Der Autor des Artikels ist L.V. Okolnova.

X-Men kommen mir sofort in den Sinn ... oder Spider-Man ...

Aber das ist im Kino so, in der Biologie auch, aber etwas wissenschaftlicher, weniger fantastisch und gewöhnlicher.

Mutation(in der Übersetzung - Veränderung) - eine stabile, vererbte Veränderung der DNA, die unter dem Einfluss äußerer oder innerer Veränderungen auftritt.

Mutagenese- der Prozess des Auftretens von Mutationen.

Gemeinsam ist, dass diese Veränderungen (Mutationen) in der Natur und beim Menschen ständig, fast täglich, vorkommen.

Zunächst werden Mutationen unterteilt in somatisch- in den Zellen des Körpers vorkommen, und generativ- kommen nur in Gameten vor.

Analysieren wir zunächst die Arten generativer Mutationen.

Genmutationen

Was ist ein Gen? Dies ist ein Abschnitt der DNA (d. h. mehrere Nukleotide), bzw. dies ist ein Abschnitt der RNA und ein Abschnitt eines Proteins und ein Zeichen eines Organismus.

Jene. Genmutation ist Verlust, Ersatz, Einfügung, Verdopplung, Veränderung der Sequenz von DNA-Abschnitten.

Im Allgemeinen führt dies nicht immer zu einer Krankheit. Wenn zum Beispiel DNA dupliziert wird, kommt es zu solchen „Fehlern“. Sie treten jedoch selten auf, dies ist ein sehr kleiner Prozentsatz der Gesamtmenge, daher sind sie unbedeutend und wirken sich praktisch nicht auf den Körper aus.

Es gibt auch schwere Mutagenese:
- Sichelzellenanämie beim Menschen;
- Phenylketonurie - eine Stoffwechselstörung, die eine ziemlich schwere geistige Behinderung verursacht
- Hämophilie
- Gigantismus in Pflanzen

Genomische Mutationen

Hier ist die klassische Definition des Begriffs „Genom“:

Genom -

Die Gesamtheit der in der Körperzelle enthaltenen Erbsubstanz;
- das menschliche Genom und die Genome aller anderen zellulären Lebensformen sind aus DNA aufgebaut;
- die Gesamtheit des genetischen Materials des haploiden Chromosomensatzes einer bestimmten Art in Paaren von DNA-Nukleotiden pro haploidem Genom.

Um die Essenz zu verstehen, vereinfachen wir stark, wir erhalten die folgende Definition:

Genom ist die Anzahl der Chromosomen

Genomische Mutationen- Veränderung der Chromosomenzahl des Körpers. Ihre Ursache ist im Wesentlichen eine nicht standardmäßige Divergenz der Chromosomen im Teilungsprozess.

Down-Syndrom - normalerweise hat eine Person 46 Chromosomen (23 Paare), bei dieser Mutation werden jedoch 47 Chromosomen gebildet
Reis. Down-Syndrom

Polyploidie bei Pflanzen (bei Pflanzen ist dies im Allgemeinen die Norm - die meisten Kulturpflanzen sind polyploide Mutanten)

Chromosomale Mutationen- Verformung der Chromosomen selbst.

Beispiele (die meisten Menschen haben einige Umlagerungen dieser Art und wirken sich im Allgemeinen weder äußerlich noch auf die Gesundheit aus, aber es gibt auch unangenehme Mutationen):
- Katzenschreisyndrom bei einem Kind
- Entwicklungsverzögerung
usw.

Zytoplasmatische Mutationen- Mutationen in der DNA von Mitochondrien und Chloroplasten.

Es gibt 2 Organellen mit eigener DNA (kreisförmig, während der Kern eine Doppelhelix hat) - Mitochondrien und Pflanzenplastiden.

Dementsprechend gibt es Mutationen, die durch Veränderungen in diesen Strukturen verursacht werden.

Es gibt ein interessantes Merkmal - diese Art von Mutation wird nur vom weiblichen Geschlecht übertragen, weil. Während der Bildung einer Zygote bleiben nur mütterliche Mitochondrien übrig, und die „männlichen“ fallen während der Befruchtung mit einem Schwanz ab.

Beispiele:
- beim Menschen - eine bestimmte Form von Diabetes mellitus, Tunnelblick;
- in Pflanzen - Buntheit.

somatische Mutationen.

Dies sind alle oben beschriebenen Typen, aber sie entstehen in den Zellen des Körpers (in somatischen Zellen).
Mutierte Zellen sind normalerweise viel kleiner als normale Zellen und werden von gesunden Zellen unterdrückt. (Wenn er nicht unterdrückt wird, wird der Körper wiedergeboren oder erkrankt).

Beispiele:
- Drosophila-Augen sind rot, können aber weiße Facetten haben
- in einer Pflanze kann dies ein ganzer Spross sein, der sich von anderen unterscheidet (I.V. Michurin hat also neue Apfelsorten gezüchtet).

Krebszellen beim Menschen

Beispiele für Prüfungsfragen:

Down-Syndrom ist das Ergebnis einer Mutation

1)) genomisch;

2) zytoplasmatisch;

3) chromosomal;

4) rezessiv.

Genmutationen sind mit einer Veränderung verbunden

A) die Anzahl der Chromosomen in Zellen;

B) Strukturen von Chromosomen;

B) die Gensequenz im Autosom;

D) Nucleosid in einer DNA-Region.

Mutationen, die mit dem Austausch von Regionen nicht-homologer Chromosomen verbunden sind, werden als bezeichnet

A) chromosomal;

B) genomisch;

B) Punkt;

D) Gen.

Ein Tier, bei dessen Nachkommen ein Merkmal aufgrund einer somatischen Mutation auftreten kann

Nahezu jede Änderung in der Struktur oder Anzahl der Chromosomen, bei der die Zelle die Fähigkeit behält, sich selbst zu reproduzieren, verursacht eine erbliche Veränderung der Eigenschaften des Organismus. Durch die Art der Veränderung im Genom, d.h. Gensätze, die im haploiden Chromosomensatz enthalten sind, unterscheiden zwischen Gen-, Chromosomen- und Genommutationen. erblich mutierte chromosomale Genetik

Genmutationen sind molekulare Veränderungen in der Struktur der DNA, die im Lichtmikroskop nicht sichtbar sind. Genmutationen umfassen alle Änderungen in der molekularen Struktur der DNA, unabhängig von ihrem Ort und ihrer Auswirkung auf die Lebensfähigkeit. Einige Mutationen haben keinen Einfluss auf die Struktur und Funktion des entsprechenden Proteins. Ein weiterer (meist) Teil von Genmutationen führt zur Synthese eines defekten Proteins, das seine eigentliche Funktion nicht erfüllen kann.

Je nach Art der molekularen Veränderungen gibt es:

Löschungen (vom lateinischen deletio - Zerstörung), d.h. Verlust eines DNA-Segments von einem Nukleotid bis zu einem Gen;

Vervielfältigungen (von lat. duplicatio verdoppeln), d.h. Vervielfältigung oder erneute Vervielfältigung eines DNA-Segments von einem Nukleotid bis zu ganzen Genen;

Inversionen (von lat. inversio – umdrehen), d.h. eine 180°-Drehung eines DNA-Segments mit einer Größe von zwei Nukleotiden bis zu einem Fragment, das mehrere Gene enthält;

Einfügungen (vom lateinischen insertio - Anhang), d.h. Insertion von DNA-Fragmenten, deren Größe von einem Nukleotid bis zum gesamten Gen reicht.

Es sind Genmutationen, die die Entwicklung der meisten erblichen Formen der Pathologie verursachen. Krankheiten, die durch solche Mutationen verursacht werden, werden Gen- oder monogene Krankheiten genannt, d.h. Krankheiten, deren Entstehung durch eine Mutation eines einzelnen Gens bestimmt wird.

Die Auswirkungen von Genmutationen sind äußerst vielfältig. Die meisten von ihnen erscheinen nicht phänotypisch, weil sie rezessiv sind. Dies ist für die Existenz der Art sehr wichtig, da die meisten neu auftretenden Mutationen schädlich sind. Ihre rezessive Natur ermöglicht es ihnen jedoch, lange Zeit in Individuen der Art in einem heterozygoten Zustand zu bestehen, ohne den Körper zu schädigen, und sich in der Zukunft zu manifestieren, wenn sie in den homozygoten Zustand übergehen.

Derzeit gibt es mehr als 4500 monogene Erkrankungen. Die häufigsten davon sind: Mukoviszidose, Phenylketonurie, Duchenne-Becker-Myopathien und eine Reihe anderer Krankheiten. Klinisch äußern sie sich durch Stoffwechselstörungen (Stoffwechsel) im Körper.

Gleichzeitig gibt es eine Reihe von Fällen, in denen eine Veränderung nur einer Base in einem bestimmten Gen einen merklichen Einfluss auf den Phänotyp hat. Ein Beispiel ist eine genetische Anomalie wie die Sichelzellenanämie. Das rezessive Allel, das diese Erbkrankheit im homozygoten Zustand hervorruft, wird im Austausch von nur einem Aminosäurerest in der (B-Kette des Hämoglobinmoleküls (Glutaminsäure? ?> Valin) exprimiert. Dies führt dazu, dass rotes Blut entsteht Zellen mit solchem ​​Hämoglobin werden im Blut deformiert (von abgerundet zu sichelförmig) und werden schnell zerstört. Gleichzeitig entwickelt sich eine akute Anämie und es kommt zu einer Abnahme der vom Blut transportierten Sauerstoffmenge. Anämie verursacht körperliche Schwäche, Erkrankungen des Herzens und der Nieren und kann bei Personen, die für das mutierte Allel homozygot sind, zu einem frühen Tod führen.

Chromosomale Mutationen sind die Ursachen von Chromosomenerkrankungen.

Chromosomenmutationen sind strukturelle Veränderungen in einzelnen Chromosomen, die normalerweise unter einem Lichtmikroskop sichtbar sind. An einer chromosomalen Mutation ist eine große Anzahl (von zehn bis zu mehreren hundert) Genen beteiligt, die zu einer Veränderung des normalen diploiden Satzes führt. Obwohl Chromosomenaberrationen die DNA-Sequenz in bestimmten Genen im Allgemeinen nicht verändern, führt eine Veränderung der Kopienzahl von Genen im Genom zu einem genetischen Ungleichgewicht aufgrund eines Mangels oder Überschusses an genetischem Material. Es gibt zwei große Gruppen chromosomaler Mutationen: intrachromosomale und interchromosomale (siehe Abb. 2).

Intrachromosomale Mutationen sind Aberrationen innerhalb eines Chromosoms (siehe Abb. 3). Diese beinhalten:

Deletionen - der Verlust eines der Abschnitte des Chromosoms, intern oder terminal. Dies kann zu einer Verletzung der Embryogenese und zur Bildung mehrerer Entwicklungsanomalien führen (z. B. eine Deletion im Bereich des kurzen Arms des 5. Chromosoms, bezeichnet als 5p-, führt zu einer Unterentwicklung des Kehlkopfs, Herzfehlern, geistiger Behinderung). Dieser Symptomkomplex ist als "Katzenschrei"-Syndrom bekannt, weil bei kranken Kindern aufgrund einer Anomalie des Kehlkopfes das Weinen dem Miauen einer Katze ähnelt);

Umkehrungen. Durch zwei Bruchstellen im Chromosom wird das entstandene Fragment nach einer Drehung um 180° an seinen ursprünglichen Platz eingefügt. Dadurch wird nur die Reihenfolge der Gene verletzt;

Duplikationen – Verdopplung (oder Vermehrung) eines beliebigen Teils des Chromosoms (z. B. verursacht eine Trisomie entlang des kurzen Arms des 9. Chromosoms mehrere Defekte, einschließlich Mikrozephalie, verzögerte körperliche, geistige und intellektuelle Entwicklung).

Reis. 2.

Interchromosomale Mutationen oder Rearrangement-Mutationen sind der Austausch von Fragmenten zwischen nicht-homologen Chromosomen. Solche Mutationen werden Translokationen genannt (vom lateinischen trans - für, durch und locus - Ort). Das:

Gegenseitige Translokation - zwei Chromosomen tauschen ihre Fragmente aus;

Nicht-reziproke Translokation - ein Fragment eines Chromosoms wird zu einem anderen transportiert;

? "zentrische" Fusion (Robertsonsche Translokation) - die Verbindung zweier akrozentrischer Chromosomen im Bereich ihrer Zentromere unter Verlust kurzer Arme.

Mit dem Bruch der Querchromatiden durch die Zentromere werden „Schwester“-Chromatiden zu „Spiegel“-Armen von zwei verschiedenen Chromosomen, die dieselben Gensätze enthalten. Solche Chromosomen werden Isochromosomen genannt.

Reis. 3.

Translokationen und Inversionen, bei denen es sich um ausgewogene chromosomale Umlagerungen handelt, haben keine phänotypischen Manifestationen, aber als Folge der Trennung von umgeordneten Chromosomen bei der Meiose können sie unausgeglichene Gameten bilden, was zur Entstehung von Nachkommen mit Chromosomenanomalien führt.

Genomische Mutationen, sowie chromosomal, sind die Ursachen von Chromosomenerkrankungen.

Genomische Mutationen umfassen Aneuploidie und Veränderungen in der Ploidie von strukturell unveränderten Chromosomen. Genomische Mutationen werden durch zytogenetische Methoden nachgewiesen.

Aneuploidie ist eine Veränderung (Abnahme - Monosomie, Zunahme - Trisomie) in der Anzahl der Chromosomen in einem diploiden Satz, nicht ein Vielfaches eines haploiden (2n + 1, 2n-1 usw.).

Polyploidie - eine Zunahme der Anzahl der Chromosomensätze, ein Vielfaches des haploiden (3n, 4n, 5n usw.).

Beim Menschen sind Polyploidie sowie die meisten Aneuploidien tödliche Mutationen.

Zu den häufigsten genomischen Mutationen gehören:

Trisomie - das Vorhandensein von drei homologen Chromosomen im Karyotyp (z. B. für das 21. Paar bei der Down-Krankheit, für das 18. Paar für das Edwards-Syndrom, für das 13. Paar für das Patau-Syndrom; für Geschlechtschromosomen: XXX, XXY, XYY);

Monosomie ist das Vorhandensein von nur einem von zwei homologen Chromosomen. Bei Monosomie für eines der Autosomen ist die normale Entwicklung des Embryos nicht möglich. Die einzige mit dem Leben verträgliche Monosomie des Menschen - die Monosomie auf dem X-Chromosom - führt zum Shereshevsky-Turner-Syndrom (45,X).

Der Grund, der zu Aneuploidie führt, ist die Nichtdisjunktion von Chromosomen während der Zellteilung während der Bildung von Keimzellen oder der Verlust von Chromosomen als Folge einer Anaphaseverzögerung, wenn eines der homologen Chromosomen während der Bewegung hinter anderen nicht-homologen Chromosomen zurückbleiben kann Der Pol. Der Begriff Nichtdisjunktion bedeutet das Fehlen einer Trennung von Chromosomen oder Chromatiden bei Meiose oder Mitose.

Chromosomen-Nichtdisjunktion wird am häufigsten während der Meiose beobachtet. Chromosomen, die sich normalerweise während der Meiose teilen sollten, bleiben zusammengefügt und bewegen sich in der Anaphase zu einem Pol der Zelle, wodurch zwei Gameten entstehen, von denen einer ein zusätzliches Chromosom hat und der andere dieses Chromosom nicht hat. Wenn eine Gamete mit einem normalen Chromosomensatz von einer Gamete mit einem zusätzlichen Chromosom befruchtet wird, tritt Trisomie auf (d. h. es gibt drei homologe Chromosomen in der Zelle), wenn sie mit einer Gamete ohne ein Chromosom befruchtet wird, entsteht eine Zygote mit Monosomie. Wenn auf einem beliebigen autosomalen Chromosom eine monosomische Zygote gebildet wird, stoppt die Entwicklung des Organismus in den frühesten Entwicklungsstadien.

Je nach Art der Erbschaft Dominant und rezessiv Mutationen. Einige Forscher unterscheiden semi-dominante, co-dominante Mutationen. Dominante Mutationen sind durch eine direkte Wirkung auf den Körper gekennzeichnet, semidominante Mutationen sind dadurch gekennzeichnet, dass die heterozygote Form im Phänotyp zwischen der AA- und der aa-Form liegt, und kodominante Mutationen sind dadurch gekennzeichnet, dass A 1 A 2 -Heterozygote Anzeichen von beiden zeigen Allele. Rezessive Mutationen treten bei Heterozygoten nicht auf.

Wenn eine dominante Mutation in Gameten auftritt, werden ihre Auswirkungen direkt in den Nachkommen ausgedrückt. Viele Mutationen beim Menschen sind dominant. Sie kommen häufig bei Tieren und Pflanzen vor. Beispielsweise führte eine generative dominante Mutation zur Ancona-Rasse der kurzbeinigen Schafe.

Ein Beispiel für eine semidominante Mutation ist die mutationsbedingte Bildung einer heterozygoten Form von Aa, die im Phänotyp zwischen AA- und aa-Organismen liegt. Dies geschieht bei biochemischen Merkmalen, wenn der Beitrag beider Allele zum Merkmal gleich ist.

Ein Beispiel für eine kodominante Mutation sind die Allele I A und I B , die die Blutgruppe IV bestimmen.

Bei rezessiven Mutationen sind ihre Auswirkungen in den Diploiden verborgen. Sie treten nur im homozygoten Zustand auf. Ein Beispiel sind rezessive Mutationen, die menschliche Genkrankheiten bestimmen.

Somit sind die Hauptfaktoren bei der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit der Manifestation eines mutierten Allels in einem Organismus und einer Population nicht nur das Stadium des Fortpflanzungszyklus, sondern auch die Dominanz des mutierten Allels.

Direkte Mutationen? das sind Mutationen, die Wildtyp-Gene inaktivieren, d.h. Mutationen, die die in der DNA codierten Informationen auf direkte Weise verändern, was zu einer Veränderung vom ursprünglichen (Wild-)Typ-Organismus führt, geht direkt zum mutierten Typ-Organismus über.

Zurück Mutationen sind Reversionen von Mutanten zu den ursprünglichen (Wild-)Typen. Diese Umkehrungen sind von zwei Arten. Einige der Reversionen sind auf wiederholte Mutationen einer ähnlichen Stelle oder eines ähnlichen Locus mit der Wiederherstellung des ursprünglichen Phänotyps zurückzuführen und werden als echte Rückmutationen bezeichnet. Andere Reversionen sind Mutationen in einem anderen Gen, die die Expression des mutierten Gens in Richtung des ursprünglichen Typs verändern, d.h. Der Schaden im mutierten Gen bleibt erhalten, aber es stellt irgendwie seine Funktion wieder her, wodurch der Phänotyp wiederhergestellt wird. Eine solche (vollständige oder teilweise) Wiederherstellung des Phänotyps trotz Erhalt der ursprünglichen genetischen Schädigung (Mutation) wird als Suppression bezeichnet, und solche Rückmutationen werden als Suppressor (Extragene) bezeichnet. Suppressionen treten in der Regel als Folge von Mutationen in Genen auf, die für die Synthese von tRNA und Ribosomen kodieren.

Im Allgemeinen kann die Unterdrückung sein:

? intragen? wenn eine zweite Mutation in einem bereits betroffenen Gen ein durch eine direkte Mutation defektes Codon so verändert, dass eine Aminosäure in das Polypeptid eingefügt wird, die die funktionelle Aktivität dieses Proteins wiederherstellen kann. Gleichzeitig entspricht diese Aminosäure nicht der ursprünglichen (vor dem Auftreten der ersten Mutation), d.h. keine echte Reversibilität beobachtet;

? beigetragen? wenn die Struktur der tRNA verändert wird, wodurch die mutante tRNA eine andere Aminosäure in das synthetisierte Polypeptid einschließt als diejenige, die durch das defekte Triplett kodiert wird (als Folge einer direkten Mutation).

Eine Kompensation der Wirkung von Mutagenen aufgrund phänotypischer Unterdrückung ist nicht ausgeschlossen. Es ist zu erwarten, wenn die Zelle von einem Faktor beeinflusst wird, der die Wahrscheinlichkeit von Fehlern beim Ablesen der mRNA während der Translation erhöht (z. B. einige Antibiotika). Solche Fehler können dazu führen, dass die falsche Aminosäure ausgetauscht wird, was jedoch die durch eine direkte Mutation beeinträchtigte Funktion des Proteins wieder herstellt.

Mutationen charakterisieren neben qualitativen Eigenschaften auch die Art und Weise ihres Auftretens. Spontan(zufällig) - Mutationen, die unter normalen Lebensbedingungen auftreten. Sie sind das Ergebnis natürlicher in Zellen ablaufender Prozesse, die unter den Bedingungen des natürlichen radioaktiven Hintergrunds der Erde in Form von kosmischer Strahlung, radioaktiven Elementen auf der Erdoberfläche, in die Zellen von Organismen eingebauten Radionukliden, die diese Mutationen hervorrufen, oder als solche auftreten ein Ergebnis von DNA-Replikationsfehlern. Spontane Mutationen treten beim Menschen in somatischen und generativen Geweben auf. Die Methode zur Bestimmung spontaner Mutationen basiert auf der Tatsache, dass bei Kindern ein dominantes Merkmal auftritt, obwohl seine Eltern es nicht haben. Eine dänische Studie zeigte, dass ungefähr einer von 24.000 Gameten eine dominante Mutation trägt. Die Häufigkeit spontaner Mutationen in jeder Art ist genetisch festgelegt und wird auf einem bestimmten Niveau gehalten.

induziert Mutagenese ist die künstliche Erzeugung von Mutationen unter Verwendung von Mutagenen verschiedener Natur. Es gibt physikalische, chemische und biologische mutagene Faktoren. Die meisten dieser Faktoren reagieren entweder direkt mit stickstoffhaltigen Basen in DNA-Molekülen oder werden in Nukleotidsequenzen eingebaut. Die Häufigkeit induzierter Mutationen wird bestimmt, indem Zellen oder Populationen von mit dem Mutagen behandelten und unbehandelten Organismen verglichen werden. Wenn die Häufigkeit einer Mutation in einer Population infolge einer Behandlung mit einem Mutagen um das 100-fache zunimmt, wird davon ausgegangen, dass nur eine Mutante in der Population spontan entsteht, der Rest wird induziert. Von praktischer Bedeutung für die Selektion von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen ist die Erforschung von Methoden zur gezielten Wirkung verschiedener Mutagene auf bestimmte Gene.

Je nach Art der Zellen, in denen Mutationen auftreten, werden generative und somatische Mutationen unterschieden (siehe Abb. 4).

Generativ Mutationen treten in den Zellen des Fortpflanzungskeims und in Keimzellen auf. Wenn eine Mutation (generativ) in Genitalzellen auftritt, können mehrere Gameten gleichzeitig das mutierte Gen erhalten, was die potenzielle Fähigkeit erhöht, diese Mutation von mehreren Individuen (Individuen) in den Nachkommen zu erben. Wenn die Mutation im Gameten aufgetreten ist, wird wahrscheinlich nur ein Individuum (Individuum) in den Nachkommen dieses Gen erhalten. Die Häufigkeit von Mutationen in Keimzellen wird durch das Alter des Organismus beeinflusst.

Reis. 4.

Somatisch Mutationen treten in somatischen Zellen von Organismen auf. Bei Tieren und Menschen bleiben Mutationsveränderungen nur in diesen Zellen bestehen. Aber in Pflanzen kann die Mutation aufgrund ihrer Fähigkeit, sich vegetativ zu vermehren, über somatisches Gewebe hinausgehen. Die berühmte Wintersorte Delicious stammt beispielsweise aus einer Mutation in der somatischen Zelle, die durch Teilung zur Bildung eines Astes führte, der die Eigenschaften eines mutierten Typs aufwies. Es folgte die vegetative Vermehrung, die es ermöglichte, Pflanzen mit den Eigenschaften dieser Sorte zu erhalten.

Die Klassifizierung von Mutationen in Abhängigkeit von ihrer phänotypischen Wirkung wurde erstmals 1932 von G. Möller vorgeschlagen. Entsprechend der Klassifizierung wurden zugeteilt:

amorphe Mutationen. Dies ist ein Zustand, bei dem das durch das abnormale Allel kontrollierte Merkmal nicht auftritt, da das abnormale Allel im Vergleich zum normalen Allel nicht aktiv ist. Zu diesen Mutationen gehören das Albinismus-Gen und etwa 3.000 autosomal-rezessive Erkrankungen;

Antimorphe Mutationen. In diesem Fall ist der Wert des Merkmals, das durch das pathologische Allel gesteuert wird, entgegengesetzt zu dem Wert des Merkmals, das durch das normale Allel gesteuert wird. Diese Mutationen umfassen die Gene von etwa 5-6 Tausend autosomal dominanten Krankheiten;

hypermorphe Mutationen. Im Fall einer solchen Mutation ist das durch das pathologische Allel kontrollierte Merkmal stärker ausgeprägt als das durch das normale Allel kontrollierte Merkmal. Beispiel? heterozygote Träger von Genen der Genominstabilitätskrankheit. Ihre Zahl beträgt etwa 3% der Weltbevölkerung, und die Zahl der Krankheiten selbst erreicht 100 Nosologien. Unter diesen Krankheiten: Fanconi-Anämie, Ataxia Teleangiektasie, Pigment-Xerodermie, Bloom-Syndrom, progeroide Syndrome, viele Krebsarten usw. Gleichzeitig ist die Krebshäufigkeit bei heterozygoten Trägern der Gene für diese Krankheiten 3-5-mal höher als in der Norm, und bei den Patienten selbst (Homozygoten für diese Gene) ist die Krebsinzidenz zehnmal höher als normal.

Hypomorphe Mutationen. Dies ist ein Zustand, bei dem die Expression eines Merkmals, das von einem pathologischen Allel kontrolliert wird, im Vergleich zu einem Merkmal, das von einem normalen Allel kontrolliert wird, abgeschwächt ist. Diese Mutationen umfassen Mutationen in Pigmentsynthesegenen (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22) sowie mehr als 3000 Formen von autosomal-rezessive Erkrankungen.

neomorphe Mutationen. Von einer solchen Mutation spricht man, wenn das vom pathologischen Allel kontrollierte Merkmal eine andere (neue) Qualität aufweist als das vom normalen Allel kontrollierte Merkmal. Beispiel: die Synthese neuer Immunglobuline als Reaktion auf das Eindringen fremder Antigene in den Körper.

Zur fortwährenden Bedeutung der Klassifikation von G. Möller sei angemerkt, dass 60 Jahre nach ihrer Veröffentlichung die phänotypischen Wirkungen von Punktmutationen je nach Auswirkung auf die Struktur des Protein-Genprodukts und/oder der Ebene in verschiedene Klassen eingeteilt wurden seines Ausdrucks.

Für die genetische Forschung ist eine Person ein unbequemes Objekt, da bei einer Person: eine experimentelle Kreuzung unmöglich ist; eine große Anzahl von Chromosomen; die Pubertät kommt spät; eine kleine Anzahl von Nachkommen in jeder Familie; Eine Angleichung der Lebensbedingungen für den Nachwuchs ist unmöglich.

In der Humangenetik kommen eine Reihe von Forschungsmethoden zum Einsatz.

genealogische Methode

Die Anwendung dieser Methode ist möglich, wenn direkte Verwandte bekannt sind - die Vorfahren des Besitzers des Erbmerkmals ( Proband) in mehreren Generationen in mütterlicher und väterlicher Linie oder die Nachkommen des Probanden ebenfalls in mehreren Generationen. Bei der Zusammenstellung von Stammbäumen in der Genetik wird ein bestimmtes Notationssystem verwendet. Nach der Zusammenstellung des Stammbaums wird dessen Analyse durchgeführt, um die Art der Vererbung des untersuchten Merkmals festzustellen.

Konventionen, die bei der Erstellung von Stammbäumen angenommen wurden:
1 - Mann; 2 - Frau; 3 - Geschlecht nicht klar; 4 - der Besitzer des untersuchten Merkmals; 5 - heterozygoter Träger des untersuchten rezessiven Gens; 6 - Ehe; 7 - Ehe eines Mannes mit zwei Frauen; 8 - verwandte Ehe; 9 - Eltern, Kinder und die Reihenfolge ihrer Geburt; 10 - zweieiige Zwillinge; 11 - eineiige Zwillinge.

Dank der genealogischen Methode wurden die Vererbungsarten vieler menschlicher Merkmale bestimmt. So Polydaktylie (eine erhöhte Anzahl von Fingern), die Fähigkeit, die Zunge in eine Röhre zu rollen, Brachydaktylie (kurze Finger aufgrund des Fehlens von zwei Phalangen an den Fingern), Sommersprossen, früher Haarausfall, verschmolzene Finger, Lippenspalten, Gaumenspalten , Katarakte der Augen, werden nach dem autosomal dominanten Typ vererbt, Zerbrechlichkeit der Knochen und viele andere. Albinismus, rote Haare, Anfälligkeit für Polio, Diabetes mellitus, angeborene Taubheit und andere Merkmale werden autosomal-rezessiv vererbt.

Das dominante Merkmal ist die Fähigkeit, die Zunge in eine Röhre zu rollen (1), und sein rezessives Allel ist das Fehlen dieser Fähigkeit (2).
3 - Stammbaum für Polydaktylie (autosomal dominante Vererbung).

Eine Reihe von Merkmalen werden geschlechtsgebunden vererbt: X-gebundene Vererbung – Hämophilie, Farbenblindheit; Y-gebunden - Hypertrichose des Randes der Ohrmuschel, Zehen mit Schwimmhäuten. Es gibt eine Reihe von Genen, die sich in homologen Regionen der X- und Y-Chromosomen befinden, wie z. B. allgemeine Farbenblindheit.

Die Anwendung der genealogischen Methode zeigte, dass in einer verwandten Ehe im Vergleich zu einer nicht verwandten die Wahrscheinlichkeit von Missbildungen, Totgeburten und früher Sterblichkeit bei den Nachkommen signifikant zunimmt. In verwandten Ehen gehen rezessive Gene häufig in einen homozygoten Zustand über, wodurch sich bestimmte Anomalien entwickeln. Ein Beispiel dafür ist die Vererbung der Hämophilie in den Königshäusern Europas.

- hämophil; - Trägerin

Zwillingsmethode

1 - eineiige Zwillinge; 2 - zweieiige Zwillinge.

Gleichzeitig geborene Kinder werden Zwillinge genannt. Sie sind eineiig(identisch) und zweieiig(bunt).

Eineiige Zwillinge entwickeln sich aus einer Zygote (1), die während der Zerkleinerungsphase in zwei (oder mehr) Teile geteilt wird. Daher sind solche Zwillinge genetisch identisch und immer vom selben Geschlecht. Eineiige Zwillinge zeichnen sich durch ein hohes Maß an Ähnlichkeit aus ( Konkordanz) auf viele Arten.

Zweieiige Zwillinge entwickeln sich aus zwei oder mehr Eizellen, die gleichzeitig ovuliert und von verschiedenen Spermien befruchtet werden (2). Daher haben sie unterschiedliche Genotypen und können entweder das gleiche oder unterschiedliche Geschlecht haben. Im Gegensatz zu eineiigen Zwillingen sind zweieiige Zwillinge durch Diskordanz gekennzeichnet – Unähnlichkeit in vielerlei Hinsicht. Daten zur Konkordanz von Zwillingen für einige Zeichen sind in der Tabelle angegeben.

Zeichen	Übereinstimmung, %
	Eineiige Zwillinge	zweieiige Zwillinge
Normal
Blutgruppe (AB0)	100	46
Augenfarbe	99,5	28
Haarfarbe	97	23
Pathologisch
Klumpfuß	32	3
"Hasenlippe"	33	5
Bronchialasthma	19	4,8
Masern	98	94
Tuberkulose	37	15
Epilepsie	67	3
Schizophrenie	70	13

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, ist der Grad der Übereinstimmung von eineiigen Zwillingen für alle oben genannten Merkmale signifikant höher als der von zweieiigen Zwillingen, aber er ist nicht absolut. In der Regel tritt die Diskordanz bei eineiigen Zwillingen als Folge von intrauterinen Entwicklungsstörungen eines von ihnen oder unter dem Einfluss der äußeren Umgebung auf, falls diese anders war.

Dank der Zwillingsmethode wurde die erbliche Veranlagung einer Person für eine Reihe von Krankheiten abgeklärt: Schizophrenie, Epilepsie, Diabetes mellitus und andere.

Beobachtungen an eineiigen Zwillingen liefern Material zur Aufklärung der Rolle von Vererbung und Umwelt bei der Entwicklung von Merkmalen. Darüber hinaus wird die äußere Umgebung nicht nur als physische Faktoren der Umwelt, sondern auch als soziale Bedingungen verstanden.

Zytogenetische Methode

Basierend auf der Untersuchung menschlicher Chromosomen unter normalen und pathologischen Bedingungen. Normalerweise umfasst ein menschlicher Karyotyp 46 Chromosomen – 22 Autosomenpaare und zwei Geschlechtschromosomen. Die Verwendung dieser Methode ermöglichte es, eine Gruppe von Krankheiten zu identifizieren, die entweder mit einer Veränderung der Chromosomenzahl oder mit Veränderungen ihrer Struktur verbunden sind. Solche Krankheiten werden genannt chromosomal.

Blutlymphozyten sind das gebräuchlichste Material für die karyotypische Analyse. Blut wird bei Erwachsenen aus einer Vene, bei Neugeborenen - aus einem Finger, Ohrläppchen oder einer Ferse entnommen. Lymphozyten werden in einem speziellen Nährmedium kultiviert, das insbesondere Substanzen enthält, die Lymphozyten zur intensiven Teilung durch Mitose „zwingen“. Nach einiger Zeit wird der Zellkultur Colchicin zugesetzt. Colchicin stoppt die Mitose auf der Ebene der Metaphase. Während der Metaphase sind die Chromosomen am stärksten verdichtet. Als nächstes werden die Zellen auf Objektträger übertragen, getrocknet und mit verschiedenen Farbstoffen gefärbt. Die Färbung kann a) routinemäßig sein (Chromosomen färben sich gleichmäßig), b) differentiell (Chromosomen bekommen Querstreifen, wobei jedes Chromosom ein individuelles Muster hat). Die routinemäßige Färbung ermöglicht es Ihnen, genomische Mutationen zu identifizieren, die Gruppenzugehörigkeit des Chromosoms zu bestimmen und herauszufinden, in welcher Gruppe sich die Anzahl der Chromosomen geändert hat. Durch die Differenzfärbung können Sie Chromosomenmutationen identifizieren, das Chromosom anhand der Nummer bestimmen und die Art der Chromosomenmutation herausfinden.

In Fällen, in denen eine karyotypische Analyse des Fötus durchgeführt werden muss, werden Zellen des Fruchtwassers (Fruchtwasser) zur Kultivierung entnommen - eine Mischung aus Fibroblasten-ähnlichen und Epithelzellen.

Chromosomale Erkrankungen umfassen: Klinefelter-Syndrom, Turner-Shereshevsky-Syndrom, Down-Syndrom, Patau-Syndrom, Edwards-Syndrom und andere.

Patienten mit Klinefelter-Syndrom (47, XXY) sind immer männlich. Sie sind gekennzeichnet durch Unterentwicklung der Geschlechtsdrüsen, Degeneration der Hodenkanälchen, oft geistige Retardierung, hohes Wachstum (aufgrund überproportional langer Beine).

Turner-Shereshevsky-Syndrom (45, X0) wird bei Frauen beobachtet. Es äußert sich in einer Verlangsamung der Pubertät, Unterentwicklung der Keimdrüsen, Amenorrhoe (Ausbleiben der Menstruation), Unfruchtbarkeit. Frauen mit Turner-Shereshevsky-Syndrom sind kleinwüchsig, der Körper ist unproportioniert - der Oberkörper ist stärker entwickelt, die Schultern sind breit, das Becken ist schmal - die unteren Gliedmaßen sind verkürzt, der Hals ist kurz mit Falten, der "Mongoloid" Einschnitt in die Augen und eine Reihe anderer Anzeichen.

Das Down-Syndrom ist eine der häufigsten Chromosomenerkrankungen. Es entsteht als Folge einer Trisomie auf Chromosom 21 (47; 21, 21, 21). Die Krankheit ist leicht zu diagnostizieren, da sie eine Reihe charakteristischer Merkmale aufweist: verkürzte Gliedmaßen, ein kleiner Schädel, eine flache, breite Nase, schmale Lidspalten mit schrägem Einschnitt, das Vorhandensein einer Oberlidfalte und geistige Behinderung. Verletzungen der Struktur der inneren Organe werden häufig beobachtet.

Chromosomenerkrankungen treten auch als Folge von Veränderungen in den Chromosomen selbst auf. Ja, Löschung R-Arm des Autosoms Nummer 5 führt zur Entwicklung des „Katzenschrei“-Syndroms. Bei Kindern mit diesem Syndrom ist die Struktur des Kehlkopfes gestört und sie haben in der frühen Kindheit eine Art „miauendes“ Stimmtimbre. Hinzu kommen eine Verzögerung der psychomotorischen Entwicklung und Demenz.

Chromosomenerkrankungen sind meistens das Ergebnis von Mutationen, die in den Keimzellen eines der Elternteile aufgetreten sind.

Biochemische Methode

Ermöglicht es Ihnen, Stoffwechselstörungen zu erkennen, die durch Veränderungen in Genen und infolgedessen Änderungen in der Aktivität verschiedener Enzyme verursacht werden. Erbliche Stoffwechselerkrankungen werden unterteilt in Erkrankungen des Kohlenhydratstoffwechsels (Diabetes mellitus), Stoffwechsel von Aminosäuren, Lipiden, Mineralstoffen usw.

Phenylketonurie bezieht sich auf Erkrankungen des Aminosäurestoffwechsels. Die Umwandlung der essentiellen Aminosäure Phenylalanin zu Tyrosin wird blockiert, während Phenylalanin zu Phenylbrenztraubensäure umgewandelt wird, die mit dem Urin ausgeschieden wird. Die Krankheit führt zu einer raschen Entwicklung von Demenz bei Kindern. Eine frühzeitige Diagnose und Ernährung können die Entwicklung der Krankheit stoppen.

Bevölkerungsstatistische Methode

Es ist eine Methode zur Untersuchung der Verteilung erblicher Merkmale (Erbkrankheiten) in Populationen. Ein wesentlicher Punkt bei der Anwendung dieser Methode ist die statistische Aufbereitung der gewonnenen Daten. Unter Population die Gesamtheit von Individuen der gleichen Art verstehen, die seit langer Zeit in einem bestimmten Territorium leben, sich frei miteinander kreuzen, einen gemeinsamen Ursprung haben, eine bestimmte genetische Struktur haben und bis zu einem gewissen Grad von anderen solchen Populationen von Individuen isoliert sind einer bestimmten Art. Eine Population ist nicht nur eine Existenzform einer Art, sondern auch eine evolutionäre Einheit, da die mikroevolutionären Prozesse, die zur Bildung einer Art führen, auf genetischen Transformationen in Populationen beruhen.

Die Untersuchung der genetischen Struktur von Populationen beschäftigt sich mit einem speziellen Teilgebiet der Genetik - Populationsgenetik. Beim Menschen werden drei Arten von Populationen unterschieden: 1) panmiktische, 2) Demen, 3) Isolate, die sich in Anzahl, Häufigkeit von gruppeninternen Ehen, dem Anteil der Einwanderer und dem Bevölkerungswachstum voneinander unterscheiden. Die Bevölkerung einer Großstadt entspricht der panmiktischen Bevölkerung. Die genetischen Merkmale jeder Population umfassen die folgenden Indikatoren: 1) gen Pool(Gesamtheit der Genotypen aller Individuen einer Population), 2) Genhäufigkeiten, 3) Genotyphäufigkeiten, 4) Phänotyphäufigkeiten, Ehesystem, 5) Faktoren, die Genhäufigkeiten verändern.

Um die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Gene und Genotypen zu bestimmen, Hardy-Weinberg-Gesetz.

Hardy-Weinberg-Gesetz

In einer idealen Population bleibt von Generation zu Generation ein streng definiertes Verhältnis von Häufigkeiten dominanter und rezessiver Gene (1) sowie das Verhältnis von Häufigkeiten genotypischer Klassen von Individuen (2) erhalten.

p + q = 1, (1)
R 2 + 2pq + q 2 = 1, (2)

wo p— Häufigkeit des Vorkommens des dominanten Gens A; q- die Häufigkeit des Auftretens des rezessiven Gens a; R 2 - die Häufigkeit des Auftretens von Homozygoten für das dominante AA; 2 pq- Häufigkeit des Auftretens von Aa-Heterozygoten; q 2 - die Häufigkeit des Auftretens von Homozygoten für das rezessive aa.

Die ideale Population ist eine ausreichend große, panmiktische (Panmixia - freie Kreuzung) Population, in der es keinen Mutationsprozess, keine natürliche Selektion und andere Faktoren gibt, die das Gleichgewicht der Gene stören. Es ist klar, dass ideale Populationen in der Natur nicht existieren; in realen Populationen wird das Hardy-Weinberg-Gesetz mit Änderungen verwendet.

Insbesondere das Hardy-Weinberg-Gesetz wird verwendet, um die Träger rezessiver Gene für Erbkrankheiten grob zu zählen. Beispielsweise ist bekannt, dass Phenylketonurie in einer bestimmten Population mit einer Rate von 1:10.000 auftritt. Phenylketonurie wird autosomal-rezessiv vererbt, daher haben Patienten mit Phenylketonurie den aa-Genotyp, das heißt q 2 = 0,0001. Von hier: q = 0,01; p= 1 - 0,01 = 0,99. Träger des rezessiven Gens haben den Aa-Genotyp, sind also heterozygot. Die Häufigkeit des Auftretens von Heterozygoten (2 pq) ist 2 0,99 0,01 ≈ 0,02. Schlussfolgerung: In dieser Population sind etwa 2 % der Bevölkerung Träger des Phenylketonurie-Gens. Gleichzeitig können Sie die Häufigkeit des Auftretens von Homozygoten für die Dominante (AA) berechnen: p 2 = 0,992, knapp unter 98 %.

Eine Veränderung des Gleichgewichts von Genotypen und Allelen in einer panmiktischen Population erfolgt unter dem Einfluss ständig wirkender Faktoren, zu denen gehören: Mutationsprozess, Populationswellen, Isolation, natürliche Selektion, Gendrift, Auswanderung, Einwanderung, Inzucht. Dank dieser Phänomene entsteht ein elementares Evolutionsphänomen - eine Veränderung der genetischen Zusammensetzung einer Population, die das Anfangsstadium des Speziationsprozesses darstellt.

Die Humangenetik ist einer der sich am intensivsten entwickelnden Wissenschaftszweige. Es ist die theoretische Grundlage der Medizin, offenbart die biologischen Grundlagen von Erbkrankheiten. Wenn Sie die genetische Natur von Krankheiten kennen, können Sie rechtzeitig eine genaue Diagnose stellen und die notwendige Behandlung durchführen.

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Es gibt verschiedene Methoden, um genetische Mutationen nachzuweisen. Southern-Blotting oben beschrieben wird verwendet, um große genomische Mutationen nachzuweisen. Andere Verfahren verwenden PCR-amplifizierte oder klonierte DNA.Mutationen können direkt durch Sequenzierung (Bestimmung der Primärstruktur von DNA-Makromolekülen)oder unter Verwendung von Radioisotopen- und Fluoreszenzsystemen nachgewiesen werden.

Sie können auch durch Vergleich der Sequenz identifiziert werden Tumor-DNA mit DNA aus normalen Geweben isoliert oder durch Vergleich mit der in der Literatur beschriebenen normalen DNA-Sequenz (z. B. in im Internet veröffentlichten Datenbanken).

Analyse des Konformationspolymorphismus einsträngig- ein Radioisotopenverfahren zur Bestimmung von Mutationen, basierend auf einer Veränderung der Form (Konformation) mutierter DNA, die durch Elektrophorese nachgewiesen werden kann. Dazu wird normale und Tumor-DNA per PCR kloniert, denaturiert und gelelektrophoretisch untersucht. Die mutierte DNA ändert ihre Konformation in eine nicht normale Form und erwirbt bei der Elektrophorese eine nicht normale Mobilität.

Diese Änderungen sind leicht zu erkennen, wenn Radioautogramme. Die folgende Abbildung veranschaulicht die Technik zur Analyse des Konformationspolymorphismus von einzelsträngiger (einzelsträngiger) DNA.

Denaturierte Hochleistung Flüssigkeits-Chromatographie- ein neues Verfahren zum Nachweis von Mutationen, das ohne Verwendung radioaktiver Substanzen auskommt. In dieser Studie werden normale und Tumor-DNA durch PCR amplifiziert (geklont), gemischt und denaturiert, um eine Mischung aus einzelsträngigen DNA-Molekülen zu bilden. Anschließend erfolgt ein langsames Annealing, wodurch wieder doppelsträngige DNA gebildet wird.

Beim Paaren des Fadens normale DNS mit dem Tumorfaden am Ort der Mutation wird die Paarung gestört - der sogenannte Heteroduplex. Dieser Heteroduplex hat einen Schmelzpunkt, der sich von dem von normaler und Tumor-DNA unterscheidet, d. h. Homoduplex-Moleküle und kann daher leicht chromatographisch bestimmt werden.

Andere Erkennungsmethoden Mutationen- denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese, allelspezifische Oligonukleotidanalyse und allelspezifische Amplifikation - basierend auf dem Nachweis von Unterschieden in den Sequenzen von normaler und Tumor-DNA.

Jedes von diesen Methoden(mit Ausnahme der direkten Sequenzierung) ist ein Mittel zum Screening auf das Vorhandensein einer Mutation, bestimmt jedoch nicht deren Typ oder die Art der Sequenzstörung. Derzeit wurden Instrumente und Methoden entwickelt, die es uns ermöglichen, große Fragmente des Genoms zu untersuchen und unsere Fähigkeit zur Erkennung von Mutationen exponentiell zu erhöhen.

Diese beinhalten Molekulargenetische Analyse von DNA(Microarray-Analyse) unter Verwendung von Genchips oder Biochips und dem transgenomischen WAVE DNA Fragmentation Analysis System, entwickelt in Kalifornien von Transgenomic.

Analyse der Konformation einzelsträngiger DNA.
Links - normale Allele haben die gleiche Sequenz und dementsprechend die gleiche Konformation, bilden zwei identische Streifen.
Das mutierte Allel ist rechts gezeigt. Die dunklen und hellen Segmente haben eine leicht unterschiedliche Sequenz und wandern daher im Gel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.
Als Ergebnis werden vier Streifen gebildet. Diese Technik ist empfindlich zum Nachweis von Unterschieden mehrerer Basenpaare.

Die bedeutendsten Veränderungen im genetischen Apparat treten während auf genomische Mutationen, d.h. wenn sich die Anzahl der Chromosomen im Satz ändert. Sie können entweder einzelne Chromosomen betreffen ( Aneuploidie) oder ganze Genome ( Euploidie).

Bei Tieren die Hauptsache diploid das Niveau der Ploidie, das mit der Dominanz ihrer sexuellen Fortpflanzungsweise verbunden ist. Polyploidie bei Tieren ist es extrem selten, zum Beispiel bei Spulwürmern und Rädertierchen. Haploidie auf der Ebene des Organismus ist es auch bei Tieren selten (z. B. Drohnen bei Bienen). Haploid sind die Keimzellen von Tieren, was eine tiefe biologische Bedeutung hat: Durch die Veränderung der Kernphasen wird das optimale Ploidieniveau stabilisiert - diploid. Die haploide Chromosomenzahl wird als Basischromosomenzahl bezeichnet.

In Pflanzen treten Haploide spontan in Populationen mit geringer Häufigkeit auf (Mais hat 1 Haploide pro 1000 Diploide). Die phänotypischen Merkmale von Haploiden werden durch zwei Faktoren bestimmt: die äußere Ähnlichkeit mit den entsprechenden Diploiden, von denen sie sich in kleineren Größen unterscheiden, und die Manifestation rezessiver Gene, die sich in ihrem homozygoten Zustand befinden. Haploide sind normalerweise steril, weil Ihnen fehlen homologe Chromosomen und die Meiose kann nicht normal ablaufen. Fruchtbare Gameten in Haploiden können in folgenden Fällen gebildet werden: a) wenn Chromosomen in der Meiose nach Typ 0- auseinanderlaufen n(d. h. der gesamte haploide Chromosomensatz geht zu einem Pol); b) mit spontaner Diploidisierung von Keimzellen. Ihre Verschmelzung führt zur Bildung diploider Nachkommen.

Viele Pflanzen haben ein breites Spektrum an Ploidiegraden. Beispielsweise reicht die Anzahl der Chromosomen innerhalb der Gattung Poa (Bluegrass) von 14 bis 256, d.h. Grundchromosomenzahl ( n= 7) erhöht sich um das Zehnfache. Allerdings sind nicht alle Chromosomenzahlen optimal und gewährleisten die normale Lebensfähigkeit von Individuen. Es gibt biologisch optimale und evolutionär optimale Ploidiegrade. Bei geschlechtlichen Arten fallen sie normalerweise zusammen (Diploidie). Bei fakultativ apomiktischen Arten ist das evolutionär optimale Niveau oft das tetraploide Niveau, das die Möglichkeit einer Kombination von sexueller Fortpflanzung und Apomixis (dh Parthenogenese) zulässt. Es ist das Vorhandensein einer apomiktischen Fortpflanzungsform, die seither die weite Verbreitung der Polyploidie bei Pflanzen erklärt. Bei sexuellen Arten führt Polyploidie aufgrund von Störungen der Meiose normalerweise zu Sterilität, während bei Apomikten keine Meiose während der Gametenbildung auftritt und sie häufig polyploid sind.

Bei einigen Pflanzengattungen bilden die Arten polyploide Reihen mit Chromosomenzahlen, die ein Vielfaches der Basenzahl sind. Eine solche Reihe existiert zum Beispiel bei Weizen: Triticum monococcum 2 n= 14 (Einkornweizen); Tr. Hartweizen 2 n= 28 (Hartweizen); Tr. ästhetisch 2 n= 42 (Weichweizen).

Unterscheiden Sie zwischen Autopolyploidie und Allopolyploidie.

Autopolyploidie

Autopolyploidie ist eine Zunahme der Anzahl haploider Chromosomensätze einer Art. Die erste Mutante, ein Autotetraploid, wurde Anfang des 20. Jahrhunderts beschrieben. G. de Vries bei Nachtkerze. Es hatte 14 statt 7 Chromosomenpaare. Weitere Untersuchungen der Chromosomenzahl bei Vertretern verschiedener Familien zeigten die weite Verbreitung der Autopolyploidie in der Pflanzenwelt. Bei der Autopolyploidie kommt es entweder zu einer geraden (Tetraploiden, Hexaploiden) oder ungeraden (Triploiden, Pentaploiden) Zunahme der Chromosomensätze. Autopolyploide unterscheiden sich von Diploiden durch die größere Größe aller Organe, einschließlich der Fortpflanzungsorgane. Diese beruht auf einer Zunahme der Zellgröße mit zunehmender Ploidie (nuklearer Plasmaindex).

Pflanzen reagieren unterschiedlich auf eine Erhöhung der Chromosomenzahl. Wenn durch Polyploidie die Chromosomenzahl über das Optimum hinausgeht, dann sind Autopolyploide, die einzelne Anzeichen von Gigantismus zeigen, im Allgemeinen weniger entwickelt, wie zum Beispiel 84-chromosomaler Weizen. Autopolyploide weisen aufgrund von Störungen der Meiose während der Reifung von Keimzellen häufig einen gewissen Grad an Sterilität auf. Manchmal erweisen sich hochpolyploide Formen im Allgemeinen als nicht lebensfähig und steril.

Autopolyploidie ist das Ergebnis einer Störung im Prozess der Zellteilung (Mitose oder Meiose). Mitotische Polyploidie resultiert aus der Nichtdisjunktion von Tochterchromosomen in der Prophase. Wenn es während der ersten Teilung der Zygote auftritt, sind alle Zellen des Embryos polyploid; wenn in späteren Stadien somatische Mosaike gebildet werden - Organismen, deren Körperteile aus polyploiden Zellen bestehen. Die mitotische Polyploidisierung somatischer Zellen kann in verschiedenen Stadien der Ontogenese auftreten. Meiotische Polyploidie wird beobachtet, wenn Meiose verloren geht oder durch Mitose oder eine andere Art von nicht-reduktiver Teilung während der Bildung von Keimzellen ersetzt wird. Das Ergebnis ist die Bildung nicht reduzierter Gameten, deren Verschmelzung zum Auftreten polyploider Nachkommen führt. Solche Gameten werden am häufigsten bei apomiktischen Arten und als Ausnahme bei sexuellen Arten gebildet.

Sehr oft kreuzen sich Autotetraploide nicht mit den Diploiden, von denen sie abstammen. Gelingt die Kreuzung zwischen ihnen dennoch, so entstehen in der Folge Autotriploiden. Ungerade Polyploide sind in der Regel hochsteril und nicht zur Samenvermehrung fähig. Aber für einige Pflanzen scheint Triploidie das optimale Ploidieniveau zu sein. Solche Pflanzen zeigen im Vergleich zu Diploiden Anzeichen von Gigantismus. Beispiele sind triploide Espe, triploide Zuckerrübe, einige Sorten von Apfelbäumen. Die Reproduktion von triploiden Formen erfolgt entweder durch Apomixis oder durch vegetative Reproduktion.

Zur künstlichen Herstellung polyploider Zellen wird ein starkes Gift verwendet - Colchicin, das aus der Herbst-Colchicum-Pflanze (Colchicum automnale) gewonnen wird. Seine Wirkung ist wirklich universell: Sie können Polyploide von jeder Pflanze bekommen.

Allopolyploidie

Allopolyploidie- Dies ist eine Verdoppelung des Chromosomensatzes bei entfernten Hybriden. Wenn zum Beispiel ein Hybrid zwei verschiedene AB-Genome hat, dann ist das polyploide Genom AABB. Interspezifische Hybriden erweisen sich oft als unfruchtbar, selbst wenn die zur Kreuzung genommenen Arten die gleiche Chromosomenzahl haben. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Chromosomen verschiedener Arten nicht homolog sind und daher die Prozesse der Konjugation und Divergenz der Chromosomen gestört sind. Verstöße sind noch ausgeprägter, wenn die Anzahl der Chromosomen nicht übereinstimmt. Wenn der Hybrid die Chromosomen im Ei spontan dupliziert, wird ein Allopolyploid erhalten, das zwei diploide Sätze von Elternarten enthält. In diesem Fall verläuft die Meiose normal und die Pflanze ist fruchtbar. Ähnliche allopolyploide S.G. Navashin schlug vor, sie Amphidiploiden zu nennen.

Es ist heute bekannt, dass viele natürlich vorkommende polyploide Formen Allopolyploidie sind, zum Beispiel ist Weichweizen mit 42 Chromosomen ein Amphidiploid, der aus der Kreuzung eines tetraploiden Weizens und einer diploiden verwandten Aegilops-Art (Aegilops L.) mit anschließender Verdoppelung des Chromosomensatzes hervorgegangen ist eines triploiden Hybriden.

Die allopolyploide Natur wurde in einer Reihe von kultivierten Pflanzenarten wie Tabak, Raps, Zwiebel, Weide usw. festgestellt. Somit ist die Allopolyploidie in Pflanzen neben der Hybridisierung einer der Mechanismen der Speziation.

Aneuploidie

Aneuploidie bezeichnen eine Änderung der Anzahl einzelner Chromosomen im Karyotyp. Das Auftreten von Aneuploiden ist eine Folge einer unsachgemäßen Divergenz von Chromosomen im Prozess der Zellteilung. Aneuploide entstehen oft bei den Nachkommen von Autopolyploiden, die aufgrund falscher Divergenz von Multivalenten zu Gameten mit abnormalen Chromosomenzahlen führen. Als Ergebnis ihrer Verschmelzung entstehen Aneuploide. Wenn ein Gamete einen Satz Chromosomen hat n+ 1 und die andere - n, dann aus ihrer Fusion, trisom- diploid mit einem zusätzlichen Chromosom im Satz. Wenn ein Gamet mit einem Satz Chromosomen n- 1 verschmilzt mit normal ( n), dann wird es gebildet monosom Ein Diploid mit einem fehlenden Chromosom. Wenn zwei homologe Chromosomen im Satz fehlen, wird ein solcher Organismus genannt nullisomisch. In Pflanzen sind sowohl Monosomie als auch Trisomie oft lebensfähig, obwohl der Verlust oder die Hinzufügung eines Chromosoms bestimmte Veränderungen im Phänotyp verursacht. Die Wirkung der Aneuploidie hängt von der Anzahl der Chromosomen und der genetischen Ausstattung des zusätzlichen oder fehlenden Chromosoms ab. Je mehr Chromosomen in einem Satz vorhanden sind, desto unempfindlicher sind Pflanzen gegenüber Aneuploidie. Trisomen in Pflanzen sind etwas weniger lebensfähig als normale Individuen, und ihre Fruchtbarkeit ist reduziert.

Monosomen in kultivierten Pflanzen wie Weizen werden in der genetischen Analyse häufig verwendet, um die Lokalisierung verschiedener Gene zu bestimmen. Sowohl bei Weizen als auch bei Tabak und anderen Pflanzen sind monosome Serien entstanden, die aus Linien bestehen, in denen jeweils ein Chromosom des normalen Satzes verloren gegangen ist. Auch bei Weizen sind Nullisomics mit 40 Chromosomen (statt 42) bekannt. Je nachdem, welches der 21. Chromosomenpaare fehlt, sind ihre Lebensfähigkeit und Fruchtbarkeit reduziert.

Aneuploidie in Pflanzen ist eng mit Polyploidie verwandt. Deutlich wird dies am Beispiel von Bluegrass. Innerhalb der Gattung Roa sind Arten bekannt, die polyploide Reihen mit Chromosomenzahlen bilden, die Vielfache einer Grundzahl sind ( n= 7): 14, 28, 42, 56. Bei Wiesenrispe geht die Euploidie fast verloren und wird durch Aneuploidie ersetzt. Die Anzahl der Chromosomen in verschiedenen Biotypen dieser Art variiert zwischen 50 und 100 und ist kein Vielfaches der Hauptzahl, die mit Aneuploidie verbunden ist. Aneuploide Formen bleiben erhalten, da sie sich parthenogenetisch vermehren. Laut Genetikern ist die Aneuploidie einer der Mechanismen der Genomentwicklung in Pflanzen.

Bei Tieren und Menschen hat eine Veränderung der Chromosomenzahl weitaus schwerwiegendere Folgen. Ein Beispiel für Monosomie ist Drosophila mit einem Mangel des 4. Chromosoms. Es ist das kleinste Chromosom im Satz, aber es enthält den nukleolären Organisator und bildet daher den Nukleolus. Sein Fehlen führt zu einer Abnahme der Fliegengröße, einer Abnahme der Fruchtbarkeit und einer Änderung einer Reihe morphologischer Merkmale. Die Fliegen sind jedoch lebensfähig. Der Verlust eines Homologs von anderen Chromosomenpaaren wirkt tödlich.

Beim Menschen führen genomische Mutationen meist zu schweren Erbkrankheiten. Die Monosomie auf dem X-Chromosom führt also zum Shereshevsky-Turner-Syndrom, das durch eine körperliche, geistige und sexuelle Unterentwicklung von Trägern dieser Mutation gekennzeichnet ist. Ähnlich wirkt sich eine Trisomie auf dem X-Chromosom aus. Das Vorhandensein eines zusätzlichen 21. Chromosoms im Karyotyp führt zur Entwicklung des bekannten Down-Syndroms. (Näheres dazu im Vortrag „