Хромосомные мутации

КЛАССИФИКАЦИЯ МУТАЦИЙ

МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ.

Лекция-16

План: ХРОМОСОМНЫЕ МУТАЦИИ

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ЧИСЛОВЫХ И СТРУКТУРНЫХ АНОМАЛИЙ КАРИОТИПА.

ГЕННЫЕ МУТАЦИИ

В предыдущих главах отмечено одно из основных свойств кариотипа, ДНК и ее участков (генов) — сохранять постоянство внешнего и внутреннего строения. Морфофункциональная ус­тойчивость генетического материала обеспечивает передачу всей совокупности наследственных признаков каждой особи последу­ющим поколениям и является основой для сохранения видовых признаков на протяжении многих сотен лет. Однако такая ста­бильность относительна. В силу действия внутренних и внешних факторов в генетическом материале возникают изменения — му­тации, определяющие мутационную изменчивость.

Мутациями называют стойкие изменения в структуре ДНК и кариотипе. Этот термин впервые предложил ботаник Гуго де Фриз для обозначения внезапно возникающих наследуемых изменений у растений. Большой вклад в развитие теории мутаций внесли отече­ственные ученые С. И. Коржинский, Н. В. Тимофеев-Ресовский, А. С. Серебровский, Н. П. Дубинин, М. Е. Лобашов и др.

Мутации у животных происходят постоянно с определенной час­тотой и скоростью. Процесс образования их получил название му­тагенеза. Мутации, возникающие в естественных условиях, называ­ют спонтанными, искусственно вызванные — индуцированными. Те и другие могут возникать как в генеративных, так и в соматических клетках. Мутации, возникающие в половых клетках, передаются в последующие поколения. Соматические мутации не наследуются. Они влияют только на признаки самого мутантного животного.

Основные типы мутаций — изменения в числе или структуре хромосом — хромосомные мутации, в структуре ДНК — генные (точковые) мутации.

Хромосомные и генные мутации, как правило, вызывают у животных нарушения жизнеспособности, плодовитости, сниже­ние устойчивости к болезням, продуктивности и другие вредные последствия. Это связано с тем, что они приводят к нарушению процессов деления клеток, нормального распределения хромосом между ними, изменяют ход синтеза белков, ферментов и т. д.

Изменения кариотипа могут быть количественными, струк­турными и одновременно теми и другими. Рассмотрим отдель­ные формы изменения хромосом (см. схему).

Числовые мутации кариопша. Эта группа мутаций связана с изменением числа хромосом в кариотипе. Количественные изме­нения в хромосомном составе клеток называют геномными мута­циями. Они подразделяются на гетероплоидию, анеуплоидию, полиплоидию.

Гетероплоидия обозначает общее изменение числа хромосом по отношению к диплоидному полному набору.

Об анеуплоидии говорят в тех случаях, когда число хромосом в клетке увеличено на одну (трисомия) или более (полисомия) или уменьшено на одну (моносомия). Употребляют также термины «гиперплоидия» и «гипоплоидия». Первый из них означает уве­личенное число хромосом в клетке, а второй — уменьшенное.

Полиплоидией называют увеличение числа полных хромосом­ных наборов в четное или нечетное число раз. Полиплоидные клетки могут быть тригоюидными, тетраплоидными, пентаплоид-ными, гексаплоидными и т. д.

Структурные мутации хромосом. Эта группа мутаций связана с изменением формы, размеров хромосом, порядка расположения генов (изменение групп сцепления), утратой или добавкой от­дельных фрагментов и т. д. Изменения структуры одной или нескольких хромосом называют хромосомными мутация­ми. Установлено несколько типов структурных мутаций хромо­сом.

Транслокации — перемещения отдельных фрагментов хромосом из одного участка в другой, обмены фрагментами между разными хромосомами, слияния хромосом. При взаимных обменах фраг­ментами между гомологичными или негомологичными хромосо­мами возникают транслокации, называемые реципрокными. Если целое плечо одной хромосомы присоединяется к концам другой хромосомы, такой тип транслокаций называют тандемным. Слия­ние двух акроцентрических хромосом в области центромер фор­мирует транслокацию робертсоновского типа и образование мета-и субметацентрических хромосом. При этом обнаруживается эли­минация блоков прицентромерного гетерохроматина.

Инверсии — внутрихромосомные аберрации, при которых фрагменты хромосом разворачиваются на 180°. Различают пери-и парацентрические инверсии. Если перевернутый фрагмент со­держит центромеру, инверсия называется перицентрической.

Делеции — потеря срединного фрагмента хромосомы, в резуль­тате чего она укорачивается.

Нехватки — потеря концевого фрагмента хромосомы.

Дупликация — удвоение фрагмента одной хромосомы (интра-

хромосомные дупликации) или разных хромосом (интерхромо­сомные дупликации).

Кольцевые хромосомы формируются при наличии двух конце­вых разрывов (нехваток).

Изохромосомы возникают, если в противоположность нормально­му делению хроматид в длину происходит горизонтальное (попере­чное) деление хромосомы в центромере с последующим слиянием гомологичных плеч в новую хромосому — изохромосому. Ее про­ксимальные и дистальные участки идентичны по строению и составу генов. В зависимости от того, сколько хроматид изменено (одна или две), структурные аномалии подразделяются на хромосомные и хро-матидные. На рисунке 34 приведены схемы образования различных типов структурных изменений хромосом или аберраций.

Рис. 34. Схема образования различных типов структурных аберраций хромосом

(по Харе, 1978)