Ang may-akda ng artikulo ay si L.V. Okolnova.

X-Men agad ang pumasok sa isip... o Spider-Man...

Ngunit ito ang kaso sa sinehan, sa biology din, ngunit medyo mas siyentipiko, hindi gaanong kamangha-manghang at mas karaniwan.

Mutation(sa pagsasalin - pagbabago) - isang matatag, minanang pagbabago sa DNA na nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng panlabas o panloob na mga pagbabago.

Mutagenesis- ang proseso ng paglitaw ng mga mutasyon.

Ang karaniwang bagay ay ang mga pagbabagong ito (mutation) ay nangyayari sa kalikasan at sa mga tao nang palagian, halos araw-araw.

Una sa lahat, ang mga mutasyon ay nahahati sa somatic- mangyari sa mga selula ng katawan, at generative- lumilitaw lamang sa mga gametes.

Suriin muna natin ang mga uri ng generative mutations.

Mga mutation ng gene

Ano ang gene? Ito ay isang seksyon ng DNA (i.e., ilang mga nucleotide), ayon sa pagkakabanggit, ito ay isang seksyon ng RNA, at isang seksyon ng isang protina, at ilang tanda ng isang organismo.

Yung. Ang mutation ng gene ay isang pagkawala, pagpapalit, pagpasok, pagdodoble, pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng mga seksyon ng DNA.

Sa pangkalahatan, hindi ito palaging humahantong sa sakit. Halimbawa, kapag ang DNA ay nadoble, ang mga ganitong "pagkakamali" ay nangyayari. Ngunit bihira silang mangyari, ito ay isang napakaliit na porsyento ng kabuuan, kaya hindi gaanong mahalaga, na halos hindi nakakaapekto sa katawan.

Mayroon ding malubhang mutagenesis:
- sickle cell anemia sa mga tao;
- phenylketonuria - isang metabolic disorder na nagdudulot ng medyo malubhang mental retardation
- hemophilia
- gigantismo sa mga halaman

Genomic mutations

Narito ang klasikong kahulugan ng terminong "genome":

Genome -

Ang kabuuan ng namamana na materyal na nakapaloob sa cell ng katawan;
- ang genome ng tao at ang mga genome ng lahat ng iba pang cellular life form ay binuo mula sa DNA;
- ang kabuuan ng genetic material ng haploid set ng mga chromosome ng isang partikular na species sa mga pares ng DNA nucleotides bawat haploid genome.

Upang maunawaan ang kakanyahan, lubos naming pinasimple, nakuha namin ang sumusunod na kahulugan:

Genome ay ang bilang ng mga chromosome

Genomic mutations- pagbabago sa bilang ng mga chromosome ng katawan. Karaniwan, ang kanilang sanhi ay isang hindi pamantayang pagkakaiba-iba ng mga kromosom sa proseso ng paghahati.

Down syndrome - karaniwang ang isang tao ay may 46 chromosome (23 pares), gayunpaman, sa mutation na ito, 47 chromosome ang nabuo
kanin. down Syndrome

Polyploidy sa mga halaman (para sa mga halaman ito ay karaniwang pamantayan - karamihan sa mga nilinang na halaman ay polyploid mutant)

Chromosomal mutations- pagpapapangit ng mga chromosome mismo.

Mga halimbawa (karamihan sa mga tao ay may ilang mga muling pagsasaayos ng ganitong uri at sa pangkalahatan ay hindi nakakaapekto sa panlabas o sa kalusugan, ngunit mayroon ding mga hindi kasiya-siyang mutasyon):
- feline crying syndrome sa isang bata
- pag-unlad pagkaantala
atbp.

Cytoplasmic mutations- mutations sa DNA ng mitochondria at chloroplasts.

Mayroong 2 organelles na may sariling DNA (pabilog, habang ang nucleus ay may double helix) - mitochondria at mga plastid ng halaman.

Alinsunod dito, may mga mutasyon na dulot ng mga pagbabago sa mga istrukturang ito.

Mayroong isang kagiliw-giliw na tampok - ang ganitong uri ng mutation ay ipinadala lamang ng babaeng kasarian, dahil. sa panahon ng pagbuo ng isang zygote, ang maternal mitochondria lamang ang nananatili, at ang mga "lalaki" ay nahuhulog na may buntot sa panahon ng pagpapabunga.

Mga halimbawa:
- sa mga tao - isang tiyak na anyo ng diabetes mellitus, tunnel vision;
- sa mga halaman - variegation.

somatic mutations.

Ito ang lahat ng mga uri na inilarawan sa itaas, ngunit lumitaw ang mga ito sa mga selula ng katawan (sa mga somatic na selula).
Ang mga mutant na selula ay kadalasang mas maliit kaysa sa mga normal na selula at pinipigilan ng mga malulusog na selula. (Kung hindi napigilan, ang katawan ay muling isisilang o magkakasakit).

Mga halimbawa:
- Ang mga mata ng Drosophila ay pula, ngunit maaaring may mga puting facet
- sa isang halaman, maaari itong maging isang buong shoot, naiiba sa iba (I.V. Michurin kaya pinalaki ang mga bagong varieties ng mansanas).

Mga selula ng kanser sa mga tao

Mga halimbawa ng mga tanong sa pagsusulit:

Ang Down syndrome ay resulta ng isang mutation

1)) genomic;

2) cytoplasmic;

3) chromosomal;

4) resessive.

Ang mga mutation ng gene ay nauugnay sa isang pagbabago

A) ang bilang ng mga chromosome sa mga cell;

B) mga istruktura ng chromosome;

B) ang pagkakasunud-sunod ng mga gene sa autosome;

D) nucleoside sa isang rehiyon ng DNA.

Ang mga mutasyon na nauugnay sa pagpapalitan ng mga rehiyon ng mga non-homologous chromosome ay tinutukoy bilang

A) chromosomal;

B) genomic;

B) punto;

D) gene.

Isang hayop kung saan ang mga supling ay maaaring lumitaw ang isang katangian dahil sa isang somatic mutation

Halos anumang pagbabago sa istraktura o bilang ng mga chromosome, kung saan ang cell ay nagpapanatili ng kakayahang magparami mismo, ay nagdudulot ng namamana na pagbabago sa mga katangian ng organismo. Sa likas na katangian ng pagbabago sa genome, i.e. Ang mga hanay ng mga gene na nakapaloob sa haploid na hanay ng mga chromosome ay nakikilala sa pagitan ng gene, chromosomal at genomic mutations. hereditary mutant chromosomal genetic

Mga mutation ng gene ay mga pagbabago sa molekular sa istruktura ng DNA na hindi nakikita sa isang light microscope. Kabilang sa mga mutation ng gene ang anumang pagbabago sa molekular na istruktura ng DNA, anuman ang kanilang lokasyon at epekto sa posibilidad na mabuhay. Ang ilang mutasyon ay walang epekto sa istraktura at paggana ng kaukulang protina. Ang isa pang (karamihan) bahagi ng mutations ng gene ay humahantong sa synthesis ng isang may sira na protina na hindi magawa ang tamang paggana nito.

Ayon sa uri ng mga pagbabago sa molekular, mayroong:

Mga pagtanggal (mula sa Latin na deletio - pagkasira), i.e. pagkawala ng isang bahagi ng DNA mula sa isang nucleotide patungo sa isang gene;

Mga duplikasyon (mula sa Latin na duplicatio na pagdodoble), i.e. pagdoble o muling pagdoble ng isang segment ng DNA mula sa isang nucleotide patungo sa buong gene;

Inversions (mula sa Latin na inversio - pagtalikod), i.e. isang 180° na pagliko ng isang segment ng DNA na may sukat mula sa dalawang nucleotides hanggang sa isang fragment na kinabibilangan ng ilang mga gene;

Mga pagsingit (mula sa Latin insertio - attachment), i.e. pagpasok ng mga fragment ng DNA na may sukat mula sa isang nucleotide hanggang sa buong gene.

Ito ay mga mutation ng gene na nagiging sanhi ng pag-unlad ng karamihan sa mga namamana na anyo ng patolohiya. Ang mga sakit na dulot ng gayong mga mutasyon ay tinatawag na gene o monogenic na mga sakit, i.e. mga sakit, ang pag-unlad nito ay tinutukoy ng isang mutation ng isang solong gene.

Ang mga epekto ng mutation ng gene ay lubhang iba-iba. Karamihan sa kanila ay hindi phenotypically lumilitaw dahil sila ay recessive. Napakahalaga nito para sa pagkakaroon ng mga species, dahil ang karamihan sa mga bagong umuusbong na mutasyon ay nakakapinsala. Gayunpaman, ang kanilang recessive na kalikasan ay nagpapahintulot sa kanila na magpatuloy nang mahabang panahon sa mga indibidwal ng mga species sa isang heterozygous na estado nang walang pinsala sa katawan at upang ipakita ang sarili sa hinaharap kapag sila ay pumasa sa homozygous na estado.

Sa kasalukuyan, mayroong higit sa 4500 monogenic na sakit. Ang pinakakaraniwan sa kanila ay: cystic fibrosis, phenylketonuria, Duchenne-Becker myopathies at maraming iba pang mga sakit. Sa klinika, ang mga ito ay ipinakita sa pamamagitan ng mga palatandaan ng metabolic disorder (metabolismo) sa katawan.

Kasabay nito, ang ilang mga kaso ay kilala kapag ang isang pagbabago sa isang base lamang sa isang partikular na gene ay may kapansin-pansing epekto sa phenotype. Ang isang halimbawa ay isang genetic anomaly tulad ng sickle cell anemia. Ang recessive allele na nagdudulot ng hereditary disease na ito sa homozygous state ay ipinahayag sa pagpapalit lamang ng isang amino acid residue sa (B-chain ng hemoglobin molecule (glutamic acid? ?> valine). Ito ay humahantong sa katotohanan na pulang dugo ang mga selulang may tulad na hemoglobin ay nababagabag sa dugo (mula sa pabilog ay nagiging hugis karit) at mabilis na nawasak.Kasabay nito, ang acute anemia ay nabubuo at mayroong pagbaba sa dami ng oxygen na dinadala ng dugo.Ang anemia ay nagdudulot ng pisikal na kahinaan, mga sakit sa puso at bato, at maaaring humantong sa maagang pagkamatay sa mga taong homozygous para sa mutant allele.

Chromosomal mutations ang mga sanhi ng chromosomal disease.

Ang Chromosomal mutations ay mga pagbabago sa istruktura sa mga indibidwal na chromosome, kadalasang nakikita sa ilalim ng isang light microscope. Ang isang malaking bilang (mula sampu hanggang ilang daan) ng mga gene ay kasangkot sa isang chromosomal mutation, na humahantong sa isang pagbabago sa normal na set ng diploid. Bagama't karaniwang hindi binabago ng mga chromosomal aberration ang pagkakasunud-sunod ng DNA sa mga partikular na gene, ang pagpapalit ng kopya ng numero ng mga gene sa genome ay humahantong sa isang genetic imbalance dahil sa kakulangan o labis ng genetic material. Mayroong dalawang malalaking grupo ng chromosomal mutations: intrachromosomal at interchromosomal (tingnan ang Fig. 2).

Ang intrachromosomal mutations ay mga aberration sa loob ng isang chromosome (tingnan ang Fig. 3). Kabilang dito ang:

Mga pagtanggal - ang pagkawala ng isa sa mga seksyon ng chromosome, panloob o terminal. Ito ay maaaring humantong sa isang paglabag sa embryogenesis at pagbuo ng maraming mga anomalya sa pag-unlad (halimbawa, isang pagtanggal sa rehiyon ng maikling braso ng ika-5 kromosom, na itinalaga bilang 5p-, ay humahantong sa hindi pag-unlad ng larynx, mga depekto sa puso, pagkaantala sa pag-iisip. Kilala ang symptom complex na ito bilang "cat cry" syndrome, dahil sa mga batang may sakit, dahil sa anomalya ng larynx, ang pag-iyak ay kahawig ng meow ng pusa);

Inversions. Bilang resulta ng dalawang punto ng mga break sa chromosome, ang nagresultang fragment ay ipinasok sa orihinal nitong lugar pagkatapos ng pag-ikot ng 180°. Bilang resulta, tanging ang pagkakasunud-sunod ng mga gene ang nilalabag;

Mga duplikasyon - ang pagdodoble (o pagpaparami) ng anumang bahagi ng chromosome (halimbawa, ang trisomy sa kahabaan ng maikling braso ng 9th chromosome ay nagdudulot ng maraming depekto, kabilang ang microcephaly, naantalang pisikal, mental at intelektwal na pag-unlad).

kanin. 2.

Ang interchromosomal mutations, o rearrangement mutations, ay ang pagpapalitan ng mga fragment sa pagitan ng mga non-homologous chromosome. Ang ganitong mga mutasyon ay tinatawag na mga pagsasalin (mula sa Latin na trans - para sa, sa pamamagitan at locus - lugar). Ito ay:

Reciprocal translocation - dalawang chromosome ang nagpapalitan ng kanilang mga fragment;

Non-reciprocal translocation - isang fragment ng isang chromosome ay dinadala sa isa pa;

? "centric" fusion (Robertsonian translocation) - ang koneksyon ng dalawang acrocentric chromosome sa rehiyon ng kanilang mga centromere na may pagkawala ng mga maikling armas.

Sa transverse chromatid rupture sa pamamagitan ng centromeres, ang "sister" chromatids ay nagiging "mirror" arms ng dalawang magkaibang chromosome na naglalaman ng parehong set ng mga gene. Ang ganitong mga chromosome ay tinatawag na isochromosome.

kanin. 3.

Ang mga translocation at inversions, na balanseng chromosomal rearrangements, ay walang phenotypic manifestations, ngunit bilang resulta ng segregation ng rearranged chromosomes sa meiosis, maaari silang bumuo ng hindi balanseng gametes, na hahantong sa paglitaw ng mga supling na may chromosomal abnormalities.

Genomic mutations, pati na rin ang chromosomal, ang mga sanhi ng mga sakit na chromosomal.

Ang genomic mutations ay kinabibilangan ng aneuploidy at mga pagbabago sa ploidy ng hindi nagbabagong istruktura na mga chromosome. Ang mga genomic mutations ay nakita ng mga cytogenetic na pamamaraan.

Ang Aneuploidy ay isang pagbabago (pagbaba - monosomy, pagtaas - trisomy) sa bilang ng mga chromosome sa isang diploid set, hindi multiple ng isang haploid (2n + 1, 2n-1, atbp.).

Polyploidy - isang pagtaas sa bilang ng mga set ng chromosome, isang multiple ng haploid one (3n, 4n, 5n, atbp.).

Sa mga tao, ang polyploidy, gayundin ang karamihan sa mga aneuploidies, ay mga nakamamatay na mutasyon.

Ang pinakakaraniwang genomic mutations ay kinabibilangan ng:

Trisomy - ang pagkakaroon ng tatlong homologous chromosome sa karyotype (halimbawa, para sa ika-21 na pares na may Down's disease, para sa ika-18 na pares para sa Edwards syndrome, para sa ika-13 pares para sa Patau syndrome; para sa sex chromosomes: XXX, XXY, XYY);

Ang monosomy ay ang pagkakaroon ng isa lamang sa dalawang homologous na chromosome. Sa monosomy para sa alinman sa mga autosome, ang normal na pag-unlad ng embryo ay hindi posible. Ang tanging monosomy sa mga tao na katugma sa buhay - monosomy sa X chromosome - humahantong sa Shereshevsky-Turner syndrome (45, X).

Ang dahilan na humahantong sa aneuploidy ay ang di-disjunction ng mga chromosome sa panahon ng cell division sa panahon ng pagbuo ng mga cell ng mikrobyo o ang pagkawala ng mga chromosome bilang resulta ng anaphase lagging, kapag ang isa sa mga homologous chromosome ay maaaring mahuli sa iba pang mga non-homologous chromosome sa panahon ng paggalaw sa ang poste. Ang terminong nondisjunction ay nangangahulugan ng kawalan ng paghihiwalay ng mga chromosome o chromatid sa meiosis o mitosis.

Ang Chromosome nondisjunction ay kadalasang nakikita sa panahon ng meiosis. Ang mga chromosome, na karaniwang dapat hatiin sa panahon ng meiosis, ay nananatiling magkakasama at lumilipat sa isang poste ng cell sa anaphase, kaya dalawang gametes ang lumitaw, ang isa ay may dagdag na chromosome, at ang isa ay walang ganitong chromosome. Kapag ang gamete na may normal na hanay ng mga chromosome ay na-fertilize ng gamete na may dagdag na chromosome, nangyayari ang trisomy (i.e., mayroong tatlong homologous chromosome sa cell), kapag na-fertilize ng gamete na walang isang chromosome, nangyayari ang isang zygote na may monosomy. Kung ang isang monosomic zygote ay nabuo sa anumang autosomal chromosome, kung gayon ang pag-unlad ng organismo ay hihinto sa pinakamaagang yugto ng pag-unlad.

Ayon sa uri ng mana nangingibabaw at recessive mutasyon. Tinutukoy ng ilang mananaliksik ang semi-dominant, co-dominant mutations. Ang mga nangingibabaw na mutasyon ay nailalarawan sa pamamagitan ng direktang epekto sa katawan, ang mga semi-dominant na mutasyon ay ang heterozygous form sa phenotype ay intermediate sa pagitan ng AA at aa form, at ang codominant mutations ay nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na ang A 1 A 2 heterozygotes ay nagpapakita ng mga palatandaan ng pareho. mga alleles. Ang mga recessive mutations ay hindi lilitaw sa heterozygotes.

Kung ang isang nangingibabaw na mutation ay nangyayari sa mga gametes, ang mga epekto nito ay direktang ipinahayag sa mga supling. Maraming mutasyon sa mga tao ang nangingibabaw. Karaniwan ang mga ito sa mga hayop at halaman. Halimbawa, isang generative dominant mutation ang nagbunga ng Ancona breed ng short-legged sheep.

Ang isang halimbawa ng isang semi-dominant na mutation ay ang mutational formation ng isang heterozygous form ng Aa, intermediate sa phenotype sa pagitan ng AA at aa organisms. Nagaganap ito sa kaso ng mga biochemical traits, kapag ang kontribusyon sa katangian ng parehong alleles ay pareho.

Ang isang halimbawa ng isang codominant mutation ay ang I A at I B alleles, na tumutukoy sa blood type IV.

Sa kaso ng recessive mutations, ang kanilang mga epekto ay nakatago sa mga diploid. Lumilitaw lamang ang mga ito sa homozygous na estado. Ang isang halimbawa ay recessive mutations na tumutukoy sa mga sakit sa gene ng tao.

Kaya, ang pangunahing mga kadahilanan sa pagtukoy ng posibilidad ng pagpapakita ng isang mutant allele sa isang organismo at populasyon ay hindi lamang ang yugto ng reproductive cycle, kundi pati na rin ang pangingibabaw ng mutant allele.

Direktang mutasyon? ito ay mga mutasyon na nag-inactivate ng mga wild-type na gene, i.e. mutations na nagbabago sa impormasyong naka-encode sa DNA sa isang direktang paraan, na nagreresulta sa isang pagbabago mula sa orihinal (wild) na uri ng organismo ay direktang napupunta sa mutant na uri ng organismo.

Mutation sa likod ay mga pagbabalik sa orihinal (wild) na mga uri mula sa mga mutant. Ang mga pagbabalik na ito ay may dalawang uri. Ang ilan sa mga pagbabalik ay dahil sa paulit-ulit na mutasyon ng isang katulad na site o locus na may pagpapanumbalik ng orihinal na phenotype at tinatawag na true backmutations. Ang iba pang mga pagbabalik ay mga mutasyon sa ilang iba pang gene na nagbabago sa pagpapahayag ng mutant gene patungo sa orihinal na uri, i.e. ang pinsala sa mutant gene ay napanatili, ngunit ito sa paanuman ay nagpapanumbalik ng paggana nito, bilang isang resulta kung saan ang phenotype ay naibalik. Ang ganitong pagpapanumbalik (buo o bahagyang) ng phenotype sa kabila ng pagpapanatili ng orihinal na pinsala sa genetiko (mutation) ay tinatawag na pagsugpo, at ang mga naturang reverse mutations ay tinatawag na suppressor (extragene). Bilang isang patakaran, ang mga pagsugpo ay nangyayari bilang resulta ng mga mutasyon sa mga gene na nag-encode ng synthesis ng tRNA at ribosome.

Sa pangkalahatan, ang pagsupil ay maaaring:

? intragenic? kapag binago ng pangalawang mutation sa isang apektadong gene ang isang depekto sa codon bilang resulta ng direktang mutation sa paraan na ang isang amino acid ay ipinasok sa polypeptide na maaaring ibalik ang functional na aktibidad ng protina na ito. Kasabay nito, ang amino acid na ito ay hindi tumutugma sa orihinal (bago ang hitsura ng unang mutation), i.e. walang tunay na reversibility na naobserbahan;

? nag-ambag? kapag ang istraktura ng tRNA ay nabago, bilang isang resulta kung saan ang mutant tRNA ay nagsasama ng isa pang amino acid sa synthesized polypeptide sa halip na ang isang naka-encode ng may sira na triplet (na nagreresulta mula sa isang direktang mutation).

Ang kompensasyon para sa pagkilos ng mutagens dahil sa phenotypic na pagsugpo ay hindi ibinukod. Maaari itong asahan kapag ang cell ay naapektuhan ng isang salik na nagpapataas ng posibilidad ng mga error sa pagbabasa ng mRNA sa panahon ng pagsasalin (halimbawa, ilang antibiotics). Ang ganitong mga pagkakamali ay maaaring humantong sa pagpapalit ng maling amino acid, na, gayunpaman, ay nagpapanumbalik ng pag-andar ng protina, na may kapansanan bilang isang resulta ng direktang mutation.

Ang mga mutasyon, bilang karagdagan sa mga katangian ng husay, ay nagpapakilala rin sa paraan ng paglitaw nito. Kusang-loob(random) - mga mutasyon na nangyayari sa ilalim ng normal na kondisyon ng pamumuhay. Ang mga ito ay resulta ng mga natural na proseso na nagaganap sa mga cell, na nagaganap sa ilalim ng mga kondisyon ng natural na radioactive background ng Earth sa anyo ng cosmic radiation, mga radioactive na elemento sa ibabaw ng Earth, radionuclides na isinama sa mga cell ng mga organismo na nagdudulot ng mga mutasyon na ito o bilang resulta ng mga error sa pagtitiklop ng DNA. Ang mga kusang mutasyon ay nangyayari sa mga tao sa somatic at generative tissues. Ang pamamaraan para sa pagtukoy ng mga kusang mutasyon ay batay sa katotohanan na ang isang nangingibabaw na katangian ay lumilitaw sa mga bata, kahit na ang mga magulang nito ay wala nito. Ipinakita ng isang pag-aaral sa Denmark na humigit-kumulang isa sa 24,000 gametes ang nagdadala ng dominanteng mutation. Ang dalas ng kusang mutation sa bawat species ay genetically tinutukoy at pinananatili sa isang tiyak na antas.

sapilitan Ang mutagenesis ay ang artipisyal na paggawa ng mga mutasyon gamit ang mga mutagens ng iba't ibang kalikasan. Mayroong pisikal, kemikal at biyolohikal na mga salik na mutagenic. Karamihan sa mga salik na ito ay maaaring direktang tumutugon sa mga nitrogenous na base sa mga molekula ng DNA o isinama sa mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide. Ang dalas ng mga sapilitan na mutasyon ay tinutukoy sa pamamagitan ng paghahambing ng mga cell o populasyon ng mga organismo na ginagamot at hindi ginagamot gamit ang mutagen. Kung ang dalas ng isang mutation sa isang populasyon ay tumaas ng 100 beses bilang isang resulta ng paggamot na may mutagen, kung gayon ito ay itinuturing na isang mutant lamang sa populasyon ang magiging spontaneous, ang natitira ay mai-induce. Ang pananaliksik sa paglikha ng mga pamamaraan para sa direktang pagkilos ng iba't ibang mutagens sa mga partikular na gene ay praktikal na kahalagahan para sa pagpili ng mga halaman, hayop, at mikroorganismo.

Ayon sa uri ng mga selula kung saan nagaganap ang mga mutasyon, nakikilala ang mga generative at somatic mutations (tingnan ang Fig. 4).

Generative nagaganap ang mga mutasyon sa mga selula ng mikrobyo ng reproduktibo at sa mga selulang mikrobyo. Kung ang isang mutation (generative) ay nangyayari sa mga genital cell, kung gayon ang ilang mga gametes ay maaaring tumanggap ng mutant gene nang sabay-sabay, na magpapataas ng potensyal na kakayahang magmana ng mutation na ito ng ilang mga indibidwal (mga indibidwal) sa mga supling. Kung naganap ang mutation sa gamete, malamang na isang indibidwal lamang (indibidwal) sa mga supling ang makakatanggap ng gene na ito. Ang dalas ng mutasyon sa mga selula ng mikrobyo ay naiimpluwensyahan ng edad ng organismo.

kanin. 4.

Somatic Ang mga mutasyon ay nangyayari sa mga somatic cells ng mga organismo. Sa mga hayop at tao, ang mga pagbabago sa mutational ay mananatili lamang sa mga cell na ito. Ngunit sa mga halaman, dahil sa kanilang kakayahang magparami nang vegetative, ang mutation ay maaaring lumampas sa mga somatic tissue. Halimbawa, ang sikat na iba't ibang taglamig ng Delicious apples ay nagmula sa isang mutation sa somatic cell, na, bilang resulta ng paghahati, ay humantong sa pagbuo ng isang sangay na may mga katangian ng isang mutant type. Sinundan ito ng vegetative propagation, na naging posible upang makakuha ng mga halaman na may mga katangian ng iba't ibang ito.

Ang pag-uuri ng mga mutasyon depende sa kanilang phenotypic na epekto ay unang iminungkahi noong 1932 ni G. Möller. Ayon sa pag-uuri ay inilaan:

amorphous mutations. Ito ay isang kondisyon kung saan ang katangiang kinokontrol ng abnormal na allele ay hindi nangyayari dahil ang abnormal na allele ay hindi aktibo kumpara sa normal na allele. Kabilang sa mga mutasyon na ito ang albinism gene at humigit-kumulang 3,000 autosomal recessive na sakit;

antimorphic mutations. Sa kasong ito, ang halaga ng katangiang kinokontrol ng pathological allele ay kabaligtaran sa halaga ng katangiang kinokontrol ng normal na allele. Kasama sa mga mutasyon na ito ang mga gene ng humigit-kumulang 5-6 libong mga sakit na nangingibabaw sa autosomal;

hypermorphic mutations. Sa kaso ng gayong mutation, ang katangiang kinokontrol ng pathological allele ay mas malinaw kaysa sa katangiang kinokontrol ng normal na allele. Halimbawa? heterozygous carrier ng genome instability disease genes. Ang kanilang bilang ay halos 3% ng populasyon ng mundo, at ang bilang ng mga sakit mismo ay umabot sa 100 nosologies. Kabilang sa mga sakit na ito: Fanconi anemia, ataxia telangiectasia, pigment xeroderma, Bloom's syndrome, progeroid syndromes, maraming anyo ng cancer, atbp. Kasabay nito, ang dalas ng kanser sa heterozygous carrier ng mga gene para sa mga sakit na ito ay 3-5 beses na mas mataas. kaysa sa karaniwan, at sa mga pasyente mismo ( homozygotes para sa mga gene na ito) ang saklaw ng kanser ay sampung beses na mas mataas kaysa sa normal.

hypomorphic mutations. Ito ay isang kondisyon kung saan ang pagpapahayag ng isang katangian na kinokontrol ng isang pathological allele ay humina kumpara sa isang katangian na kinokontrol ng isang normal na allele. Kasama sa mga mutasyon na ito ang mga mutasyon sa pigment synthesis genes (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), pati na rin ang higit sa 3000 na anyo mga sakit na autosomal recessive.

neomorphic mutations. Ang nasabing mutation ay sinasabing kapag ang trait na kinokontrol ng pathological allele ay may ibang (bagong) kalidad kumpara sa trait na kinokontrol ng normal na allele. Halimbawa: ang synthesis ng mga bagong immunoglobulin bilang tugon sa pagtagos ng mga dayuhang antigens sa katawan.

Sa pagsasalita tungkol sa pangmatagalang kahalagahan ng pag-uuri ni G. Möller, dapat tandaan na 60 taon pagkatapos ng paglalathala nito, ang mga phenotypic na epekto ng point mutations ay nahahati sa iba't ibang klase depende sa kanilang epekto sa istraktura ng produkto ng protina ng gene at/o ang antas. ng pagpapahayag nito.

Para sa genetic na pananaliksik, ang isang tao ay isang hindi maginhawang bagay, dahil sa isang tao: ang eksperimentong pagtawid ay imposible; isang malaking bilang ng mga chromosome; huli na ang pagdadalaga; isang maliit na bilang ng mga inapo sa bawat pamilya; Ang pagkakapantay-pantay ng mga kondisyon ng pamumuhay para sa mga supling ay imposible.

Ang ilang mga pamamaraan ng pananaliksik ay ginagamit sa genetika ng tao.

pamamaraan ng genealogical

Ang paggamit ng pamamaraang ito ay posible sa kaso kung ang mga direktang kamag-anak ay kilala - ang mga ninuno ng may-ari ng namamana na katangian ( proband) sa mga linya ng ina at ama sa isang bilang ng mga henerasyon o ang mga inapo ng proband din sa ilang henerasyon. Kapag nag-compile ng mga pedigree sa genetics, ginagamit ang isang tiyak na sistema ng notasyon. Matapos i-compile ang pedigree, ang pagsusuri nito ay isinasagawa upang maitatag ang likas na katangian ng pagmamana ng katangiang pinag-aaralan.

Mga kombensiyon na pinagtibay sa paghahanda ng mga pedigree:
1 - tao; 2 - babae; 3 - hindi malinaw ang kasarian; 4 - ang may-ari ng pinag-aralan na katangian; 5 - heterozygous carrier ng pinag-aralan na recessive gene; 6 - kasal; 7 - kasal ng isang lalaki na may dalawang babae; 8 - kaugnay na kasal; 9 - mga magulang, mga anak at ang pagkakasunud-sunod ng kanilang kapanganakan; 10 - dizygotic twins; 11 - monozygotic na kambal.

Salamat sa pamamaraan ng genealogical, ang mga uri ng pamana ng maraming katangian sa mga tao ay natukoy. Kaya, ayon sa autosomal dominant type, polydactyly (isang tumaas na bilang ng mga daliri), ang kakayahang igulong ang dila sa isang tubo, brachydactyly (maikling daliri dahil sa kawalan ng dalawang phalanges sa mga daliri), freckles, maagang pagkakalbo, fused mga daliri, siwang labi, siwang ng langit, mga katarata ng mata, hina ng buto at marami pang iba. Ang albinism, pulang buhok, madaling kapitan sa polio, diabetes mellitus, congenital deafness, at iba pang mga katangian ay minana bilang autosomal recessive.

Ang nangingibabaw na katangian ay ang kakayahang igulong ang dila sa isang tubo (1) at ang recessive allele nito ay ang kawalan ng kakayahang ito (2).
3 - pedigree para sa polydactyly (autosomal dominant inheritance).

Ang ilang mga katangian ay minana na may kaugnayan sa sex: X-linked inheritance - hemophilia, color blindness; Y-linked - hypertrichosis ng gilid ng auricle, webbed toes. Mayroong ilang mga gene na matatagpuan sa mga homologous na rehiyon ng X at Y chromosomes, tulad ng pangkalahatang pagkabulag ng kulay.

Ang paggamit ng pamamaraan ng genealogical ay nagpakita na sa isang kaugnay na pag-aasawa, kumpara sa isang hindi nauugnay na isa, ang posibilidad ng mga deformidad, patay na panganganak, at maagang pagkamatay sa mga supling ay tumataas nang malaki. Sa mga kaugnay na pag-aasawa, ang mga recessive na gene ay kadalasang napupunta sa isang homozygous na estado, bilang isang resulta, ang ilang mga anomalya ay nabubuo. Isang halimbawa nito ay ang pamana ng hemophilia sa mga royal house ng Europe.

- hemophilic; - babaeng carrier

kambal na pamamaraan

1 - monozygotic twins; 2 - dizygotic twins.

Ang mga batang ipinanganak sa parehong oras ay tinatawag na kambal. Sila ay monozygotic(magkapareho) at dizygotic(iba-iba).

Ang mga monozygotic na kambal ay nabubuo mula sa isang zygote (1), na nahahati sa dalawa (o higit pang) bahagi sa panahon ng pagdurog. Samakatuwid, ang ganitong mga kambal ay genetically identical at palaging pareho ang kasarian. Ang monozygotic twins ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na antas ng pagkakatulad ( konkordansiya) sa maraming mga paraan.

Ang dizygotic na kambal ay nabubuo mula sa dalawa o higit pang mga itlog na sabay-sabay na na-ovulate at na-fertilize ng magkaibang spermatozoa (2). Samakatuwid, mayroon silang magkakaibang genotype at maaaring pareho o magkaibang kasarian. Hindi tulad ng monozygotic twins, dizygotic twins ay nailalarawan sa pamamagitan ng discordance - dissimilarity sa maraming paraan. Ang data sa concordance ng kambal para sa ilang mga palatandaan ay ibinigay sa talahanayan.

palatandaan	Concordance, %
	Monozygotic na kambal	dizygotic na kambal
Normal
Pangkat ng dugo (AB0)	100	46
Kulay ng mata	99,5	28
Kulay ng Buhok	97	23
Patolohiya
Clubfoot	32	3
"Hare Lip"	33	5
Bronchial hika	19	4,8
Tigdas	98	94
Tuberkulosis	37	15
Epilepsy	67	3
Schizophrenia	70	13

Tulad ng makikita mula sa talahanayan, ang antas ng concordance ng monozygotic twins para sa lahat ng mga katangian sa itaas ay makabuluhang mas mataas kaysa sa dizygotic twins, ngunit ito ay hindi ganap. Bilang isang patakaran, ang discordance ng monozygotic twins ay nangyayari bilang isang resulta ng intrauterine development disorder ng isa sa kanila o sa ilalim ng impluwensya ng panlabas na kapaligiran, kung ito ay naiiba.

Salamat sa kambal na paraan, ang namamana na predisposisyon ng isang tao sa isang bilang ng mga sakit ay nilinaw: schizophrenia, epilepsy, diabetes mellitus at iba pa.

Ang mga obserbasyon sa mga monozygotic na kambal ay nagbibigay ng materyal para sa pagpapaliwanag ng papel ng pagmamana at kapaligiran sa pagbuo ng mga katangian. Bukod dito, ang panlabas na kapaligiran ay nauunawaan hindi lamang bilang mga pisikal na salik ng kapaligiran, kundi pati na rin bilang mga kalagayang panlipunan.

Cytogenetic na pamamaraan

Batay sa pag-aaral ng mga chromosome ng tao sa normal at pathological na mga kondisyon. Karaniwan, ang isang karyotype ng tao ay may kasamang 46 chromosome - 22 pares ng mga autosome at dalawang sex chromosome. Ang paggamit ng pamamaraang ito ay naging posible upang makilala ang isang pangkat ng mga sakit na nauugnay alinman sa isang pagbabago sa bilang ng mga chromosome o sa mga pagbabago sa kanilang istraktura. Ang mga ganitong sakit ay tinatawag chromosomal.

Ang mga lymphocyte ng dugo ay ang pinakakaraniwang materyal para sa pagsusuri ng karyotypic. Ang dugo ay kinuha sa mga matatanda mula sa isang ugat, sa mga bagong silang - mula sa isang daliri, earlobe o sakong. Ang mga lymphocyte ay nilinang sa isang espesyal na daluyan ng nutrisyon, na, sa partikular, ay naglalaman ng mga sangkap na "puwersa" ang mga lymphocyte na masinsinang hatiin sa pamamagitan ng mitosis. Pagkaraan ng ilang oras, ang colchicine ay idinagdag sa kultura ng cell. Pinipigilan ng Colchicine ang mitosis sa antas ng metaphase. Sa panahon ng metaphase na ang mga chromosome ay pinaka-condensed. Susunod, ang mga cell ay inilipat sa mga glass slide, pinatuyo at nabahiran ng iba't ibang mga tina. Ang pangkulay ay maaaring a) routine (pantay-pantay na mantsa ng mga chromosome), b) differential (nakakakuha ng transverse striation ang mga chromosome, na may indibidwal na pattern ang bawat chromosome). Ang regular na paglamlam ay nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy ang genomic mutations, matukoy ang pangkat na kabilang sa chromosome, at malaman kung saang grupo ang bilang ng mga chromosome ay nagbago. Ang differential staining ay nagpapahintulot sa iyo na makilala ang mga chromosomal mutations, matukoy ang chromosome sa numero, alamin ang uri ng chromosomal mutation.

Sa mga kaso kung saan kinakailangan na magsagawa ng karyotypic analysis ng fetus, ang mga cell ng amniotic (amniotic) fluid ay kinuha para sa paglilinang - isang halo ng fibroblast-like at epithelial cells.

Ang mga sakit na Chromosomal ay kinabibilangan ng: Klinefelter syndrome, Turner-Shereshevsky syndrome, Down syndrome, Patau syndrome, Edwards syndrome at iba pa.

Ang mga pasyente na may Klinefelter's syndrome (47, XXY) ay palaging lalaki. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng hindi pag-unlad ng mga glandula ng kasarian, pagkabulok ng mga seminiferous tubules, kadalasang mental retardation, mataas na paglaki (dahil sa hindi katimbang na mahabang mga binti).

Ang Turner-Shereshevsky syndrome (45, X0) ay sinusunod sa mga kababaihan. Ito ay nagpapakita ng sarili sa pagbagal ng pagbibinata, hindi pag-unlad ng mga gonad, amenorrhea (kawalan ng regla), kawalan ng katabaan. Ang mga babaeng may Turner-Shereshevsky syndrome ay maliit sa tangkad, ang katawan ay hindi katimbang - ang itaas na bahagi ng katawan ay mas binuo, ang mga balikat ay malawak, ang pelvis ay makitid - ang mas mababang mga paa ay pinaikli, ang leeg ay maikli na may mga fold, ang "Mongoloid" paghiwa ng mga mata at maraming iba pang mga palatandaan.

Ang Down syndrome ay isa sa mga pinakakaraniwang sakit sa chromosomal. Nabubuo ito bilang resulta ng trisomy sa chromosome 21 (47; 21, 21, 21). Ang sakit ay madaling masuri, dahil mayroon itong isang bilang ng mga tampok na katangian: pinaikling mga limbs, isang maliit na bungo, isang flat, malawak na ilong, makitid na palpebral fissures na may isang pahilig na paghiwa, ang pagkakaroon ng isang fold ng itaas na takipmata, at mental retardation. Ang mga paglabag sa istraktura ng mga panloob na organo ay madalas na sinusunod.

Ang mga sakit na Chromosomal ay nangyayari rin bilang resulta ng mga pagbabago sa mga chromosome mismo. Oo, pagtanggal R-braso ng autosome number 5 ay humahantong sa pagbuo ng "sigaw ng pusa" na sindrom. Sa mga bata na may ganitong sindrom, ang istraktura ng larynx ay nabalisa, at sa maagang pagkabata mayroon silang isang uri ng "meowing" voice timbre. Bilang karagdagan, mayroong isang retardation ng pag-unlad ng psychomotor at demensya.

Kadalasan, ang mga sakit sa chromosomal ay resulta ng mga mutasyon na naganap sa mga selula ng mikrobyo ng isa sa mga magulang.

Paraan ng biochemical

Binibigyang-daan kang makakita ng mga metabolic disorder na sanhi ng mga pagbabago sa mga gene at, bilang resulta, mga pagbabago sa aktibidad ng iba't ibang mga enzyme. Ang mga namamana na metabolic na sakit ay nahahati sa mga sakit ng metabolismo ng karbohidrat (diabetes mellitus), metabolismo ng mga amino acid, lipid, mineral, atbp.

Ang Phenylketonuria ay tumutukoy sa mga sakit ng metabolismo ng amino acid. Ang conversion ng mahahalagang amino acid na phenylalanine sa tyrosine ay naharang, habang ang phenylalanine ay na-convert sa phenylpyruvic acid, na pinalalabas sa ihi. Ang sakit ay humahantong sa mabilis na pag-unlad ng demensya sa mga bata. Ang maagang pagsusuri at diyeta ay maaaring huminto sa pag-unlad ng sakit.

Pamamaraang istatistikal ng populasyon

Ito ay isang paraan ng pag-aaral ng pamamahagi ng mga namamana na katangian (minanang sakit) sa mga populasyon. Ang isang mahalagang punto kapag ginagamit ang paraang ito ay ang pagpoproseso ng istatistika ng nakuhang data. Sa ilalim populasyon Nauunawaan ang kabuuan ng mga indibidwal ng parehong species, naninirahan sa isang tiyak na teritoryo sa mahabang panahon, malayang nagsasama sa isa't isa, pagkakaroon ng isang karaniwang pinagmulan, isang tiyak na genetic na istraktura at, sa isang antas o iba pa, nakahiwalay sa iba pang mga populasyon ng mga indibidwal. ng isang ibinigay na species. Ang populasyon ay hindi lamang isang anyo ng pag-iral ng isang species, kundi isang yunit din ng ebolusyon, dahil ang mga microevolutionary na proseso na nagtatapos sa pagbuo ng isang species ay batay sa genetic transformations sa mga populasyon.

Ang pag-aaral ng genetic structure ng mga populasyon ay tumatalakay sa isang espesyal na seksyon ng genetics - genetika ng populasyon. Sa mga tao, tatlong uri ng populasyon ang nakikilala: 1) panmictic, 2) demes, 3) isolates, na naiiba sa bawat isa sa bilang, dalas ng kasal sa loob ng grupo, ang proporsyon ng mga imigrante, at paglaki ng populasyon. Ang populasyon ng isang malaking lungsod ay tumutugma sa populasyon ng panmictic. Ang mga genetic na katangian ng anumang populasyon ay kinabibilangan ng mga sumusunod na tagapagpahiwatig: 1) gene pool(ang kabuuan ng mga genotype ng lahat ng indibidwal ng isang populasyon), 2) mga frequency ng gene, 3) mga frequency ng genotype, 4) mga frequency ng phenotype, sistema ng kasal, 5) mga salik na nagbabago sa mga frequency ng gene.

Upang matukoy ang mga dalas ng paglitaw ng ilang mga gene at genotype, batas ng hardy-weinberg.

Batas ng Hardy-Weinberg

Sa isang perpektong populasyon, mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon, ang isang mahigpit na tinukoy na ratio ng mga frequency ng nangingibabaw at recessive na mga gene (1), pati na rin ang ratio ng mga frequency ng genotypic na klase ng mga indibidwal (2) ay pinapanatili.

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

saan p- dalas ng paglitaw ng nangingibabaw na gene A; q- ang dalas ng paglitaw ng recessive gene a; R 2 - ang dalas ng paglitaw ng mga homozygotes para sa nangingibabaw na AA; 2 pq- dalas ng paglitaw ng Aa heterozygotes; q 2 - ang dalas ng paglitaw ng mga homozygotes para sa recessive aa.

Ang perpektong populasyon ay isang sapat na malaki, panmictic (panmixia - libreng pagtawid) na populasyon, kung saan walang proseso ng mutation, natural na pagpili at iba pang mga kadahilanan na nakakagambala sa balanse ng mga gene. Malinaw na ang perpektong populasyon ay hindi umiiral sa kalikasan; sa mga tunay na populasyon, ang batas ng Hardy-Weinberg ay ginagamit kasama ng mga susog.

Ang batas ng Hardy-Weinberg, sa partikular, ay ginagamit upang halos bilangin ang mga carrier ng recessive genes para sa mga namamana na sakit. Halimbawa, ang phenylketonuria ay kilala na nangyayari sa rate na 1:10,000 sa isang partikular na populasyon. Ang Phenylketonuria ay minana sa isang autosomal recessive na paraan, samakatuwid, ang mga pasyente na may phenylketonuria ay may aa genotype, iyon ay. q 2 = 0.0001. Mula rito: q = 0,01; p= 1 - 0.01 = 0.99. Ang mga carrier ng recessive gene ay may Aa genotype, iyon ay, sila ay heterozygotes. Ang dalas ng paglitaw ng heterozygotes (2 pq) ay 2 0.99 0.01 ≈ 0.02. Konklusyon: sa populasyon na ito, humigit-kumulang 2% ng populasyon ang mga carrier ng phenylketonuria gene. Kasabay nito, maaari mong kalkulahin ang dalas ng paglitaw ng mga homozygotes para sa nangingibabaw (AA): p 2 = 0.992, mas mababa sa 98%.

Ang isang pagbabago sa balanse ng genotypes at alleles sa isang panmictic na populasyon ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng patuloy na kumikilos na mga kadahilanan, na kinabibilangan ng: proseso ng mutation, mga alon ng populasyon, paghihiwalay, natural na pagpili, gene drift, emigration, imigrasyon, inbreeding. Salamat sa mga phenomena na ito na lumitaw ang isang elementarya na evolutionary phenomenon - isang pagbabago sa genetic na komposisyon ng isang populasyon, na siyang paunang yugto ng proseso ng speciation.

Ang genetika ng tao ay isa sa mga pinaka masinsinang umuunlad na sangay ng agham. Ito ang teoretikal na batayan ng gamot, ay nagpapakita ng biological na batayan ng mga namamana na sakit. Ang pag-alam sa genetic na kalikasan ng mga sakit ay nagbibigay-daan sa iyo upang makagawa ng tumpak na pagsusuri sa oras at isagawa ang kinakailangang paggamot.

Pumunta sa lektura №21"Pagbabago"

Mayroong iba't ibang mga paraan upang makita ang genetic mutations. Southern blotting inilarawan sa itaas ay ginagamit upang makita ang malalaking genomic mutations. Ang ibang mga pamamaraan ay gumagamit ng PCR-amplified o cloned DNA. Ang mga mutasyon ay maaaring direktang matukoy sa pamamagitan ng sequencing (pagtukoy sa pangunahing istruktura ng DNA macromolecules) o paggamit ng radioisotope at fluorescent system.

Maaari din silang makilala sa pamamagitan ng paghahambing ng pagkakasunud-sunod tumor DNA na may DNA nakahiwalay sa mga normal na tisyu, o sa paghahambing sa normal na pagkakasunud-sunod ng DNA na inilarawan sa panitikan (halimbawa, sa mga database na nai-post sa Internet).

Pagsusuri ng conformational polymorphism single stranded- isang radioisotope na paraan para sa pagtukoy ng mga mutasyon, batay sa isang pagbabago sa hugis (conformation) ng mutant DNA, na maaaring makita ng electrophoresis. Upang gawin ito, ang normal at tumor na DNA ay na-clone ng PCR, na-denatured at sinusuri gamit ang gel electrophoresis. Binabago ng mutant DNA ang conformation nito sa isang hindi normal na hugis at nakakakuha ng di-normal na mobility sa electrophoresis.

Ang mga pagbabagong ito ay madaling matukoy kung kailan mga radioautograph. Ang figure sa ibaba ay naglalarawan ng pamamaraan para sa pagsusuri ng conformational polymorphism ng single-stranded (single-stranded) DNA.

Denatured mataas na pagganap likidong kromatograpiya- isang bagong paraan para sa pag-detect ng mga mutasyon na hindi nangangailangan ng paggamit ng mga radioactive substance. Sa pag-aaral na ito, ang normal at tumor na DNA ay pinalakas (na-clone) ng PCR, pinaghalo at na-denatured upang bumuo ng pinaghalong single-stranded na molekula ng DNA. Pagkatapos ay isinasagawa ang mabagal na pagsusubo, bilang isang resulta kung saan ang double-stranded na DNA ay nabuo muli.

Kapag ipinares ang thread normal na DNA na may tumor thread sa site ng mutation, ang pagsasama ay nabalisa - ang tinatawag na heteroduplex. Ang heteroduplex na ito ay may melting point na naiiba sa normal at tumor na DNA, ibig sabihin, homoduplex molecules, at dahil dito madali itong matukoy gamit ang chromatography.

Iba pang mga paraan ng pagtuklas mutasyon- denaturing gradient gel electrophoresis, allele-specific oligonucleotide analysis at allele-specific amplification - batay sa pagtuklas ng mga pagkakaiba sa mga sequence ng normal at tumor DNA.

Bawat isa sa mga paraan(maliban sa direktang pagkakasunud-sunod) ay isang paraan ng pag-screen para sa pagkakaroon ng mutation, ngunit hindi tinutukoy ang uri nito o ang katangian ng sequence disorder. Sa kasalukuyan, ang mga instrumento at pamamaraan ay binuo na nagbibigay-daan sa amin upang pag-aralan ang malalaking fragment ng genome at exponentially taasan ang aming kakayahan upang makita ang mutations.

Kabilang dito ang molecular genetic analysis ng DNA(microarray analysis) gamit ang gene chips, o biochips, at ang transgenomic WAVE DNA Fragmentation Analysis System, na binuo sa California ng Transgenomic.

Pagsusuri ng conformation ng single-stranded DNA.
Kaliwa - ang mga normal na alleles ay may parehong pagkakasunud-sunod at, nang naaayon, ang parehong conformation, ay bumubuo ng dalawang magkatulad na guhitan.
Ang mutant allele ay ipinapakita sa kanan. Ang madilim at maliwanag na mga segment ay may bahagyang magkaibang pagkakasunud-sunod at, samakatuwid, lumilipat sa gel sa magkaibang mga rate.
Bilang resulta, apat na guhit ang nabuo. Ang diskarteng ito ay sensitibo para sa pag-detect ng mga pagkakaiba ng ilang mga pares ng base.

Ang pinakamahalagang pagbabago sa genetic apparatus ay nagaganap sa panahon genomic mutations, ibig sabihin. kapag nagbabago ang bilang ng mga chromosome sa set. Maaari nilang alalahanin ang alinman sa mga indibidwal na chromosome ( aneuploidy), o buong genome ( euploidy).

Sa mga hayop, ang pangunahing diploid ang antas ng ploidy, na nauugnay sa pamamayani ng kanilang sekswal na paraan ng pagpaparami. Polyploidy sa mga hayop ito ay napakabihirang, halimbawa, sa mga roundworm at rotifers. haploidy sa antas ng organismo, bihira din ito sa mga hayop (halimbawa, mga drone sa mga bubuyog). Ang Haploid ay ang mga selula ng mikrobyo ng mga hayop, na may malalim na biological na kahulugan: dahil sa pagbabago sa mga nuclear phase, ang pinakamainam na antas ng ploidy ay nagpapatatag - diploid. Ang haploid na bilang ng mga kromosom ay tinatawag na batayang bilang ng mga kromosom.

Sa mga halaman, ang mga haploid ay kusang bumangon sa mga populasyon sa mababang dalas (ang mais ay may 1 haploid bawat 1000 diploid). Ang mga phenotypic na tampok ng haploid ay tinutukoy ng dalawang mga kadahilanan: panlabas na pagkakapareho sa kaukulang mga diploid, kung saan naiiba ang mga ito sa mas maliliit na laki, at ang pagpapakita ng mga recessive na gene na nasa kanilang homozygous na estado. Ang mga haploid ay karaniwang sterile, dahil kulang sila ng mga homologous chromosome at hindi maaaring magpatuloy ng normal ang meiosis. Ang mga fertile gametes sa haploid ay maaaring mabuo sa mga sumusunod na kaso: a) kapag ang mga chromosome ay naghihiwalay sa meiosis ayon sa uri 0- n(i.e. ang buong haploid set ng mga chromosome ay napupunta sa isang poste); b) na may kusang diploidization ng mga cell ng mikrobyo. Ang kanilang pagsasanib ay humahantong sa pagbuo ng mga diploid na supling.

Maraming mga halaman ang may malawak na hanay ng mga antas ng ploidy. Halimbawa, sa loob ng genus na Poa (bluegrass), ang bilang ng mga chromosome ay mula 14 hanggang 256, i.e. pangunahing bilang ng mga chromosome ( n= 7) tataas ng ilang sampu-sampung beses. Gayunpaman, hindi lahat ng chromosome number ay pinakamainam at tinitiyak ang normal na posibilidad na mabuhay ng mga indibidwal. Mayroong biologically optimal at evolutionarily optimal na antas ng ploidy. Sa mga sekswal na species, kadalasan sila ay nag-tutugma (diploidy). Sa facultatively apomictic species, ang pinakamainam na antas ng ebolusyon ay kadalasang ang antas ng tetraploid, na nagbibigay-daan para sa posibilidad ng isang kumbinasyon ng sekswal na pagpaparami at apomixis (ibig sabihin, parthenogenesis). Ito ay ang pagkakaroon ng isang apomictic na anyo ng pagpaparami na nagpapaliwanag ng malawak na pamamahagi ng polyploidy sa mga halaman, dahil. sa mga sekswal na species, ang polyploidy ay kadalasang humahantong sa sterility dahil sa mga kaguluhan sa meiosis, habang sa apomicts, ang meiosis ay hindi nangyayari sa panahon ng pagbuo ng gamete, at sila ay madalas na polyploid.

Sa ilang genera ng halaman, ang mga species ay bumubuo ng polyploid series na may mga chromosome number na multiple ng base number. Halimbawa, ang ganitong serye ay umiiral sa trigo: Triticum monococcum 2 n= 14 (einkorn trigo); Tr. durum 2 n= 28 (durum wheat); Tr. aestivum 2 n= 42 (malambot na trigo).

Pagkilala sa pagitan ng autopolyploidy at allopolyploidy.

Autopolyploidy

Autopolyploidy ay isang pagtaas sa bilang ng mga haploid set ng chromosome ng isang species. Ang unang mutant, isang autotetraploid, ay inilarawan sa simula ng ika-20 siglo. G. de Vries sa evening primrose. Mayroon itong 14 na pares ng chromosome sa halip na 7. Ang karagdagang pag-aaral ng bilang ng mga chromosome sa mga kinatawan ng iba't ibang pamilya ay nagsiwalat ng malawak na pamamahagi ng autopolyploidy sa mundo ng halaman. Sa autopolyploidy, maaaring mangyari ang kahit na (tetraploids, hexaploids) o kakaiba (triploids, pentaploids) na pagtaas sa mga chromosome set. Ang mga autopolyploid ay naiiba sa mga diploid sa mas malaking sukat ng lahat ng mga organo, kabilang ang mga reproductive. Ito ay batay sa pagtaas ng laki ng cell na may pagtaas ng ploidy (nuclear plasma index).

Iba-iba ang reaksyon ng mga halaman sa pagtaas ng bilang ng mga chromosome. Kung, bilang isang resulta ng polyploidy, ang bilang ng mga chromosome ay nagiging mas mataas kaysa sa pinakamainam, kung gayon ang mga autopolyploids, na nagpapakita ng mga indibidwal na palatandaan ng gigantism, ay karaniwang hindi gaanong nabuo, tulad ng, halimbawa, 84-chromosomal na trigo. Ang mga autopolyploids ay madalas na nagpapakita ng ilang antas ng sterility dahil sa mga pagkagambala sa meiosis sa panahon ng pagkahinog ng mga cell ng mikrobyo. Minsan ang mga high polyploid na anyo ay karaniwang lumalabas na hindi mabubuhay at baog.

Ang autopolyploidy ay resulta ng pagkagambala sa proseso ng paghahati ng selula (mitosis o meiosis). Mitotic polyploidy ay nagreresulta mula sa nondisjunction ng mga anak na chromosome sa prophase. Kung ito ay nangyayari sa unang dibisyon ng zygote, kung gayon ang lahat ng mga selula ng embryo ay magiging polyploid; kung sa mga susunod na yugto, ang mga somatic mosaic ay nabuo - mga organismo na ang mga bahagi ng katawan ay binubuo ng mga polyploid cells. Ang mitotic polyploidization ng mga somatic cells ay maaaring mangyari sa iba't ibang yugto ng ontogeny. Ang Meiotic polyploidy ay sinusunod kapag ang meiosis ay nawala o napalitan ng mitosis o ilang iba pang uri ng non-reductive division sa panahon ng pagbuo ng mga germ cell. Ang resulta nito ay ang pagbuo ng mga hindi nabawasang gametes, ang pagsasanib nito ay humahantong sa paglitaw ng polyploid na supling. Ang ganitong mga gametes ay madalas na nabuo sa apomictic species, at bilang isang pagbubukod sa mga sekswal na species.

Kadalasan, ang mga autotetraploid ay hindi nakikipag-interbreed sa mga diploid kung saan sila nagmula. Kung ang pagtawid sa pagitan nila ay nagtagumpay pa rin, kung gayon bilang isang resulta, ang mga autotriploid ay lumitaw. Ang mga kakaibang polyploid, bilang panuntunan, ay lubos na sterile at hindi kaya ng pagpaparami ng binhi. Ngunit para sa ilang mga halaman, ang triploidy ay lumilitaw na ang pinakamainam na antas ng ploidy. Ang ganitong mga halaman ay nagpapakita ng mga palatandaan ng gigantismo kumpara sa mga diploid. Ang mga halimbawa ay triploid aspen, triploid sugar beet, ilang uri ng puno ng mansanas. Ang pagpaparami ng mga triploid form ay isinasagawa alinman sa pamamagitan ng apomixis o sa pamamagitan ng vegetative reproduction.

Para sa artipisyal na produksyon ng mga polyploid cell, isang malakas na lason ang ginagamit - colchicine, na nakuha mula sa taglagas na halaman ng colchicum (Colchicum automnale). Ang pagkilos nito ay tunay na unibersal: maaari kang makakuha ng polyploid mula sa anumang halaman.

Allopolyploidy

Allopolyploidy- ito ay isang pagdodoble ng set ng mga chromosome sa malalayong hybrids. Halimbawa, kung ang hybrid ay may dalawang magkaibang AB genome, ang polyploid genome ay magiging AABB. Ang mga interspecific na hybrid ay kadalasang nagiging sterile, kahit na ang mga species na kinuha para sa pagtawid ay may parehong mga chromosome na numero. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga chromosome ng iba't ibang mga species ay hindi homologous, at samakatuwid ang mga proseso ng conjugation at divergence ng mga chromosome ay nabalisa. Ang mga paglabag ay mas matindi kapag ang mga bilang ng mga chromosome ay hindi nagtutugma. Kung ang hybrid ay kusang duplicate ang mga chromosome sa itlog, pagkatapos ay isang allopolyploid na naglalaman ng dalawang diploid set ng mga parental species. Sa kasong ito, ang meiosis ay nagpapatuloy nang normal, at ang halaman ay magiging mataba. Katulad na allopolyploid S.G. Iminungkahi ni Navashin na tawagan silang amphidiploids.

Alam na ngayon na maraming mga natural na nagaganap na polyploid form ay allopolyploidy, halimbawa, ang 42-chromosome common wheat ay isang amphidiploid na lumitaw mula sa pagtawid sa isang tetraploid na trigo at isang diploid na nauugnay na species ng Aegilops (Aegilops L.) na sinusundan ng pagdodoble ng hanay ng mga chromosome ng isang triploid hybrid.

Ang allopolyploid na kalikasan ay naitatag sa isang bilang ng mga nilinang species ng halaman, tulad ng tabako, panggagahasa, sibuyas, wilow, atbp. Kaya, ang allopolyploidy sa mga halaman ay, kasama ng hybridization, ang isa sa mga mekanismo ng speciation.

Aneuploidy

Aneuploidy nagsasaad ng pagbabago sa bilang ng mga indibidwal na chromosome sa karyotype. Ang paglitaw ng mga aneuploid ay bunga ng hindi tamang pagkakaiba-iba ng mga kromosom sa proseso ng paghahati ng cell. Ang mga aneuploid ay madalas na lumitaw sa mga supling ng mga autopolyploids, na, dahil sa hindi tamang pagkakaiba-iba ng mga multivalents, ay nagbubunga ng mga gametes na may abnormal na bilang ng mga chromosome. Bilang resulta ng kanilang pagsasama, lumitaw ang mga aneuploid. Kung ang isang gamete ay may set ng mga chromosome n+ 1, at ang isa pa - n, pagkatapos mula sa kanilang pagsasama, trisomic- diploid na may dagdag na chromosome sa set. Kung ang isang gamete na may set ng mga chromosome n- 1 sumanib sa normal ( n), pagkatapos ito ay nabuo monosomic Isang diploid na may kakulangan ng isang chromosome. Kung ang dalawang homologous chromosome ay nawawala sa set, kung gayon ang naturang organismo ay tinatawag nullisomic. Sa mga halaman, ang parehong monosomics at trisomics ay madalas na mabubuhay, kahit na ang pagkawala o pagdaragdag ng isang chromosome ay nagdudulot ng ilang partikular na pagbabago sa phenotype. Ang epekto ng aneuploidy ay depende sa bilang ng mga chromosome at ang genetic makeup ng dagdag o nawawalang chromosome. Ang mas maraming chromosome sa isang set, mas hindi gaanong sensitibo ang mga halaman sa aneuploidy. Ang trisomics sa mga halaman ay medyo hindi gaanong mabubuhay kaysa sa mga normal na indibidwal, at ang kanilang pagkamayabong ay nabawasan.

Ang mga monosom sa mga nilinang halaman, tulad ng trigo, ay malawakang ginagamit sa pagsusuri ng genetic upang matukoy ang lokalisasyon ng iba't ibang mga gene. Sa trigo, pati na rin sa tabako at iba pang mga halaman, ang monosomic series ay nilikha, na binubuo ng mga linya, sa bawat isa kung saan ang ilang chromosome ng normal na hanay ay nawala. Ang mga nullisomics na may 40 chromosome (sa halip na 42) ay kilala rin sa trigo. Ang kanilang kakayahang umangkop at pagkamayabong ay nababawasan depende sa kung alin sa ika-21 na pares ng mga chromosome ang nawawala.

Ang aneuploidy sa mga halaman ay malapit na nauugnay sa polyploidy. Ito ay malinaw na nakikita sa halimbawa ng bluegrass. Sa loob ng genus Roa, kilala ang mga species na bumubuo sa polyploid series na may mga chromosome number na multiple ng isang basic number ( n= 7): 14, 28, 42, 56. Sa meadow grass meadow, ang euploidy ay halos mawala at mapalitan ng aneuploidy. Ang bilang ng mga chromosome sa iba't ibang biotype ng species na ito ay nag-iiba mula 50 hanggang 100 at hindi isang multiple ng pangunahing numero, na nauugnay sa aneuploidy. Ang mga anyo ng aneuploid ay napanatili dahil sa katotohanan na sila ay nagpaparami ng parthenogenetically. Ayon sa mga geneticist, ang aneuploidy ay isa sa mga mekanismo ng genome evolution sa mga halaman.

Sa mga hayop at tao, ang pagbabago sa bilang ng mga chromosome ay may mas malubhang kahihinatnan. Ang isang halimbawa ng monosomy ay ang Drosophila na may kakulangan sa ika-4 na chromosome. Ito ang pinakamaliit na chromosome sa set, ngunit naglalaman ito ng nucleolar organizer at samakatuwid ay bumubuo ng nucleolus. Ang kawalan nito ay nagdudulot ng pagbaba sa laki ng mga langaw, pagbaba ng fertility, at pagbabago sa ilang morphological character. Gayunpaman, ang mga langaw ay mabubuhay. Ang pagkawala ng isang homologue mula sa ibang mga pares ng chromosome ay may nakamamatay na epekto.

Sa mga tao, ang genomic mutations ay kadalasang humahantong sa malubhang namamana na sakit. Kaya, ang monosomy sa X chromosome ay humahantong sa Shereshevsky-Turner syndrome, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng pisikal, mental at sekswal na pag-unlad ng mga carrier ng mutation na ito. Ang isang trisomy sa X chromosome ay may katulad na epekto. Ang pagkakaroon ng dagdag na 21st chromosome sa karyotype ay humahantong sa pagbuo ng kilalang Down syndrome. (Higit pang mga detalye ang ibinigay sa lecture "