Генотипическая изменчивость прокариот проявляется в виде мутации й и рекомбинаций и осуществляется в результате изменений в первичной структуре генетического аппарата. Генотипические изменения возникают в природе как редкие события в жизни бактериальной популяции. Они не носят направленного характера и не являются адекватными изменению условий среды.
Анализ возникновения мутаций и накопление мутантов в бактериальных культурах был впервые проведен в 1943 году С.Лурия и М.Дельбрюком. Их работы заложили основы генетики бактерий.
Мутации – стойкие наследственные изменения в структуре генетического аппарата. Механизм мутаций заключается в выпадении, вставке или замене одной пары нуклеотидов либо группы нуклеотидов в молекуле ДНК, а также в изменении последовательности их расположения. Мутационной изменчивости подвержены такие признаки бактерий, как ауксотрофность по аминокислотам, пуринам, пиримидинам, витаминам и другим компонентам питательного субстрата, чувствительность, или резистентность к антибиотикам, ферментативная активность и т.д. Если мутантная бактериальная клетка оказывается лучше приспособлена к условиям окружающей среды, чем исходные особи, то потомство ее при размножении культуры будет занимать все большую часть популяции и постепенно вытеснит исходные клетки. В результате произойдет изменение генотипического состава и соответственно свойств данной культуры микроорганизма.
По происхождению различают спонтанные и индуцированные мутации.
Спонтанные мутации возникают в популяциях прокариот без видимого внешнего воздействия и проявляются в самопроизвольном изменении их генома. Примерами могут быть: устойчивость бактерий к фагам, к антибиотикам. В природе спонтанные мутации служат основным источником естественной изменчивости бактерий, а следовательно, именно они лежат в основе эволюционного процесса прокариот.
Индуцированные мутации вызывают экспериментально действием какого-либо фактора – химического соединения или различного рода излучениями. Частота индуцированных мутаций значительно выше частоты спонтанных и зависит от природы мутагена и его дозы. По количеству мутировавших генов и характеру изменений в первичной структуре ДНК выделяют генные и хромосомные мутации. Генные мутации затрагивают только один ген и чаще всего являются точковыми. Последние представляют собой выпадение, вставку или замену одной пары нуклеотидов. Хромосомные мутации распространяются на несколько генов. Они носят характер крупных перестроек в отдельных фрагментах ДНК и проявляются в виде делеции – выпадения меньшего или большего числа нуклеотидов, инверсии – повороте участка ДНК на 1800 , дупликации – повторении какого-нибудь фрагмента ДНК. Нередко хромосомные мутации приводят к дезинтеграции всех систем бактериальной клетки, что сопровождается летальным эффектом.
Эксперименты по индуцированному мутагенезу бактерий используются для решения общебиологических проблем мутагенеза, а также прикладных задач промышленной и медицинской микробиологии.
Генотипическая изменчивость прокариот наблюдается в результате рекомбинации генетического материала за счет частичного объединения геномов двух клеток и проявляется в фенотипе бактерий. К рекомбинантной изменчивости генетического материала прокариот приводят трансформация, трансдукция и конъюгация. Эффективность генетических рекомбинаций может быть высокой только для близкородственных бактерий, имеющих родство в пределах вида. Индуцированный мутагенез применяется для создания высокопродуктивных промышленных штаммов микроорганизмов – продуцентов антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот и других биологически активных веществ.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему