Использование геномных мутаций в селекции
Исходно автополиплоидия является следствиемнерасхождения хромосом при делении клетки: при митозе (тогда возникают митотические полиплоиды) или при мейозе (тогда возникают мейотическиеполиплоиды).
Митотические полиплоиды обычно возникают вследствие нерасхождения хромосом в анафазе: вместо двух ядер образуется одно, в котором число хромосом становится в два раза большим, чем в исходном ядре. Таким образом, из диплоидной клетки (2n, или 2х) образуется тетраплоидная (4n, или 4х). У низших эукариот при дальнейших делениях клеток число хромосом может возрастать, и одно ядро может содержать множество хромосомных наборов (8х...16х...32х; и даже до 4000...6000х, например, в макронуклеусе у инфузорий).
Причины нерасхождения хромосом многообразны. Например, существует спонтанная полиплоидизация, которая происходит без видимых причин. В экспериментальных условиях нерасхождение хромосом можно вызвать путем воздействия на клетки митозными ядами. К митозным ядам относятся: колхицин, винбластин, аценафтен и др. Митозные яды разрушают микротрубочки веретена деления, что делает невозможным нормальное расхождение хромосом (такой митоз называется К–митозом). Полиплоидные клетки можно получать, используя рентгеновское облучение, повышенные или пониженные температуры, некоторые химические вещества (эфир, хлороформ). При воздействии перечисленных фактор может изменяться не только число геномов, но и число отдельных хромосом (т.е. возникает анеуплоидия), а также и структура хромосом (т.е. возникают хромосомные перестройки).
Полиплоидные клетки меристем в дальнейшем могут давать начало спорогенным клеткам, и тогда образуются полиплоидные гаметы, например: 4х (спорогенные диплоидные клетки)→ мейоз → 2х (гаплоидные споры с двойным набором хромосом, дающие начало гаплоидным яйцеклеткам или спермиям).
Мейотические полиплоиды возникают вследствие нерасхождения хромосом при мейозе. Рассмотрим типичные нарушения сегрегации хромосом.
1. Нерасхождение по всем хромосомам.
а). Сегрегация вообще отсутствует (например, при полном разрушении веретена деления). Тогда из исходной диплоидной клетки образуется одна тетраплоидная клетка, в которой остается весь исходный хроматин.
б). Первое деление мейоза протекает как митоз: в результате из исходной диплоидной клетки образуется диада – две диплоидные клетки с однохроматидными хромосомами. Образовавшиеся клетки идентичны по отношению друг к другу и по отношению к материнской клетке. При этом в каждой из диплоидных клеток содержится два разных хромосомных набора (два разных генома, например, Х1 Х2). Эти клетки утрачивают способность к делению и дают начало спорам или гаметам. Подобные нарушения встречаются у гибридов, если невозможно образование бивалентов.
в). Первое деление происходит нормально (с образованием гаплоидных клеток с двухроматидными хромосомами), но второе деление блокируется на стадии метафазы II. В результате происходитдиплоидизация гаплоидных клеток: каждая двухроматидная хромосома расщепляется на две хроматиды, эти хроматиды не расходятся, и диплоидное число хромосом восстанавливается. Конечным результатом такого мейоза также является образование диады – двух диплоидных клеток, которые дают начало спорам или гаметам. При этом в каждой из диплоидных клеток содержится два одинаковых хромосомных набора (два разных генома, например, в одной клетке Х1Х1, а в другой – Х2Х2). Подобные нарушения встречаются значительно реже, чем предыдущее.
2. Нерасхождение по отдельным хромосомам. Эти нарушения аналогичны предыдущим, но нарушение сегрегации затрагивает лишь отдельные хромосомы. В результате в одних дочерних клетках появляются избыточные хромосомы, а в других клетках эти хромосомы утрачиваются.
Нерасхождение хромосом (как и при митозе) может быть спонтанным, но может быть обусловлено и действием определенных внешних факторов, как при митозе.
В дальнейшем полиплоиды могут использоваться для получения новых полиплоидов путем гибридизации. Например, триплоидные семена получают, скрещивая автотетраплоидные и диплоидные сорта. В этом случае гаметы с удвоенным основным хромосомным числом (2х) сливаются с нормальными гаметами (х). Этот процесс может протекать и в природных условиях, т.е. спонтанно.
мутации(М) и их классификация
М=1 из видов наследственной изменчивости. Возникновение новых вариантов дискретных единиц генетического материала, прежде всего новых аллелей. Мутационная теория Коржинского- Де Фриза.
М=явление скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака (Де Фриз): возникают внезапно как дискретные проявления признаков, новые формы устойчивы, ММ не образуют непрерывных рядов - не группируются вокруг среднего типа = качественные изменения, проявляются по-разному = м.б. полезными и вредными, вероятность обнаружения зависит от числа исследованных осоьей, сходные ММ м. возникать неоднократно. М связана с процессами репарации пс. повреждений.
Осн. метод изучения ММ= определение частоты (правила по Ресовскому: с генетически чистым материалом = линии гомозиготны по данным признакам, большая численность, регистрация удобными генетическими методами, изменения наследственные?= цитоплазм/ядерные - хромосомные/генные, знание способа действия гена на зарод. клетки –– все для индуцированного процесса). Для МО – метод отпечатков (суспензия – мутаген – селективная среда). Селективный метод для выявления спонтанного мутирования (+ метод упорядоченного посева: «бородавками», т.е. репликатором). Для Dros. – учет рецесивных летальных мутаций в Х-хромосоме (М-5, double yellow), в аутосомах (метод сбалансированных леталей) .
Причины: для точечных (транзиции (AT↔ГЦ), трансверсии (АТ↔ЦГ, АТ↔ТА, ГЦ↔ЦГ), вставка лишней пары, выпадение пары): ! «Ошибка трех Р»: репликации, репарации и рекомбинации => М !. 1) репликация: неточность соответствия м. отдельными нуклеотидами в комплементарных цепях ДНК (т.е. замещенные основания = мутагены), частота М зависит от соотношения активностей полимеразной и экзонуклеазной активностей ДНК-полимеразы, 2) репарация: М генов, отвечающих за репарацию, SOS-репарация при задержке репликации, 3) рекомбинация: в ходе мейотической Р. м. происходить (чаще, чем в митозе) мутации вставки и выпадения оснований.
ПредМ зменения: в неделящихся клетках с течением времени (споры, семена, бактериофаги), т.к. синтез ДНК идет не только при воспроизведении генов, но и при репарации и рекомбинации. Лишь небольшая часть повреждений генетического материала превращается в М изменения. Б.ч. устраняется системами репарации.
Эффект последствия: последоватеоьное воздействие разных М-генов закрепляет М.
классификация:
А. По характеру изменения генома
1) геномные М – изменение числа хромосом
2) хромосомные М(перестройки) – изменение структуры хромосом
3) генные М – изменение структуры генов
Б. По проявлению в гетерозиготе
1) домнантные
2) рецессивные
В. По уклонению от N(дикого типа)
1) прямые М
2) реверсии (обратные мутации, супрессорные мутации)
Г. По причинам М
1) спонтанные, т.е. без индуцирующих воздействий
2) индуцированные
{более частные подходы}
Д. По локализации в клетке
1) ядерные
2) цитоплазматические(М неядерных генов)
Е. По отношению к возможности наследования
1) генеративные, в половых клеткакх
2) соматические, в соматических клетках
М = наследуемые изменения генетического материала.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему