Kromoszómamutáció emberekben: mi ez és milyen következményekkel jár. A génmutációk a kromoszómák számának és szerkezetének megváltozásával járnak

A kromoszómák számában és szerkezetében bekövetkezett változásokkal kapcsolatos összes mutáció három csoportra osztható:

kromoszóma-rendellenességek a kromoszómák szerkezetében bekövetkezett változások miatt,

a kromoszómák számának változása által okozott genomi mutációk,

A mixoploidiák különböző kromoszómakészletek sejtklónjainak jelenléte által okozott mutációk.

Kromoszóma aberrációk. A kromoszóma-rendellenességek (kromoszómamutációk) a kromoszómák szerkezetében bekövetkező változások. Általában a meiózis során fellépő egyenlőtlen átkelés eredménye. Az ionizáló sugárzás, egyes kémiai mutagének, vírusok és más mutagén tényezők által okozott kromoszómatörések szintén kromoszóma-rendellenességekhez vezetnek. A kromoszóma-rendellenességek kiegyensúlyozatlanok és kiegyensúlyozatlanok lehetnek.

Kiegyensúlyozatlan mutációk esetén a genetikai anyag elvesztése vagy növekedése, a gének száma vagy aktivitása megváltozik. Ez a fenotípus változásához vezet.

Kiegyensúlyozottnak nevezzük azokat a kromoszóma-átrendeződéseket, amelyek nem vezetnek változáshoz a génekben vagy azok aktivitásában, és nem változtatják meg a fenotípust. A kromoszóma-rendellenesség azonban megzavarja a kromoszómakonjugációt és a keresztezést a meiózis során, ami kiegyensúlyozatlan kromoszómamutációkkal rendelkező ivarsejteket eredményez. A kiegyensúlyozott kromoszóma-rendellenességek hordozói meddőségben szenvedhetnek, gyakoriak a spontán vetélések, és magas a kromoszómabetegségben szenvedő gyermekvállalás kockázata.

A kromoszómamutációk következő típusait különböztetjük meg

1. A deléció vagy hiány a kromoszóma egy szakaszának elvesztése.

2. Duplikáció - egy kromoszóma szakaszának megkettőzése.

3. Inverzió - a kromoszóma egy szakaszának elforgatása 180 0 -kal (a kromoszóma egyik szakaszában a gének fordított sorrendben helyezkednek el a normálhoz képest). Ha az inverzió hatására a kromoszómaanyag mennyisége nem változik, és nincs helyzethatás, akkor az egyedek fenotípusosan egészségesek. Gyakran előfordul a 9-es kromoszóma pericentrikus inverziója, ami nem vezet a fenotípus változásához. Más inverziók esetén a konjugáció és a keresztezés megszakadhat, ami kromoszómatörésekhez és kiegyensúlyozatlan ivarsejtek kialakulásához vezethet.

4. Gyűrűs kromoszóma – két telomer fragmentum elvesztésekor fordul elő. A kromoszóma "ragadós" végei egyesülve gyűrűt alkotnak.

Ez a mutáció lehet kiegyensúlyozott vagy kiegyensúlyozatlan (az elveszett kromoszómaanyag mennyiségétől függően).

5. Izokromoszómák - a kromoszóma egyik karjának elvesztése és a másik duplikációja. Ennek eredményeként metacentrikus kromoszóma képződik, amelynek két azonos karja van. A leggyakoribb izokromoszóma az X-kromoszóma hosszú karja mentén. A kariotípust rögzítik: 46,X,i(Xq). Az X izokromoszóma a Shereshevsky-Turner szindróma összes esetének 15% -ában figyelhető meg.

6. Transzlokáció - egy kromoszóma szegmens átvitele egy nem homológ kromoszómába, egy másik kapcsolódási csoportba. Többféle transzlokáció létezik:

a) Reciprok transzlokációk - kölcsönös helyek cseréje két nem homológ kromoszóma között.

A populációkban a reciprok transzlokációk gyakorisága 1:500. Ismeretlen okokból gyakoribb a 11-es és 22-es kromoszóma hosszú karjait érintő reciprok transzlokáció. A kiegyensúlyozott reciprok transzlokációk hordozói gyakran tapasztalnak spontán vetélést vagy több veleszületett rendellenességgel rendelkező gyermek születését. Az ilyen transzlokációk hordozóinak genetikai kockázata 1-10%.

b) Nem reciprok transzlokációk (transzpozíciók) - egy kromoszóma szegmens mozgása akár ugyanazon kromoszómán belül, akár egy másik kromoszómába, kölcsönös csere nélkül.

c) A transzlokációk egy speciális típusa - Robertson transzlokációk (vagy centrikus fúziók).

Bármely két akrocentrikus kromoszóma között megfigyelhető a D csoportból (13, 14 és 15 pár) és G (21 és 22 pár). A centrikus fúzió során két homológ vagy nem homológ kromoszóma elveszti rövid karját és egy centromerét, és a hosszú karok egyesülnek. Két kromoszóma helyett egy jön létre, amely két kromoszóma hosszú karjának genetikai anyagát tartalmazza. Így a Robertson-transzlokáció hordozói egészségesek, de gyakoribbak a spontán vetélések, és magas a kromoszómabetegségben szenvedő gyermekvállalás kockázata. A Robertson-transzlokációk gyakorisága a populációban 1:1000.

Néha az egyik szülő egy kiegyensúlyozott transzlokáció hordozója, amelyben a D vagy G csoportba tartozó két homológ kromoszóma centrikus fúziója történik. Az ilyen emberekben kétféle ivarsejt képződik. Például a 21q21q transzlokáció során ivarsejtek képződnek:

2) 0 - azaz ivarsejt 21-es kromoszóma nélkül

Normál ivarsejttel történő megtermékenyítés után kétféle zigóta képződik: 1) 21, 21q21q - a Down-szindróma transzlokációs formája, 2) 21.0 - a 21-es kromoszóma monoszómiája, letális mutáció. 100% a valószínűsége annak, hogy beteg gyermeke születik.

P 21q21q x 21,21

egészséges hordozó norma

kiegyensúlyozott

Ivarsejtek 21/21; 0 21

F1 21,21q21q 21,0

Down-szindróma halálos

7. A centrikus felosztás a centrikus fúzióval ellentétes jelenség. Egy kromoszóma két részre oszlik.

A deléciók és a duplikációk megváltoztatják a gének számát egy szervezetben. Az inverziók, transzlokációk, transzpozíciók megváltoztatják a gének elhelyezkedését a kromoszómákon.

9. A marker kromoszóma egy további kromoszóma (vagy inkább egy kromoszóma töredéke centromerrel). Általában úgy néz ki, mint egy nagyon rövid akrocentrikus kromoszóma, ritkábban - gyűrű alakú. Ha a marker kromoszóma csak heterokromatint tartalmaz, akkor a fenotípus nem változik. Ha euchromatint tartalmaz (kifejezett gének), akkor ez kromoszómabetegség kialakulásához kapcsolódik (hasonlóan a kromoszóma bármely részének megkettőzéséhez).

A kromoszómamutációk jelentősége az evolúcióban. A kromoszómális mutációk fontos szerepet játszanak az evolúcióban. Az evolúció folyamatában a kromoszómakészlet aktív átrendeződése megy végbe inverziók, Robertson-transzlokációk és mások révén. Minél távolabb vannak egymástól az élőlények, annál inkább eltér a kromoszómakészletük.

Genomi mutációk. A genomi mutációk a kromoszómák számában bekövetkező változások. Kétféle genomi mutáció létezik:

1) poliploidia,

2) heteroploidia (aneuploidia).

Poliploidia– a kromoszómák számának növekedése a haploid halmaz többszörösével (3n, 4n...). Triploidiát (3n=69 kromoszóma) és tetraploidiát (4n=92 kromoszóma) írtak le emberekben.

A poliploidia kialakulásának lehetséges okai.

1) A poliploidia annak a következménye, hogy az egyik szülőben a meiózis során az összes kromoszóma nem bontódik szét, ennek eredményeként diploid csírasejt (2n) képződik. Normál ivarsejttel történő megtermékenyítés után triploid (3n) képződik.

2) A petesejt megtermékenyítése két spermium által (dyspermia).

3) Lehetőség van egy diploid zigóta vezetőtesttel való összeolvasztására is, ami triploid zigóta kialakulásához vezet

4) Szomatikus mutáció figyelhető meg - az embrió sejtosztódása során az összes kromoszóma nem disjunkciója (a mitózis megsértése). Ez tetraploid (4 n) - teljes vagy mozaikos forma megjelenéséhez vezet.

A triploidia (___. ábra) a spontán vetélések gyakori oka. Újszülötteknél ez rendkívül ritka. A legtöbb triploid röviddel a születés után elpusztul.

A két apai kromoszómakészlettel és egy anyai kromoszómakészlettel rendelkező triploidok hajlamosak hydatidiform anyajegyet képezni. Ez egy olyan embrió, amelyben az embrion kívüli szervek (chorion, placenta, amnion) képződnek, és az embrioblaszt gyakorlatilag nem fejlődik. A buboréksodródás megszakad Lehetséges a chorion rosszindulatú daganata - choriocarcinoma kialakulása. Ritka esetekben embrioblaszt képződik, és a terhesség egy életképtelen triploid születésével ér véget, több veleszületett rendellenességgel. Jellemző ilyen esetekben a placenta tömegének növekedése és a chorionbolyhok cisztás degenerációja.

A két anyai kromoszómakészlettel és egy apai kromoszómakészlettel rendelkező triploidok túlnyomórészt embrioblasztot fejlesztenek ki. Az embrión kívüli szervek fejlődése károsodott. Ezért az ilyen triploidokat korán elvetik.

A triploidok példáján az apai és anyai genom eltérő funkcionális aktivitása figyelhető meg az embrionális fejlődési periódusban. Az ilyen jelenséget ún genomi lenyomat. Általánosságban meg kell jegyezni, hogy a normális emberi embrionális fejlődéshez feltétlenül szükséges az anya és az apa genomja. Az emberek (és más emlősök) partenogenetikai fejlődése lehetetlen.

A tetraploidia (4n) rendkívül ritka emberben. Leginkább a spontán abortuszok anyagaiban található.

heteroploidia (vagy aneuploidia) - a kromoszómák számának 1,2 vagy annál nagyobb növekedése vagy csökkenése. A heteroploidia típusai: monoszómia, zeroszómia, poliszómia (tri-, tetra-, pentaszómia).

a) Monoszómia – egy kromoszóma hiánya (2n-1)

b) Nulisomia - egy pár kromoszóma hiánya (2n-2)

c) Triszómia - egy extra kromoszóma (2n + 1)

d) Tetraszómia – két extra kromoszóma (2n + 2)

e) Pentaszómia – három extra kromoszóma (2n + 3)

5.2. Kromoszómális mutációk

A kromoszómális mutációkat két kategóriába sorolják: 1) a kariotípus kromoszómáinak számában bekövetkezett változásokhoz kapcsolódó mutációk (néha numerikus aberrációnak vagy genomi mutációnak is nevezik); 2) mutációk, amelyek az egyes kromoszómák szerkezetében bekövetkező változásokból állnak (strukturális aberrációk).

Változások a kromoszómák számában. Egy vagy több haploid halmaz (n) kezdeti diploid kromoszómakészlete (2n) mellett expresszálhatók, ami poliploidia (triploidia, 3n, tetraploidia, 4n stb.) kialakulásához vezet. Lehetőség van egy vagy több kromoszóma hozzáadására vagy elvesztésére is, ami aneuploidiát (heteroploidiát) eredményez. Ha az aneuploidia egy kromoszóma elvesztésével jár (2n-1 képlet), akkor monoszómiáról szokás beszélni; egy pár homológ kromoszóma elvesztése (2n-2) nulliszómiához vezet; ha egy kromoszómát (2n + 1) adunk a diploid halmazhoz, triszómia lép fel. Azokban az esetekben, amikor a halmaz két vagy több kromoszómával növekszik (de kevesebb, mint a haploid szám), a „poliszémia” kifejezést használják.

A poliploidia nagyon gyakori egyes növénycsoportokban. A termesztett növények poliploid fajtáinak beszerzése a nemesítési gyakorlat fontos feladata, mivel a ploiditás növekedésével az ilyen növények gazdasági értéke nő (a levelek, szárak, magvak, termések megnőnek). A kétlaki állatoknál viszont meglehetősen ritka a poliploidia, mivel ilyenkor gyakran megbomlik a nemi kromoszómák és az autoszómák egyensúlya, ami az egyedek terméketlenségéhez vagy letalitáshoz (a szervezet halálához) vezet. Emlősökben és emberekben a keletkező poliploidok általában az ontogenezis korai szakaszában elpusztulnak.

Az aneuploidia számos élőlényfajban megfigyelhető, különösen a növényekben. Egyes mezőgazdasági növények triszómiáinak gyakorlati értéke is van, míg a monoszómiák és nulliszómiák gyakran az egyed életképtelenségéhez vezetnek. Az emberi aneuploidiák súlyos kromoszómapatológiát okoznak, amely az egyén súlyos fejlődési rendellenességeiben, fogyatékosságában nyilvánul meg, és gyakran a szervezet korai halálával végződik az ontogenezis egyik vagy másik szakaszában (halálos kimenetel). Az emberi kromoszómabetegségekkel az alfejezetben részletesebben foglalkozunk. 7.2.

A poliploidia és az aneuploidia okai a szülősejtek kromoszómák (vagy az egyes kromoszómák kromoszómáinak) diploid komplexének meiózis vagy mitózis során leánysejtekké való divergenciájának megsértésével járnak. Például, ha egy személy az oogenezis során az anyasejt egy pár autoszómája között nincs diszjunkció normál kariotípussal (46, XX), majd mutáns kariotípusú peték kialakulása 24 ,Xés 22 X. Ezért, amikor az ilyen petéket normál spermiumok (23,X vagy 23,X) megtermékenyítenek, triszómiás zigóták (egyedek) jelenhetnek meg. (47,XX vagy 47 ,XY)és monoszómiával (45,XX vagy 45,XY) a megfelelő autoszómához. ábrán. Az 5.1. ábra az oogenezis lehetséges zavarainak általános sémáját mutatja az elsődleges diploid sejtek szaporodási szakaszában (az oogonia mitotikus osztódása során) vagy az ivarsejtek érése során (a meiózis osztódása során), ami triploid zigóták megjelenéséhez vezet. lásd 3.4. ábra). Hasonló hatások figyelhetők meg a spermatogenezis megfelelő rendellenességei esetén.

Ha a fenti rendellenességek a mitotikusan osztódó sejteket az embrionális fejlődés korai szakaszában (embriogenezis) érintik, akkor az egyedek a mozaikosság (mozaik) jeleivel jelennek meg, pl. normál (diploid) sejtekkel és aneuploid (vagy poliploid) sejtekkel egyaránt.

Jelenleg különféle szerek ismeretesek, például a magas vagy alacsony hőmérséklet, egyes „mitotikus mérgeknek” nevezett vegyszerek (kolchicin, heteroauxin, acenaftol stb.), amelyek megzavarják a növények és állatok sejtosztódási apparátusának normális működését, megakadályozva ezzel.

a kromoszóma szegregációs folyamat normális befejezése az anafázisban és a telofázisban. Ilyen szerek segítségével kísérleti körülmények között különböző eukarióták poliploid és aneuploid sejtjeit nyerik.

A kromoszómák szerkezetének megváltozása (szerkezeti aberrációk). A szerkezeti aberrációk olyan intrakromoszómális vagy interkromoszómális átrendeződések, amelyek akkor fordulnak elő, amikor a kromoszómák a környezeti mutagének hatására vagy a crossing over mechanizmus megsértése következtében felszakadnak, és a homológ kromoszómák közötti helytelen (egyenlőtlen) genetikai cseréhez vezetnek konjugálódásuk enzimatikus "levágása" után. régiók.

Az intrakromoszómális átrendeződések közé tartoznak a deléciók (deficienciák), pl. a kromoszóma egyes szakaszainak elvesztése, bizonyos szakaszok megkettőzésével járó duplikációk (duplikációk), valamint olyan inverziók és nem-reciprok transzlokációk (transzpozíciók), amelyek megváltoztatják a gének sorrendjét a kromoszómában (a kapcsolódási csoportban). Az interkromoszómális átrendeződésekre példa a reciprok transzlokáció (5.2. ábra).

A deléciók és a duplikációk megváltoztathatják az egyes gének számát az egyed genotípusában, ami a szabályozási kapcsolataik és a megfelelő fenotípusos megnyilvánulásaik kiegyensúlyozatlanságához vezet. A nagy deléciók általában halálosak homozigóta állapotban, míg a nagyon kis deléciók legtöbbször nem közvetlen okai a homozigóta halálozásnak.

Az inverzió a kromoszómarégió két szélének teljes felszakadása, majd ennek a régiónak 180°-os elfordulása és a törött végek újraegyesülése következtében következik be. Attól függően, hogy a centromer benne van-e vagy sem a kromoszóma fordított régiójában, az inverziókat pericentrikusra és paracentrikusra osztjuk (lásd 5.2. ábra). Az ebből eredő permutációkat az egyes kromoszómák génjeinek elhelyezkedésében (a kapcsolódási csoport átrendeződése) a megfelelő gének expressziójának károsodása is kísérheti.

A génlókuszok sorrendjét és (vagy) tartalmát megváltoztató átrendeződések a kapcsolódási csoportokban a transzlokációk esetében is előfordulnak. A leggyakoribbak a reciprok transzlokációk, amelyek során két nem homológ kromoszóma között a korábban feltört szakaszok kölcsönös cseréje történik. Nem reciprok transzlokáció esetén a sérült terület ugyanazon a kromoszómán belül, vagy egy másik pár kromoszómájába mozog (transzpozíció), de kölcsönös (reciprok) csere nélkül (lásd 5.2. ábra).

az ilyen mutációk mechanizmusának magyarázata. Ezek az átrendeződések két nem homológ kromoszóma centrikus fúziójában állnak egyben, vagy egy kromoszóma kettéosztásában a centromer régióban bekövetkezett törés következtében. Ezért az ilyen átrendeződések a kromoszómák számának megváltozásához vezethetnek a kariotípusban anélkül, hogy befolyásolnák a sejtben lévő genetikai anyag teljes mennyiségét. Úgy gondolják, hogy a Robertson-féle transzlokációk az egyik tényező a kariotípusok evolúciójában a különböző típusú eukarióta szervezetekben.

Amint azt korábban megjegyeztük, a rekombinációs rendszer hibái mellett a szerkezeti rendellenességeket általában az ionizáló sugárzás, bizonyos vegyi anyagok, vírusok és más szerek hatására fellépő kromoszómatörések okozzák.

A kémiai mutagének kísérleti vizsgálatának eredményei azt mutatják, hogy a kromoszómák heterokromatin régiói a legérzékenyebbek a hatásukra (leggyakrabban a centromer régióban fordulnak elő törések). Ionizáló sugárzás esetén ez a szabályosság nem figyelhető meg.

Alapfogalmak és fogalmak: aberráció; aneuploidia (heteroploidia); törlés (hiány); sokszorosítás (duplikáció); halálozás; "mitotikus mérgek"; monoszómia; nem kölcsönös transzlokáció; nulliszómia; paracentrikus inverzió; pericentrikus inverzió; poliploidia; poliszémia; kölcsönös transzlokáció; Robertson-féle transzlokáció; átültetés; triszómia; kromoszóma mutáció.

A mutációs variabilitás mutációk – a genotípus (azaz a DNS-molekulák) állandó változása – megjelenése esetén lép fel, amelyek egész kromoszómákat, azok részeit vagy egyes génjeit érinthetik. A mutációk lehetnek hasznosak, károsak vagy semlegesek. A modern osztályozás szerint a mutációkat általában a következő csoportokba sorolják. 1. Genomi mutációk a kromoszómák számának megváltozásával jár együtt. Különösen érdekes a POLIPLOIDIA – a kromoszómák számának többszörös növekedése. A poliploidia előfordulása a sejtosztódási mechanizmus megsértésével jár. Különösen a homológ kromoszómák szétválasztásának hiánya a meiózis első osztódása során 2n kromoszómakészlettel rendelkező ivarsejtek megjelenéséhez vezet. A poliploidia elterjedt a növényekben, és sokkal ritkábban az állatokban (orsóféreg, selyemhernyó, egyes kétéltűek). A poliploid szervezeteket általában a nagyobb méretek, a szerves anyagok fokozott szintézise jellemzi, ami különösen értékessé teszi őket a tenyésztési munkához. 2. Kromoszómális mutációk- ez a kromoszómák átrendeződése, szerkezetük megváltozása. A kromoszómák külön szakaszai elveszhetnek, megduplázódhatnak, megváltoztathatják helyzetüket. A genomi mutációkhoz hasonlóan a kromoszómamutációk is óriási szerepet játszanak az evolúciós folyamatokban. 3. Génmutációk egy génen belüli DNS-nukleotidok összetételének vagy szekvenciájának megváltozásával kapcsolatos. A génmutációk a legfontosabbak az összes mutációs kategória közül. A fehérjeszintézis a génben lévő nukleotidok elrendezése és a fehérjemolekulában lévő aminosavak sorrendje közötti megfeleltetésen alapul. A génmutációk előfordulása (a nukleotidok összetételének és szekvenciájának változása) megváltoztatja a megfelelő enzimfehérjék összetételét, és ennek eredményeként fenotípusos változásokhoz vezet. A mutációk befolyásolhatják az élőlények morfológiájának, fiziológiájának és biokémiájának minden jellemzőjét. Sok emberi örökletes betegséget is génmutációk okoznak. A természetes körülmények között előforduló mutációk ritkák – egy adott gén egy mutációja 1000-100000 sejtenként. De a mutációs folyamat folyamatosan megy, a genotípusokban folyamatosan halmozódnak fel a mutációk. És ha figyelembe vesszük, hogy a szervezetben nagy a gének száma, akkor azt mondhatjuk, hogy minden élő szervezet genotípusában jelentős számú génmutáció található. A mutációk a legnagyobb biológiai tényező, amely meghatározza az élőlények óriási örökletes variabilitását, ami anyagi forrást ad az evolúcióhoz.

1. A fenotípus változásának természete szerint a mutációk lehetnek biokémiai, fiziológiai, anatómiai és morfológiaiak.

2. Az alkalmazkodóképesség mértéke szerint a mutációkat előnyösre és károsra osztják. Ártalmas - halálos lehet és a szervezet halálát okozhatja még az embrionális fejlődés során is.

3. A mutációk közvetlenek és fordítottak. Ez utóbbiak sokkal ritkábban fordulnak elő. Általában a közvetlen mutáció a gén működésének hibájához kapcsolódik. Az ellenkező irányú másodlagos mutáció valószínűsége ugyanazon a ponton nagyon kicsi, más gének gyakrabban mutálódnak.

A mutációk gyakrabban recesszívek, mivel a dominánsok azonnal megjelennek, és a szelekció könnyen "elutasítja".

4. A genotípus változásának jellege szerint a mutációkat gén-, kromoszómális és genomiálisra osztjuk.

Gén- vagy pontmutációk - egy DNS-molekula egyik génjében lévő nukleotid változása, amely rendellenes gén kialakulásához, következésképpen rendellenes fehérjeszerkezethez és kóros tulajdonság kialakulásához vezet. A génmutáció a DNS-replikáció "hibájának" az eredménye.

Kromoszómamutációk - a kromoszómák szerkezetének változásai, kromoszóma átrendeződések. A kromoszómális mutációk fő típusai megkülönböztethetők:

a) deléció - egy kromoszómaszegmens elvesztése;

b) transzlokáció - a kromoszómák egy részének átvitele egy másik nem homológ kromoszómába, ennek eredményeként - a gének kapcsolódási csoportjának megváltozása;

c) inverzió - egy kromoszómaszegmens 180 ° -os elforgatása;

d) duplikáció - a gének megkettőződése a kromoszóma egy bizonyos régiójában.

A kromoszómális mutációk a gének működésének megváltozásához vezetnek, és fontosak egy faj evolúciójában.

Genomiális mutációk - a kromoszómák számának változása egy sejtben, egy extra megjelenése vagy egy kromoszóma elvesztése a meiózis megsértése következtében. A kromoszómák számának többszörös növekedését poliploidiának nevezzük. Ez a fajta mutáció gyakori a növényekben. Sok kultúrnövény poliploid a vadon élő őseihez képest. A kromoszómák számának egy-kétszeres növekedése állatokban anomáliákhoz vezet a szervezet fejlődésében vagy halálához.

Egy-egy faj variabilitásának és mutációinak ismeretében előre látható a rokon fajokban való megjelenésük lehetősége, ami a tenyésztésben fontos.

A mutációs variabilitás mutációk – a genotípus (azaz a DNS-molekulák) állandó változása – megjelenése esetén lép fel, amelyek egész kromoszómákat, azok részeit vagy egyes génjeit érinthetik.

A mutációk lehetnek hasznosak, károsak vagy semlegesek. A modern osztályozás szerint a mutációkat általában a következő csoportokba sorolják.

1. Genomi mutációk a kromoszómák számának megváltozásával jár együtt. Különösen érdekes a POLIPLOIDIA – a kromoszómák számának többszörös növekedése, i.e. a 2n kromoszómakészlet helyett egy 3n, 4n, 5n vagy több készlet jelenik meg. A poliploidia előfordulása a sejtosztódási mechanizmus megsértésével jár. Különösen a homológ kromoszómák szétválasztásának hiánya a meiózis első osztódása során 2n kromoszómakészlettel rendelkező ivarsejtek megjelenéséhez vezet.

A poliploidia elterjedt a növényekben, és sokkal ritkábban az állatokban (orsóféreg, selyemhernyó, egyes kétéltűek). A poliploid szervezeteket általában a nagyobb méretek, a szerves anyagok fokozott szintézise jellemzi, ami különösen értékessé teszi őket a tenyésztési munkához.

Az egyes kromoszómák hozzáadásával vagy elvesztésével összefüggő kromoszómák számának változását aneuploidiának nevezzük. Az aneuploidia mutációt felírhatjuk 2n-1, 2n+1, 2n-2 stb. Az aneuploidia minden állatra és növényre jellemző. Emberben számos betegség kapcsolódik az aneuploidiához. Például a Down-kór egy extra kromoszóma jelenlétével jár a 21. párban.

2. Kromoszómális mutációk - ez a kromoszómák átrendeződése, szerkezetük megváltozása. A kromoszómák külön szakaszai elveszhetnek, megduplázódhatnak, megváltoztathatják helyzetüket.

Sematikusan ez a következőképpen ábrázolható:

ABCDE normál génrend

Egy kromoszóma egy szegmensének ABBCDE duplikációja

ABDE veszteség egy szakaszban

ABEDC 180 fokos fordulat

ABCFG régiócsere nem homológ kromoszómával

A genomi mutációkhoz hasonlóan a kromoszómamutációk is óriási szerepet játszanak az evolúciós folyamatokban.

3. Génmutációk egy génen belüli DNS-nukleotidok összetételének vagy szekvenciájának megváltozásával kapcsolatos. A génmutációk a legfontosabbak az összes mutációs kategória közül.

A fehérjeszintézis a génben lévő nukleotidok elrendezése és a fehérjemolekulában lévő aminosavak sorrendje közötti megfeleltetésen alapul. A génmutációk előfordulása (a nukleotidok összetételének és szekvenciájának változása) megváltoztatja a megfelelő enzimfehérjék összetételét, és ennek eredményeként fenotípusos változásokhoz vezet. A mutációk befolyásolhatják az élőlények morfológiájának, fiziológiájának és biokémiájának minden jellemzőjét. Sok emberi örökletes betegséget is génmutációk okoznak.

A természetes körülmények között előforduló mutációk ritkák – egy adott gén egy mutációja 1000-100000 sejtenként. De a mutációs folyamat folyamatosan megy, a genotípusokban folyamatosan halmozódnak fel a mutációk. És ha figyelembe vesszük, hogy a szervezetben nagy a gének száma, akkor azt mondhatjuk, hogy minden élő szervezet genotípusában jelentős számú génmutáció található.

A mutációk a legnagyobb biológiai tényező, amely meghatározza az élőlények óriási örökletes variabilitását, ami anyagi forrást ad az evolúcióhoz.

A mutációk okai lehetnek a sejtanyagcsere természetes zavarai (spontán mutációk) és a különböző környezeti tényezők hatása (indukált mutációk). A mutációkat okozó tényezőket mutagéneknek nevezzük. A mutagének lehetnek fizikai tényezők – sugárzás, hőmérséklet…

Az emberi gazdasági tevékenység hatalmas mennyiségű mutagént hozott a bioszférába.

A legtöbb mutáció kedvezőtlen az egyed életére nézve, de néha előfordulnak olyan mutációk, amelyek érdekesek lehetnek a tenyésztő tudósok számára. Jelenleg a helyspecifikus mutagenezis módszereit fejlesztették ki.

1. A fenotípus változásának természete szerint a mutációk lehetnek biokémiai, fiziológiai, anatómiai és morfológiaiak.

2. Az alkalmazkodóképesség mértéke szerint a mutációkat előnyösre és károsra osztják. Ártalmas - halálos lehet és a szervezet halálát okozhatja még az embrionális fejlődés során is.

A mutációk gyakrabban károsak, mivel a tulajdonságok általában a szelekció eredménye, és alkalmazkodnak a szervezethez a környezetéhez. A mutáció mindig megváltoztatja az alkalmazkodást. Hasznosságának vagy haszontalanságának mértékét az idő határozza meg. Ha egy mutáció lehetővé teszi a szervezet számára a jobb alkalmazkodást, új esélyt ad a túlélésre, akkor a szelekció „felveszi” és rögzíti a populációban.

3. A mutációk közvetlenek és fordítottak. Ez utóbbiak sokkal ritkábban fordulnak elő. Általában a közvetlen mutáció a gén működésének hibájához kapcsolódik. Az ellenkező irányú másodlagos mutáció valószínűsége ugyanazon a ponton nagyon kicsi, más gének gyakrabban mutálódnak.

A mutációk gyakrabban recesszívek, mivel a dominánsok azonnal megjelennek, és a szelekció könnyen "elutasítja".

4. A genotípus változásának jellege szerint a mutációkat gén-, kromoszómális és genomiálisra osztjuk.

Gén- vagy pontmutációk - egy DNS-molekula egyik génjében lévő nukleotid változása, amely rendellenes gén kialakulásához, következésképpen rendellenes fehérjeszerkezethez és kóros tulajdonság kialakulásához vezet. A génmutáció a DNS-replikáció "hibájának" az eredménye.

Az emberben bekövetkező génmutáció következménye olyan betegségek, mint a sarlósejtes vérszegénység, fenilketonúria, színvakság, hemofília. Egy génmutáció következtében új gének allélok keletkeznek, ami az evolúciós folyamat szempontjából fontos.

Kromoszómamutációk - a kromoszómák szerkezetének változásai, kromoszóma átrendeződések. A kromoszómális mutációk fő típusai megkülönböztethetők:

a) deléció - egy kromoszómaszegmens elvesztése;

b) transzlokáció - a kromoszómák egy részének átvitele egy másik nem homológ kromoszómába, ennek eredményeként - a gének kapcsolódási csoportjának megváltozása;

c) inverzió - egy kromoszómaszegmens 180 ° -os elforgatása;

d) duplikáció - a gének megkettőződése a kromoszóma egy bizonyos régiójában.

A kromoszómális mutációk a gének működésének megváltozásához vezetnek, és fontosak egy faj evolúciójában.

Genomiális mutációk - a kromoszómák számának változása egy sejtben, egy extra megjelenése vagy egy kromoszóma elvesztése a meiózis megsértése következtében. A kromoszómák számának többszörös növekedését poliploidiának nevezzük (3n, 4/r stb.). Ez a fajta mutáció gyakori a növényekben. Sok kultúrnövény poliploid a vadon élő őseihez képest. A kromoszómák számának egy-kétszeres növekedése állatokban anomáliákhoz vezet a szervezet fejlődésében vagy halálához. Példa: Down-szindróma emberekben - triszómia a 21. párnál, összesen 47 kromoszóma van egy sejtben. A mutációkat mesterségesen lehet előállítani sugárzás, röntgen, ultraibolya fény, vegyi anyagok és hő felhasználásával.

A homológ sorozatok törvénye N.I. Vavilov. Az orosz biológus N.I. Vavilov megállapította a mutációk előfordulásának természetét a közeli rokon fajokban: "A genetikailag közel álló nemzetségeket és fajokat hasonló örökletes variabilitás-sorozat jellemzi, olyan rendszerességgel, hogy egy fajon belüli formák számának ismeretében előre látható a mutációk előfordulása. párhuzamos formák más fajokban és nemzetségekben."

A törvény felfedezése megkönnyítette az örökletes eltérések felkutatását. Egy-egy faj variabilitásának és mutációinak ismeretében előre látható a rokon fajokban való megjelenésük lehetősége, ami a tenyésztésben fontos.

A kromoszómák szerkezetében bekövetkező változások közé tartoznak a deléciók, transzlokációk, inverziók, duplikációk, inszerciók.

Törlések ezek a kromoszómák szerkezetének változásai a hely hiánya formájában. Ebben az esetben lehetséges egy egyszerű deléció vagy egy másik kromoszóma szakaszának megkettőzésével járó deléció kialakulása.

Ez utóbbi esetben a kromoszóma szerkezetében bekövetkezett változás oka általában a transzlokációs hordozóban a meiózisban való átkelés, ami kiegyensúlyozatlan reciprok kromoszómális transzlokáció megjelenéséhez vezet. A deléciók lokalizálhatók a kromoszóma végén vagy a belsejében, és általában mentális retardációhoz és fejlődési rendellenességekhez kapcsolódnak. A telomer régió kis deléciói viszonylag gyakran előfordulnak nem specifikus mentális retardációban, fejlődési mikroanomáliákkal kombinálva. A deléciók rutin kromoszómagyűjtéssel kimutathatók, de a mikrodeléciók csak mikroszkópos vizsgálattal azonosíthatók profázisban. Szubmikroszkópos deléciók esetén a hiányzó hely csak molekuláris próbákkal vagy DNS-analízissel detektálható.

mikrodeléciók kis kromoszómális delécióként definiálhatók, amelyek csak jó minőségű, metafázisban lévő preparátumokban különböztethetők meg. Ezek a deléciók gyakrabban fordulnak elő több génben, és a páciens diagnózisát szokatlan fenotípusos megnyilvánulások gyanítják, amelyek úgy tűnik, hogy egyetlen mutációhoz kapcsolódnak. A Williams, Langer-Gidion, Prader-Willi, Rubinstein-Taybi, Smith-Magenis, Miller-Dicker, Alagille, DiGeorge szindrómákat mikrodeléciók okozzák. A szubmikroszkópos deléciók mikroszkópos vizsgálat során láthatatlanok, és csak meghatározott DNS-vizsgálati módszerekkel mutathatók ki. A deléciókat a festés vagy a fluoreszcencia hiánya ismeri fel.

Transzlokációk A kromoszómák szerkezetének változását jelentik a kromoszómaanyag egyikről a másikra történő átvitele formájában. Vannak Robertson-féle és reciprok transzlokációk. Gyakoriság 1:500 újszülött. A transzlokációk örökölhetők a szülőktől, vagy de novo is előfordulhatnak patológia hiányában más családtagokban.

A Robertson-transzlokációk két akrocentrikus kromoszómát foglalnak magukban, amelyek a centromer régióhoz közel egyesülnek, és ezt követően elveszítik a nem működőképes és erősen csonka rövid karokat. A transzlokáció után a kromoszóma hosszú karokból áll, amelyek két összeillesztett kromoszómából állnak. Így a kariotípusnak csak 45 kromoszómája van. A rövid karok elvesztésének negatív következményei nem ismertek. Bár a Robertson-transzlokáció hordozói általában normális fenotípussal rendelkeznek, fokozott a vetélés és a rendellenes utódok kockázata.

A reciprok transzlokációk a nem homológ kromoszómák lebomlásából adódnak az elveszett szegmensek kölcsönös cseréjével kombinálva. A reciprok transzlokáció hordozóinak fenotípusa általában normális, de a csírasejtek rendellenes kromoszóma-szegregációja miatt fokozott a kromoszóma-rendellenességekkel és vetélésekkel járó utódnemzés kockázata is.

Inverziók- a kromoszómák szerkezetének megváltozása, amely akkor következik be, amikor két ponton törik. A törött szakaszt megfordítják, és a szakadás helyéhez csatlakoztatják. Az inverziók 1:100 újszülöttnél fordulnak elő, és lehetnek peri- vagy paracentrikusak. Pericentrikus inverziókkal két ellentétes karon törések keletkeznek, és a kromoszóma centromert tartalmazó része elfordul. Az ilyen inverziókat általában a centroméra helyzetének megváltozásával kapcsolatban észlelik. Ezzel szemben a paracentrikus inverzióknál csak az egyik vállon található terület érintett. Az inverziót hordozók általában normális fenotípusúak, de megnőhet a spontán vetélés és a kromoszóma-rendellenességekkel járó utódok születésének kockázata.

Gyűrűs kromoszómák ritkák, de kialakulásuk bármely emberi kromoszómából lehetséges. A gyűrű kialakulását mindkét végén deléció előzi meg. A végeket ezután „összeragasztják”, hogy gyűrűt alkossanak. A gyűrűkromoszómák fenotípusos megnyilvánulásai a mentális retardációtól és a többszörös fejlődési rendellenességektől a normál vagy minimálisan kifejezett változásokig változnak, az „elveszett” kromoszómaanyag mennyiségétől függően. Ha a gyűrű helyettesíti a normál kromoszómát, ez részleges monoszómia kialakulásához vezet. A fenotípusos megnyilvánulások ezekben az esetekben gyakran hasonlóak a delécióknál tapasztaltakhoz. Ha a normál kromoszómákhoz gyűrűt adunk, a részleges triszómia fenotípusos megnyilvánulásai lépnek fel.

megkettőzés az egy kromoszómához tartozó genetikai anyag többletmennyiségét nevezzük. A megkettőződések a transzlokációk vagy inverziók hordozóinak abnormális szegregációjából származhatnak.

Beillesztések(inszertek) olyan változások a kromoszómák szerkezetében, amelyek két ponton történő eltörésükkor következnek be, míg a törött szakasz a kromoszóma másik részén lévő törészónába épül be. A beillesztés kialakításához három megszakítási pont szükséges. Egy vagy két kromoszóma részt vehet ebben a folyamatban.

Telomer, szubtelomer deléciók. Mivel a kromoszómák a meiózis során szorosan összefonódnak, viszonylag gyakoriak a kis deléciók és duplikációk a végek közelében. A szubtelomer kromoszóma-átrendeződések gyakrabban (5-10%) fordulnak elő azoknál a gyermekeknél, akiknél mérsékelt vagy súlyos mentális retardáció, tisztázatlan etiológiájú, kifejezett diszmorf jelek nélkül.

A szubmikroszkópos szubtelomer deléciók (kevesebb, mint 2-3 Mb) a mentális retardáció második leggyakoribb oka a 21-es triszómia után. E kromoszómaszerkezet-változás klinikai megnyilvánulásai néhány ilyen gyermeknél a születés előtti növekedési retardáció (az esetek körülbelül 40%-ában) és a család mentális retardáció anamnézisében (az esetek 50%-a). Egyéb tünetek a betegek körülbelül 30%-ánál fordulnak elő, ezek közé tartozik a mikrokefália, hypertelorizmus, orr-, fül- vagy kézhibák, kriptorchidizmus és alacsony termet. A fejlődési késleltetés egyéb okainak kizárása után több telomer szondát használó FISH módszer javasolt metafázisban.