Генни мутации: примери, причини, видове, механизми. Мутационна изменчивост. Методи за класифициране на мутации Мутационна променливост накратко

Изследователите отдавна са забелязали, че организмите понякога изпитват внезапни, не причинени от кръстосване, промени в чертите, които са наследени. Думата мутация е преведена от латински (mutatio) и означава промяна. Тези промени се случват при всички видове и са от голямо значение като фактор в еволюцията.

Теория на мутациите

Мутационната променливост е изследвана в края на 19-ти и началото на 20-ти век от Hugo de Vries. Той наблюдаваше растението магарешко дървои забеляза, че развива нови свойства относително често. De Vries измисля термина „мутация“, за да обозначи тези промени.

Първоначално не беше известно кои клетъчни структури са пренаредени поради мутационна променливост. Но по-късно беше открито, че големите форми на трепетлика имат 28 хромозоми, докато обикновените имат само 14.

Стана ясно, че мутациите са промени в генотипа и следователно са вид наследствена изменчивост.

Консолидирането на промените в потомството поради мутации е основната разлика от модификационната променливост, при която промените се появяват само във фенотипа.

ТОП 3 статиикоито четат заедно с това

Освен това, в случай на мутационна променливост, нормата на реакцията, т.е. границата на проявление на чертата, значително се разширява. В резултат на това вредните мутации се появяват по-често, причинявайки промени, които са несъвместими с живота.

Мутациите също могат да бъдат полезни и неутрални.

Причини за мутации

Факторът, който причинява мутации, се нарича мутаген. Организъм, който има мутация, е мутант.

Мутагените включват:

• радиация (включително естествена);
• някои химикали;
• температурни колебания.

Видове мутации

Има три вида мутации:

• генетични;
• хромозомни;
• геномна.

Генетичен

Генните мутации причиняват смущения в протеиновия синтез, защото променят или обезсмислят кодоните.
С тези мутации възниква:

• заместване на азотни бази в ДНК;
• загуба или вмъкване на азотна основа в ДНК.

Ориз. 1. Генни мутации

Хромозомни

Този тип мутация включва:

• загуба на хромозомна секция;
• дублиране на хромозомен фрагмент;
• движение на хромозомни фрагменти по дължината им;
• преход на фрагмент от една хромозома към друга;
• ротация на регион в хромозома

Ориз. 2. Хромозомни мутации

По правило такива промени намаляват жизнеспособността и плодовитостта на индивидите.

Всички котки имат 36 хромозоми. Разликите между видовете в генотипа се дължат на ротациите на хромозомните участъци.

Геномни

Геномните мутации причиняват многократно увеличаване на броя на хромозомите. Такива мутанти се наричат ​​полиплоиди и се използват широко в селското стопанство, тъй като са по-продуктивни.

Много сортове зърна, които ядем, са полиплоиди.

В регионите на Новосибирск и Нижни Новгород в Русия расте триплоидна (3n) трепетлика, която се различава от обичайната скорост на растеж, голям размер, както и здравината на дървесината и нейната устойчивост на гъбички.

Ориз. 3. Полиплоиди

Значението на мутациите

Способността да се подлага на мутационна променливост е естествено свойство на всеки вид. Мутациите са източници на наследствена изменчивост, важен фактор в еволюцията.

Благоприятни прояви на мутации се наблюдават особено често при растенията. Според някои генетици повечето видове растения са полиплоидни.

Хората използват мутации, за да контролират селскостопанските вредители и да развиват продуктивни породи и сортове.

Много разновидности на култивирани растения са примери за мутационна променливост, целенасочено извършвана от хората.

Някои наследствени заболявания са резултат от мутации.

Какво научихме?

Докато изучавахме генетика в 10 клас, характеризирахме мутационната вариабилност. Мутации възникват при различни видове под въздействието на мутагени. Промените в чертите понякога дават предимство на мутант. Мутационната изменчивост, като един от видовете наследствена изменчивост, е фактор в еволюцията.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.6. Общо получени оценки: 106.

Изменчивостта е способността на организмите да променят своите характеристики и свойства, което се проявява в разнообразието на индивидите в рамките на един вид.

Има 2 форми на променливост:

ненаследствени (фенотипни) или модификация

наследствен (генотипен)

Променливост на модификациятае изменчивостта на фенотипа, който

е реакцията на специфичен генотип към променящите се условия на околната среда. Те не се предават по наследство и възникват като реакция на организма, тоест представляват адаптация.

Променливостта на модификацията се характеризира със следните характеристики:

има групов характер

е обратимо

влиянието на околната среда може да промени фенотипното проявление на черта. Нормата на реакцията е границата на модификационна променливост на признак, определена от генотипа. Например, такива количествени характеристики като телесно тегло на животно и размер на листата на растенията варират доста широко, тоест имат широка скорост на реакция. Размерите на сърцето и мозъка варират в тесни граници, тоест те имат тясна скорост на реакция. Нормата на реакцията се изразява като вариационна серия.

има преходни форми.

Вариационната крива е графичен израз на модификационната променливост, отразяващ обхвата на вариацията и честотата на поява на отделните варианти.

Генотипната променливост се разделя на:

комбинативен

мутационен

Комбинативна изменчивост- вид наследствена променливост, причинена от различни рекомбинации на съществуващи гени и хромозоми. Не е придружено от промени в структурата на гените и хромозомите.

Неговият източник е: - рекомбинация на гени в резултат на кросинговър;

Рекомбинация на хромозоми по време на мейоза; - комбинация от хромозоми в резултат на сливането на зародишните клетки по време на оплождането.

Мутационна изменчивосте вид наследствена променливост, причинена от проявата на различни промени в структурата на гените, хромозомите или генома.

СРАВНИТЕЛНА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ФОРМИТЕ НА ИЗМЕНЕНИЕ

Мутационна изменчивост

Мутациите са в основата на мутационната променливост.

Мутации- Това са внезапни, естествени или изкуствено предизвикани промени в генетичния материал, водещи до промени в характеристиките на организма. Основите на учението за мутациите са положени от Хуго дьо Вриз през 1901 г.

Мутациите се характеризират с редица свойства:

Те се появяват внезапно, без преходни форми;

Това са качествени промени, не образуват непрекъснати серии и не са групирани около средна стойност;

Имат ненасочено действие - под въздействието на един и същи мутагенен фактор всяка част от структурата, носеща генетична информация;

Предава се от поколение на поколение.

Мутагените са фактори, които причиняват мутации. Разделени в три категории:

физически (радиация, електромагнитно излъчване, налягане, температура и др.).

химически (соли на тежки метали, пестициди, феноли, алкохоли, ензими, наркотични вещества, лекарства, хранителни консерванти и др.)

КЛАСИФИКАЦИЯ НА МУТАЦИИТЕ:

По ниво на поява

1. хромозомни;

   геномна

По вид алелни взаимодействия

доминантен;

рецесивен;

Почти всяка промяна в структурата или броя на хромозомите, при които клетката запазва способността си да се възпроизвежда, причинява наследствена промяна в характеристиките на организма. Според характера на изменението на генома, т.е. набори от гени, съдържащи се в хаплоиден набор от хромозоми, се разграничават генни, хромозомни и геномни мутации. наследствена мутантна хромозомна генетика

Генни мутацииса молекулярни промени в структурата на ДНК, които не се виждат в светлинен микроскоп. Генните мутации включват всякакви промени в молекулярната структура на ДНК, независимо от тяхното местоположение и ефект върху жизнеспособността. Някои мутации нямат ефект върху структурата или функцията на съответния протеин. Друга (голяма) част от генните мутации водят до синтеза на дефектен протеин, който не е в състояние да изпълнява присъщата си функция.

Въз основа на вида на молекулярните промени има:

Делеции (от лат. deletio - унищожаване), т.е. загуба на ДНК сегмент от един нуклеотид към ген;

Дупликации (от лат. duplicatio удвояване), т.е. дублиране или редупликация на ДНК сегмент от един нуклеотид до цели гени;

Инверсии (от лат. inversio - обръщане), т.е. ротация на 180 градуса на ДНК сегмент, вариращ по размер от два нуклеотида до фрагмент, включващ няколко гена;

Инсерции (от лат. insertio - прикрепване), т.е. вмъкване на ДНК фрагменти с размер от един нуклеотид до цял ген.

Генните мутации причиняват развитието на повечето наследствени форми на патология. Болестите, причинени от такива мутации, се наричат ​​генетични или моногенни заболявания, т.е. заболявания, чието развитие се определя от мутация на един ген.

Ефектите от генните мутации са изключително разнообразни. Повечето от тях не се проявяват фенотипно, защото са рецесивни. Това е много важно за съществуването на вида, тъй като повечето новопоявили се мутации са вредни. Въпреки това, техният рецесивен характер им позволява да се задържат дълго време при индивиди от вида в хетерозиготно състояние без увреждане на тялото и да се проявят в бъдеще при преход към хомозиготно състояние.

В момента има повече от 4500 моногенни заболявания. Най-честите от тях са: кистозна фиброза, фенилкетонурия, миопатии на Дюшен-Бекер и редица други заболявания. Клинично те се проявяват като признаци на метаболитни нарушения (метаболизъм) в организма.

В същото време има редица случаи, когато промяната само в една база в определен ген има забележим ефект върху фенотипа. Един пример е генетичната аномалия на сърповидно-клетъчната анемия. Рецесивният алел, който причинява това наследствено заболяване в хомозиготно състояние, се изразява в заместване само на един аминокиселинен остатък във В-веригата на молекулата на хемоглобина (глутаминова киселина? ?> валин).Това води до факта, че в кръвните червени кръвни клетки с такъв хемоглобин се деформират (от заоблени стават сърповидни) и бързо се срутват.В същото време се развива остра анемия и се наблюдава намаляване на количеството кислород, пренасяно от кръвта.Анемията причинява физическа слабост , нарушения във функционирането на сърцето и бъбреците и може да доведе до ранна смърт при хора, хомозиготни за мутантния алел.

Хромозомни мутацииса причините за хромозомните заболявания.

Хромозомните мутации са структурни промени в отделните хромозоми, обикновено видими под светлинен микроскоп. Хромозомната мутация включва голям брой (от десетки до няколко стотици) гени, което води до промяна в нормалния диплоиден набор. Въпреки че хромозомните аберации обикновено не променят ДНК последователността на специфични гени, промените в броя на копията на гените в генома водят до генетичен дисбаланс поради липса или излишък на генетичен материал. Има две големи групи хромозомни мутации: интрахромозомни и интерхромозомни (виж фиг. 2).

Интрахромозомните мутации са аберации в рамките на една хромозома (виж Фиг. 3). Те включват:

Делециите са загуба на една от хромозомните секции, вътрешна или крайна. Това може да доведе до нарушаване на ембриогенезата и образуването на множество аномалии в развитието (например делеция в областта на късото рамо на 5-та хромозома, обозначена като 5p-, води до недоразвитие на ларинкса, сърдечни дефекти, умствена изостаналост. Това комплексът от симптоми е известен като синдром на „котешки вик“, тъй като при болни деца, поради аномалия на ларинкса, плачът наподобява мяукане на котка);

Инверсии. В резултат на две точки на хромозомни прекъсвания, полученият фрагмент се вмъква на първоначалното си място след завъртане на 180 градуса. В резултат на това се нарушава само редът на гените;

Дупликациите са удвояване (или умножаване) на която и да е част от хромозома (например тризомията на късото рамо на хромозома 9 причинява множество дефекти, включително микроцефалия, забавено физическо, умствено и интелектуално развитие).

Ориз. 2.

Интерхромозомните мутации или мутациите на пренареждане са обмен на фрагменти между нехомоложни хромозоми. Такива мутации се наричат ​​транслокации (от латинското trans - за, чрез и locus - място). Това:

Реципрочна транслокация - две хромозоми обменят своите фрагменти;

Нереципрочна транслокация - фрагмент от една хромозома се транспортира до друга;

? „центрично“ сливане (Robertsonian транслокация) е съединяването на две акроцентрични хромозоми в областта на техните центромери със загуба на къси рамена.

Когато хроматидите са напречно прекъснати през центромерите, „сестринските“ хроматиди стават „огледални“ рамена на две различни хромозоми, съдържащи едни и същи набори от гени. Такива хромозоми се наричат ​​изохромозоми.



Ориз. 3.

Транслокациите и инверсиите, които са балансирани хромозомни пренареждания, нямат фенотипни прояви, но в резултат на сегрегация на пренаредени хромозоми в мейозата могат да образуват небалансирани гамети, което ще доведе до появата на потомство с хромозомни аномалии.

Геномни мутации, подобно на хромозомните, са причините за хромозомните заболявания.

Геномните мутации включват анеуплоидии и промени в плоидията на структурно непроменени хромозоми. Геномните мутации се откриват чрез цитогенетични методи.

Анеуплоидията е промяна (намаляване - монозомия, увеличаване - тризомия) в броя на хромозомите в диплоиден набор, а не кратно на хаплоидния (2n+1, 2n-1 и т.н.).

Полиплоидията е увеличаване на броя на комплектите хромозоми, кратно на хаплоидния (3n, 4n, 5n и т.н.).

При хората полиплоидията, както и повечето анеуплоидии, са смъртоносни мутации.

Най-честите геномни мутации включват:

Тризомия - наличието на три хомоложни хромозоми в кариотипа (например 21-ва двойка при синдром на Даун, 18-та двойка при синдром на Едуардс, 13-та двойка при синдром на Патау; за полови хромозоми: XXX, XXY, XYY);

Монозомията е наличието само на една от две хомоложни хромозоми. При монозомия за някоя от автозомите нормалното развитие на ембриона не е възможно. Единствената монозомия при хората, която е съвместима с живота - монозомията на X хромозомата - води до синдром на Шерешевски-Търнър (45,X).

Причината, водеща до анеуплоидия, е неразпадането на хромозомите по време на клетъчното делене по време на образуването на зародишни клетки или загубата на хромозоми в резултат на забавяне на анафазата, когато по време на движение към полюса една от хомоложните хромозоми може да изостане от други не- хомоложни хромозоми. Терминът недизюнкция означава липсата на разделяне на хромозоми или хроматиди при мейоза или митоза.

Хромозомното неразпадане най-често се случва по време на мейозата. Хромозомите, които обикновено трябва да се разделят по време на мейозата, остават свързани заедно и се придвижват към единия полюс на клетката в анафаза, като по този начин произвеждат две гамети, едната от които има допълнителна хромозома, а другата няма тази хромозома. Когато гамета с нормален набор от хромозоми се оплоди от гамета с допълнителна хромозома, възниква тризомия (т.е. в клетката има три хомоложни хромозоми); когато се оплоди гамета без една хромозома, възниква зигота с монозомия. Ако върху която и да е автозомна хромозома се образува монозомна зигота, тогава развитието на организма спира в най-ранните етапи на развитие.

Според вида на наследяване те разграничават доминантенИ рецесивенмутации. Някои изследователи идентифицират полудоминантни и кодоминантни мутации. Доминантните мутации се характеризират с директен ефект върху тялото, полу-доминантните мутации означават, че хетерозиготната форма е междинна по фенотип между формите AA и aa, а кодоминантните мутации се характеризират с факта, че хетерозиготите A 1 A 2 показват признаци и на двете алели. Рецесивните мутации не се появяват при хетерозиготите.

Ако се появи доминантна мутация в гамети, нейните ефекти се изразяват директно в потомството. Много мутации при хората са доминиращи. Те са често срещани при животни и растения. Например, генеративна доминантна мутация е дала началото на породата Ancona късокраки овце.

Пример за полудоминантна мутация е мутационното образуване на хетерозиготна форма Аа, междинна по фенотип между организмите АА и аа. Това се случва в случай на биохимични черти, когато приносът на двата алела към чертата е еднакъв.

Пример за кодоминантна мутация са алелите I A и I B, които определят IV кръвна група.

В случай на рецесивни мутации ефектите им са скрити в диплоидите. Те се появяват само в хомозиготно състояние. Пример за това са рецесивните мутации, които определят човешките генни заболявания.

По този начин основните фактори при определяне на вероятността за проявление на мутантния алел в организъм и популация са не само етапът на репродуктивния цикъл, но и доминирането на мутантния алел.

Директни мутации? Това са мутации, които инактивират гени от див тип, т.е. мутации, които променят информацията, кодирана в ДНК по директен начин, което води до промяна от оригиналния (див) тип организъм към организъм от мутантен тип.

Обратни мутациипредставляват реверсии към оригиналните (диви) типове от мутанти. Тези реверсии са два вида. Някои от реверсиите са причинени от повтарящи се мутации на подобно място или локус с възстановяване на оригиналния фенотип и се наричат ​​истински обратни мутации. Други реверсии са мутации в някой друг ген, които променят експресията на мутантния ген към оригиналния тип, т.е. увреждането в мутантния ген остава, но изглежда, че възстановява своята функция, което води до възстановяване на фенотипа. Такова възстановяване (пълно или частично) на фенотипа въпреки запазването на първоначалното генетично увреждане (мутация) се нарича супресия, а такива обратни мутации се наричат ​​супресорни (екстрагенни). По правило супресията възниква в резултат на мутации в гени, кодиращи синтеза на тРНК и рибозоми.

Като цяло потискането може да бъде:

? интрагенен? когато втора мутация във вече засегнат ген променя кодон, дефектен в резултат на директна мутация по такъв начин, че аминокиселина се вмъква в полипептида, който може да възстанови функционалната активност на този протеин. Още повече, че тази аминокиселина не отговаря на оригиналната (преди настъпването на първата мутация), т.е. не се наблюдава истинска обратимост;

? въведени? когато структурата на тРНК се променя, в резултат на което мутантната тРНК включва в синтезирания полипептид друга аминокиселина вместо тази, кодирана от дефектен триплет (в резултат на директна мутация).

Не е изключено компенсиране на ефекта на мутагените поради фенотипно потискане. Може да се очаква, когато клетката е изложена на фактор, който увеличава вероятността от грешки при четене на иРНК по време на транслация (например някои антибиотици). Такива грешки могат да доведат до заместване на грешна аминокиселина, която обаче възстановява нарушената в резултат на директна мутация функция на протеина.

Мутациите, освен с качествените си свойства, се характеризират и с начина на тяхното възникване. Спонтанен(случайни) - мутации, които възникват при нормални условия на живот. Те са резултат от естествени процеси, протичащи в клетките, възникващи в естествения радиоактивен фон на Земята под формата на космическа радиация, радиоактивни елементи на повърхността на Земята, радионуклиди, включени в клетките на организми, които причиняват тези мутации или като резултат от грешки в репликацията на ДНК. При хората възникват спонтанни мутации в соматични и генеративни тъкани. Методът за определяне на спонтанни мутации се основава на факта, че децата развиват доминантна черта, въпреки че родителите им не я притежават. Датско проучване показа, че приблизително една от 24 000 гамети носи доминантна мутация. Честотата на спонтанната мутация при всеки вид е генетично определена и се поддържа на определено ниво.

Индуциранмутагенезата е изкуственото производство на мутации с помощта на мутагени от различно естество. Има физични, химични и биологични мутагенни фактори. Повечето от тези фактори или директно реагират с азотни бази в ДНК молекулите, или са включени в нуклеотидни последователности. Честотата на индуцираните мутации се определя чрез сравняване на клетки или популации от организми, третирани и нетретирани с мутагена. Ако честотата на мутация в популация се увеличи 100 пъти в резултат на третиране с мутаген, тогава се смята, че само един мутант в популацията ще бъде спонтанен, останалите ще бъдат индуцирани. Изследванията за създаване на методи за целенасочен ефект на различни мутагени върху специфични гени са от практическо значение за селекцията на растения, животни и микроорганизми.

Въз основа на вида клетки, в които възникват мутации, се разграничават генеративни и соматични мутации (виж фиг. 4).

Генеративнавъзникват мутации в клетките на репродуктивния примордиум и в зародишните клетки. Ако възникне мутация (генеративна) в гениталните клетки, тогава няколко гамети могат да получат мутантния ген наведнъж, което ще увеличи потенциалната способност на няколко индивида (индивиди) да наследят тази мутация в потомството. Ако възникне мутация в гамета, тогава вероятно само един индивид (индивид) в потомството ще получи този ген. Честотата на мутациите в зародишните клетки се влияе от възрастта на организма.




Ориз. 4.

Соматичнивъзникват мутации в соматичните клетки на организмите. При животните и хората мутационните промени ще продължат само в тези клетки. Но при растенията, поради способността им да се размножават вегетативно, мутацията може да се разпространи извън соматичните тъкани. Например известният зимен сорт ябълка „Вкусна“ произхожда от мутация в соматична клетка, която в резултат на делене е довела до образуването на клон, който има характеристиките на мутантен тип. Това беше последвано от вегетативно размножаване, което направи възможно получаването на растения със свойствата на този сорт.

Класификацията на мутациите в зависимост от техния фенотипен ефект е предложена за първи път през 1932 г. от G. Möller. Според класификацията са идентифицирани следните:

Аморфни мутации. Това е състояние, при което белегът, контролиран от патологичния алел, не се изразява, тъй като патологичният алел е неактивен в сравнение с нормалния алел. Такива мутации включват гена за албинизъм и около 3000 автозомно-рецесивни заболявания;

Антиморфни мутации. В този случай стойността на признака, контролиран от патологичния алел, е противоположна на стойността на признака, контролиран от нормалния алел. Такива мутации включват гени на около 5-6 хиляди автозомно-доминантни заболявания;

Хиперморфни мутации. В случай на такава мутация, белегът, контролиран от патологичния алел, е по-изразен от белегът, контролиран от нормалния алел. пример? хетерозиготни носители на гени за заболявания на нестабилност на генома. Техният брой е около 3% от населението на света, а броят на самите заболявания достига 100 нозологии. Сред тези заболявания: анемия на Фанкони, атаксия телеангиектазия, пигментна ксеродерма, синдром на Блум, прогероидни синдроми, много форми на рак и др. Освен това честотата на рак при хетерозиготни носители на гените за тези заболявания е 3-5 пъти по-висока от нормалната, и при самите пациенти (хомозиготи за тези гени), честотата на рак е десетки пъти по-висока от нормалното.

Хипоморфни мутации. Това е състояние, при което експресията на черта, контролирана от патологичен алел, е отслабена в сравнение с чертата, контролирана от нормален алел. Такива мутации включват мутации в гените за синтез на пигмент (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), както и повече от 3000 форми на автозомно-рецесивни заболявания.

Неоморфни мутации. Твърди се, че такава мутация възниква, когато чертата, контролирана от патологичния алел, е с различно (ново) качество в сравнение с чертата, контролирана от нормалния алел. Пример: синтез на нови имуноглобулини в отговор на проникването на чужди антигени в тялото.

Говорейки за трайното значение на класификацията на G. Möller, трябва да се отбележи, че 60 години след нейното публикуване фенотипните ефекти на точковите мутации са разделени на различни класове в зависимост от ефекта, който имат върху структурата на протеиновия продукт на гена и /или нивото му на изразяване.

Геномите на живите организми са относително стабилни, което е необходимо за запазване на видовата структура и непрекъснатостта на развитието. За да се поддържа стабилност в клетката, работят различни възстановителни системи, за да коригират нарушенията в структурата на ДНК. Въпреки това, ако промените в структурата на ДНК изобщо не се поддържат, видовете не биха могли да се адаптират към променящите се условия на околната среда и да се развиват. При създаването на еволюционен потенциал, т.е. необходимото ниво на наследствена променливост, основната роля принадлежи на мутациите.

Терминът „ мутация„G. de Vries в класическата си работа „Теория на мутациите“ (1901-1903) очертава феномена на спазматични, периодични промени в черта. Той отбеляза едно число характеристики на мутационната променливост:

• мутацията е качествено ново състояние на признак;
• мутантните форми са постоянни;
• едни и същи мутации могат да се появят многократно;
• мутациите могат да бъдат полезни или вредни;
• откриването на мутации зависи от броя на анализираните индивиди.

Основата за появата на мутация е промяна в структурата на ДНК или хромозомите, така че мутациите се наследяват в следващите поколения. Мутационната променливост е универсална; среща се при всички животни, висши и низши растения, бактерии и вируси.

Условно мутационният процес се разделя на спонтанен и индуциран. Първият възниква под въздействието на природни фактори (външни или вътрешни), вторият - с целенасочен ефект върху клетката. Честотата на спонтанната мутагенеза е много ниска. При хората той е в диапазона от 10 -5 - 10 -3 на ген на поколение. По отношение на генома това означава, че всеки от нас има средно един ген, който нашите родители не са имали.

Повечето мутации са рецесивни, което е много важно, защото... мутациите нарушават установената норма (див тип) и следователно са вредни. Рецесивният характер на мутантните алели обаче им позволява да се задържат в популацията дълго време в хетерозиготно състояние и да се проявяват в резултат на комбинирана променливост. Ако получената мутация има благоприятен ефект върху развитието на организма, тя ще бъде запазена чрез естествен подбор и разпространена сред индивидите от популацията.

Според характера на действието на мутантния генмутациите са разделени на 3 вида:

• морфологичен,
• физиологичен,
• биохимичен.

Морфологични мутациипроменят образуването на органи и процесите на растеж при животни и растения. Пример за този вид промяна са мутациите в цвета на очите, формата на крилата, цвета на тялото и формата на четините при Drosophila; къси крака при овцете, нанизъм при растенията, къси пръсти (брахидактилия) при хората и др.

Физиологични мутацииобикновено намаляват жизнеспособността на индивидите, сред тях има много летални и полулетални мутации. Примери за физиологични мутации са респираторните мутации в дрождите, мутациите на хлорофила в растенията и хемофилията при хората.

ДА СЕ биохимични мутациивключват тези, които инхибират или нарушават синтеза на определени химикали, обикновено в резултат на липсата на необходим ензим. Този тип включва ауксотрофни мутации на бактерии, които определят неспособността на клетката да синтезира каквото и да е вещество (например аминокиселина). Такива организми могат да живеят само в присъствието на това вещество в околната среда. При хората резултатът от биохимична мутация е тежко наследствено заболяване - фенилкетонурия, причинено от липсата на ензима, който синтезира тирозин от фенилаланин, в резултат на което фенилаланинът се натрупва в кръвта. Ако наличието на този дефект не се установи навреме и фенилаланинът не бъде изключен от диетата на новородените, тогава тялото е изправено пред смърт поради тежко увреждане на развитието на мозъка.

Може да има мутации генеративенИ соматични. Първите възникват в зародишните клетки, а вторите - в клетките на тялото. Тяхната еволюционна стойност е различна и е свързана с начина на размножаване.

Генеративни мутацииможе да се появи на различни етапи от развитието на зародишните клетки. Колкото по-рано възникнат, толкова по-голям е броят на гаметите, които ще ги носят, и следователно шансът за предаването им на потомството ще се увеличи. Подобна ситуация възниква в случай на соматична мутация. Колкото по-рано се появи, толкова повече клетки ще го носят. Индивидите с променени части на тялото се наричат ​​мозайки или химери. Например при Drosophila се наблюдава мозаицизъм в цвета на очите: на фона на червения цвят се появяват бели петна (фасети, лишени от пигмент) в резултат на мутация.

В организми, които се размножават само по полов път, соматични мутациине представляват никаква стойност нито за еволюцията, нито за селекцията, т.к те не се наследяват. При растенията, които могат да се размножават вегетативно, соматичните мутации могат да станат материал за селекция. Например, мутации на пъпки, които произвеждат променени издънки (спорт). От такъв спорт И.В. Мичурин, използвайки метода на присаждане, получи нов сорт ябълково дърво, Антоновка 600 грама.

Мутациите са разнообразни не само във фенотипното си проявление, но и в промените, които настъпват в генотипа. Има мутации генетични, хромозомнаИ геномна.

Генни мутации

Генни мутациипромяна на структурата на отделните гени. Сред тях значителна част са точкови мутации, при което промяната засяга една двойка нуклеотиди. Най-често точковите мутации включват заместване на нуклеотиди. Има два вида такива мутации: преходи и трансверсии. По време на преходи в нуклеотидна двойка пуринът се заменя с пурин или пиримидинът с пиримидин, т.е. пространствената ориентация на основите не се променя. При трансверсии пуринът се заменя с пиримидин или пиримидинът с пурин, което променя пространствената ориентация на базите.

По естеството на влиянието на заместването на основата върху структурата на протеина, кодиран от генаИма три класа мутации: липсващи мутации, несериозни мутации и същите мутации.

Липсващи мутациипромяна на значението на кодона, което води до появата на една неправилна аминокиселина в протеина. Това може да има много сериозни последствия. Например, тежко наследствено заболяване - сърповидно-клетъчна анемия, форма на анемия, се причинява от замяната на една аминокиселина в една от веригите на хемоглобина.

Безсмислена мутацияе появата (в резултат на замяната на една база) на терминаторен кодон в гена. Ако системата за неяснота на транслацията не е включена (вижте по-горе), процесът на синтез на протеин ще бъде прекъснат и генът ще може да синтезира само фрагмент от полипептида (абортивен протеин).

При еднозначни мутациизаместването на една база води до появата на синоним кодон. В този случай няма промяна в генетичния код и се синтезира нормален протеин.

В допълнение към нуклеотидните замествания, точковите мутации могат да бъдат причинени от вмъкване или изтриване на единична нуклеотидна двойка. Тези нарушения водят до промяна в рамката за четене, съответно се променя генетичният код и се синтезира променен протеин.

Генните мутации включват дублиране и загуба на малки участъци от гена, както и вмъквания- вмъкване на допълнителен генетичен материал, чийто източник най-често са мобилни генетични елементи. Генните мутации са причината за съществуването псевдогени— неактивни копия на функциониращи гени, които нямат експресия, т.е. не се образува функционален протеин. В псевдогените могат да се натрупват мутации. Процесът на развитие на тумора е свързан с активирането на псевдогени.

Има две основни причини за появата на генни мутации: грешки в процесите на репликация, рекомбинация и възстановяване на ДНК (грешки на трите P) и действието на мутагенни фактори. Пример за грешки в работата на ензимните системи по време на горните процеси е неканоничното базово сдвояване. Наблюдава се, когато в молекулата на ДНК са включени минорни бази, аналози на обикновените. Например вместо тимин може да се включи бромурацил, който доста лесно се комбинира с гуанин. Поради това двойката AT се заменя с GC.

Под въздействието на мутагени може да настъпи трансформация на една основа в друга. Например, азотната киселина превръща цитозина в урацил чрез дезаминиране. В следващия цикъл на репликация той се сдвоява с аденин и оригиналната GC двойка се заменя с AT.

Хромозомни мутации

По-сериозни промени в генетичния материал настъпват, когато хромозомни мутации. Те се наричат ​​хромозомни аберации или хромозомни пренареждания. Пренарежданията могат да засегнат една хромозома (интрахромозомни) или няколко (междухромозомни).

Интрахромозомните пренареждания могат да бъдат от три вида: загуба (липса) на хромозомна секция; удвояване на хромозомна секция (дупликация); завъртане на хромозомна секция на 180° (инверсия). Междухромозомните пренареждания включват транслокации- преместване на част от една хромозома към друга, нехомоложна хромозома.

Загубата на вътрешна част от хромозомата, която не засяга теломерите, се нарича изтривания, а загубата на крайния участък е предизвикателство. Отделеният участък от хромозомата, ако липсва центромер, се губи. И двата вида недостатъци могат да бъдат идентифицирани чрез модела на конюгация на хомоложни хромозоми в мейозата. В случай на крайна делеция, единият хомолог е по-къс от другия. При вътрешен дефицит нормалният хомолог образува примка срещу загубения хомоложен участък.

Дефицитите водят до загуба на част от генетичната информация, така че са вредни за организма. Степента на увреждане зависи от размера на загубената зона и нейния генен състав. Хомозиготите за недостатъци рядко са жизнеспособни. При по-ниските организми ефектът от недостига е по-слабо забележим, отколкото при по-високите. Бактериофагите могат да загубят значителна част от генома си, заменяйки изгубената част с чужда ДНК и в същото време да запазят функционалната си активност. В по-горните класове дори хетерозиготността за недостатъци има своите граници. Така при Drosophila загубата на регион, включващ повече от 50 диска от един от хомолозите, има летален ефект, въпреки факта, че вторият хомолог е нормален.

При хората редица наследствени заболявания са свързани с дефицити: тежка форма на левкемия (21-ва хромозома), синдром на котката при новородени (5-та хромозома) и др.

Недостатъците могат да се използват за генетично картографиране чрез установяване на връзка между загубата на специфична хромозомна област и морфологичните характеристики на индивида.

Дублираненаречено удвояване на която и да е част от хромозома от нормален набор от хромозоми. Като правило дублиранията водят до увеличаване на черта, която се контролира от ген, локализиран в този регион. Например удвояване на гена в дрозофила Бар, което води до намаляване на броя на очните фасети, води до допълнително намаляване на техния брой.

Дублиранията лесно се откриват цитологично чрез разрушаване на структурния модел на гигантски хромозоми и генетично те могат да бъдат идентифицирани чрез липсата на рецесивен фенотип по време на кръстосването.

Инверсия- завъртане на секция на 180° - променя реда на гените в хромозомата. Това е много често срещан тип хромозомна мутация. Особено много от тях са открити в геномите на Drosophila, Chironomus и Tradescantia. Има два вида инверсии: парацентрични и перицентрични. Първите засягат само едното рамо на хромозомата, без да докосват центромерната област и без да променят формата на хромозомите. Перицентричните инверсии включват областта на центромера, която включва части от двете рамена на хромозомата и следователно може значително да промени формата на хромозомата (ако прекъсванията се появят на различни разстояния от центромера).

В профазата на мейозата, хетерозиготната инверсия може да бъде открита чрез характерен цикъл, с помощта на който се възстановява комплементарността на нормалните и инвертирани области на два хомолоза. Ако се случи едно кръстосване в зоната на инверсия, това води до образуването на анормални хромозоми: дицентричен(с две центромери) и ацентричен(без центромер). Ако обърнатата област има значителна степен, тогава може да се получи двойно пресичане, в резултат на което се образуват жизнеспособни продукти. При наличие на двойни инверсии в една част от хромозомата, кросинговърът обикновено се потиска и затова те се наричат ​​„кросоувър супресори“ и се обозначават с буквата С. Тази характеристика на инверсиите се използва в генетичния анализ, например когато като се вземе предвид честотата на мутациите (методи за количествено отчитане на мутациите от G. Möller).

Междухромозомните пренареждания - транслокациите, ако имат характер на взаимен обмен на участъци между нехомоложни хромозоми, се наричат реципрочен. Ако счупването засяга една хромозома и разкъсаният участък е прикрепен към друга хромозома, тогава това е - нереципрочна транслокация. Получените хромозоми ще функционират нормално по време на клетъчното делене, ако всяка от тях има един центромер. Хетерозиготността за транслокации значително променя процеса на конюгация в мейозата, т.к хомоложното привличане се изпитва не от две хромозоми, а от четири. Вместо бивалентни се образуват квадриваленти, които могат да имат различни конфигурации под формата на кръстове, пръстени и др. Тяхното неправилно разминаване често води до образуването на нежизнеспособни гамети.

При хомозиготни транслокации хромозомите се държат нормално и се образуват нови групи на свързване. Ако те се запазят чрез селекция, тогава възникват нови хромозомни раси. По този начин транслокациите могат да бъдат ефективен фактор при видообразуването, какъвто е случаят при някои видове животни (скорпиони, хлебарки) и растения (датура, божур, вечерна иглика). При вида Paeonia californica всички хромозоми участват в процеса на транслокация, а при мейозата се образува един конюгативен комплекс: 5 двойки хромозоми образуват пръстен (конюгация от край до край).

Терминът "мутация" се връща към латинската дума "mutatio", която буквално означава промяна или промяна. Мутационната вариабилност означава стабилни и очевидни промени в генетичния материал, които са показани в Това е първата връзка във веригата на формиране на наследствени заболявания и патогенеза. Това явление започва да се изучава активно едва през втората половина на 20-ти век и сега все повече може да се чуе, че трябва да се изучава мутационната променливост, тъй като познаването и разбирането на този механизъм става ключово за преодоляване на проблемите на човечеството.

Има няколко вида мутации в клетките. Тяхната класификация зависи от вида на самите клетки. Генеративните мутации възникват в зародишните клетки; съществуват и гаметични клетки. Всички промени са наследени и често се срещат в клетките на потомците; редица аномалии се предават от поколение на поколение, което в крайна сметка става причина за заболявания.

Те принадлежат към нерепродуктивните клетки. Тяхната особеност е, че те се появяват само в индивида, в който са се появили. Тези. промените не се наследяват от други клетки, а само при делене в един организъм. Соматичната мутационна променливост е по-забележима, когато започне в ранните етапи. Ако се появи мутация в първите етапи на разцепването на зиготата, тогава ще възникнат повече клетъчни линии с генотипове, различни един от друг. Съответно повече клетки ще носят мутацията; такива организми се наричат ​​мозаечни.

Нива на наследствени структури

Мутационната изменчивост се проявява в наследствени структури, които се различават в различни нива на организация. Мутации могат да възникнат на генно, хромозомно и геномно ниво. В зависимост от това се променят и видовете мутационна изменчивост.

Генните промени засягат структурата на ДНК, което я кара да се променя на молекулярно ниво. Такива промени в някои случаи нямат ефект върху жизнеспособността на протеина, т.е. функциите изобщо не се променят. Но в други случаи могат да възникнат дефектни образувания, които вече спират способността на протеина да изпълнява функцията си.

Мутациите на хромозомно ниво вече представляват по-сериозна заплаха, тъй като засягат образуването на хромозомни заболявания. Резултатът от такава променливост са промени в структурата на хромозомите и тук вече са включени няколко гена. Поради това обичайният диплоиден набор може да се промени, което от своя страна може да повлияе като цяло на ДНК.

Геномните мутации, подобно на хромозомните, могат да причинят образуването на Примери за мутационна променливост на това ниво са анеуплоидията и полиплоидията. Това е увеличаване или намаляване на броя на хромозомите, които най-често са смъртоносни за хората.

Геномните мутации включват тризомия, което означава наличието на три хомоложни хромозоми в кариотипа (увеличаване на броя). Това отклонение води до образуването на синдром на Едуардс и синдром на Даун. Монозомията означава наличието само на една от двете хомоложни хромозоми (намален брой), което на практика елиминира нормалното развитие на ембриона.

Причината за такива явления са смущения в различни етапи на развитие на зародишните клетки. Това се случва в резултат на забавяне на анафазата - хомоложните хромозоми се придвижват към полюсите и един от тях може да изостане. Съществува и концепцията за „неразпадане“, когато хромозомите не успяха да се разделят на етапа на митоза или мейоза. Резултатът от това е проявата на нарушения с различна степен на тежест. Изучаването на този феномен ще помогне да се разкрият механизмите и вероятно ще направи възможно прогнозирането и влиянието върху тези процеси.