Закон гомологічних рядів в спадковій мінливості
Спадкова мінливість пов’язана зі зміною генетичного матеріалу особин. Вона зачіпає генотип організму, може проявлятися як мутація, т. Е. У вигляді мутаційної мінливості. Мутационная мінливість (від лат. Mutatio – зміна) являє собою рідкісні, випадково виниклі стійкі зміни генотипу, що зачіпають весь хромосомний набір, окремі хромосоми, їх частини чи окремі гени. Мутації пов’язані з внутрішніми і зовнішніми причинами, т. Е. З впливом факторів середовища. Мутації можуть бути шкідливими. корисними або нейтральними для організму в даних умовах середовища. Мутації мають велике значення для існування природних популяцій і є матеріалом для природного добору.
За характером зміни генетичного апарату розрізняють геномні, хромосомні і генні мутації.
Геномні мутації. Геномні мутації приводять до зміни числа хромосом. Геном – це сукупність всієї спадкової інформації в гаплоидном наборі хромосом даного організму.
Як приклад геномної мутації можна навести явище поліплоїдії (від грец. Poly – багато, haplos – одиночний, eidos – вид). В результаті полиплоидии збільшується диплоидное число хромосом шляхом додавання цілих хромосомних наборів внаслідок порушення мейозу. Інакше кажучи, причина полиплоидии полягає в нерасхожденіі гомологічниххромосом в мейоз, в результаті чого утворюються диплоїдні гамети. Якщо така гамета при заплідненні зливається зі звичайною гаплоидной гаметой, то утворюється Триплоїд (3n), якщо зливаються дві диплоїдні гамети, виходить тетраплоїдів (4n) і т. Д.
Рослини, що мають непарну кількість наборів хромосом, – Триплоїд (3n), пентаплоіди (5n) – характеризуються різким зниженням плодючості. Причина цього явища полягає в порушенні нормального протікання мейозу, так як при кон’югації хромосом в профазі першого поділу кожна хромосома повинна мати парну собі, т. Е. Гомологичную, хромосому.
У рослин з парним числом хромосомних наборів (4n, 6n, 8n і т. Д.) Мейоз найчастіше не порушується. Найбільше число поліплоїдних видів відмічено у хризантем. Вихідна форма в гаплоидном наборі має 9 хромосом. Зустрічаються форми з 18 (2n), 36 (4n) хромосомами, аж до форми з 198 хромосомами (22n). Поліплоїди часто спостерігаються у пшениці, проса, ячменю, яблуні, груші, горобини, деяких сортів винограду, тутового дерева, ананаса, банана, льону, арахісу, гірчиці, бавовнику, картоплі і багатьох інших рослин.
Поліплоїдні форми фенотипически відрізняються від диплоїдних. Зазвичай вони мають більш великі клітини, збільшені вегетативні та генеративні органи.
Надлишок хромосом у полиплоидов підвищує стійкість рослин до хвороб і багатьом ушкоджує впливів, наприклад до радіації. Поліплоїдні особини жизнеспособнее диплоїдних організмів.
У тварин рідко зустрічаються поліплоїдні форми. Припускають, що еволюція інфузорій йшла шляхом поліплоїдизації. У деяких багатоклітинних тварин вдалося штучним шляхом отримати поліплоїдні форми (наприклад, тутового шовкопряда). Нещодавно вчені виявили поліплоїдні ряди видів, родів і навіть родин риб, земноводних і плазунів.
Іноді у тварин зустрічається видозмінена форма поліплоїдії, при якій утворюються окремі поліплоїдні клітини і тканини. Так, у ссавців багато поліплоїдних клітин в печінці та серці.
Хромосомні мутації (хромосомні перебудови). Хромосомні мутації полягають у зміні структури окремих хромосом. Розрізняють хромосомні мутації у вигляді дуплікації (подвоєння ділянки хромосоми), делеции (випадання ділянки хромосоми), інверсії (поворот ділянки хромосоми на 180 °), транслокації (прикріплення ділянки хромосоми з однієї пари хромосом до негомологічної хромосоми) (рис. 68).
Причинами хромосомних мутацій можуть бути порушення механізму ділення клітин, які призводять до розриву хромосом або хроматид і возз’єднання їх у нових поєднаннях. Хромосомні перебудови змінюють функціонування генів. Так, більшість транслокаций, які зачіпають великі ділянки хромосом, призводять до нежиттєздатності організму.
Генні (точкові) мутації. Генні мутації пов’язані зі змінами послідовності нуклеотидів в молекулі ДНК. Причинами цих мутацій є “помилки” в процесі реплікації ДНК. Існують різні типи генних мутацій: випадання, додавання або перебудова нуклеотидів в молекулі ДНК.
Дрібні генні мутації фенотипически проявляються нечасто. Це пов’язано з тим, що найчастіше вони мають рецесивний характер (домінантні мутації зустрічаються рідко), а також з тим, що зміна в структурі гена не завжди призводить до зміни в синтезі білка, що обумовлено виродженням генетичного коду (див. §15). Однак відомі випадки, коли зміна всього лише одного нуклеотиду в певному гені обумовлює значні зміни у фенотипі. Типовий приклад генної мутації – альбінізм тварин.
За місцем виникнення мутації підрозділяють на генеративні і соматичні.
Генні мутації виникають в статевих клітинах. Вони передаються у спадок при статевому розмноженні.
Соматичні мутації відбуваються в соматичних клітинах. Вони успадковуються тільки у випадку безстатевого розмноження, яке здійснюється за участю мутантних соматичних клітин. Соматичні генні мутації, що відбуваються в багатоклітинних організмі, успадковуються тими клітинами, які утворюються з мутантної клітини шляхом її поділу. У деяких випадках при цьому утворюються клітини, що мають підвищену швидкість ділення і зростання. Ці клітини можуть дати початок пухлинам – або доброякісним, що не робить особливого впливу на весь організм, або злоякісним, що призводить до ракових захворювань.
Мутагенез. Процес виникнення мутацій називають мутагенезу (від лат. Mutatio – зміна, genesis – походження). Мутації можуть з’являтися випадково, але можуть бути отримані штучно за допомогою різних факторів – мутагенів. У генетиці роботи з виявлення та вивчення різних мутагенів широко розгорнулися в 30-і роки XX в.
Було з’ясовано, що серед фізичних мутагенів найбільше значення мають іонізуюче випромінювання, зокрема хвильові промені (електромагнітні, в тому числі рентгенівські, гамма-промені, космічні) і корпускулярні промені (бета-частинки, протони, нейтрони та ін.). Фізичні мутагени викликають численні генні мутації і перебудови хромосом.
Крім іонізуючих випромінювань, сильним мутагеном є ультрафіолетові промені. Проникаюча здатність ультрафіолетових променів мала, вони затримуються поверхневими тканинами і не можуть діяти на статеві клітини більшості багатоклітинних організмів. Найбільш мутагенів ультрафіолетові промені з довжиною хвилі близько 260 нм, це пов’язано з тим, що ДНК поглинає ультрафіолетові промені саме з такою довжиною хвилі.
Щодо слабким мутагенну дію має підвищена температура. Підвищення температури на кожні 10 ° С збільшує частоту мутацій (переважно генних) приблизно в 3-6 разів.
Хімічні мутагени налічують безліч різноманітних речовин, і список їх щороку поповнюється. Найсильніші хімічні мутагени – речовини з групи алкилірующих сполук, азотисті основи, а також азотистая кислота, різні перекису, формальдегід, колхіцин, бензпірен, радикали. Хімічні мутагени можуть викликати як генні мутації, так і хромосомні перебудови.
Біологічні мутагени виявлені відносно недавно. Виявилося, що мутагенними властивостями володіють віруси. У результаті вивчення патологічних змін, що відбуваються в заражених вірусами клітинах тварин, у тому числі людини, виявлено, що в таких випадках відзначаються розриви хромосом.
Роботи па експериментального мутагенезу пролили світло на причини спонтанних (самовільних) мутацій. До числа факторів, що викликають спонтанні мутації, відносяться природний радіаційний фон Землі, утворений доходять до поверхні планети космічними променями, гамма-випромінюваннями Землі і радіоактивними речовинами. Певний внесок у виникнення спонтанних мутацій у людини, тварин, рослин в мікроорганізмів, як вже було сказано, вносять віруси.
Однак головна причина спонтанних мутацій – випадкові пошкодження хромосом і генів в ході нормальних обмінних процесів, що відбуваються в клітині. Частота мутаційних процесів збільшується при старінні організму. Численні дані, отримані при вивченні мутацій у бактерій, нижчих рослин, дрозофіли і в клітинах ссавців, свідчать, що спонтанні мутації являють собою наслідок випадкових помилок у механізмах розбіжності хромосом і реплікації ДНК. Багато фізичні і хімічні мутагени ушкоджують мітотичний апарат клітини, що призводить або до Нерасхожденіе хромосом, або до неправильного їх розподілу між дочірніми клітинами.
Хромосомні і генні мутації викликають численні вроджені каліцтва і спадкові хвороби людини.
Найважливіша сучасна проблема – захистити людей від дії мутагенів: від радіації атомної промисловості при використанні радіоактивних ізотопів, рентгенівських променів та ін. Необхідно вивчати можливість мутагенного дії нових лікарських препаратів, нових будівельних матеріалів, пестицидів, харчових добавок, барвників, емульгаторів, консервантів, широко застосовуваних в промисловості та сільському господарстві.
Закон гомологічних рядів спадкової мінливості. Мутационную мінливість у культурних рослин з сімейства злаків і їх диких предків протягом багатьох років вивчав видатний біолог Н. І. Вавілов.
Вчений встановив закон гомологічних рядів спадкової мінливості, суть якого зводиться до того. що близькі види і роди завдяки подібності їх генотипів мають схожою спадкової мінливістю.
М. І. Вавілов підкреслював, що цілі сімейства рослин характеризуються певною мінливістю, що проходить через всі роди н види, складові сімейство (рис. 69).
Закон гомологічних рядів спадкової мінливості встановлює паралелізм в мінливості організмів, тобто наявність у різних форм східних мутацій, або гомологічних рядів. М. І. Вавілов писав: “Види і пологи, генетично близькі, характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що. знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати знаходження паралельних форм у інших видів і родів… “
Закон, сформульований Н. І. Вавілов, стосується мінливості у рослин, проте він застосовний і до тварин. Наприклад, в сімействі гризунів існують гомологічні ряди за забарвленням шерсті. Цей закон має важливе практичне значення, оскільки дозволяє передбачити виникнення певних східних мутацій у близькоспоріднених видів і родів. Знання закону гомологічних рядів значно полегшує н спрямовує роботу селекціонерів.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)