Спадкова та неспадкова мінливість.

Питання для обговорення:

1. Типи мінливості.

2. Класифікація мутацій.

3. Генні мутації.

4. Хромосомні аберації.

5. Анеуплоідії та поліплоїдії.

6. Молекулярні механізми виникнення мутацій.

7. Модифікаційна мінливість. Норма реакції.

Лабораторна робота 6. Мінливість фенетичної структури популяцій колорадського жука (Leptinotarsa decemlineata Say.)

Колорадський жук є основним шкідником рослин сортів роду Solanum і активно винищується на сільськогосподарських угіддях. Різні хімічні агенти, які використовують для цього, зумовлюють великий рівень мутаційної мінливості представників даного виду. Враховуючи багаточисельність популяцій колорадського жука, його широку розповсюдженість, і великий рівень індивідуальної та популяційної мінливості, саме на цьому об’єкті проводять довгострокові спостереження та експерименти по з’ясуванню особливостей мікроеволюції видів.

Для досліджень мінливості популяцій колорадського жука найчастіше використовують варіації малюнку на його передній спинці. Чорні плями та смуги, які в сукупності утворюють типовий малюнок, характерний для цього виду, розглядаються як фени окремих груп (рис.7). При цьому описують наявність чи відсутність певних фенів, їх кількість та розміщення (зрощені вони чи розташовуються окремо). Для аналізу мінливості малюнка використовують видозмінену формулу Тауера. Формула має вигляд дробу, де в чисельнику буквами позначають фени лівої сторони передньої спинки, а в знаменнику – правої, цифрами позначають їх число, а дужками вказують на їх злиття. Фени малюнка, які розташовані на повздовжній осі, позначаються перед формулою (K, L, M, P), а фени групи А (рис. 8) – в кінці формули. Формула малюнка на передній спинці колорадського жука буде мати вигляд:

.

Дослідження варіацій малюнку показало, що найбільш мінливими є фени груп A, D, E, K. Аналіз їх мінливості дозволив виділити як самостійні фени деякі їх модифікації. Так, смуга А може мати згин вгорі (символ А¹) або внизу (А₁), зливатися з феном В (символ АВ). Якщо смуги А не злиті разом, то це приймається за фен U. Якщо смуги А зливаються нижніми кінцями, такий фен називають V, якщо горизонтальною смужкою – Н. Якщо фен V зливається з феном Р, то утворюється фен Y. Фен D утворює варіації у вигляді однієї (D₁), двох (D₂) та трьох (D₃) плям. Вони можуть зливатися, утворюючи смужку, паралельну фену А (D1). Фени групи Е також утворюють різні кількісні варіації (рис. 7).

Мета роботи: дослідити частоти фенів, які розташовані на передній спинці колорадського жука, описати їх основні варіації і визначити, які з фенів є найбільш мінливими.

Матеріали та обладнання: пінопластові планшетки з колорадськими жуками, лупи, олівці.

Завдання. Описати варіації малюнка, використовуючи групи фенів, на передній спинці колорадського жука.

1. Уважно роздивитися рисунок 7 та знайти на ньому фени таких груп: А, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, P. На малюнку нижнім індексом біля букви, що позначає групу, позначена кількість фенів (наприклад, D₂). Якщо цифра розміщена у дужках, це означає, що фени розміщені дуже близько, ніби є зрощеними (наприклад, Е₍₃₎).

2. Роздивитися за допомогою лупи фени на передній спинці колорадських жуків, які надано.

3. Заповнити таблицю, описавши таким чином фенотип кожного з наданих жуків; вказати символічно кількість фенів та зрощені вони чи ні (фени групи А мають більш досліджені варіації, тому введені їх символічні позначки (рис.8))

4. Визначити частоти окремих груп фенів. Зробити висновок щодо того, які групи фенів є найбільш мінливими.

№ жука

Групи фенів та їх варіації

А

B

C

D

E

F

G

H

K

L

M

P

Лабораторна робота 7. Аналіз хромосомних аберації в клітинах цибулі батуна Alium fistulosum L.

Аналіз хромосомних перебудов в меристематичних клітинах рослин широко використовується для оцінки генотоксичних впливів факторів довкілля та в експериментальному мутагенезі при вивченні мутагенних (чи антимутагенних) властивостей фізичних та хімічних факторів.Аберації хромосом підраховують на стадіях метафази, анафази або ранньої телофази мітозу. Метафазний аналіз є більш точним, але він займає багато часу, потребує досконалого знання морфології хромосом досліджуваного об’єкту та високої кваліфікації дослідника, тому частіше в експериментах застосовують простіший ана-телофазний метод. При цьому, детально розглянути морфологію хромосом неможливо і можна побачити лише невелику кількість типів аберації: ацентричні фрагменти, які залишають в екваторіальній площині клітини та хроматинові тяжі між ана-телофазними групами хромосом – мости (рис. 9).

При аналізі препаратів клітини з абераціями відносять до наступних типів: клітини з одинарними фрагментами (їх умовно позначають знаком –), з парними фрагментами (=), з одинарними хроматидними мостами (), з хромосомними подвійними мостами (). Клітини з мостами та фрагментами відносять до різних типів та позначають таким чином: – , –, =. Якщо в клітині є декілька типів порушень, то таку клітину відносять до мультиаберантних. Клітини, в яких не вдається чітко визначити тип аберації відносять до класу клітин з невизначеними абераціями.

Мета роботи: дослідити частоти різних типів аберацій хромосом в меристематичних клітинах корінців цибулі батуна (Alium fistulosum L.)

Матеріали та обладнання: готові препарати корінців цибулі батуна (Alium fistulosum L.), мікроскопи.

Завдання. Проаналізувати препарати корінців цибулі батуна та визначити частоти аберацій різних типів.

1. На препаратах під мікроскопом знайти групу меристематичних клітин.

2. Підрахувати кількість клітин з нормальними анафазами і телофазами та кількість клітин з перебудовами.

3. Визначити тип аберацій та заповнити таблицю.

4. Підрахувати загальний відсоток аномальних клітин та клітин з абераціями кожного типу.

Кількість клітин на стадіях анафази та телофази
без аберацій	з одинарними фрагментами (–)	з подвійними фрагментами (=)	з мостами						НА	МА
			хроматидними			хромосомними
				 –	 =		 –	 =

Примітка: НА – клітини з невизначеними абераціями; МА – мультиаберантні клітини.

Приклади задач за темою:

1. В результаті якої точкової мутації амінокислота метіонін замінюється на аргінін?

2. Яке розщеплення за фенотипом за умови повного домінування отримаємо в результаті схрещування тетраплоїдів дуплекса та сімплекса при умові, що в мейозі утворюються лише біваленти і всі гомологічні хромосоми кон’югують з однаковою ймовірністю?

3. У дрозофіли відомі життєздатні трисомики по 4-й хромосомі. Самка дрозофіли має генотип ААа (ген А знаходиться в четвертій хромосомі), а самець – генотип аа. Яке розщеплення очікується в потомстві при схрещуванні цих особин?

4. В результаті якої мутації послідовність GTCAAGGACG перетворилась на GTCAAGCAGG?

5. Від схрещування двох тетраплоїдних рослин дурману з пурпурними квітками отримали в F1 396 рослин з пурпурними i 40 - з білими квітками. Які генотипи батьківських рослин?

6.Які фенотипи i в якому співвідношенні можуть виникати при схрещуванні двох трисомиків Ааа при умові повного домінування (треба враховувати, що у батьківських рослин життєздатні тільки гаплоїдні гамети)?

7. Схематично намалюйте кон’югацію двох гомологічних хромосом з послідовностями генів ABCDEFG¤HI та ABFEDCG¤HI (знаком ¤ позначено центромеру).

8. Рослини, гетерозиготні за реципрокною транслокацією, доволі часто мають знижену плодючість. Подібне зниження плодючості може виникати і як наслідок гетерозиготності за рецисивним летальним алелем. Запропонуйте експеримент, який дозволив би відрізнити ці дві причини зниження плодючості.

9. У нейроспори два гена, що впливають на ріст, biscuit та granular, в нормі локалізовані в одній хромосомі на невеликий відстані. Проте, існує штам, у якого ці гени спадкуються незалежно один від одного. Запропонуйте можливі механізми, які призводять до такого спадкування.

Приклади модульно-рейтингових питань за темою:

1. Дайте визначення термінам: мутація, модифікація, хромосомна аберація, поліплоїдія, фенокопія.

2. Як називається заміна в ДНК пуринової основи на піримідинову?

3. Що таке пряма мутація?

4. Що таке соматична мутація?

5. Який механізм лежить в основі явища автополіплоідії?

6. Які є типи хромосомних мутацій?

7. Що таке робертсонівська транслокація?

8. Як називається тетраплоїд, один з генів котрого представлений двома рецесивними алелями і двома домінантними (наприклад: ААаа)?

9. Як називається зміна кількості хромосом, кратна галоїдному набору?

10. Що таке апуринові/апіримідинові сайти в ДНК?

11. Як називається організм з набором хромосом 2n+1?

12. Як називається мутація, що змінює значущий кодон в стоп-кодон?

13. Що таке таутомеризація азотистих основ?

14. Чим обумовлені межі модифікаційної мінливості?

15. Як називається багаторазовий повтор декількох нуклеотидів в ДНК?

Заняття 11