Мутационная теория

В 1901 г. Де Фриз обнаружил явление спонтанных случайных генетических изменений у ослинника (Oenothera lamarckiana). Эти изменения были генетически стабильны в контролируемых условиях эксперимента. Де Фриз называл их «мутациями». Г. Де Фриз посвятил большую часть жизни изучению проблемы мутационной изменчивости растений, и сформулировал мутационную теорию.

На первых порах мутационная теория всецело сосредоточилась на фенотипическом проявлении наследственных изменений, практически не занимаясь механизмом их возникновения. Согласно мутационной теории Де Фриза, наследственные признаки не являются абсолютно константными, а могут скачкообразно изменяться вследствие изменения — мутирования их задатков. Однако он считал (как и многие генетики раннего периода), что мутации без участия естественного отбора могут приводить к возникновению нового вида.

По Г. Де Фризу мутация представляет собой явление скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака.

Основные положения мутационной теории Г. Де Фриза сводятся к следующему:

1. Мутации возникают внезапно как дискретные изменения признаков.

2. Новые формы устойчивы.

3. В отличие от ненаследственных изменений мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они представляют собой качественные изменения.

4. Мутации проявляются по-разному и. могут быть как полезными, так и вредными.

5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

6. Сходные мутации могут возникать неоднократно.

Честь строгого доказательства возникновения мутаций принадлежит В. Иоганнсену (1908—1913), изучавшему наследование в чистых (самоопыляющихся) линиях фасоли и ячменя. В общем виде можно сказать, что мутации — это наследуемые изменения генетического материала. Об их появлении судят по изменениям признаков в чистых линиях.

Позднее обнаружилось большое количество мутаций - разнообразных наследственных изменений самых различных растений и животных, возникших в природных или лабораторных условиях без вмешательства экспериментатора. Мутации возникали внезапно и были устойчивы, могли возникать повторно, и были как полезными, так и вредными.

Характер и время возникновения мутаций оказывалось невозможным с точностью определить. Многочисленные попытки определить интенсивность естественного мутационного процесса сталкивались с трудностями обнаружения мутаций в момент возникновения.

Было установлено, что различные конкретные гены обнаруживают различную частоту повторного появления, причем они могут мутировать как в одном направлении, так и в различных, давая серии множественных аллелей, в том числе и обратные мутации к доминантному гену (Тимофеев-Ресовский, 1929— 1931).

До 1925—1927 гг. генетики имели дело только со спонтанными мутациями. Различные попытки повысить частоту мутаций, в том числе и предпринятые Т. X. Морганом, не приносили успеха.

В опытах Моргана новая мутация случалась один раз на несколько тысяч дрозофил. С развитием концепции гена стало ясно, что в основе мутации лежат какие-то химические изменения в веществе — носителе наследственной информации. Этот вопрос был подробно изучен Г. Дж. Мёллером, который еще со студенческих лет начал работать в группе Моргана. Освоив в совершенстве методы работы с дрозофилами, он приступил к самостоятельному исследованию мутаций, их причин и возможностей получения искусственным путем.

Мёллер подвергал дрозофил различным воздействиям и уже в самом начале исследований установил, что число мутаций увеличивается с повышением температуры. Он вспомнил об известной из химии закономерности, а именно о том, что при нагревании скорость реакции возрастает, и решил искать другие, еще более сильные средства воздействия. Он начал с облучения мушек светом и наконец, в 1926 г., дошел до рентгеновских лучей. За год до этого Г. А, Надсон совместно с Г. С. Филипповым з Советском Союзе уже провели подобные опыты, подвергая дрожжи рентгеновскому облучению.

Эти эксперименты положили начало радиобиологии. Мёллер добился почти 100-процентной мутации в потомстве дрозофил, что в тысячи раз превышает частоту мутаций в естественных условиях. Так он осуществил мечту своей молодости — ускорить процесс эволюции, найдя способ вмешиваться в него. Метод получения искусственных мутаций был с восторгом встречен селекционерами. Уже в 1928 г. Л. Стедлер успешно применил его к кукурузе. В 30-е годы Н. В. Тимофеев-Ресовский, Макс Дельбрюк и другие крупные ученые создали теорию мишени, которая объясняла действие радиации.

Теория мутационного процесса обогатилась в 1925 г. открытием индуцированного мутагенеза. Советские микробиологи Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов в 1925 г. обнаружили влияние лучей радия на мутационный процесс у низших грибов. В 1927 г. американец Г. Мёллер (Muller, 1925, 1926) продемонстрировал мутагенный эффект рентгеновских лучей в экспериментах с дрозофилой, а другой американский биолог Дж. Стадлер (1927) открыл аналогичные эффекты у растений (ячмень). Было показано влияние Х-лучей и лучей радия на внутриклеточные и ядерные процессы, а также на кроссинговер, нерасхождение и разрывы хромосом. Было установлено полное тождество искусственно вызываемых мутаций со спонтанно возникающими. Считалось, что радиация лишь ускоряет мутационный процесс, причем это ускорение прямо пропорционально дозе облучения. Мутации оказалось возможным вызывать самыми разнообразными источниками радиации: лучами Рентгена, альфа-, бета- и гамма-излучением, ультрафиолетовыми лучами и нейтронами достаточной интенсивности. Эта интенсивность оказалась намного превосходящей естественную земную радиацию.

В 30-х годах открыт химический мутагенез у дрозофилы: сначала В. В. Сахаров (1932), а затем М. Е. Лобашев и Ф. А. Смирнов (1934) показали, что некоторые соединения (йод, уксусная кислота, аммиак) способны индуцировать рецессивные летали в Х-хромосоме. В 1939 г. С. М. Гершензон открыл сильный мутагенный эффект экзогенной ДНК у дрозофилы. Мощные химические мутагены были открыты в 1946 г. И. А. Рапопортом (этиленимин ) в СССР и Ш. Ауэрбах и Дж. Робсоном ( азотистый иприт ) в Англии.

С тех пор в арсенал мутагенных факторов вошли разнообразные химические соединения: аналоги оснований, включающиеся непосредственно в ДНК, такие агенты, как азотистая кислота или гидроксиламин, модифицирующие основания, соединения, алкилирующие ДНК ( этилметансульфонат, метилметансульфонат и др.), соединения, интеркалирующие между основаниями ДНК ( акридины и их производные), и многие другие.

Самое важное св-во генов – их способность передаваться неизменными от поколения к поколению. Однако, если бы генетический материал никогда не менялся, была бы невозможна эволюция. Поскольку существуют убедительные доказательства общности происхождения всех живых существ, обитающих на нашей планете, - гены – носители генетической информации должны обладать способностью к случайным изменениям.

Классификации мутаций

Критерий классификации	Типы мутаций
1. Особенности проявления	летальные, морфологические, биохимические
2. Локализация	1) гаметные и соматические 2) ядерные и цитоплазматические
3. Тип наследования	доминантные и рецессивные
4. Природа возникновения	спонтанные и индуцированные
5. Направленность действия	прямые и обратные
6. По уровню носителя генетической информации	геномные, хромосомные, генные

Геномные мутации

1) Полиплоидия – увеличение числа хромосом кратно гаплоидному набору хромосом. Редки у животных – большинство погибают внутриутробно

3n – триплоидия (69 случаев),

4n – тетраплоидия (92)

2) Гетероплоидия (анеуплоидия) – Изменение числа хромосом не кратно гаплоидному набору. Возникает в рез-те неправильного расхождения хромосом в мейозе (К.Бриджес, 1916). Как следствие, образуются аномальные гаметы, далее аномальные зиготы. Это наиболее частые из всех типов мутаций.

2n-2 – нуллисомия – отсутствие 2-х гомологичных хромосом,

2n-1 – моносомия - потеря 1 хромосомы

Эти две формы нежизнеспособны

2n+1 – трисомия – 1 хромосома лишняя,

2n+2 – тетрасомия – 2 гомологичные хромосомы лишние.

Тип мутации	Вид мутации	Геном	Пример
Полиплоидия	Триплоидия	3n
Тетраплоидия	4n
Гетероплоидия	Нуллисомия	2n-2
Моносомия	2n-1	Синдром Шершевского-Тернера (Y)
Трисомия	2n+1	синдром Дауна (21), синтром Патау и Эдвардса (13), синтром ХХХ, синдром, синтром ХYY, Кляйнфельтера (ХХY)
Тетрасомия	2n+2

Чем старше родители, тем больше вероятность рождения у них ребенка с синдромом Дауна или другой трисомией.

ХРОМОСОМНЫЕ МУТАЦИИ (хромосомные аберрации)

1) внутрихромосомные перестройки – нарушение строения хромосом, но число не изменяется.

Делеция – утрата участка хромосомы (Определяется при образовании петли при конъюгации Хр.

Дупликация – удвоение – один из участков хромосом представлен > 1 раза

Инверсии – поворот на 180⁰, в одном из участков гены располагаются в обратной последовательности по сравнению с нормальной хромосомой.

· парацентрические – центромера входит в инвертированный участок

· перицентрические – центромера не входит в инвертированный участок

Межхромосомные перестройки - переход участка одной хромосомы на другую

Транслокации – участок одной хромосомы переходит на другую

· реципроктные – взаимный обмен участками между негомологичными хромосомами

· нереципроктные (Транспозиции) – участок хромосомы или изменяет свое положение внутри хромосомы, или перемещается на другую без обмена

· слияние - объединение 2-х или более фрагментов негомологичных хромосом, несущих участки с центромерами

ГЕННЫЕ мутации

ГЕННЫЕ (точковые) мутации затрагивают один или несколько нуклеотидов

1) замена оснований

Транзиции – замена азотистого основания на аналогичное: А-Г или Т-Ц.

Трансверсии – – замена азотистого основания на неаналогичное.

Дата добавления: 2015-09-06