ridicat de probabilitate va fi distrusă prin declanșarea apoptozei (moartea celulară programată). Organismul controlează procesul de conservare a materialului genetic și, cu ajutorul sistemului imunitar, scapă de eventualele celule deteriorate. Într-un caz din sute de mii, limfocitele T nu au timp să recunoască structura afectată și dă naștere unei clone de celule care conțin și gena mutantă. Conglomeratul de celule are alte funcții, produce substanțe toxice și afectează negativ starea generală a organismului. Dacă mutația a avut loc nu în celula somatică, ci în celula reproductivă, atunci se vor observa schimbări la descendenți. Se dovedesc a fi patologii congenitale ale organelor, deformări, tulburări metabolice și boli de depozitare.

Mutații spontane:

În unele cazuri, mutațiile care anterior păreau inutile pot fi utile pentru adaptarea la noile condiții de viață. Aceasta introduce mutația ca măsură a selecției naturale. Animalele, păsările și insectele poartă culori de camuflaj care se potrivesc cu locația lor pentru a se proteja de prădători. Dar dacă habitatul lor se schimbă, atunci, cu ajutorul mutațiilor, natura încearcă să protejeze specia de dispariție. În condiții noi, cei mai apți supraviețuiesc și transmit această abilitate altora. Mutația poate apărea în regiunile inactive ale genomului și apoi nu se observă modificări vizibile ale fenotipului. O „defalcare” poate fi identificată doar cu ajutorul unor studii specifice. Acest lucru este necesar pentru a studia originea și speciile înrudite de animale și pentru a compila hărțile genetice ale acestora.

Problema spontaneității mutațiilor

În anii patruzeci ai secolului trecut, a existat o teorie conform căreia mutațiile sunt cauzate exclusiv de influența factorilor externi și ajută la adaptarea la aceștia. Pentru a testa această teorie, a fost dezvoltată o metodă specială de testare și repetare. Procedura a fost că o cantitate mică de bacterii de un tip a fost semănată în eprubete și, după mai multe inoculări, li s-au adăugat antibiotice. Unele microorganisme au supraviețuit și au fost transferate într-un mediu nou. O comparație a bacteriilor din diferite eprubete a arătat că rezistența a apărut spontan, atât înainte, cât și după contactul cu antibioticul. Metoda de repetare a fost transferarea microorganismelor pe țesătură lânoasă și apoi transferarea lor pe mai multe medii curate. Noile colonii au fost cultivate și tratate cu antibiotic. Ca urmare, bacteriile situate în zone identice ale mediului au supraviețuit în diferite eprubete.

Data publicării: 22/05/17

Procesul de mutație este caracterizat de frecvența mutațiilor și de direcția mutației genelor.

Frecvența mutațiilor este una dintre trăsăturile definitorii ale fiecărei specii de animale, plante și microorganisme: unele specii au o variabilitate mutațională mai mare decât altele. Aceste diferențe se datorează influenței mai multor factori de importanță generală și particulară: structura genotipică a speciei, gradul de adaptare a acesteia la condițiile de mediu, locul de răspândire, forța factorilor naturali etc. Oricât de protejat este organismul provine din influența mediului extern, procesele care au loc în el procesele chimice asociate metabolismului pot fi cauza variabilității mutaționale spontane. Sub acest termen ne ascundem ignoranța cu privire la cauzele specifice ale mutațiilor.

În prezent, nu există încă o înțelegere completă a frecvenței mutațiilor pe generație. Acest lucru se explică prin faptul că mutațiile sunt extrem de diverse atât în ​​ceea ce privește manifestarea fenotipică, cât și determinarea genetică, iar metodele de înregistrare a acestora sunt imperfecte; Numai în raport cu mutabilitatea locilor individuali se poate face o evaluare mai mult sau mai puțin exactă. De regulă, doar unul dintre membrii unei perechi alelice mută în același timp, ceea ce se explică prin raritatea mutației în sine; mutația simultană a ambilor membri este un eveniment puțin probabil.

Tiparele generale stabilite ale frecvenței mutațiilor spontane se rezumă la următoarele puncte:

1. gene diferite din același genotip mută la frecvențe diferite;
2. Gene similare din genotipuri diferite suferă mutații cu rate diferite.

Aceste două prevederi sunt ilustrate prin tabele.

Primul dintre ele arată frecvența mutației diferitelor gene folosind exemplul porumbului, al doilea compară mutația genelor la diferite specii de animale, plante și oameni, iar la porumb - mutația acelorași gene în linii diferite cu genotipuri diferite.

Deci, gene diferite mută la frecvențe diferite, adică există gene mutabile și stabile. Fiecare genă mută relativ rar, dar din moment ce numărul de gene dintr-un genotip poate fi enorm, frecvența totală a mutației diferitelor gene se dovedește a fi destul de mare. Pentru Drosophila, acest calcul arată o mutație la aproximativ 100 de gameți pe generație. Cu toate acestea, astfel de calcule nu sunt încă foarte precise, deoarece este de fapt imposibil să distingem o singură modificare a unui locus de mici reorganizări complexe ale cromozomilor; În plus, este foarte dificil să se stabilească mutații simultane în cromozomi diferiți în cadrul aceleiași celule.

Pe baza rarității evenimentului în sine - mutația genei, este, de asemenea, necesar să se explice faptul că o mutație este de obicei observată doar într-unul dintre loci. Genetica nu cunoaște un singur fapt de încredere al mutației simultane a două alele în cromozomii omologi. Dar este posibil ca acest lucru să fie explicat prin mecanismul mutației în sine.

Motivele mutațiilor spontane ale genelor rămân departe de a fi clare. Unul dintre principalele motive care provoacă rate diferite de mutație este genotipul însuși. Aceeași genă R r din două linii de porumb mută în r r în moduri diferite: într-unul - cu o frecvență de 6,2, iar în celălalt - 18,2 la 10.000 de gameți. De asemenea, sa stabilit că frecvența mutațiilor letale în diferite linii de Drosophila este diferită.

Prin selecție, este posibil să se creeze linii care vor avea diferite mutabilități spontane. Acest lucru este susținut de faptul că există gene speciale - mutatori, care afectează rata de mutație a altor gene. De exemplu, la porumb, în ​​apropierea capătului stâng al brațului scurt al cromozomului IX, există locusul Dt, care afectează mutabilitatea locusului A, situat în brațul lung al cromozomului III. Cu toate acestea, încă nu este complet clar care este locusul Dt. Poate că este un fel de rearanjare cromozomială.

Influența genotipului asupra mutabilității spontane a unei gene individuale se manifestă și în timpul hibridizării. Există indicii că frecvența mutațiilor la același locus este mai mare în organismele hibride decât în ​​formele originale.

Procesul de mutație spontană este cauzat și de starea fiziologică și modificările biochimice ale celulelor.

De exemplu, M. S. Navashin și G. Stubbe au arătat că în timpul procesului de îmbătrânire a semințelor, atunci când sunt depozitate timp de câțiva ani, frecvența mutațiilor, în special precum rearanjamentele cromozomiale, crește semnificativ. Un fenomen similar este observat în legătură cu frecvența mutațiilor letale la Drosophila în timpul depozitării spermei în recipientele seminale ale femelelor. Aceste tipuri de fapte indică faptul că mutația spontană a genei depinde de modificările fiziologice și biochimice ale celulei asociate cu condițiile externe.

Unul dintre posibilele motive pentru mutația spontană poate fi acumularea în genotip a mutațiilor care blochează biosinteza anumitor substanțe, în urma cărora va avea loc o acumulare excesivă de precursori ai unor astfel de substanțe care pot afecta modificările genice. Această ipoteză este susceptibilă de testare experimentală.

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.