Мутационная изменчивость

Мутации – это стойкие прерывистые изменения в хромасомах, передающиеся по евследству.

Изменчивость — это свойство организмов приобретать новые свойства или утрачивать прежние; является универсальным свойством живого, от вирусов и микроорганизмов до растений, животных и человека. Различают изменчивость генотипическую (наследственную) и модификационную (ненаследственную).

Генотипическая изменчивость обусловлена изменением генотипа и сохраняется в ряду поколений. Она включает мутационную и комбинативную изменчивость. Первая возникает путем скачкообразного изменения признаков, вторая — путем новых комбинаций родительских признаков в результате скрещивания.

Мутационная изменчивость по характеру изменения генотипа делится на генные (точковые) мутации, хромосомные и геномные. Отдельно выделяют цитоплазматические мутации, причиной которых является изменчивость определенных органоидов цитоплазмы (пластид, плазмид, митохондрий и др.), содержащих ДНК или РНК.

Генные мутации — это изменения, происходящие в пределах одного гена. Они включают: вставку или выпадение отдельных нуклеотидов (делеция), замену одного нуклеотида на другой, поворот участка гена на 180° (инверсия), удвоение участка гена (дупликация). Это приводит к возникновению различных типов мутаций: миссенс, нонсенс, сдвиг рамки считывания, нарушение сплайсинга, увеличение (экспансия) нуклеотидных повторов и др. В результате генных мутаций у человека возникает большое число болезней обмена веществ (галактоземия, фенилкетонурия, алкаптонурия и др.). В настоящее время их число превышает 3,5 тыс. Известно, что один и тот же ген может мутировать в несколько аллельных состояний, образуя серию множественных аллелей. По этому типу наследуются такие признаки, как группы крови системы АВО у человека, окраска шерсти у кроликов, наличие светлых пятен на листьях у клевера и др. Поскольку у диплоидных организмов в одной хромосоме не более двух аллелей одного гена, то наследование будет происходить в соответствии с законами Г. Менделя.

Хромосомные перестройки (аберрации) — это мутации, связанные с изменением структуры хромосом. Они могут происходить внутри одной хромосомы и между разными хромосомами.

Среди внутрихромосомных перестроек выделяют:

1) дупликации — один из участков хромосомы представлен более одного раза;

2) делеции (нехватки) — потеря концевого участка хромосомы;

3) инверсии — поворот участка хромосомы на 180°. Различают инверсии перицентрические (инвентированный участок включает центромеру) и парацентрические (инвентированный участок не содержит центромеру).

Межхромосомные перестройки — транслокации — характеризуются перемещением участка одной хромосомы на другую (негомологичную) хромосому. Различают реципрокные и нереципрокные транслокации (транспозиции). В первом случае происходит взаимный обмен участками негомологичных хромосом, во втором — участок хромосомы изменяет свое положение или включается в другую хромосому без взаимного обмена.

Робертсоновские транслокации образуются при слиянии двух центромер акроцентрических хромосом. В результате возникает одна мета- или субметацентрическая хромосома и число хромосом в клетке уменьшается на одну.

Геномные мутации — полиплоидия и гетероплоидия — обусловлены изменением числа хромосом в кариотипе. Полиплоидия — это кратное гаплоидному увеличение числа хромосом (n— гаплоидное число, 2n — диплоид, Зn — триплоид, 4n — тетраплоид и т.д.). У человека полиплоидия встречается редко. Около 2% нарушений хромосом приходится на триплоидию. Однако большинство триплоид-ных зародышей у человека погибает в начале второго месяца внутриутробного развития, и только около 1% доживает до 6 — 7-го месяца эмбриогенеза. Тетраплоидия, как и триплоидия, сопровождается тяжелыми пороками развития головного мозга, сердца, желудочно-кишечного тракта и др.

Помимо полиплоидии, у человека возможен мозаицизм — наличие генетически разнородных клеток в организме. Это связано с нарушениями в период соматического развития. В результате внутри одного фенотипа появляются участки нового фенотипа. Известно, что интерсексы часто содержат клетки с разным набором половых хромосом, например, 45,ХО; 46,ХХ, тогда как гермафродиты могут иметь 46,ХХ; 46,ХY. Причины их образования различны: оплодотворение разными спермиями, слияние двух оплодотворенных яйцеклеток, ошибки в период первого дробления и др.

Гетероплоидия (анеуплоидия) — изменение числа хромосом некратно гаплоидному набору. В результате возникают особи с аномальным числом хромосом: моносомики (2п — 1), трисомики (2п +1), тетрасомики (2п + 2) и т.д. У человека известен ряд заболеваний, причиной которых является изменение числа хромосом. К ним относятся трисомии по 21 -й хромосоме — синдром Дауна, по 18-й хромосоме — синдром Эдвардса, по 13-й хромосоме — синдром Патау. Хорошо изучены у человека трисомии по половым хромосомам — синдром Клайнфелтера (XXY), синдром Шерешевско-го — Тернера (ХО). Среди аутосомных трисомии только трисомики по 21-й и 22-й хромосомам жизнеспособны. Полисомии по половым хромосомам не оказывают заметного влияния на жизнеспособность особи.

Причиной образования геномных мутаций является нарушение нормального расхождения хромосом в мейозе (анафазы I и II) и образование аномальных гамет по числу хромосом. При их оплодотворении возникают гетерогоюидные зиготы.