Реферат на тему индуцированный мутагенез

Обновлено: 04.07.2024

1. Представления о мутациях. Спонтанный и индуцированный мутагенез

2. Представления о мутациях

Мутация(от лат. “mutazio” - изменение, перемена) –наследственное
изменение генотипа (это изменение наследственного материала, приводящее
к появлению новых признаков организма, способных передаваться
последующему поколению. Термин “мутация” ввел в науку в 1901 г.
Голландский генетик Г. де Фриз, описавший самопроизвольные мутации у
растений. Мутации - это стойкие изменения затрагивающие как целые
хромосомы, их части, отдельные гены. Чаще всего, мутации это мелкие, едва
заметные отклонения от нормы.

Классификация мутаций
1. По характеру проявления:
проявления бывают доминантными и рецессивными. Мутации нередко
понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко
снижающие жизнеспособность, частично или полностью
останавливающие развитие, называют полулетальными а несовместимые
с жизнью — летальными.

2. По месту возникновения:
Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного
организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие
мутации называют генеративными. Если изменяются гены в
соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма
и не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом
размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток,
имеющих изменившийся — мутировавший — ген, мутации могут
передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими.

Генеративные мутации
1.В половых клетках
2.Обнаруживаются только в
следующем поколении
Соматические мутации
1.В клетках тела
2.Проявляются у данного
организма и не передаются по
наследству

3. По уровню возникновения:
Генные мутации –
изменение строения одного
гена. Это изменение в
последовательности
нуклеотидов: выпадение,
вставка, замена и т.п.
Например, замена А на Т.
Причины – нарушения при
удвоении (репликации) ДНК.
Примеры:
серповидноклеточная
анемия, фенилкетонурия.

Хромосомные мутации –
изменение строения хромосом:
выпадение участка, удвоение
участка, поворот участка на 180
градусов, перенос участка на
другую (негомологичную)
хромосому и т.п. Причины –
нарушения при кроссинговере.
Пример: синдром кошачьего
крика.

Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины –
нарушения при расхождении хромосом. В зависимости от характера
изменения числа хромосом различают:
Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 →
24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению
размера.
Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна
лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при
этом общее количество хромосом – 47).

В зависимости от характера изменения числа
хромосом различают
Спонтанные
мутации
Индуцированные
мутации
Результат ошибок
репликации ДНК
Результат воздействия
мутагенов
Физические
Радиация, УФ
излучение
Биологические
Вирусы,
антибиотики
Химические
Различные
вещества

Спонтанный мутагенез
Спонтанные (самопроизвольные)
мутации возникают без видимых
причин. Эти мутации иногда
рассматривают как ошибки трех Р:
процессов репликации, репарации и
рекомбинации ДНК.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СПОНТАННЫЙ МУТАЦИОННЫЙ
ПРОЦЕСС
Эти факторы можно разделить на:
• экзогенные (естественная радиация, экстремальные температуры и
др.);
• эндогенные (спонтанно возникающие в организме химические
соединения-метаболиты, вызывающие мутагенный эффект; ошибки
репликации, репарации, рекомбинации; действие генов-мутаторов и
антимутаторов; транспозиция мобильных генетических элементов и др.).

Индуцированные мутации
Индуцированные мутации- мутации вызванные воздействием на
организм с участием человека.
Выделяют две большие группы мутагенов:
Физические
Электромагнит
ные
(рентгеновские
лучи, гаммалучи)
Корпускулярные
излучения
(электроны,
протоны,
нейтроны и
альфа-частицы)
Химические
Мутагенными факторами
могут служить также
ультрафиолетовые лучи и
резкие понижения или
повышения температуры
окружающей среды.

16. Спасибо за внимание.

Вопросы :
1.Какие бывают классификации мутаций ? (перечислить
только названия)
2. Факторы, влияющие на спонтанный мутационный
процесс ?
3. Что такое индуцированные мутации ?

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНДУЦИРОВАННОГО МУТАГЕНЕЗА В СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Искусственно полученные мутантные формы являются ценным материалом для селекции, поскольку в контролируемых условиях можно получить мутации, встречающиеся в природе очень редко или вообще не обнаруживаемые. Мутагенез широко применяется в селекции микроорганизмов и растений.

Для получения индуцированных мутаций у растений используют самые различные мутагены. Дозу этих мутагенов подбирают таким образом, чтобы погибало не более 30-50% обработанных объектов. Например, при использовании ионизирующего излучения такая критическая доза составляет от 1-3 до 10-15 и даже 50-100 килорентген. При использовании химических мутагенов применяют их водные растворы с концентрацией 0,01-0,2%; время обработки – от 6 до 24 часов и более.

Обработке подвергают пыльцу, семена, проростки, почки, черенки, луковицы, клубни и другие части растений. Растения, выращенные из обработанных семян (почек, черенков и т.д.) обозначаются символом M₁ (первое мутантное поколение). В M₁отбор вести трудно, поскольку большая часть мутаций рецессивна и не проявляется в фенотипе. Кроме того, наряду с мутациями часто встречаются и ненаследуемые изменения: фенокопии, тераты, морфозы. Поэтому выделение мутаций начинают в M₂ (втором мутантном поколении), когда проявляется хотя бы часть рецессивных мутаций, а вероятность сохранения ненаследственных изменений снижается. Обычно отбор продолжается в течение 2-3 поколений, хотя в некоторых случаях для выбраковки ненаследуемых изменений требуется до 5-7 поколений (такие ненаследственные изменения, сохраняющиеся на протяжении нескольких поколений, называют длительными модификациями).

Полученные мутантные формы или непосредственно дают начало новому сорту (например, карликовые томаты с желтыми или оранжевыми плодами) или используются в дальнейшей селекционной работе.

Однако применение индуцированных мутаций в селекции все же ограничено, поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят к снижению жизнеспособности или бесплодию. Поэтому в селекции стараются использовать уже известные мутации, которые прошли испытание естественным отбором.

Наследственные изменения какого-либо признака - мутации - возникают в результате структурных изменений генов или хромосомных перестроек. Большинство возникающих изменений относится к вредным или бесполезным. Но какая-то часть мутаций оказывается полезной для селекционера: появляются формы неполегающие, иммунные, с цитоплазматической стерильностью, скороспелые и т. д.

Одно из преимуществ метода мутагенеза перед методом гибридизации - возможность получения форм с совершенно новыми ценными признаками, отсутствовавшими ранее у данной культуры, например с резко измененным химическим составом (сорт подсолнечника Первенец).

Мутации вызываются многими радиационными и химическими мутагенами. К радиационным мутагенам относятся различные виды излучения: нейтроны, альфа-частицы, гамма-лучи, рентгеновские лучи, лазер и т. д. Наиболее простой метод получения мутаций - обработка радиационными мутагенами семян или пыльцы растений, которая затем используется для опыления. Для хронического облучения вегетирующих растений их выращивают на специальных площадках, в центре которых помещен источник облучения. Наибольший процент мутаций имеет место при дозах облучения, близких к критическим, когда более половины обработанных растений погибает. Но выход полезных мутаций при больших дозах, как правило, невысок, поэтому дозы применяют в 1,5-2 раза ниже критических. При облучении семян пшеницы, ячменя, гороха применяется доза 50-100 гр (1 гр=100 рад), а при облучении пыльцы дозы уменьшаются до нескольких грей.

Радиационные мутагены обычно вызывают широкий спектр мутаций, но обладают меньшей направленностью действия, чем различные химические мутагены, у которых доля полезных мутаций значительно выше (30—60% и более). Среди мутантов, полученных при помощи химических веществ, чаще обнаруживаются формы с полезными изменениями нескольких признаков или свойств.

В закрытом эксикаторе создается атмосфера, насыщенная парами мутагена, который легко проникает в семена. Химическими мутагенами обрабатывают также черенки, клубни, вводят их в стебель растения и т. д.

Количество и ценность возникающих мутаций зависят от вида облучения или химического мутагена, от дозы облучения и концентрации мутагенов, от состояния объекта обработки и от условий облучения (температуры, влажности и т. д.). На знании этих особенностей основана разработка приемов снижения повреждающего эффекта мутагенов.

Мутабильность зависит и от генотипа растения. Разные сорта дают неодинаковый процент мутантов при обработке одним и тем же мутагеном.

Для выявления мутантов обработанные семена высевают и в первом поколении (M1) отбирают доминантные мутации, но они редки. Рецессивные мутации выявляют в М2 и М3. Растения с ценными отклонениями отбирают и проверяют по потомству обычными методами. Менее трудоемок метод пересева. При этом семена без отборов пересевают несколько раз, а после прекращения расщепления отбирают растения, которые затем проверяют по потомству. Перекрестное опыление создает дополнительные затруднения при выявлении мутаций.

Пути использования индуцированных мутантов различны. Возможен отбор ценных мутантов с изменениями, как по отдельным признакам, так и по их комплексу. Мутанты широко используются для гибридизации, их скрещивают друг с другом и с сортами, в том числе и с исходными. Скрещивание ряда мутантов, устойчивых к отдельным расам болезни, позволяет создавать формы, устойчивые ко многим ее расам. Индуцированный мутагенез позволяет решать и специфические селекционные задачи - разрывать сцепление генов, получать транслокации (перемещения хромосомных сегментов) и т. д.

В нашей стране получены хозяйственно ценные мутанты многих культур - устойчивые к мучнистой росе, стеблевой и желтой ржавчине, пыльной и твердой головне, с повышенной продуктивностью, очень скороспелые. Особенно часты мутанты с прочной соломиной. При гибридизации широко используют мутанты в качестве доноров этих ценных признаков. Многие мутантные формы проходят государственное сортоиспытание. Число районированных мутантных сортов постоянно увеличивается.

Список литературы:

1) Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика 3 тома. М., "Мир",1988г.

2) Алиханян С.И., А.П. Акифьев, Л.С. Чернин. Общая генетика: Учеб. для студ. биол. спец. ун-тов. М.: Высшая школа, 1985.

3) Грин Н., Стаут У., Тейлор Д., Биология 3 тома, М, "Мир", 1990г.

4) Дубинин Н. П., Общая генетика, М., 1970.

5) Лобашев М. Е., Ватти К.В., Тихомирова М.М. Генетика с основами селекции, М. Просвещение, 1979.

Эффективными способами получения исходного материала являются методы индуцированного мутагенеза – искусственного получения мутаций. Индуцированный мутагенез позволяет получить новые аллели, которые в природе обнаружить не удается. Например, этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д. Экспериментально полученные мутации у растений и микроорганизмов используют как материал для искусственного отбора. Этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д.

Для получения индуцированных мутаций у растений используют физические мутагены (гамма-излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение) и специально созданные химические супермутагены (например, N-метил-N-нитрозомочевина).

Дозу мутагенов подбирают таким образом, чтобы погибало не более 30…50% обработанных объектов. Например, при использовании ионизирующего излучения такая критическая доза составляет от 1…3 до 10…15 и даже 50…100 килорентген. При использовании химических мутагенов применяют их водные растворы с концентрацией 0,01…0,2%; время обработки – от 6 до 24 часов и более.

Поэтому выделение мутаций начинают в M₂ (втором мутантном поколении), когда проявляется хотя бы часть рецессивных мутаций, а вероятность сохранения ненаследственных изменений снижается. Обычно отбор продолжается в течение 2…3 поколений, хотя в некоторых случаях для выбраковки ненаследуемых изменений требуется до 5…7 поколений (такие ненаследственные изменения, сохраняющиеся на протяжении нескольких поколений, называют длительными модификациями).

Однако применение индуцированных мутаций в селекции все же ограничено, поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят к снижению жизнеспособности и/или бесплодию. К немногим исключениям относится тутовый шелкопряд, с которым велась интенсивная селекционная работа с использованием авто- и аллополиплоидов (Б.Л. Астауров, В.А. Струнников).

Соматические мутации. В результате индуцированного мутагенеза часто получают частично мутантные растения (химерные организмы). В этом случае говорят о соматических (почковых) мутациях. Многие сорта плодовых растений, винограда, картофеля являются соматическими мутантами. Эти сорта сохраняют свои свойства, если их воспроизводят вегетативным путем, например, прививая обработанные мутагенами почки (черенки) в крону немутантных растений; таким путем размножают, например, бессемянные апельсины.

Автополиплоидия представляет собой многократное повторение в клетке одного и того хромосомного набора (генома). Автополиплоидия часто сопровождается увеличением размеров клеток, пыльцевых зерен и общих размеров организмов. Например, триплоидная осина достигает гигантских размеров, долговечна, её древесина устойчива к гниению. Среди культурных растений широко распространены как триплоиды (бананы, чай, сахарная свекла), так и тетраплоиды (рожь, клевер, гречиха, кукуруза, виноград, а также земляника, яблоня, арбузы). Некоторые полиплоидные сорта (земляника, яблоня, арбузы) представлены и триплоидами, и тетраплоидами. Автополиплоиды отличаются повышенной сахаристостью, повышенным содержанием витаминов. Положительные эффекты полиплоидии связаны с увеличением числа копий одного и того же гена в клетках, и, соответственно, в увеличении дозы (концентрации) ферментов. Как правило, автополиплоиды менее плодовиты по сравнению с диплоидами, однако снижение плодовитости обычно с лихвой компенсируется увеличением размеров плодов (яблони, груши, винограда) или повышенным содержанием определенных веществ (сахаров, витаминов). В то же время, в ряде случаев полиплоидия приводит к угнетению физиологических процессов, особенно при очень высоких уровнях плоидности. Например, 84-хромосомная пшеница менее продуктивна, чем 42-хромосомная.

Полиплоидия в селекции используется для достижения следующих целей:

– получение высокопродуктивных форм, которые могут непосредственно внедряться в производство или использоваться как материал для дальнейшей селекции;

– восстановление плодовитости у межвидовых гибридов;

– перевод гаплоидных форм на диплоидный уровень.

В экспериментальных условиях образование полиплоидных клеток можно вызвать воздействием экстремальных температур: низкими (0…+8 °С) или высокими (+38…+45 °С), а также путем обработки организмов или их частей (цветков, семян или проростков растений, яйцеклеток или эмбрионов животных) митозными ядами. К митозным ядам относятся: колхицин (алкалоид безвременника осеннего – известного декоративного растения), хлороформ, хлоралгидрат, винбластин, аценафтен и др.

Генотипическая изменчивость

Генетика изучает процессы преемственности жизни на молекулярном, клеточным, организменном и популяционном уровне. Генетика человека говорит о законах наследственности и изменчивости у человека в норме и при патологиях. Так что же такое изменчивость? Генотипическая изменчивость – изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству. К этому типу изменчивости относят комбинативную и мутационную изменчивости, которые ведут к увеличению внутривидового разнообразие в природе. Предполагалось, что именно изменчивости таких типов мутаций и сыграли немаловажную роль в мировой эволюции.

Комбинативная изменчивость.

Комбинативная изменчивость возникла с появлением полового размножения, она связана с различными вариантами перекомбинации родительских задатков и является источником бесконечного разнообразия сочетаемых признаков. Так, дети, рожденные в разное время у одной родительской пары, похожи, но всегда отличаются рядом признаков. Кобинативная изменчивость обуславливается вероятностным участием гамет в оплодотворении, имеющих различные перекомбинации хромосом родителей. При этом минимальное число возможных сортов гамет у мужчин и женщин огромно, оно равно 2 23 (без учета кроссинговера). Поэтому вероятность рождения на земле двух одинаковых людей ничтожно мала.

Большой вклад в комбинативную изменчивость вносит как раз кроссинговер, приводящий к образованию новых групп сцепления благодаря рекомбинации аллелей. При этом возможное число генотипов (g) равно:

g=[r(r+1)] n r – число аллелей

Этот закон окончательно был сформулирован в 1908 английским математиком Харди и немецким врачом-биологм Венбергом. И теперь этот закон носит имя закон Харди-Венберга.

Мутационная изменчивость.

Мутационная изменчивость связана с процессом образования мутаций. Мутации – это внезапные скачкообразные стойкие изменения в структуре генотипа. Организмы у которых произошла мутация называются мутунтами. Мутационная теория была создана, как говорилось выше, Гуго де Фризом в 1901-1903 гг. На основных ее положениях строица современная генетика: мутации, дискретные изменения наследственности, в природе спонтанны, мутации передаются по наследству, встречаются достаточно редко и могут быть различных типов. В зависимости от того какой признак положен в основу, на сегоднешний день существует несколько систем классификации мутаций.

Классификация мутаций

1. По способу возникновения. Различают спонтанные и индуцированные мутации Спонтанные происходят в природе крайне редко с частотой 1-100 на миллион экземпляров данного гена. В настоящие время очевидно, что спонтанный мутационный процесс зависит как от внутренних, так и от внешних факторов, которые называют мутационным давлением среды.

Индуцированные мутации возникают при воздействии на человека мутагенами –факторами, вызывающими мутации. Мутагены же бывают трех видов:

· Физические ( радиация, электро – магнитное излучение, давление, температура и т.д.)

· Химические (цитостатики, спирты,фенолы и т.д.)

· Биологические ( бактерии и вирусы )

2. По отношению к зачатковому пути. Существуют соматические и генеративные мутации. Генеративные мутации возникают в репродуктивных тканях и поэтому не всегда выявляются. Для того, чтобы выявилась генеративная мутация, необходимо, чтобы мутантная гамета учавствовала в оплодотворении.

3. По адаптивному занчению. Выделяют положительные, отрицательные и нейтральные мутации. Эта классификация связана с оценкой жизнеспособности образовавшегося мутанта.

4. По изменению генотипа. Мутации бывают генные, хромосомные и геномные геномные.

5. По локализации в клетке. Мутации делятся на ядерные и цитоплазматические. Плазматические мутации возникают в результате мутаций в плазмогенах, находящихяс в митохондриях. Полагают, что именно они приводят к мужскому бесплодию. Причем такие мутации в основном наследуются по женской линии.

Генные мутации

Генные ( точковые ) мутации затрагивают, как правило, один или несколько нуклеотидов, при этом один нуклеотид может превратиться в другой, может выпасть(делеция), продублироваться, а группа нуклеотидов может развернутся на 180 градусов. Например, широко известен ген человека, ответственный за серповидно – клеточную анемию, который может привести к летальному исходу. Соответствующий нормальный ген кодирует одну из полипептидныз цепей гемоглобина. У мутантного гена нарушен всего один нуклеотид (ГАА на ГУА). В результате в цепи гемоглобина одна аминокислота заменена на другую( вместо глутамина – валин). Казалось бы ничтожное изменение, но оно влечет за собой роковые последствия: эритроцит деформируется, приобретая серповидно – клеточную форму, и уже не способен транспортировать кислород, что и приводит к гибели организма. Генные мутации приводят к изменению аминокислотной последовательности белка. Наиболее вероятное мутация генов происходит при спаривание тесно связанных организмов, которые унаследовали мутантный ген у общего предка. По этой причине вероятность возникновения мутации повышается у детей, чьи родители являются родственниками. Генные мутации приводят к таким заболеваниям, как амавротическая идиотия, альбинизм, дальтонизм и др.

Интересно, что значимость нуклеотидных мутаций внутри кодона неравнозначна: замена первого и второго нуклеотида всегда приводит к изменению аминокислоты, третий же обычно не приводит к замене белка. К примеру, "Молчащая мутация"- изменение нуклеотидной последовательности, которая приводит к образованию схожего кодона, в результате аминокилотная последовательность белка не меняется.

Хромосомные мутации

Хромосомные мутации приводят к изменению числа, размеров и организации хромосом, поэтому их иногда называют хромосомными перестройками. Хромосомные перестройки делятся на внутри- и межхромосомные. К внутрехромосмным относятся:

· Дубликация – один из участков хромосомы представлен более одного раза.

· Делеция – утрачивается внутренний участок хромосомы.

· Инверсия –повороты участка хромосомы на 180 градусов.

Межхромосомные перестройки (их еще называют транслокации) делятся на:

· Реципрокные – обмен участками негомологичных хромосом.

· Нереципрокные – изменение положения участка хромосомы.

· Дицентрические – слияние фрагментов негомологичных хромосом.

· Центрические – слияние центромер негомологичных хромосом.

Хромосомные мутации проявляются у 1% новорожденных. Однако интересно, исследования показали, что нестабильность соматических клеток здоровых доноров не исключение, а норма. В связи с этим была высказана гипотеза о том, что нестабильность соматических клеток следует рассматривать не только как патологическое состояние, но и как адаптивную реакцию организма на измененные условия внутренней среды. Хромосомные мутации могут обладать фенотипическими явлениями. Наиболее распостраненный пример - синдром "Кошачьего крика" (плачь ребенка напоминает мяукание кошки). Обычно носители такой делеции погибают в младенчестве. Хромосомные мутации часто приводят к паталогическим нарушениям в организме, но в то же время хромосомные перестройки сыграли одну из ведущих ролей в эволюции. Так, у человека 23 пары хромосом, а у обезьяны - 24. Таким образом различие составляет всего одна хромосома. Ученые предполагают, что в процессе эволюции произошла хотя бы одна перестройка. Подтверждением этого может служить и тот факт, что 17 хромосома человека отличается от такой же хромосомы шимпанзе лишь одной перецентрической инверсией. Такие рассуждения во многом подтверждают теорию Дарвина.

Геномные мутации

Главная отличительная черта геномных мутаций связана с нарушением числа хромосом в кариотипе. Эти мутации так же подразделяются на два вида: полиплоидные анеуплоидные.

Полиплоидные мутации ведут к изменению хромосом в кариотипе, которое кратно гаплоидному набору хромосом. Этот синдром впервые был лишь обнаружен в 60-ых годах. Вообще полиплодия характерна в основном для человека, а среди животных встречается крайне редко. При полиплоидии число хромосом в клетке насчитывается по 69 (триплодие) , а иногда и по 92 (тетраплодие) хромосомы. Такое изменение ведет практически к 100 % смерти зародыша. Триплодие имеет не только многочисленные пороки, но и приводит к потере жизнеспособности. Тетраплодие встречается еще реже, но так же зачастую приводит к летальному исходу.

Анеуплоидные же мутации приводят к изменению числа хромосом в кариотипе, некратное гаплоидному набору. В результате такой мутации возникают осыби с аномальным чилом хромосом. Как и триплодия, анеуплодия часто приводит к смерти еще на ранних этапах развития зародыша. Причиной же таких последствий является утрата целой группы сцепления генов в кариотипе.

В цело же, механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе, в результате чего образуются аномальные гаметы, что и ведет к мутации. Изменения в организме связаны с присутствием генетически разнородных клеток. Такой процесс называется мозаицизм.

Геномные мутации одни из самых страшных. Они ведут к таким заболеваниям, как синдром Дауна (трисомия, возникает с частотой 1 больной на 600 новорожденных), синдром Клайнфельтера и др.

Спонтанные мутации

Мутации, помимо качественных свойств, характеризует и способ возникновения. Спонтанные (случайные) – мутации, возникающие при нормальных условиях жизни. Спонтанный процесс зависит от внешних и внутренних факторов ( биологические, химические, физические ). Спонтанные мутации возникают у человека в соматических и генеративных тканях. Метод определения спонтанных мутаций основан на том, что у детей появляется доминантный признак, хотя у его родителей он отсутствует. Проведенное в Дании исследование показали, что примерно одна из 24000 гамет несет в себе доминантную мутацию. Ученый же Холдейн рассчитал среднюю вероятность появления спонтанных мутаций, которая оказалась равна 5*10 -5 за поколение. Другой ученый Курт Браун предложил прямой метод оценки таких мутаций, а именно: число мутаций разделить на удвоенное количество обследованных индивидов.

Индуцированные мутации.

Индуцированный мутагенез – это искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым. Затем, проводя обширные исследования, была установлена радиобиологическая зависимость мутаций. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия. В конце сороковых годов открыли существование мощных химических мутагенов, которые вызывали серьезные повреждения ДНК человека для целого ряда вирусов. Одним из примеров воздействия мутагенов на человека может служить эндомитоз – удвоение хромосом с последующим делением центромер, но без расхождения хромосом.

Заключение

Мутационный процесс является главным источником изменений, приводящим к различным патологиям. Задачи науки на ближайшие время определяются как уменьшения генетического груза путем предотвращения или снижения вероятности мутаций и устранения возникших в ДНК изменений с помощью генной инженерии. Генная инженерия - новое направление в молекулярной биологии, появившееся в последние время, котоое может в будущем обратить мутации на пользу человеку, в частности, эффективно бороться с вирусами. Уже сейчас существуют вещества называемые антимутагены, которые приводят к ослаблению темпов мутирования. Успехи современной генетики находят применение в диагностики, профилактике и лечении ряда наследственных патологий . Так, в 1997 году в США была получена рекомбинативная ДНК. С помощью генной инженерии уже сконструированы искусственные гены инсулина, интерферона и других веществ.

Под индуцированным мутационным процессом понимают возникновение наследственных изменений под влиянием сцепленного воздействия факторов внешней и внутренней среды.

Первые исследования, относящиеся к изучению влияния различных факторов (мутагенов) на наследственную изменчивость появились в начале прошлого столетия. В настоящее время убедительно доказано влияние температуры, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, химических веществ и других реагентов на возникновение мутаций. Наибольший успех достигнут в изучении действия ионизирующих излучений.

2. Действие ионизирующих излучений

В России Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925г. впервые показано влияние лучей радия на наследственную изменчивость у грибов. Однако наиболее убедительное доказательство влияния рентгеновских лучей на наследственную изменчивость было получено Г. Меллером в 1927г. Было показано, что облучение увеличивает частоту возникновения мутаций в сотни раз по сравнению со спонтанной частотой. Позднее рядом исследователей было установлено влияние радиации на возникновение мутаций растений - кукурузы, табака, ячменя, пшеницы.

Возник новый раздел генетики - радиационная генетика . Исследованию влияния ионизирующих агентов на мутационный процесс уделяется большое внимание. Это определяется тем значением, которое ионизирующие излучения приобрели в жизни человека в последние десятилетия.

Под влиянием даже незначительной дозы ионизации резко возрастает частота мутаций. Подавляющее большинство мутаций порождает различные наследственные уродства и болезни. Накапливаясь в поколениях, они могут привести к тяжелым отрицательным последствиям.

Вместе с тем ионизирующие излучения с большим успехом используются в селекции и медицине, они широко применяются для изучения мутационного процесса.

При исследовании действия ионизирующих излучений на клетку было показано, что ядро примерно в 100 000 раз чувствительнее к радиации, чем цитоплазма. Поражаемость ядра клетки ионизирующими излучениями, так же как и другими агентами, может быть обусловлена высокой чувствительностью хромосом. ДНК хромосом является одним из самых чувствительных компонентов клетки. Меньшая чувствительность цитоплазмы может быть обусловлена наличием в ней множественных одноименных структур, заменяющих друг друга.

После облучения в клетках наблюдается самые разнообразные обратимые и необратимые изменения: возникают клетки с гигантскими ядрами, многоядерные клетки, нарушается полярность при делении ядра, тормозится митотическая активность, происходит слипание хромосом или их фрагментация.

Нарушение нормального хода митоза под влиянием облучения может приводить к возникновению полиплоидных, гаплоидных или анеуплоидных клеток.

При облучении в большом количестве возникают летальные, полулетальные (понижающие жизнеспособность) и другие мутации, вызывающие гибель зигот. Такие мутации могут быть доминантными и рецессивными.

На основании количественного учета мутаций была установлена зависимость частоты их возникновения от дозы облучения. Многочисленные опыты с дрозофилой, кукурузой, ячменем и другими объектами позволили сделать вывод, что частота генных мутаций возрастает прямо пропорционально дозе ионизирующего излучения.

Считается, что любая малая доза ионизирующей радиации может приводить к повышению частоты мутаций, т.е. говорят о беспороговом генетическом эффекте ионизирующей радиации.

В настоящее время доказано мутагенное действие ультрафиолетовых лучей для многих организмов. Они могут вызывать все виды мутаций.

3. Влияние генотипа на частоту мутаций

Каждый организм данного вида на разных стадиях онтогенеза имеет различные адаптационные механизмы, которые могут контролировать действие внешних факторов через физиологический и генетический механизмы. Сменяющийся тип обмена веществ на разных стадиях онтогенеза и гаметогенеза может обуславливать различное состояние хромосом.

Генотип в определенной мере контролирует эффективность ионизирующих излучений в отношении появления мутаций и хромосомных перестроек.

Установлено, что радиочувствительность и способность к мутациям под влиянием ионизации различны у организмов разных генотипов, у разных форм, видов и даже родов. Эти различия легче выявляются при малых дозах.

Ю.Я. Керкис с сотрудниками цитогенетическими методами установили, что у морских свинок чувствительность хромосом к малым дозам радиации зависит от генотипа организма.

Зависимость мутагенного эффекта ионизирующей радиации от генотипа обусловлена не различным отношением хромосом к ионизации, а генами, которые определяют относительно различный химический состав ядра клетки, количество воды и соответственно кислорода в ней, коллоидное состояние кариоплазмы и т.д.

Вызываемы генами различия в облучаемом субстрате дают различный выход радиохимических веществ, которые в значительной мере ответственны за мутагенный эффект ионизирующих изучений, т.е. генотип определяет характер вторичных процессов.

Не исключается роль генотипа в контроле первичного эффекта ионизации. Так, протяженность единичного гена, его химический состав могут вполне определять частоту возникновения в нем мутантных аллелей. Например, у дрожжей изучено два локуса, контролирующих синтез аденина (ad 1 и ad 2 ). При изучении частоты мутаций под влиянием рентгеновских и УФ-лучей установлено, что частота независимо возникающих мутаций в локусе (ad 2 ) в 2 раза больше, чем в локусе (ad 1 ).

Исследованиями Н.В. Тимофеева-Ресовского и др. было показано, что различные гены мутируют с разной частотой при одной и той же дозе облучения. Даже перемещение гена из одного района хромосомы в другой сопровождается изменением его мутабильности при действии ионизирующих агентов.

Следует иметь в виду, что спонтанная мутабильность не всегда положительно коррелирует с индуцированной. Линия с высокой спонтанной мутабильностью при действии радиации может показать более низкую частоту мутаций, чем линия с низкой спонтанной мутабильностью.

4. Действие химических веществ на мутагенез

Изучение мутагенного эффекта химических агентов было начато давно. Первые экспериментальные работы, в которых был получен мутационный эффект под действием химических агентов, проведены в 1934г. В.В. Сахаровым и М.Е. Лобашовым. Лобашовым были предложены некоторые принципы выбора химических мутагенов, которые в дальнейшем получили подтверждение. Так, указывалось, что химическое вещество, используемое в качестве мутагена, должно обладать высокой проникающей способностью, свойством изменять коллоидное состояние хромосом и определенным действием на химический состав хромосом.

И.А. Раппопортом в России и Ш. Ауэрбах в Англии были найдены мощные химические мутагены. К числу их относятся: формалины, иприт, уретан, этиленимин и др. Сравнение действия этих веществ с действием рентгеновских лучей показало, что нет никаких принципиальных различий в характере вызываемых ими изменений - все они вызывают как генные мутации, так и хромосомные перестройки.

После того, как была изучена молекулярная структура хромосом, действие химических мутагенов стали рассматривать исходя из химических процессов, происходящих в молекуле ДНК.

Некоторые ученые, все наиболее изученные химические мутагены разделяют на две крупные группы:

1) мутагены, действующие на нуклеиновые кислоты в процессе их репликации;

В настоящее время делается попытка классификации химических мутагенов по их структуре и действию. К первой группе относят высокоактивные химические вещества, которые могут переносить алкильные группы на другие молекулы. Сюда входят наиболее активные химические мутагены (иприт, формальдегид, этилметансульфанат и др.), которые по своему мутагенному эффекту сходны с ионизирующими излучениями. Такие вещества иногда называют радиомиметическими .

Ко второй группе относятся перекиси. Активными в них является свободные радикалы (ОН, Н, НО 2 ). поэтому все факторы, способствующие образованию свободных радикалов, усиливают мутагенный эффект перекисей. К таким факторам относятся кислород, вода, УФ-лучи, видимый свет и т.д.

Механизм действия третьей группы - метаболит-аналогов заключается в замещении ими нормальных метаболитов в ходе обменных процессов в клетке. К этой группе относятся, например, различные производные пуриновых и пиримидиновых оснований - бромурацил, аминопурин, производные фолиевой кислоты, аминоптерин и др.

К последней, четвертой группе относятся вещества, принцип действия которых еще не ясен: это различные минеральные соли, алкалоиды, некоторые красители и др.

При изучении действия химических веществ обнаружено еще одно интересное явление, общее с влиянием ионизирующих излучений и ультрафиолетовых лучей, а именно явление отсроченных мутаций. Оно заключается в том, что возникающие в момент воздействия химическим мутагеном мутации проявляются в зиготе не первого, а второго поколения в виде многочисленных гонадных мозаиков, половые клетки которых в отдельном участке гонады несут определенную мутацию. Явление отсроченных мутаций обнаружено у дрозофилы и кукурузы, однако до сих пор оно остается малоисследованным.

Считается, что мутагенный эффект могут дать агенты, обладающие одним из следующих свойств:

1) подавлять синтез предшественников нуклеиновых кислот - пуринов или пиримидинов.

2) включаться в ДНК или РНК как аналоги оснований, замещая природные. Например: 5-бромурацил и 5-хлорурацил могут замещать тимин в ДНК бактерий.

Изучение изолированного действия отдельных факторов внешней среды на наследственную изменчивость раскрывает лишь некоторые стороны их влияния на мутационный процесс. Исследования взаимодействия различных агентов создают возможность для более полного и всестороннего выяснения механизма возникновения мутаций.

Таким образом, общей причиной наследственной изменчивости, которая в свою очередь служит источником эволюции, направляемой естественным или искусственным отбором, является любое нарушение равновесия организма с комплексом факторов внешней среды. Мутационная изменчивость обусловлена как воздействием факторов внешней среды на организм, так и его физиологическим состоянием.

Частота возникновения мутаций и их тип зависят от:

1) Генотипа организма.

2) Фазы онтогенеза.

4) Стадии гаметогенеза.

5) Митотического и мейотического циклов хромосом.

6) Химического строения отдельных участков хромосом и многих других факторов.

Мутационная изменчивость. Понятия о мутациях и их классификация

. обнаружена у близкого вида. Индуцированный мутагенез. Различают спонтанный и индуцированный мутационные процессы. Индуцированные мутации – это мутации, . причин принято называть спонтанным мутационным процессом. Впервые индуцированные мутации были получены в .

Мутационная изменчивость. Генные и хромосомные мутации

. ), определяющие окончание считывания. 2. Спонтанный мутационный процесс и его причины Мутационный процесс характеризуется частотой возникновения мутаций . если обнаруживается ряд спонтанных или индуцированных мутаций у одного вида животного или .

Роль мутации в эволюции живого

. поколений. 3.3. Принципы динамического равновесия между мутационным процессом и естественным отбором. Изменения в генетических . Парадоксально, но факт, что открытие индуцированного мутационного процесса потребовало значительных усилий от исследователей .

Значение медицинской генетики для общей патологии человека. Классификация болезней человека (генетические аспекты)

. эффекты в виде: 1) изменения наследственных структур (индуцированный мутационный процесс); 2) патологических проявлений экспрессии генов на . прежде всего индуцированный окружающей средой (в широком смысле слова) мутационный процесс. Этот процесс ведет к .

Мутационная изменчивость

. исчезают со смертью организма. Мутационные изменения обязательно связаны с . и проявиться в процессе комбинативной изменчивости. В процессе эволюции происходит переход . репликации и репарации ДНК. Индуцированные мутации – результат направленного .

Читайте также: