УГАВМ

Кафедра генетики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: генетика.

Выполнила: студентка 3 курса

Климова Олеся Геннадьевна.

Проверил:

Троицк 2008.

СОДЕРЖАНИЕ.

- мутационная изменчивость стр. 3

- кроссинговер стр. 11

- генная инженерия стр. 15

- экзогенные аномалии стр. 21

МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ.

Мутационный процесс

Одной из важнейших причин возникновения изменчивости явля­ется мутационный процесс, который условно делят на спонтанный и индуцированный. В тех случаях, когда возникновение мутаций подчинено общим стохастическим законам и происходит под влиянием обычных природных факторов внешней среды или в результате нор­мальных физиологических и биохимических изменений в самом организме, их относят к спонтанным.

Для каждого вида характерна определенная частота возникнове­ния мутаций. Мутации чрезвычайно разнообразны как по фенотипическому проявлению, так и по генетической обусловленности, поэто­му их учет зачастую оказывается затруднительным.

Большинство вновь возникающих мутаций, как правило, вредны или по крайней мере бессмысленны. Их влияние на жизнеспособ­ность или иные важные признаки особи-носителя могут находиться в интервале от пользы до катастрофичности. Вероятность возникно­вения мутации в отдельном гене очень мала. При рассмотрении же особи или вида в целом вероятность возникновения мутации возрастает. Теоретически вероятность возникновения мутации в одном гене в одной гамете у одной особи составляет от 1 х 10~5 до 1 х 10"6. Учитывая, что каждая особь млекопитающего имеет десятки или даже сотни тысяч генов (у человека), можно утверждать, что в попу­ляции возникает довольно много мутаций в каждом поколении.

Для каждого вида характерна определенная частота возникнове­ния мутаций. Мутации чрезвычайно разнообразны как по фенотипическому проявлению, так и по генетической обусловленности, поэтому их учет зачастую оказывается затруднительным.

Большинство возникающих мутаций ввиду своего неадаптив­ного характера (снижающего приспособленность особи к условиям существования) отметаются естественным отбором. Особи, несущие такие мутации, гибнут уже на этапе оплодотворения яйцеклетки и далее - в критические периоды эмбриогенеза, постна- тальный период и т. д. В лучшем случае такая особь не оставляет после себя потомства. Безразличные мутации не снижающие адаптивности особи, а также повышающие ее подхватываются есте­ственным отбором и сохраняются, а затем и умножаются в попу­ляции. Мутация редкое и ненаправленное событие, поэтому мы крайне редко наблюдаем в поголовье появление новых признаков. Показательным является следующий пример: мутация, как опечат­- ка в книге — практически мало вероятно, чтобы ее появление улучшило текст. Вероятнее всего она его испортит.

Различные гены в одном генотипе мутируют с разной частотой. Принято выделять мутабильные и стабильные гены. Однако в раз­ных генотипах различную частоту мутирования могут иметь и сход­ные гены. Как правило, одновременно может мутировать лишь один ген из аллельной пары; одновременное мутирование ее обоих аллелей весьма маловероятно. Каждый ген подвергается мутационному изменению достаточно редко, но так как число генов в геноме огром­но, то суммарная частота мутирования всех генов оказывается до­вольно высокой.

Одной из возможных причин спонтанного мутагенеза может быть и накопление в генотипе мутаций, блокирующих биосинтез тех или иных веществ, вследствие чего будет происходить чрезмерное накоп­- ление предшественников таких веществ, которые может обладать му­- тагенными свойствами.

3. Классификация мутаций

Мутации, возникающие под влиянием специфических воздействий (ионизирующей радиации, химических соединений, повышенной тем­пературы и т. д.) называются индуцированными. Принципиальных отличий между природой мутаций этих двух типов не существует. Если генеративная мутация возникает в клетке на ранней стадии зачаткового пути или в период размножения сперматогониев и оогониев, то мутантный ген размножается в количестве, пропорциональном числу прошедших клеточных делений. В этом случае часть половых клеток будет нести одинаковую мутацию, у остальных клеток генотип останется неизмененным. Мутация, возникшая на стадии сперматозоида или яйцеклетки, останется неизменной.

Соматическая мутация возникает в неонатальный период развития и проявляется мозаично. Чем раньше в эмбриогенезе возникает соматическая мутация, тем большим оказывается участок ткани, несущий данную мутацию, и чем позднее, тем меньшим.

Особи, несущие участки мутантной ткани, называются мозаиками, или химерами. К мутациям такого типа относится появление единичных темных пятен в нетипичных местах, не являющихся пигментными центрами у непятнистых генетически собак; "родимых пятен" у человека, участ­ков, покрытых шерстью, расположенных на роговице у собак, и т. Так, Литтл (1957) неоднократно отмечал возникновение небольших темных пятен у рыжих кокеров. Он объяснял это явление соматической мутацией. В ряде случаев по типу соматической мутации происходит превращение нормальных клеток в клетки злокачественной опухоли. К соматическим мутациям относят разноглазие у человека. Можно предположить, что причиной изредка встречающейся разной окраски глаз у собак, не несущих фактора Мерля, является соматическая мутация.

По характеру действия мутации условно делят на морфологичес­кие, физиологические и биохимические.

Морфологические мутации связаны с видимым изменением в cтроении органов или тканей. К ним относятся, например, альбинизм, бесшерстность, безглазость.

Физиологические мутации вызывают изменения физиологи- ческих процессов. Большинство из них изменяет жизнеспособность особей.

Биохимические мутации качественно или количественно изменяют синтез определенных химических веществ в организме. Благодаря им изменяется обмен веществ и, как следствие, его химический состав и потребности в тех или иных веществах. К такому типу относятся мутации, вызывающие непереносимость каких-либо веществ, как, пример, повышенная чувствительность собак некоторых пород меди или непереносимость белков пшеницы.

Классификация мутаций по действию, или, иначе говоря, по фенотипу, весьма условна. В действительности в основе проявления всех мутаций всегда лежат изменения биохимических процессов.

По адаптивному значению мутации условно можно разделить на, полезные, нейтральные и вредные (летальные и полулетальные). Между этими группами наблюдаются переходные формы, кроме того, например, нейтральные мутации при определенных изменениях внешней среды могут стать полезными или вредными.

Наиболее объективна классификация мутаций по генотипу:

Генные, или точечные, мутации: цитологически невидимые из­менения в хромосомах.

Хромосомные: внутрихромосомные и межхромосомные пере­стройки.

Геномные: изменение количества хромосом.

Цитоплазматические: изменения плазмогенов. Организмы, у которых изменен генотип любым из вышеупомяну­тых способов, называется мутантами.

ГЕННЫЕ МУТАЦИИ

Аллели генов, типичные для диких форм, называются генами дикого типа, или нормальными, а измененные — мутантными.

Большинство возникающих мутаций оказываются рецессивными. Это очень важно для существования популяции, так как в большин­стве своем возникающие мутации оказываются вредными. Однако, их рецессивный характер позволяет им длительное время сохраняться у отдельных особей в гетерозиготном состоянии без вреда для них и проявиться в будущем при переходе в гомозиготное состояние.

Мутации от дикого типа к новому состоянию называют прямы­ми, а от мутантного к дикому — обратными. Прямые мутации чаще являются рецессивными, а обратные — доминантными. Сам процесс обратного мутирования называют реверсией гена. В ряде случаев возврат к дикому типу представляет собой не обратную мутацию гена, а имитируется мутацией другого гена. Гены, которые путем взаимодействия с другими рецессивными генами приводят к появлению дикого фенотипа, называются супрессорами, а такой тип взаимодействия, являющийся частным случаем эпистаза, — супрессией.

Поэтому, прежде чем решать вопрос, действительно ли произошла об­ратная мутация, необходимо провести генетический анализ.

Один и тот же ген может мутировать неоднократно. Иногда та­ких состояний бывает несколько десятков и более. Ряд состояний одного и того же гена называют серией множественных аллелей а само явление — множественным аллелизмом. Любой аллель такой серии может возникать мутационно непосредственно от аллеля дико­го типа или любого другого члена данной серии, а каждый из членов серии, по-видимому, имеет свою характерную частоту мутирования. Удачным примером множественного аллелизма может служить серия ответственная за распределение пигментов по волосу и телу собаки.

ХРОМОСОМНЫЕ МУТАЦИИ

К хромосомным изменениям относят: нехватку концевых и при­легающих участков хромосомы — концевые делеции (дефишенси и делеции); интеретициальные делеции, образующиеся вследствие потери внутренних участков хромосомы; удвоение, или точнее-умножение, тех или иных участков хромосомы (дупликации); изме­нение линейного расположения генов в хромосоме вследствие пере­вертывания на 180° отдельных участков хромосомы (инверсии).

Межхромосомные изменения — изменения, связанные с обме­ном участков между негомологичными хромосомами. Такие меж­хромосомные перестройки называются транслокациями. Обмен участков между хромосомами ведет к возникновению реципрокной транслокации. Объединение двух акроцентрических хромосом в области центромер приводит к образованию транслокации робертсоновского типа (робертсоновская транслокация). Как указы­вают Визнер и Виллер (1979), у собак с робертсоновской транс­локацией связаны такие аномалии, как хондродистрофия, расщеп­ление верхней губы и пороки сердца.

ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ

Число, форма и размер хромосом являются систематическим! признаками для каждого вида. Совокупность генов, заключенную I гаплоидном наборе, называют геномом, а число хромосом в гаплоидном наборе — основным числом и обозначают буквой n.

В некоторых случаях при нарушении механизмов митоза или мейоза происходит нарушение процесса расхождения хромосом к полюсам клетки — приводящее к нерасхождению хромосом, а так­же к процессу удвоения хромосом, без цитогенеза. В результате тех и других нарушений возникают клетки с измененным числом хромосом.

Изменение числа хромосом может происходить за счет увеличе­ния или уменьшения числа целых гаплоидных наборов или отдель­ных хромосом. Организмы, у которых произошло умножение целых гаплоидных наборов, называют полиплоидными. Организмы, у кото­рых число хромосом не является кратным гаплоидному, называют анеуплоидами, или гетероплоидами.

Возникновение геномных мутаций у млекопитающих известно только в качестве аномалий и приводит к гибели эмбриона на ранних стадиях развития. Однако изредка вследствие нерасхождения поло­вых хромосом либо при одном, либо при двух делениях мейоза, воз­никает так называемая трисомия, приводящая к рождению так назы­ваемых интерсексов XXY; а также моносомия — ХО, вызывающая серьезные гормональные нарушения у плода. При исследованиях че­ловека выявлена более низкая выживаемость детей до 5 лет, несущих патологический набор половых хромосом (Бочков с соавт., 1979,1984). Аномалии половых хромосом у собак и кошек чаще всего пред­ставлены в виде трисомий или моносомий. Эти типы аномалий воз- никают при слиянии двух видов гамет — нормальной и патологи­ческой, несущей лишнюю половую хромосому или вовсе не имеющей половой хромосомы.

Синдром Клайнфельтера впервые описан у человека в 1942 году. Причиной аномалии является нерасхождение хромосом, приводящее к появлению лишней хромосомы в геноме, и обозначаемое XXY. Синдром Клайнфельтера встречается у крупного рогатого скота, лошадей, овец, свиней, кошек, собак, а также человека. Он характеризуется недоразвитием гонад, повышенным выделением гонадотропина и другими измене­ниями. Особи с этим синдромом обладают признаками мужского пола, однако имеют недоразвитые семенники и вследствие этого стерильны.

Для компенсации избыточной дозы генов у самок одна из хромосом в каждой соматической клетке в период детерминации ток в эмбриогенезе инактивируется. Этот процесс носит случайный характер и поэтому равновероятно возможна инактивация как от­цовской, так и материнской Х-хромосомы. Инактивированная хромо­сома превращается в небольшую глыбку хроматина, называемую тель­цем Барра, иначе называемую половым хроматином. Тельце Барра встречается только в ядрах клеток самок. У интерсексов с синдромом Клайнфельтера при мужском фенотипе в ядре также содержится тельце Барра, что является характерным отличием их от нормальных самцов и отличительным диагностическим признаком.

После инактивации одной из Х-хромосом соматические клет­ки самки при делении будут производить себе подобные, т.е. потомки клетки, имеющей активную материнскую хромосому, та I же будут иметь материнскую Х-хромосому, а потомки клетки, несущей активную отцовскую, будут иметь последнюю. В случае, если эти хромосомы отличаются по составу генов, возникает так назы­ваемый мозаицизм. Наглядным примером этого служит черепахо­вая окраска кошек.

В кошачьей Х-хромосоме встречается мутантный аллель О, вызы­вающий развитие рыжего окраса шерсти.

Гемизиготные коты OY и гомозиготные по этому гену кошки ОО имеют рыжую окраску. Аллельный ген о вызывает развитие нормального окраса кошки в соответствии с генетической фор­мулой ее окраски.

Кошки, гетерозиготные по этому аллелю (Оо), будут иметь моза­ичную черепаховую окраску. Клетки с инактивированной хромосомой с аллелем О будут давать нормальную окраску, а клетки с инактиви­рованной хромосомой с аллелем о — рыжую. В итоге одни участки шерстного покрова будут рыжими, а другие — черными, серыми или тигровыми. Черепаховый окрас бывает только у кошек, а у котов он встречается только при наличии синдрома Клайнфельтера, т. е. в при­сутствии добавочной Х-хромосомы (Бородин, 1983).