Хромосомные мутации, их типы и значение

Хромосомные мутации, их типы и значение.

В отличие от генных мутаций хромосомные мутации большей частью являются межгенными перестройками. Они делятся на две группы: внутрихромосомные и межхромосомные.

Внутрихромосомные мутации подразделяют на следующие типы.

1) Дефишенси (концевые нехватки);

Пример: синдром кошачьего крика у человека связан кс концевой нехваткой в одной из 5 пары хромосом.

2) Делеции (нехватки внутренних частей хромосом).

В результате нехваток некоторые гены в кариотипе остаются в гемизиготном состоянии, что может привести к фенотипическому проявлению рецессивных аллелей.

В ряде случаев возможно появление новых признаков в результате нехваток. 3) Дупликации (удвоения) и амплификации (многократные умножения части хромосомы). Основным механизмом образования дупликаций является неравный кроссинговер, в результате которого хромосомы обмениваются неодинаковыми по размеру участками.

4) Инверсии (перевертывания участка хромосомы на 180°). Наиболее часто встречающийся в природных популяциях тип хромосомных перестроек. Разделяются на перицентрические (захватывающие центромеру) и парацентрические (не включающие центромеру в инвентированый участок).

Генетически инверсии проявляются как запиратель кроссинговера, если инверсия находиться в гетерозиготе. Строго говоря, кроссинговер у гетерозигот не подавлен, однако последствия его ведут к образованию нежизнеспособных спор у растений или зигот у животных, так как в результате одинарного кроссинговера из пары конъюгирующих гомологичных хромосом образуются одна дицентрическая, а другая ацентрическая хромосомы, которые затем элиминируют. Поэтому из четырех хроматид, нормальные гаметы образуют лишь две, не вступавшие в кроссинговер.

Внутрихромосомные перестройки (кроме дупликаций) обычно летальны в гомозиготном состоянии, т.к. часто точки разрывов затрагивают жизненно важные гены или вследствие “эффекта положения” (гены в новом локусе хромосом перестают нормально функционировать). Нелетальны в гомозиготе лишь некоторые очень малые изменения (микроделеции и микроинверсии). Цитогенетически делеции определяются по образованию одинарных петель в пахитене и мостов между гомологами в анафазе мейоза, инверсии по образованию двойных петель, дефишенси диагностируются по различиям в длине гомологичных хромосом. Дупликации (и амплификации) идентифицируются на гигантских хромосомах слюнных желез дрозофилы по тщательному анализу хромомерного рисунка.

К межхромосомным перестройкам относят транслокации – перемещения части одной хромосомы на другую (негомологичную ей), которые возникают в результате реципрокного обмена участками негомологичных хромосом. Генетически они дифференцируются по изменению групп сцепления: гены, наследовавшиеся независимо, вдруг начинают наследоваться сцеплено. Цитологически — по возникновению петель в бивалентах обоих хромосом, между которыми произошла транслокация). Одним из вариантов транслокаций являются т.н. робертсоновские транслокации, приводящие к слиянию двух центромер акроцентрических хромосом, с образованием хромосомы имеющей два плеча (общее число хромосом в геноме уменьшается на одну).

Промежуточное положение между межхромосомными и внутрихромосомными перестройками занимают транспозиции – изменения локализации небольших участков генетического материала, включающих один или несколько генов. Транспозиции могут происходить как между негомологичными хромосомами, так и в пределах одной хромосомы. При этом реципрокного обмена между генами не происходит. Осуществляются с помощью мигрирующих генетических элементов (транспозонов), которые могут переносить участки хромосом и реципрокно встраиваться в определенные сайты генома, где расположены копии соответствующих транспозонов.

При всех типах перестроек изменяется лишь положение генов в хромосомах и лишь при дупликации или делеции ведут к изменению числа генов, хотя сами гены могут и не изменяться (за исключением случаев, когда разрыв затрагивает сам ген). Тем не менее, фенотипический эффект хромосомных перестроек наблюдается очень часто. Это объясняется “эффектом положения”, который заключается в изменении фенотипа, вследствие того, что переместившиеся гены оказываются в новом генотипическом окружении. Данное явление показывает важную роль системы генотипа в определении признаков.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Генные мутации: виды, причины и примеры

Определённая последовательность ДНК хранит наследственную информацию, которая может меняться (искажаться) в течение жизни. Такие изменения называются мутациями. Существует несколько видов мутаций, затрагивающих разные участки генетического материала.

Виды мутаций

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

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

  • делеция – потеря участка хромосомы;
  • дупликация – удвоение хромосомного участка;
  • дефишенси – потеря концевого участка хромосомы;
  • инверсия – поворот хромосомного участка на 180° (если содержит центромеру – перицентрическая инверсия, не содержит – парацентрическая);
  • инсерция – вставка лишнего хромосомного участка;
  • транслокация – перемещение участка хромосомы на другое место

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

  • полиплоидию – кратное, но неправильное количество хромосом (например, 24 вместо 12);
  • анеуплоидию – некратное количество хромосом (одна лишняя или недостающая).

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

Читайте также:  Бросил курить, чувствую себя хуже — что делать

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

Причины возникновения мутаций

По причинам возникновения различают спонтанные и индуцированные мутации.

  • Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без видимых причин. Эти мутации иногда рассматривают как ошибки трех Р: процессов репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Это означает, что процесс возникновения новых мутаций находится под генетическим контролем организма. Например, известны мутации, которые повышают или понижают частоту других мутаций; следовательно, существуют гены-мутаторы и гены-антимутаторы. В то же время, частота спонтанных мутаций зависит и от состояния клетки (организма). Например, в условиях стресса частота мутаций может повышаться.
  • Индуцированные мутации возникают под действием мутагенов.

Мутагены

Мутагены – это разнообразные факторы, которые повышают частоту мутаций. Различают несколько классов мутагенов:

  • Физические мутагены: ионизирующие излучения, тепловое излучение, ультрафиолетовое излучение.
  • Химические мутагены: аналоги азотистых оснований (например, 5-бромурацил), альдегиды, нитриты, метилирующие агенты, гидроксиламин, ионы тяжелых металлов, некоторые лекарственные препараты и средства защиты растений.
  • Биологические мутагены: чистая ДНК, вирусы, антивирусные вакцины.
  • Аутомутагены – промежуточные продукты обмена веществ (интермедиаты). Например, этиловый спирт сам по себе мутагеном не является. Однако в организме человека он окисляется до ацетальдегида, а это вещество уже является мутагеном.

Примеры генных мутаций у людей

  1. Прогерия. Прогерией принято считать одним из самых редких генетических дефектов. Проявляется данная мутация в преждевременном старении организма. Большая часть больных погибает, не достигнув тринадцатилетнего возраста, и немногим удается сохранить жизнь до двадцати лет. Данная болезнь развивает инсульты и болезни сердца, и именно поэтому, чаще всего, причиной смерти является сердечный приступ или инсульт.
  2. Синдром на Юнера Тана (СЮТ). Данный синдром специфичен тем, что подверженные ему передвигаются на четвереньках. Обычно люди СЮТ используют самую простую, примитивную речь и страдают врожденной мозговой недостаточностью.
  3. Гипертрихоз. Так же имеет название “синдром оборотня” или же — ”синдром Абрамса”. Данное явление прослеживается и документируется со времен Средневековья. Люди, подверженные гипертрихозу отличаются количеством волос на теле, превышающим нормы, особенно это распространяется на лицо, уши и плечи.
  4. Тяжелый комбинированный иммунодефицит. Подверженные данному заболеванию уже при рождении лишены эффективной иммунной системы, которой обладает среднестатистический человек. Дэвид Веттер, благодаря которому в 1976 году данная болезнь получила известность, скончался в возрасте тринадцати лет, после неудачной попытки хирургического вмешательства с целью укрепления иммунитета.
  5. Синдром Марфана. Заболевание встречается довольно часто, и сопровождается непропорциональному развитию конечностей, чрезмерной подвижностью суставов. Гораздо реже встречается отклонение выраженное срастанием ребер, следствием чего является или выпирание, или западание грудной клетки. Частой проблемой подверженных донному синдрому является искривление позвоночника.

Похожие записи:

  1. Расстройство аутистического спектраРасстройство аутистического спектра (РАС) представляют собой ряд связанных расстройств развития человека.
  2. Летаргический сонМнимая смерть (летаргия) – это неврологическая патология, которой свойственно отсутствие.
  3. Низкий гемоглобин, может ли причиной быть стресс?Гемоглобин выполняет очень важную функцию в организме. Он отвечает за.
  4. Сильное сердцебиение ночью, в чем причина?Нарушение сердечного ритма в ночное время связано с неврозом, нарушением.

Автор: Левио Меши

Врач с 36 летним стажем работы. Медицинский блогер Левио Меши. Постоянный обзор животрепещущих тем по психиатрии, психотерапии, зависимостям. Хирургии, онкологии и терапии. Беседы с ведущими врачами. Обзоры клиник и их врачей. Полезные материалы по самолечению и решению проблем со здоровьем. Посмотреть все записи автора Левио Меши

Особенности мутационной изменчивости. Виды мутаций

Геномы живых организмов являются относительно стабильными, что необходимо для сохранения видовой структуры и преемственности развития. С целью поддержания стабильности в клетке работают различные системы репарации, исправляющие нарушения в структуре ДНК. Тем не менее, если бы изменения в структуре ДНК вообще не сохранялись, виды не могли бы адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды и эволюционировать. В создании эволюционного потенциала, т.е. необходимого уровня наследственной изменчивости, основная роль принадлежит мутациям.

Термином “мутация” Г. де Фриз в своем классическом труде “Мутационная теория” (1901-1903) обозначил явление скачкообразного, прерывистого изменения признака. Он отметил ряд особенностей мутационной изменчивости:

  • мутация — это качественно новое состояние признака;
  • мутантные формы константны;
  • одни и те же мутации могут возникать повторно;
  • мутации могут быть полезными и вредными;
  • выявление мутаций зависит от количества проанализированных особей.

В основе возникновения мутации лежит изменение структуры ДНК или хромосомы, поэтому мутации наследуются в последующих поколениях. Мутационная изменчивость универсальна; она имеет место у всех животных, высших и низших растений, бактерий и вирусов.

Условно мутационный процесс делят на спонтанный и индуцированный. Первый протекает под влиянием естественных факторов (внешних или внутренних), второй — при целенаправленном воздействии на клетку. Частота спонтанного мутагенеза очень низкая. У человека она лежит в пределах 10 -5 — 10 -3 на ген за поколение. В пересчете на геном это означает, что у каждого из нас имеется в среднем один ген, которого не было у родителей.

Большинство мутаций являются рецессивными, что очень важно, т.к. мутации нарушают сложившуюся норму (дикий тип) и поэтому оказываются вредными. Однако рецессивный характер мутантных аллелей позволяет им длительное время сохраняться в популяции в гетерозиготном состоянии и проявляться в результате комбинативной изменчивости. Если возникшая мутация оказывает благоприятное влияние на развитие организма, она будет сохраняться естественным отбором и распространяться среди особей популяции.

Читайте также:  Из чего состоят губы человека

По характеру действия мутантного гена мутации делят на 3 вида:

  • морфологические,
  • физиологические,
  • биохимические.

Морфологические мутации изменяют формирование органов и ростовые процессы у животных и растений. Примером данного вида изменений могут служить мутации по окраске глаз, форме крыла, окраске тела, форме щетинок у дрозофилы; коротконогость у овец, карликовость у растений, короткопалость (брахидактилия) у человека и др.

Физиологические мутации обычно понижают жизнеспособность особей, среди них много летальных и полулетальных мутаций. Примером физиологических мутаций являются дыхательные мутации у дрожжей, хлорофильные мутации у растений, гемофилия у человека.

К биохимическим мутациям относят такие, которые подавляют или нарушают синтез определенных химических веществ, обычно в результате отсутствия необходимого фермента. К этому типу относятся ауксотрофные мутации бактерий, определяющие неспособность клетки синтезировать какое-либо вещество (например, аминокислоту). Такие организмы способны жить только при наличии этого вещества в среде. У человека результатом биохимической мутации является тяжелое наследственное заболевание — фенилкетонурия, обусловленное отсутствием фермента синтезирующего тирозин из фенилаланина, в результате чего фенилаланин накапливается в крови. Если вовремя не установить наличие этого дефекта и не исключить фенилаланин из диеты новорожденных, то организму грозит гибель из-за сильного нарушения развития мозга.

Мутации могут быть генеративными и соматическими. Первые возникают в половых клетках, вторые — в клетках тела. Их эволюционная ценность различна и связана со способом размножения.

Генеративные мутации могут происходить на разных этапах развития половых клеток. Чем раньше они возникнут, тем большее количество гамет будет их нести, и, следовательно, увеличится шанс их передачи потомству. Аналогичная ситуация имеет место и в случае возникновения соматической мутации. Чем раньше она происходит, тем большее количество клеток будет ее нести. Особи, имеющие измененные участки тела, называются мозаиками, или химерами. Например, у дрозофилы наблюдается мозаицизм по окраске глаз: на фоне красной окраски в результате мутации возникают белые пятна (лишенные пигмента фасетки).

У организмов, размножающихся только половым способом, соматические мутации не представляют никакой ценности ни для эволюции, ни для селекции, т.к. они не наследуются. У растений, которые могут размножаться вегетативно, соматические мутации могут стать материалом для отбора. Например, почковые мутации, которые дают измененные побеги (спорты). От такого спорта И.В. Мичурин, используя метод прививки, получил новый сорт яблони Антоновка 600-граммовая.

Мутации разнообразны не только по своему фенотипическому проявлению, но и по тем изменениям, которые происходят в генотипе. Различают мутации генные, хромосомные и геномные.

Генные мутации

Генные мутации изменяют структуру отдельных генов. Среди них значительную часть составляют точковые мутации, при которых изменение затрагивает одну пару нуклеотидов. Чаще всего при точковых мутациях происходит замена нуклеотидов. Такие мутации бывают двух типов: транзиции и трансверсии. При транзициях в нуклеотидной паре пурин замещается на пурин или пиримидин на пиримидин, т.е. пространственная ориентация оснований не изменяется. При трансверсиях пурин замещается на пиримидин или пиримидин на пурин, что изменяет пространственную ориентацию оснований.

По характеру влияния замены оснований на структуру кодируемого геном белка выделяют три класса мутаций: missence-мутации, nonsence-мутации и samesence-мутации.

Missence-мутации изменяют смысл кодона, что приводит к появлению в составе белка одной неверной аминокислоты. Это может иметь очень серьезные последствия. Например, тяжелое наследственное заболевание — серповидно-клеточная анемия, одна из форм малокровия, вызвана заменой единственной аминокислоты в составе одной из цепей гемоглобина.

Nonsеnce-мутация — это появление (в результате замены одного основания) кодона-терминатора внутри гена. Если не включится система неоднозначности трансляции (см. выше), процесс синтеза белка будет прерван, и ген будет способен синтезировать только фрагмент полипептида (абортивный белок).

При samesence-мутации замена одного основания приводит к появлению кодона-синонима. В этом случае изменения генетического кода не происходит, и синтезируется нормальный белок.

Кроме замены нуклеотидов, точковые мутации могут быть вызваны вставкой или выпадением одной пары нуклеотидов. Эти нарушения приводят к изменению рамки считывания, соответственно, изменяется генетический код и синтезируется измененный белок.

К генным мутациям относят удвоение и потерю небольших участков гена, а также инсерции — вставки дополнительного генетического материала, источником которого чаще всего являются мобильные генетические элементы. Генные мутации являются причиной существования псевдогенов — неактивных копий функционирующих генов, у которых отсутствует экспрессия, т.е. не образуется функциональный белок. В псевдогенах мутации могут накапливаться. С активацией псевдогенов связывают процесс развития опухолей.

Для появления генных мутаций имеются две основные причины: ошибки в ходе процессов репликации, рекомбинации и репарации ДНК (ошибки трех Р) и действие мутагенных факторов. Примером ошибок в работе ферментных систем в ходе вышеуказанных процессов является неканоническое спаривание оснований. Оно наблюдается при включении в молекулу ДНК минорных оснований — аналогов обычных. Например, вместо тимина может включаться бромурацил, который достаточно легко соединяется с гуанином. Благодаря этому пара АТ замещается на GC.

Под действием мутагенов может происходить превращение одного основания в другое. Например, азотистая кислота путем дезаминирования превращает цитозин в урацил. В следующем цикле репликации он спаривается с аденином и исходная пара GC замещается на АТ.

Читайте также:  Поликистоз яичников — причины, симптомы, диагностика, лечение

Хромосомные мутации

Более серьезные изменения в генетическом материале происходят в случае хромосомных мутаций. Их называют хромосомными аберрациями, или хромосомными перестройками. Перестройки могут затрагивать одну хромосому (внутрихромосомные) или несколько (межхромосомные).

Внутрихромосомные перестройки могут быть трех типов: потеря (нехватка) участка хромосомы; удвоение участка хромосомы (дупликации); поворот участка хромосомы на 180° (инверсии). К межхромосомным перестройкам относятся транслокации — перемещение участка одной хромосомы на другую, не гомологичную ей хромосому.

Утрата внутреннего участка хромосомы, не затрагивающего теломеры, носит название делеции, а потеря концевого участка — дефишенси. Оторвавшийся участок хромосомы, если он лишен центромеры, теряется. Оба типа нехваток можно идентифицировать по характеру конъюгации гомологичных хромосом в мейозе. В случае концевой делеции один гомолог оказывается короче другого. При внутренней нехватке нормальный гомолог образует петлю против утраченного участка гомолога.

Нехватки приводят к утрате части генетической информации, поэтому они вредны для организма. Степень вредности зависит от размера утраченного участка и его генного состава. Гомозиготы по нехваткам редко бывают жизнеспособны. У низших организмов эффект нехваток менее ощутим, чем у высших. Бактериофаги могут терять значительную часть своего генома, замещая утраченный участок чужеродной ДНК, и при этом сохраняют функциональную активность. У высших даже гетерозиготность по нехваткам имеет свои пределы. Так, у дрозофилы утрата одним из гомологов участка, включающего более 50 дисков, имеет летальный эффект, несмотря на то, что второй гомолог нормален.

У человека с нехватками связан ряд наследственных заболеваний: тяжелая форма лейкемии (21-я хромосома), синдром кошачьего крика у новорожденных (5-я хромосома) и др.

Нехватки можно использовать для генетического картирования путем установления связи между утратой специфического участка хромосомы и морфологическими особенностями особи.

Дупликацией называют удвоение любого участка хромосомы нормального хромосомного набора. Как правило, дупликации приводят к усилению признака, который контролируется геном, локализованным в этом участке. Например, удвоение у дрозофилы гена Bar, вызывающего редукцию числа глазных фасеток, приводит к дальнейшему уменьшению их количества.

Дупликации легко выявляются цитологически по нарушению структурного рисунка гигантских хромосом, а генетически их можно выявить по отсутствию рецессивного фенотипа при скрещивании.

Инверсия — поворот участка на 180° — изменяет порядок расположения генов в хромосоме. Это очень распространенный вид хромосомных мутаций. Особенно много их обнаружено в геномах дрозофилы, хирономуса, традесканций. Различают два типа инверсий: парацентрические и перицентрические. Первые затрагивают только одно плечо хромосомы, не касаясь центромерного участка и не изменяя форму хромосом. Перицентрические инверсии захватывают район центромеры, включающий участки обоих плеч хромосом, и поэтому они могут значительно изменить форму хромосомы (если разрывы произойдут на разном расстоянии от центромеры).

В профазе мейоза гетерозиготную инверсию можно обнаружить по характерной петле, с помощью которой восстанавливается комплементарность нормального и инвертированного участков двух гомологов. Если в районе инверсии происходит одинарный перекрест, то он приводит к образованию аномальных хромосом: дицентрика (с двумя центромерами) и ацентрика (без центромеры). Если же инвертированный участок имеет значительную протяженность, то может осуществляться двойной кроссинговер, в результате которого образуются жизнеспособные продукты. При наличии двойных инверсий в одном участке хромосомы кроссинговер вообще подавляется, в связи с чем их называют “запирателями перекреста” и обозначают буквой С. Эту особенность инверсий используют при генетическом анализе, например при учете частоты мутаций (методы количественного учета мутаций Г. Меллера).

Межхромосомные перестройки — транслокации, если они имеют характер взаимного обмена участками между негомологичными хромосомами, носят название реципрокных. Если же разрыв затрагивает одну хромосому и оторвавшийся участок прикрепляется к другой хромосоме, то это — нереципрокная транслокация. Образующиеся хромосомы будут нормально функционировать при клеточном делении, если у каждой их них будет одна центромера. Гетерозиготность по транслокациям сильно изменяет процесс конъюгации в мейозе, т.к. гомологичное притяжение испытывают не две хромосомы, а четыре. Вместо бивалентов образуются квадриваленты, которые могут иметь различную конфигурацию в виде крестов, колец и др. Их неправильное расхождение часто приводит к образованию нежизнеспособных гамет.

При гомозиготных транслокациях хромосомы ведут себя как нормальные, при этом образуются новые группы сцепления. Если они сохраняются отбором, то возникают новые хромосомные расы. Таким образом, транслокации могут быть эффективным фактором видообразования, как это имеет место у некоторых видов животных (скорпионы, тараканы) и растений (дурман, пион, энотера). У вида Paeonia californica в транслокационный процесс вовлечены все хромосомы, и в мейозе образуется единый конъюгационный комплекс: 5 пар хромосом образуют кольцо (конъюгация “конец в конец”).

С хромосомными мутациями связано явление, обозначаемое как эффект положения гена. Оно заключается в том, что действие гена изменяется в зависимости от изменения положения самого гена или соседних с ним генов. В обоих случаях ген оказывается в новом окружении. Это явление может повлиять на уровень активности гена, а также на частоту его мутирования. Существенный эффект имеет перемещение гена в новый локус, расположенный рядом с крупным блоком гетерохроматина. Так, перемещение аллеля дикого типа, отвечающего за красную окраску глаз у дрозофилы, в новое место приводит к мозаицизму в проявлении этого признака у мух, гетерозиготных по мутации w (белые глаза).

Перейти к чтению других тем книги «Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы»:

Ссылка на основную публикацию
Хориоидпапиллома — симптомы и лечение атипичной кисты
Киста хориоидальной щели мрт Арахноидит головного мозга — заболевание, при котором в оболочках мозговых тканей начинают появляться новообразования доброкачественные ,...
Холецистопанкреатит причины, признаки, симптомы и лечение
Холецистопанкреатит Теоретические сведения о холецистопанкреатите. Статья не является руководством для самолечения. Панкреатит это воспаление поджелудочной железы. Холецистит - воспаление желчного...
Холецистэктомия лапароскопическая (удаление желчного пузыря) — АСТРО
Желчный пузырь, камни и осложнения после удаления Холецистэктомия (удаление желчного пузыря) – операция, давно применяемая в хирургии. Все методы ее...
Хотите узнать как правильно чистить зубы электрической зубной щеткой
Как эффективно и правильно чистить зубы электрической щёткой Электрощетка давно не считается роскошью – сегодня это повседневный предмет гигиены, который...
Adblock detector