Muutokset kromosomien rakenteellisessa organisaatiossa. Kromosomimutaatiot

Huolimatta evoluutiossa todistetusta mekanismista, joka mahdollistaa kromosomien jatkuvan fysikaalis-kemiallisen ja morfologisen järjestyksen ylläpitämisen useissa solusukupolvissa, tämä organisaatio voi muuttua erilaisten vaikutusten vaikutuksesta. Muutokset kromosomin rakenteessa perustuvat pääsääntöisesti sen eheyden alkuperäiseen rikkomiseen - katkokseen, joihin liittyy erilaisia ​​​​uudelleenjärjestelyjä, ns. kromosomimutaatiot tai poikkeavuuksia.

Kromosomikatkoksia esiintyy säännöllisesti risteytyksen aikana, kun niihin liittyy vastaavien alueiden vaihtoa homologien välillä (katso kohta 3.6.2.3). Ristikkäisyyden rikkominen, jossa kromosomit vaihtavat epätasaista geneettistä materiaalia, johtaa uusien kytkentäryhmien syntymiseen, joissa yksittäiset osat putoavat - divisioona - tai tuplaa - päällekkäisyyksiä(Kuva 3.57). Tällaisilla uudelleenjärjestelyillä geenien lukumäärä kytkentäryhmässä muuttuu.

Kromosomikatkot voivat tapahtua myös erilaisten mutageenisten tekijöiden, pääasiassa fysikaalisten (ionisoiva ja muun tyyppinen säteily), joidenkin kemiallisten yhdisteiden ja virusten vaikutuksesta.

Riisi. 3.57. Kromosomien uudelleenjärjestelyjen tyypit

Kromosomin eheyden rikkomiseen voi liittyä sen osan kierto, joka sijaitsee kahden tauon välissä, 180 ° - inversio. Riippuen siitä, sisältääkö tämä alue sentromeerialueen vai ei, niitä on perikeskinen ja parakeskiset inversiot(Kuva 3.57).

Siitä tauon aikana irronneen kromosomin fragmentin solu voi menettää seuraavan mitoosin aikana, jos sillä ei ole sentromeeriä. Useammin tällainen fragmentti on kiinnitetty johonkin kromosomeista - translokaatio. Usein kaksi vaurioitunutta ei-homologista kromosomia vaihtavat keskenään irrotettuja osia - vastavuoroinen translokaatio(Kuva 3.57). On mahdollista kiinnittää fragmentti omaan kromosomiinsa, mutta uuteen paikkaan - osaksi kansallista lainsäädäntöä(Kuva 3.57). Siten erityyppisille inversioille ja translokaatioille on ominaista muutos geenien lokalisaatiossa.

Kromosomien uudelleenjärjestelyt ilmenevät yleensä kromosomien morfologian muutoksena, joka voidaan havaita valomikroskoopilla. Metakeskiset kromosomit muuttuvat submetakeskisiksi ja akrosentrisiksi ja päinvastoin (kuva 3.58), rengas- ja monisentriset kromosomit ilmaantuvat (kuva 3.59). Erityinen kromosomimutaatioiden luokka ovat poikkeamat, jotka liittyvät kromosomien keskitettyyn fuusioon tai erottumiseen, kun kaksi ei-homologista rakennetta yhdistetään yhdeksi - robertsonin translokaatio, tai yksi kromosomi muodostaa kaksi itsenäistä kromosomia (kuva 3.60). Tällaisilla mutaatioilla ei esiinny vain kromosomeja, joilla on uusi morfologia, vaan myös niiden lukumäärä karyotyypissä muuttuu.

Riisi. 3.58. Kromosomien muodon muuttaminen

perikeskisten inversioiden seurauksena

Riisi. 3.59. Renkaan muodostuminen ( minä) ja monikeskinen ( II) kromosomit

Riisi. 3.60. Keskeiseen fuusioon liittyvät kromosomien uudelleenjärjestelyt

tai kromosomien erottuminen aiheuttaa muutoksia kromosomien lukumäärässä

karyotyypissä

Riisi. 3.61. Silmukka, joka muodostuu homologisten kromosomien konjugoinnissa, jotka kuljettavat erilaista perinnöllistä materiaalia vastaavilla alueilla kromosomien uudelleenjärjestelyn seurauksena

Kuvattuihin kromosomien rakenteellisiin muutoksiin liittyy pääsääntöisesti muutos emosolun jakautumisen jälkeen uuden sukupolven solujen vastaanottamassa geneettisessä ohjelmassa, koska geenien määrällinen suhde muuttuu (jakautumisten ja päällekkäisyyksien aikana), niiden toiminnan luonne muuttuu johtuen kromosomin suhteellisen sijainnin muutoksesta (inversion ja transponoinnin aikana) tai siirtymisestä toiseen kytkentäryhmään (translokaation aikana). Useimmiten tällaiset kromosomien rakenteelliset muutokset vaikuttavat haitallisesti kehon yksittäisten somaattisten solujen elinkykyyn, mutta sukusolujen esiasteissa tapahtuvilla kromosomaalisilla uudelleenjärjestelyillä on erityisen vakavia seurauksia.

Sukusolujen esiasteiden kromosomien rakenteen muutoksiin liittyy meioosissa olevien homologien konjugaatioprosessin rikkominen ja niiden myöhempi ero. Joten yhden kromosomin osan jakautumiseen tai kaksinkertaistumiseen liittyy silmukan muodostuminen homologilla, jossa on ylimääräistä materiaalia konjugaation aikana (kuva 3.61). Kahden ei-homologisen kromosomin välinen käänteinen translokaatio johtaa konjugaation aikana ei bivalentin, vaan neliarvoisen kromosomin muodostumiseen, jossa kromosomit muodostavat ristikuvion eri kromosomeissa sijaitsevien homologisten alueiden vetovoiman vuoksi (kuva 3.62). Osallistumiseen suuremman kromosomien määrän vastavuoroisiin translokaatioihin, joissa muodostuu polyvalentti, liittyy vielä monimutkaisempien rakenteiden muodostuminen konjugaation aikana (kuva 3.63).

Inversion tapauksessa meioosin I-vaiheessa esiintyvä bivalentti muodostaa silmukan, joka sisältää keskenään käänteisen osan (kuva 3.64).

Muuntuneiden kromosomien muodostamien rakenteiden konjugaatio ja myöhempi erot johtavat uusien kromosomien uudelleenjärjestelyihin. Tämän seurauksena sukusolut, jotka saavat viallista perinnöllistä materiaalia, eivät pysty varmistamaan uuden sukupolven normaalin organismin muodostumista. Syynä tähän on yksittäisten kromosomien muodostavien geenien suhteen ja niiden suhteellisen sijainnin rikkominen.

Huolimatta kromosomimutaatioiden tavallisesti epäsuotuisista seurauksista, ne kuitenkin joskus osoittautuvat yhteensopiviksi solun ja organismin elämän kanssa ja tarjoavat mahdollisuuden biologisen evoluution taustalla olevan kromosomirakenteen kehittymiseen. Joten kooltaan pienet jaostot voidaan säilyttää heterotsygoottisessa tilassa useiden sukupolvien ajan. Kaksinkertaistuminen on vähemmän haitallista kuin jakautuminen, vaikka suuri määrä materiaalia suurennetussa annoksessa (yli 10 % genomista) johtaa organismin kuolemaan.

Riisi. 3.64. Kromosomikonjugaatio inversioiden aikana:

minä- parasentrinen inversio yhdessä homologeista, II- peridenttinen inversio yhdessä homologeista

Usein Robertsonin translokaatiot ovat elinkelpoisia, usein ne eivät liity muutokseen perinnöllisen materiaalin määrässä. Tämä voi selittää kromosomien lukumäärän vaihtelun läheisten sukulajien organismien soluissa. Esimerkiksi eri Drosophila-lajeissa haploidijoukon kromosomien lukumäärä vaihtelee 3:sta 6:een, mikä selittyy kromosomien fuusio- ja erotusprosesseilla. Ehkä olennainen hetki lajin ulkonäössä Homo sapiens hänen apinanomaisessa esi-isänsä kromosomeissa tapahtui rakenteellisia muutoksia. On todettu, että ihmisen suuren toisen kromosomin kaksi haaraa vastaavat kahta erilaista nykyajan suurapinoiden kromosomia (simpanssit 12 ja 13, gorillat ja orangut 13 ja 14). Luultavasti tämä ihmisen kromosomi muodostui kahden apinan kromosomin keskitetyn fuusion seurauksena, joka on samanlainen kuin Robertsonin translokaatio.

Translokaatiot, transpositiot ja inversiot johtavat merkittävään vaihteluun kromosomien morfologiassa, mikä on niiden evoluution taustalla. Ihmisen kromosomien analyysi on osoittanut, että sen 4., 5., 12. ja 17. kromosomi eroavat vastaavista simpanssin kromosomeista perisentrisillä inversioilla.

Siten muutokset kromosomiorganisaatiossa, joilla on useimmiten haitallinen vaikutus solun ja organismin elinkykyyn, voivat tietyllä todennäköisyydellä olla lupaavia, periytyä useisiin solu- ja organismisukupolviin ja luoda edellytyksiä solujen ja organismien kehittymiselle. perinnöllisen materiaalin kromosomiorganisaatio.

Mutaatioiden vaihtelua esiintyy mutaatioiden ilmaantuessa – genotyypissä (eli DNA-molekyylissä) pysyviä muutoksia, jotka voivat vaikuttaa kokonaisiin kromosomeihin, niiden osiin tai yksittäisiin geeneihin.

Mutaatiot voivat olla hyödyllisiä, haitallisia tai neutraaleja. Nykyaikaisen luokituksen mukaan mutaatiot jaetaan yleensä seuraaviin ryhmiin.

1. Genomiset mutaatiot liittyy kromosomien lukumäärän muutokseen. Erityisen kiinnostava on POLYPLOIDY - kromosomien lukumäärän moninkertainen lisääntyminen, ts. 2n kromosomijoukon sijaan ilmestyy joukko 3n, 4n, 5n tai enemmän. Polyploidian esiintyminen liittyy solujen jakautumismekanismin rikkomiseen. Erityisesti homologisten kromosomien erottamattomuus meioosin ensimmäisen jakautumisen aikana johtaa sukusolujen ilmestymiseen, joissa on 2n kromosomisarja.

Polyploidia on yleistä kasveissa ja paljon harvemmin eläimissä (suolimato, silkkiäistoukka, jotkut sammakkoeläimet). Polyploidisille organismeille on yleensä ominaista suuremmat koot, lisääntynyt orgaanisten aineiden synteesi, mikä tekee niistä erityisen arvokkaita jalostustyössä.

Yksittäisten kromosomien lisäykseen tai katoamiseen liittyvää kromosomien lukumäärän muutosta kutsutaan aneuploidiaksi. Aneuploidia mutaatio voidaan kirjoittaa muodossa 2n-1, 2n+1, 2n-2 jne. Aneuploidia on ominaista kaikille eläimille ja kasveille. Ihmisillä monet sairaudet liittyvät aneuploidiaan. Esimerkiksi Downin tauti liittyy ylimääräisen kromosomin esiintymiseen 21. parissa.

2. Kromosomimutaatiot - tämä on kromosomien uudelleenjärjestely, muutos niiden rakenteessa. Erilliset kromosomien osat voivat kadota, kaksinkertaistua, muuttaa sijaintiaan.

Kaavamaisesti tämä voidaan esittää seuraavasti:

ABCDE normaali geenijärjestys

Kromosomin segmentin ABBCDE-kopiointi

ABDE:n yhden osan menetys

ABEDC 180 asteen käännös

ABCFG-alueen vaihto ei-homologisen kromosomin kanssa

Kuten genomisilla mutaatioilla, kromosomimutaatioilla on valtava rooli evoluutioprosesseissa.

3. Geenimutaatiot liittyy muutokseen geenin sisällä olevien DNA-nukleotidien koostumuksessa tai sekvenssissä. Geenimutaatiot ovat tärkeimmät kaikista mutaatiokategorioista.

Proteiinisynteesi perustuu geenin nukleotidien järjestyksen ja proteiinimolekyylin aminohappojärjestyksen väliseen vastaavuuteen. Geenimutaatioiden esiintyminen (muutokset nukleotidien koostumuksessa ja sekvenssissä) muuttaa vastaavien entsyymiproteiinien koostumusta ja johtaa sen seurauksena fenotyyppisiin muutoksiin. Mutaatiot voivat vaikuttaa kaikkiin organismien morfologian, fysiologian ja biokemian piirteisiin. Myös monet ihmisen perinnölliset sairaudet johtuvat geenimutaatioista.

Mutaatiot luonnollisissa olosuhteissa ovat harvinaisia ​​- yksi tietyn geenin mutaatio 1000-100000 solua kohden. Mutta mutaatioprosessi jatkuu jatkuvasti, genotyyppeihin kertyy jatkuvasti mutaatioita. Ja jos otamme huomioon, että geenien määrä kehossa on suuri, voimme sanoa, että kaikkien elävien organismien genotyypeissä on huomattava määrä geenimutaatioita.

Mutaatiot ovat suurin biologinen tekijä, joka määrää organismien valtavan perinnöllisen vaihtelun, mikä tarjoaa materiaalia evoluutiolle.

Mutaatioiden syynä voivat olla solujen aineenvaihdunnan luonnolliset häiriöt (spontaanit mutaatiot) ja erilaisten ympäristötekijöiden toiminta (indusoituneet mutaatiot). Mutaatioita aiheuttavia tekijöitä kutsutaan mutageeneiksi. Mutageenit voivat olla fysikaalisia tekijöitä - säteilyä, lämpötilaa... Biologisia mutageeneja ovat virukset, jotka pystyvät siirtämään geenejä ei vain läheisten, vaan myös kaukaisten systemaattisten ryhmien organismien välillä.

Ihmisen taloudellinen toiminta on tuonut valtavan määrän mutageeneja biosfääriin.

Useimmat mutaatiot ovat epäsuotuisia yksilön elämän kannalta, mutta joskus esiintyy mutaatioita, jotka voivat kiinnostaa jalostuksen tutkijoita. Tällä hetkellä on kehitetty kohdennetun mutageneesin menetelmiä.

1. Mutaatiot voivat olla fenotyypin muutoksen luonteen mukaan biokemiallisia, fysiologisia, anatomisia ja morfologisia.

2. Mutaatiot jaetaan sopeutumisasteen mukaan hyödyllisiin ja haitallisiin. Haitallinen - voi olla tappava ja aiheuttaa organismin kuoleman jopa alkion kehityksessä.

Useimmiten mutaatiot ovat haitallisia, koska ominaisuudet ovat yleensä seurausta valinnasta ja mukauttavat organismin ympäristöönsä. Mutaatio muuttaa aina sopeutumista. Sen hyödyllisyyden tai hyödyttömyyden aste määräytyy ajan mukaan. Jos mutaatio mahdollistaa organismin sopeutumisen paremmin, antaa uuden mahdollisuuden selviytyä, se "poimitaan" valikoimalla ja kiinnitetään populaatioon.

3. Mutaatiot ovat suoria ja käänteisiä. Jälkimmäiset ovat paljon harvinaisempia. Yleensä suora mutaatio liittyy geenin toimintahäiriöön. Todennäköisyys sekundaariseen mutaatioon vastakkaiseen suuntaan samassa kohdassa on hyvin pieni, muut geenit mutatoituvat useammin.

Mutaatiot ovat useammin resessiivisiä, koska hallitsevat ilmaantuvat välittömästi ja ne helposti "hylätään" valinnalla.

4. Genotyypin muutoksen luonteen mukaan mutaatiot jaetaan geeni-, kromosomaalisiin ja genomiin.

Geeni- tai pistemutaatiot - DNA-molekyylin yhden geenin nukleotidin muutos, joka johtaa epänormaalin geenin muodostumiseen ja sen seurauksena epänormaaliin proteiinirakenteeseen ja epänormaalin piirteen kehittymiseen. Geenimutaatio on seurausta "virheestä" DNA:n replikaatiossa.

Geenimutaation seurauksena ihmisillä ovat sairaudet, kuten sirppisoluanemia, fenyyliketonuria, värisokeus ja hemofilia. Geenimutaation seurauksena syntyy uusia geenien alleeleja, mikä on tärkeää evoluutioprosessin kannalta.

Kromosomimutaatiot - muutokset kromosomien rakenteessa, kromosomien uudelleenjärjestelyt. Kromosomimutaatioiden päätyypit voidaan erottaa:

a) deleetio - kromosomisegmentin menetys;

b) translokaatio - osan kromosomeista siirtyminen toiseen ei-homologiseen kromosomiin, jonka seurauksena - muutos geenien kytkentäryhmässä;

c) inversio - kromosomisegmentin kierto 180 °;

d) kaksinkertaistuminen - geenien kaksinkertaistuminen tietyllä kromosomin alueella.

Kromosomimutaatiot johtavat geenien toiminnan muutokseen ja ovat tärkeitä lajin evoluutiossa.

Genomimutaatiot - muutokset kromosomien lukumäärässä solussa, kromosomin ylimääräinen ilmaantuminen tai menetys meioosin rikkomisen seurauksena. Kromosomien lukumäärän moninkertaista kasvua kutsutaan polyploidiaksi (3n, 4/r jne.). Tämäntyyppinen mutaatio on yleinen kasveissa. Monet viljelykasvit ovat polyploideja suhteessa villiin esi-isiensä. Kromosomien lisääntyminen yhdellä tai kahdella eläimillä johtaa poikkeamiin organismin kehityksessä tai kuolemassa. Esimerkki: Downin oireyhtymä ihmisillä - trisomia 21. parilla, yhteensä solussa on 47 kromosomia. Mutaatioita voidaan saada keinotekoisesti säteilyn, röntgensäteiden, ultravioletin, kemiallisten aineiden ja lämpöaltistuksen avulla.

Homologisen sarjan laki N.I. Vavilov. Venäläinen biologi N.I. Vavilov selvitti mutaatioiden esiintymisen luonteen läheisissä lajeissa: "Geneettisesti läheisille sukulaisille ja lajeille on ominaista samanlainen perinnöllinen vaihtelusarja sellaisella säännöllisyydellä, että yhden lajin sisällä olevien muotojen lukumäärän perusteella voidaan ennakoida niiden esiintyminen. rinnakkaisia ​​muotoja muissa lajeissa ja suvuissa."

Lain löytäminen helpotti perinnöllisten poikkeamien etsimistä. Kun tiedetään yhden lajin vaihtelu ja mutaatiot, voidaan ennakoida niiden esiintymisen mahdollisuus lähilajeihin, mikä on tärkeää jalostuksessa.



Muutoksia kromosomien rakenteessa ovat deleetiot, translokaatiot, inversiot, duplikaatiot, insertiot.

Poistot nämä ovat muutoksia kromosomien rakenteessa sen paikan puuttumisen muodossa. Tässä tapauksessa on mahdollista kehittää yksinkertainen deleetio tai deleetio, jossa on toisen kromosomin osan kaksoiskappale.

Jälkimmäisessä tapauksessa syy kromosomin rakenteen muutokseen on pääsääntöisesti risteytys meioosissa translokaatiokantajassa, mikä johtaa epätasapainoisen vastavuoroisen kromosomaalisen translokaation ilmaantuvuuteen. Deleetiot voivat lokalisoitua kromosomin loppuun tai sisäpuolelle, ja ne liittyvät yleensä henkiseen jälkeenjääneisyyteen ja epämuodostumisiin. Pieniä deleetioita telomeerialueella havaitaan suhteellisen usein epäspesifisessä henkisessä jälkeenjääneisyydessä yhdessä kehityksen mikroanomalioiden kanssa. Deleetiot voidaan havaita rutiininomaisella kromosomin hankinnalla, mutta mikrodeleetiot voidaan tunnistaa vain mikroskooppisella tutkimuksella profaasissa. Submikroskooppisten deleetioiden tapauksessa puuttuva kohta voidaan havaita vain käyttämällä molekyylikoettimia tai DNA-analyysiä.

mikrodeleetioita määritellään pieniksi kromosomideleetioiksi, jotka erottuvat vain korkealaatuisista metafaasissa olevista valmisteista. Nämä deleetiot ovat yleisempiä useissa geeneissä, ja potilaan diagnoosia epäillään epätavallisten fenotyyppisten ilmentymien perusteella, jotka näyttävät liittyvän yhteen mutaatioon. Williamsin, Langer-Gidionin, Prader-Willin, Rubinstein-Taybin, Smith-Magenisin, Miller-Dickerin, Alagillen ja DiGeorgin oireyhtymät ovat mikrodeleetioiden aiheuttamia. Submikroskooppiset deleetiot ovat näkymättömiä mikroskooppisessa tutkimuksessa, ja ne havaitaan vain käyttämällä erityisiä DNA-testausmenetelmiä. Deleetiot tunnistetaan värjäytymisen tai fluoresenssin puuttumisesta.

Translokaatiot edustavat muutosta kromosomien rakenteessa kromosomimateriaalin siirtymisen muodossa toisilleen. On Robertsonilaisia ​​ja vastavuoroisia translokaatioita. Taajuus 1:500 vastasyntynyttä. Translokaatiot voivat olla peritty vanhemmilta tai tapahtua de novo ilman patologiaa muilla perheenjäsenillä.

Robertsonilaiset translokaatiot sisältävät kaksi akrosentristä kromosomia, jotka sulautuvat lähelle sentromeerialuetta, minkä seurauksena ei-toiminnalliset ja erittäin typistetyt lyhyet käsivarret menetetään. Translokaation jälkeen kromosomi koostuu pitkistä käsivarsista, jotka koostuvat kahdesta silmukoidusta kromosomista. Siten karyotyypissä on vain 45 kromosomia. Lyhyiden käsien menettämisen kielteisiä seurauksia ei tunneta. Vaikka Robertsonin translokaation kantajilla on yleensä normaali fenotyyppi, heillä on lisääntynyt keskenmenon ja epänormaalien jälkeläisten riski.

Vastavuoroiset translokaatiot johtuvat ei-homologisten kromosomien hajoamisesta yhdessä kadonneiden segmenttien vastavuoroisen vaihdon kanssa. Vastavuoroisen translokaation kantajilla on yleensä normaali fenotyyppi, mutta heillä on myös lisääntynyt riski saada jälkeläisiä, joilla on kromosomipoikkeavuuksia ja keskenmenoja sukusolujen epänormaalin kromosomien segregaation vuoksi.

Käännökset- kromosomien rakenteen muutokset, jotka tapahtuvat, kun se rikkoutuu kahdessa kohdassa. Rikkoutunut osa käännetään ympäri ja liitetään repeämäkohtaan. Inversioita esiintyy 1:100 vastasyntyneillä ja ne voivat olla peri- tai paracentrisia. Perisentrisillä inversioilla katkoja tapahtuu kahdessa vastakkaisessa käsivarressa, ja senromeerin sisältävä kromosomin osa pyörii. Tällaiset inversiot havaitaan yleensä sentromeerin sijainnin muutoksen yhteydessä. Sitä vastoin parakeskisissä inversioissa vain toisella olkapäällä oleva alue on mukana. Inversioiden kantajilla on yleensä normaali fenotyyppi, mutta heillä voi olla lisääntynyt riski spontaanille keskenmenolle ja jälkeläisten syntymälle, joilla on kromosomipoikkeavuuksia.

Renkaan kromosomit ovat harvinaisia, mutta niiden muodostuminen on mahdollista mistä tahansa ihmisen kromosomista. Renkaan muodostumista edeltävät deleetiot kummassakin päässä. Päät sitten "liimataan yhteen" renkaaksi. Rengaskromosomien fenotyyppiset ilmenemismuodot vaihtelevat henkisestä jälkeenjääneisyydestä ja useista kehityshäiriöistä normaaleihin tai vähämerkityksisiin muutoksiin, riippuen "kadonneen" kromosomimateriaalin määrästä. Jos rengas korvaa normaalin kromosomin, tämä johtaa osittaisen monosomian kehittymiseen. Fenotyyppiset ilmenemismuodot näissä tapauksissa ovat usein samanlaisia ​​kuin ne, jotka havaitaan deleetioissa. Jos rengas lisätään normaaleihin kromosomeihin, esiintyy osittaisen trisomian fenotyyppisiä ilmentymiä.

päällekkäisyyttä jota kutsutaan yhteen kromosomiin kuuluvan geneettisen materiaalin ylimääräksi. Kaksinkertaistuminen voi johtua epänormaalista segregaatiosta translokaatioiden tai inversioiden kantajissa.

Lisäykset(insertit) ovat kromosomien rakenteen muutoksia, jotka tapahtuvat, kun kahdessa kohdassa on katkeaminen, kun taas katkennut osa on rakennettu kromosomin toisessa osassa olevaan katkosalueeseen. Lisäyksen muodostamiseen tarvitaan kolme epäjatkuvuuspistettä. Yksi tai kaksi kromosomia voi olla mukana tässä prosessissa.

Telomeeriset, subtelomeeriset deleetiot. Koska kromosomit ovat tiiviisti kietoutuneet meioosin aikana, pienet deleetiot ja duplikaatiot lähellä päitä ovat suhteellisen yleisiä. Subtelomeerisia kromosomaalisia uudelleenjärjestelyjä havaitaan useammin (5-10 %) lapsilla, joilla on kohtalainen tai vaikea kehitysvammaisuus, jonka etiologia on epäselvä ilman selkeitä dysmorfisia merkkejä.

Submikroskooppiset subtelomeeriset deleetiot (alle 2-3 Mb) ovat toiseksi yleisin henkisen jälkeenjäämisen syy trisomian 21 jälkeen. Tämän kromosomirakenteen muutoksen kliinisiä ilmenemismuotoja joillakin näistä lapsista ovat synnytystä edeltävä kasvun hidastuminen (noin 40 % tapauksista) ja perhe. aiempi kehitysvammaisuus (50 % tapauksista). Muita oireita esiintyy noin 30 %:lla potilaista, ja niitä ovat mikrokefalia, hypertelorismi, nenä-, korva- tai käsivauriot, kryptorkidia ja lyhytkasvu. Sen jälkeen kun muut kehitysviiveen syyt on suljettu pois, suositellaan FISH-menetelmää, jossa käytetään useita telomeerikoettimia metafaasissa.

Artikkelin on laatinut ja toimittanut: kirurgi

Huolimatta evoluutiossa todistetusta mekanismista, joka mahdollistaa kromosomien jatkuvan fysikaalis-kemiallisen ja morfologisen järjestyksen ylläpitämisen useissa solusukupolvissa, tämä organisaatio voi muuttua erilaisten vaikutusten vaikutuksesta. Muutokset kromosomin rakenteessa perustuvat pääsääntöisesti sen eheyden alkuperäiseen rikkomiseen - katkokseen, joihin liittyy erilaisia ​​​​uudelleenjärjestelyjä, ns. kromosomimutaatiot tai poikkeavuuksia.

Kromosomikatkoksia esiintyy säännöllisesti risteytyksen aikana, kun niihin liittyy vastaavien alueiden vaihtoa homologien välillä (katso kohta 3.6.2.3). Ristikkäisyyden rikkominen, jossa kromosomit vaihtavat epätasaista geneettistä materiaalia, johtaa uusien kytkentäryhmien syntymiseen, joissa yksittäiset osat putoavat - divisioona - tai tuplaa - päällekkäisyyksiä(Kuva 3.57). Tällaisilla uudelleenjärjestelyillä geenien lukumäärä kytkentäryhmässä muuttuu.

Kromosomikatkot voivat tapahtua myös erilaisten mutageenisten tekijöiden, pääasiassa fysikaalisten (ionisoiva ja muun tyyppinen säteily), joidenkin kemiallisten yhdisteiden ja virusten vaikutuksesta.

Riisi. 3.57. Kromosomien uudelleenjärjestelyjen tyypit

Kromosomin eheyden rikkomiseen voi liittyä sen osan kierto, joka sijaitsee kahden tauon välissä, 180 ° - inversio. Riippuen siitä, sisältääkö tämä alue sentromeerialueen vai ei, niitä on perikeskinen ja parakeskiset inversiot(Kuva 3.57).

Siitä tauon aikana irronneen kromosomin fragmentin solu voi menettää seuraavan mitoosin aikana, jos sillä ei ole sentromeeriä. Useammin tällainen fragmentti on kiinnitetty johonkin kromosomeista - translokaatio. Usein kaksi vaurioitunutta ei-homologista kromosomia vaihtavat keskenään irrotettuja osia - vastavuoroinen translokaatio(Kuva 3.57). On mahdollista kiinnittää fragmentti omaan kromosomiinsa, mutta uuteen paikkaan - osaksi kansallista lainsäädäntöä(Kuva 3.57). Siten erityyppisille inversioille ja translokaatioille on ominaista muutos geenien lokalisaatiossa.

Kromosomien uudelleenjärjestelyt ilmenevät yleensä kromosomien morfologian muutoksena, joka voidaan havaita valomikroskoopilla. Metakeskiset kromosomit muuttuvat submetakeskisiksi ja akrosentrisiksi ja päinvastoin (kuva 3.58), rengas- ja monisentriset kromosomit ilmaantuvat (kuva 3.59). Erityinen kromosomimutaatioiden luokka ovat poikkeamat, jotka liittyvät kromosomien keskitettyyn fuusioon tai erottumiseen, kun kaksi ei-homologista rakennetta yhdistetään yhdeksi - robertsonin translokaatio, tai yksi kromosomi muodostaa kaksi itsenäistä kromosomia (kuva 3.60). Tällaisilla mutaatioilla ei esiinny vain kromosomeja, joilla on uusi morfologia, vaan myös niiden lukumäärä karyotyypissä muuttuu.

Riisi. 3.58. Kromosomien muodon muuttaminen

perikeskisten inversioiden seurauksena

Riisi. 3.59. Renkaan muodostuminen ( minä) ja monikeskinen ( II) kromosomit

Riisi. 3.60. Keskeiseen fuusioon liittyvät kromosomien uudelleenjärjestelyt

tai kromosomien erottuminen aiheuttaa muutoksia kromosomien lukumäärässä

karyotyypissä

Riisi. 3.61. Silmukka, joka muodostuu homologisten kromosomien konjugoinnissa, jotka kuljettavat erilaista perinnöllistä materiaalia vastaavilla alueilla kromosomien uudelleenjärjestelyn seurauksena

Kuvattuihin kromosomien rakenteellisiin muutoksiin liittyy pääsääntöisesti muutos emosolun jakautumisen jälkeen uuden sukupolven solujen vastaanottamassa geneettisessä ohjelmassa, koska geenien määrällinen suhde muuttuu (jakautumisten ja päällekkäisyyksien aikana), niiden toiminnan luonne muuttuu johtuen kromosomin suhteellisen sijainnin muutoksesta (inversion ja transponoinnin aikana) tai siirtymisestä toiseen kytkentäryhmään (translokaation aikana). Useimmiten tällaiset kromosomien rakenteelliset muutokset vaikuttavat haitallisesti kehon yksittäisten somaattisten solujen elinkykyyn, mutta sukusolujen esiasteissa tapahtuvilla kromosomaalisilla uudelleenjärjestelyillä on erityisen vakavia seurauksia.

Sukusolujen esiasteiden kromosomien rakenteen muutoksiin liittyy meioosissa olevien homologien konjugaatioprosessin rikkominen ja niiden myöhempi ero. Joten yhden kromosomin osan jakautumiseen tai kaksinkertaistumiseen liittyy silmukan muodostuminen homologilla, jossa on ylimääräistä materiaalia konjugaation aikana (kuva 3.61). Kahden ei-homologisen kromosomin välinen käänteinen translokaatio johtaa konjugaation aikana ei bivalentin, vaan neliarvoisen kromosomin muodostumiseen, jossa kromosomit muodostavat ristikuvion eri kromosomeissa sijaitsevien homologisten alueiden vetovoiman vuoksi (kuva 3.62). Osallistumiseen suuremman kromosomien määrän vastavuoroisiin translokaatioihin, joissa muodostuu polyvalentti, liittyy vielä monimutkaisempien rakenteiden muodostuminen konjugaation aikana (kuva 3.63).

Inversion tapauksessa meioosin I-vaiheessa esiintyvä bivalentti muodostaa silmukan, joka sisältää keskenään käänteisen osan (kuva 3.64).

Muuntuneiden kromosomien muodostamien rakenteiden konjugaatio ja myöhempi erot johtavat uusien kromosomien uudelleenjärjestelyihin. Tämän seurauksena sukusolut, jotka saavat viallista perinnöllistä materiaalia, eivät pysty varmistamaan uuden sukupolven normaalin organismin muodostumista. Syynä tähän on yksittäisten kromosomien muodostavien geenien suhteen ja niiden suhteellisen sijainnin rikkominen.

Huolimatta kromosomimutaatioiden tavallisesti epäsuotuisista seurauksista, ne kuitenkin joskus osoittautuvat yhteensopiviksi solun ja organismin elämän kanssa ja tarjoavat mahdollisuuden biologisen evoluution taustalla olevan kromosomirakenteen kehittymiseen. Joten kooltaan pienet jaostot voidaan säilyttää heterotsygoottisessa tilassa useiden sukupolvien ajan. Kaksinkertaistuminen on vähemmän haitallista kuin jakautuminen, vaikka suuri määrä materiaalia suurennetussa annoksessa (yli 10 % genomista) johtaa organismin kuolemaan.

Riisi. 3.64. Kromosomikonjugaatio inversioiden aikana:

minä- parasentrinen inversio yhdessä homologeista, II- peridenttinen inversio yhdessä homologeista

Usein Robertsonin translokaatiot ovat elinkelpoisia, usein ne eivät liity muutokseen perinnöllisen materiaalin määrässä. Tämä voi selittää kromosomien lukumäärän vaihtelun läheisten sukulajien organismien soluissa. Esimerkiksi eri Drosophila-lajeissa haploidijoukon kromosomien lukumäärä vaihtelee 3:sta 6:een, mikä selittyy kromosomien fuusio- ja erotusprosesseilla. Ehkä olennainen hetki lajin ulkonäössä Homo sapiens hänen apinanomaisessa esi-isänsä kromosomeissa tapahtui rakenteellisia muutoksia. On todettu, että ihmisen suuren toisen kromosomin kaksi haaraa vastaavat kahta erilaista nykyajan suurapinoiden kromosomia (simpanssit 12 ja 13, gorillat ja orangut 13 ja 14). Luultavasti tämä ihmisen kromosomi muodostui kahden apinan kromosomin keskitetyn fuusion seurauksena, joka on samanlainen kuin Robertsonin translokaatio.

Translokaatiot, transpositiot ja inversiot johtavat merkittävään vaihteluun kromosomien morfologiassa, mikä on niiden evoluution taustalla. Ihmisen kromosomien analyysi on osoittanut, että sen 4., 5., 12. ja 17. kromosomi eroavat vastaavista simpanssin kromosomeista perisentrisillä inversioilla.

Siten muutokset kromosomiorganisaatiossa, joilla on useimmiten haitallinen vaikutus solun ja organismin elinkykyyn, voivat tietyllä todennäköisyydellä olla lupaavia, periytyä useisiin solu- ja organismisukupolviin ja luoda edellytyksiä solujen ja organismien kehittymiselle. perinnöllisen materiaalin kromosomiorganisaatio.

100 r ensimmäisen tilauksen bonus

Valitse työn tyyppi Valmistuminen Opinnäytetyö Abstrakti Diplomityö Raportti harjoittelusta Artikkeli Raportti Arvostelu Koetyö Monografia Ongelmanratkaisu Liiketoimintasuunnitelma Vastaukset kysymyksiin Luova työ Essee Piirustus Sävellykset Käännös Esitykset Kirjoittaminen Muu Tekstin ainutlaatuisuuden lisääminen Opinnäytetyö Laboratoriotyö Apua on- linja

Kysy hintaa

Muutos kromosomien lukumäärässä solussa tarkoittaa muutosta genomissa. (Siksi tällaisia ​​muutoksia kutsutaan usein genomimutaatioiksi.) Tunnetaan erilaisia ​​sytogeneettisiä ilmiöitä, jotka liittyvät kromosomien lukumäärän muutoksiin.

Autopolyploidia

Autopolyploidia on saman genomin tai kromosomien perusmäärän toistuva toisto. X).

Tämän tyyppinen polyploidia on ominaista alemmille eukaryooteille ja koppisiemenisille. Monisoluisissa eläimissä autopolyploidia on erittäin harvinainen: lieroissa, joissakin hyönteisissä, joissakin kaloissa ja sammakkoeläimissä. Ihmisten ja muiden korkeampien selkärankaisten autopolyploidit kuolevat kohdunsisäisen kehityksen alkuvaiheessa.

Useimmissa eukaryoottisissa organismeissa suurin osa kromosomista ( x) vastaa haploidista kromosomisarjaa ( n); kun taas haploidi kromosomien lukumäärä on kromosomien lukumäärä soluissa, jotka muodostuvat meioosin jänteessä. Sitten diploidissa (2 n) sisältää kaksi genomia x, ja 2 n=2x. Monissa alemmissa eukaryooteissa, monissa itiöissä ja koppisiemenissä diploidisolut eivät kuitenkaan sisällä kahta genomia, vaan jonkin muun luvun. Diploidisten solujen genomien lukumäärää kutsutaan genomiluvuksi (Ω). Genomien lukujen sekvenssiä kutsutaan polyploidi lähellä.

Esimerkiksi viljassa x = 7 tunnetaan seuraavat polyploidisarjat (+-merkki ilmaisee tietyn tason polyploidin olemassaolon)

Erota tasapainoiset ja epätasapainoiset autopolyploidit. Tasapainotettuja polyploideja kutsutaan polyploideiksi, joissa on parillinen määrä kromosomijoukkoja, ja epätasapainoisiksi polyploideiksi, joissa on pariton määrä kromosomijoukkoja, esimerkiksi:

epätasapainoiset polyploidit			tasapainoiset polyploidit
haploidit	1 x		diploidit	2 x
triploidit	3 x		tetraploidit	4 x
pentaploidit	5 x		heksaploidit	6 x
hektaploideja	7 x		oktoploidit	8 x
enneaploidit	9 x		dekaploideja	10 x

Autopolyploidiaan liittyy usein solujen, siitepölyn jyvien ja organismien kokonaiskoon kasvu sekä sokeri- ja vitamiinipitoisuuden lisääntyminen. Esimerkiksi triploidi haapa ( 3X = 57) saavuttaa jättimäiset mitat, on kestävä, sen puu kestää lahoamista. Viljelykasveista yleisiä ovat sekä triploidit (useita mansikoita, omenapuita, vesimeloneja, banaaneja, teetä, sokerijuurikkaita) että tetraploideja (useita rukiin, apilan ja viinirypäleiden lajikkeita). Luonnollisissa olosuhteissa autopolyploidisia kasveja esiintyy yleensä äärimmäisissä olosuhteissa (korkeilla leveysasteilla, korkeilla vuorilla); Lisäksi täällä ne voivat syrjäyttää normaalit diploidiset muodot.

Polyploidian positiiviset vaikutukset liittyvät saman geenin kopioiden lukumäärän lisääntymiseen soluissa ja vastaavasti entsyymien annoksen (pitoisuuden) lisääntymiseen. Kuitenkin joissakin tapauksissa polyploidia johtaa fysiologisten prosessien estymiseen, erityisesti erittäin korkeilla ploidiatasoilla. Esimerkiksi 84 kromosomin vehnä on vähemmän tuottavaa kuin 42 kromosomin vehnä.

Kuitenkin autopolyploideille (etenkin epätasapainoisille) on ominaista heikentynyt hedelmällisyys tai täydellinen hedelmättömyys, joka liittyy heikentyneeseen meioosiin. Siksi monet heistä kykenevät vain vegetatiiviseen lisääntymiseen.

Allopolyploidia

Allopolyploidia on kahden tai useamman erilaisen haploidisen kromosomijoukon toistuva toistuminen, jotka on merkitty eri symboleilla. Polyploideja, jotka on saatu etähybridisaation tuloksena eli eri lajeihin kuuluvien organismien risteyttämisestä ja jotka sisältävät kaksi tai useampia eri kromosomeja, kutsutaan ns. allopolyploidit.

Allopolyploidit ovat laajalti levinneet viljelykasveille. Jos somaattiset solut kuitenkin sisältävät yhden genomin eri lajeista (esimerkiksi yhden genomin MUTTA ja yksi - AT ), niin tällainen allopolyploidi on steriili. Yksinkertaisten interspesifisten hybridien hedelmättömyys johtuu siitä, että jokaista kromosomia edustaa yksi homologi, ja bivalenttien muodostuminen meioosissa on mahdotonta. Siten etähybridisaation yhteydessä syntyy meioottinen suodatin, joka estää perinnöllisten taipumusten siirtymisen seuraaville sukupolville seksuaalisesti.

Siksi hedelmällisissä polyploideissa jokainen genomi on kaksinkertaistettava. Esimerkiksi eri vehnälajeissa kromosomien haploidiluku ( n) on yhtä suuri kuin 7. Villivehnä (einkorn) sisältää 14 kromosomia vain yhden kaksinkertaisen genomin somaattisissa soluissa MUTTA ja sillä on genominen kaava 2 n = 14 (14MUTTA ). Monet allotetraploidiset durumvehnät sisältävät 28 kromosomia kahdentuneita genomeja somaattisissa soluissa. MUTTA ja AT ; niiden genominen kaava 2 n = 28 (14MUTTA + 14AT ). Pehmeä alloheksaploidinen vehnä sisältää 42 kromosomia kaksinkertaistettuja genomeja somaattisissa soluissa MUTTA , AT , ja D ; niiden genominen kaava 2 n = 42 (14 A+ 14B + 14D ).

Hedelmällisiä allopolyploideja voidaan saada keinotekoisesti. Esimerkiksi Georgi Dmitrievich Karpechenkon syntetisoima retiisi-kaalihybridi saatiin risteyttämällä retiisi ja kaali. Retiisin genomi on symboloitu R (2n = 18 R , n = 9 R ) ja kaalin genomi symbolina B (2n = 18 B , n = 9 B ). Aluksi saadulla hybridillä oli genominen kaava 9 R + 9 B . Tämä organismi (amfiploidi) oli steriili, koska meioosin aikana muodostui 18 yksittäistä kromosomia (univalenttia) eikä yhtäkään bivalenttia. Tässä hybridissä jotkut sukusolut osoittautuivat kuitenkin pelkistymättömiksi. Kun tällaiset sukusolut fuusioitiin, saatiin hedelmällinen amfidiploidi: ( 9 R + 9 B ) + (9 R + 9 B ) → 18 R + 18 B . Tässä organismissa jokaista kromosomia edusti pari homologeja, mikä varmisti normaalin bivalenttien muodostumisen ja kromosomien normaalin eron meioosissa: 18 R + 18 B → (9 R + 9 B ) ja ( 9 R + 9 B ).

Tällä hetkellä työskennellään keinotekoisten amfidiploidien luomiseksi kasveihin (esim. vehnä-ruis-hybridit (ruisvehnä), vehnä-sohvahybridit) ja eläimiin (esim. hybridisilkkiäistoukkien).

Silkkiäistoukka on intensiivisen valintatyön kohde. On huomattava, että tässä lajissa (kuten useimmissa perhosissa) naarailla on heterogameettinen sukupuoli ( XY), kun taas urokset ovat homogameettisia ( XX). Uusien silkkiäistoukkarotujen nopeaan lisääntymiseen käytetään indusoitua partenogeneesiä - hedelmöittymättömät munat poistetaan naaraista jo ennen meioosia ja kuumennetaan 46 ° C:seen. Vain naaraat kehittyvät tällaisista diploidisista munista. Lisäksi androgeneesi tunnetaan silkkiäistoukissa - jos muna kuumennetaan 46 ° C:seen, tuma tapetaan röntgensäteillä ja sitten inseminoidaan, niin kaksi urosydintä voi tunkeutua munaan. Nämä ytimet sulautuvat yhteen muodostaen diploidisen tsygootin ( XX), josta uros kehittyy.

Silkkiäistoukkien tiedetään olevan autopolyploidia. Lisäksi Boris Lvovich Astaurov risteytti silkkiäistoukkien mandariinisilkkiäistoukkien villin haitan kanssa, ja tuloksena saatiin hedelmällisiä allopolyploideja (tarkemmin sanottuna allotetraploideja).

Silkkiäistoukissa uroskoteloiden silkkisaanto on 20-30 % suurempi kuin naaraskookonien. V.A. Strunnikov toi indusoitua mutageneesiä käyttäen esiin rodun, jossa urokset ovat mukana X- kromosomeissa on erilaisia ​​tappavia mutaatioita (balansoitujen letaalien järjestelmä) - niiden genotyyppi l1+/+l2. Kun sellaiset urokset risteytetään tavallisten naaraiden kanssa ( ++/ Y) munista kuoriutuvat vain tulevat urokset (heidän genotyyppinsä l1+/++ tai l2/++), ja naaraat kuolevat alkion kehitysvaiheessa, koska niiden genotyyppi tai l1+/Y, tai + l2/Y. Kuolettavien mutaatioiden omaavien urosten kasvattamiseen käytetään erityisiä naaraita (heidän genotyyppinsä + l2/++ Y). Sitten kun sellaiset naaraat ja urokset, joilla on kaksi tappavaa alleelia, risteytetään jälkeläisissään, puolet uroksista kuolee ja puolet kantaa kahta tappavaa alleelia.

On olemassa silkkiäistoukkien rotuja, joissa Y-kromosomissa on alleeli tummalle munavärille. Sitten tummia munia ( XY, joista naaraat kuoriutuvat), heitetään pois ja vain vaaleat jätetään jäljelle ( XX), jotka antavat myöhemmin uroskoteloita.

Aneuploidia

Aneuploidia (heteropolyploidia) on solujen kromosomien lukumäärän muutos, joka ei ole pääkromosomien lukumäärän monikerta. Aneuploidiaa on useita tyyppejä. klo monosomia yksi diploidijoukon kromosomeista on kadonnut ( 2 n - 1 ). klo polysomia yksi tai useampi kromosomi lisätään karyotyyppiin. Polysomian erikoistapaus on trisomia (2 n + 1 ), kun kahden homologin sijaan niitä on kolme. klo nullisomia Minkä tahansa kromosomiparin molemmat homologit puuttuvat ( 2 n - 2 ).

Ihmisillä aneuploidia johtaa vakavien perinnöllisten sairauksien kehittymiseen. Jotkut niistä liittyvät sukupuolikromosomien lukumäärän muutokseen (katso luku 17). On kuitenkin muitakin sairauksia:

Trisomia 21. kromosomissa (karyotyyppi 47, + 21 ); Downin oireyhtymä; taajuus vastasyntyneiden keskuudessa on 1:700. Hidastunut fyysinen ja henkinen kehitys, leveä sierainten välinen etäisyys, leveä nenäsilta, silmäluomen poimu (epikantti), puoliavoin suu. Puolessa tapauksista sydämen ja verisuonten rakenteessa on häiriöitä. Immuniteetti on yleensä heikentynyt. Keskimääräinen elinajanodote on 9-15 vuotta.

Trisomia 13. kromosomissa (karyotyyppi 47, + 13 ); Pataun oireyhtymä. Esiintymistiheys vastasyntyneiden keskuudessa on 1:5 000.

Trisomia 18. kromosomissa (karyotyyppi 47, + 18 ); Edwardsin oireyhtymä. Esiintymistiheys vastasyntyneiden keskuudessa on 1:10 000.

haploidia

Somaattisten solujen kromosomien määrän vähentämistä päämäärään kutsutaan haploidia. On organismeja haplobiontit, jolle haploidia on normaali tila (monet alemmat eukaryootit, korkeampien kasvien gametofyytit, uros Hymenoptera-hyönteiset). Haploidiaa poikkeavana ilmiönä esiintyy korkeampien kasvien sporofyyteissä: tomaateissa, tupakassa, pellavassa, Daturassa ja joissakin viljoissa. Haploidisille kasveille on ominaista vähentynyt elinkelpoisuus; ne ovat käytännössä steriilejä.

Pseudopolyploidia(väärä polyploidia)

Joissakin tapauksissa kromosomien lukumäärän muutos voi tapahtua ilman, että geneettisen materiaalin määrä muuttuu. Kuvaannollisesti sanoen niteiden määrä muuttuu, mutta lauseiden määrä ei muutu. Tällaista ilmiötä kutsutaan pseudopolyploidia. Pseudopolyploidialla on kaksi päämuotoa:

1. Agmatopolyploidia. Se havaitaan, jos suuret kromosomit hajoavat useiksi pieniksi. Löytyy joistakin kasveista ja hyönteisistä. Joissakin organismeissa (esimerkiksi sukkulamadoissa) kromosomien fragmentoituminen tapahtuu somaattisissa soluissa, mutta alkuperäiset suuret kromosomit säilyvät sukusoluissa.

2. Kromosomien fuusio. Se havaitaan, jos pienet kromosomit yhdistetään suuriksi. Löytyy jyrsijöistä.