Selenova

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

Лекция 5. Генотипическая изменчивость

Подробности Обновлено 24.09.2012 00:58

Просмотров:1525

Определение смотри выше. Делится на два крупныхварианта:

1.комбинативная изменчивость – это изменчивость в основе которой лежат кроссинговер, произвольная ориентация бивалентов в метофазе 1, вероятностный характер оплодотворения.

определение кроссинговера, история открытия (анализирующие скрещивание на дрозофилах) рисунокметофазы 1, объяснить вероятностный характер оплодотворения.

2.мутационная изменчивость. Мутации – это качественные изменения генетического материала. Термин мутации был впервые введен в 1902-1903 тремя учеными Гуго де Фрец, Корренс и Черман.

Существует много классификаций мутаций:

1.по местуихпрохождения. В этом случае мутации делят на соматические мутации, проявляются уродителей ввиде новообразований, могут передаваться по наследству только в случае вегетативного размножения. Для человека характерно вегетативное размножение только какпатология, это появление однояйцевыхблизнецов. Генеративные мутации проходят в половыхклеткахи всегда передаются по наследству.

2.мутации можно классифицировать по ихвлиянию на жизнеспособность

витальные мутации не оказывают влияние на жизнеспособность

супервитальные они способствуют повышению жизнеспособности, примером является гетерозоготы по серповидноклеточной анемии

полулетальные мутации снижение жизнеспособности, например альбинизм, синдром Дауна

летальные мутации несовместимы с жизнью синдром Патау, синдром Эдвардца.

3.мутации можно классифицировать по масштабугенетическихструктур, которые затрагиваются входе мутации

генные мутации – изменение структуры гена

хромосомные мутации изменение структуры хромосом

геномная мутация это изменение количества информосом в нуклеоме.

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

1/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

Генные мутации.

Изменение структуры гена – это изменение числа нуклеотидов, либо изменение последовательности нуклеотидов. Такие мутации могут возникать спонтанно или могут быть вызваны ошибками "трехR ":репликация, рекомбинация (кроссинговер, произвольная ориентация бивалентов в метофазе 1), репарация.

Наименьшие изменения структуры гена касаются изменения только в одной паре нуклеотидов, такназываемые точковые мутации. При мутацияхпуриновые нуклеотиды могут менятся на пуриновые, а перемидиновые на перемединовые, такие мутации называются транзиции. Входе мутации меняются пуриновые на перемединовые и наоборот такие муьтации называются трансверзии. Возможно три варианта точковыхмутаций:

1.замена

2.выпадение

3.вставка последствия замены:

не происходит изменения в порлипептидной цепи (вырожденность генетического кода). Такие мутации не ведут кизменению жизнеспособности и называются сейнсис мутации. Может измениться первичная структура белка на однуаминокислоту(спецефичность генетического кода). Последствия такой замены различны, т.е. это либо миссенс мутации, когда белок функционирует плохо.

Первичная структура белка может стать короче из-за появления нонсенс кодона, нонсенс мутации, прекращается синтез белка.

Белокможет удлиниться, если замена произойдет в нонсенс кодане. Белокможет стать короче из-за изменения кадона инициации.

Последствия вставки или выпадения более серьезны:

Меняется структура полипептида с места выпадения или вставки (неперекрываемость и непрерывность генетического кода) из-за сдвина рамки считывания

С большой вероятностью появляется нонсенс кодон и синтез белка прекращается.

Генные мутации являются одной из причин возникновения новыхаллелей и поэтомуявляются причиной множественного аллелизма. С этой точки зрения они бывают доминантными или рецессивными в ряде случаев генные мутации ведут кфенотипическим изменениям и к появлению различныхнаследственныхзаболеваний (полидактилия, дальтонизм, серповидно клеточная анемия, различные формы сахарного диабета, витамин Д независимый рахит).

Спонтанные генные мутации являются ошибками "трехR ". Существуют индуцируемые мутации, которые вызваны действиями физикохимичекихагентов на ДНК. Частота спонтанных

мутаций 10-6, индуцируемых10-3 (тяжелые металлы, ультрафиолет, подавляющие большинство лекарственныхпрепаратов). Если такие мутации произошли в генеративныхклетках, то они

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

2/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

передаются потомству, если в соматических, то возможно формирование раковой опухоли. Поэтомубольшинство мутагенов является канцерогенов. В клеткахсуществует механизмы исправления генетическихповреждений и восстановления нормальной структуры ДНК. Такие механизмы получили название репарации.

Репарации.

Существуют несколько вариантов репарации:

1.темновая репарация

2.пострепликативная репарация

темновая репарация происходит в темноте и связана с вырезанием патологичного участка ДНК ферментом экзонуклеазой, затем брешь достраивается β-ДНК-полимеразой по правилу комплиментарности, окончательное сшивание цепи ДНК осуществляется лигазой, это ферментативный процесс, который идет с затратой АТФ. У человека существуют патологии при которыхданный вид репарации не работает, в результате возникает заболевание пигментная ксеродерма (вид рака кожи).

Пострепликативная проходит в том случае, если не срабатывают механизмы темновой репорации, проходит после репликации, когда синтезируется патологичная ДНК.

Если не включается механизм репарации, то патологичные ДНК расщепляются. Механизмы пострепликативной репарации основаны на внутригенном кроссинговере.

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

3/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

В первой молекуле по нашемурисункубрешь достраивается β-ДНК-полимеразой и включается лигаза. Вторая молекула подвергается темновой репорации. Если патологична пострепликативная репарация, то возникает пигментная ксеродерма.

Хромосомные мутации.

Это изменения структуры хромосом. Выделяют два варианта:

1.внутрихромосомные мутации (перестройки, обберации) касаются структуры одной хромосомы, либо пары гомологичныххромосом

2.межхромосомные мутации затрагивают структурудвухи более негомологичных хромосом.

Квнутрихромосомным мутациям относятся:

1.делеция

2.дуплекация

3.инверсия

4.транспозиции

5.образование кольцевыххромосом.

Делеция или нехватка заключается в выпадении какого-либо участка хромосом.

Дуплекация – это удвоение какого-либо участка ДНК, возможны триплекации, тетропликации и т.д.

Инверсия – это поворот участка хромосом на 1800.

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

4/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

Транспозиция – это перемещение участка хромосом.

Образование кольцевыххромосом – в этом случае слипаются концы хромосом, образуя кольцо. При репликации возможно разрушение кольцевыххромосом.

Последствия дилеции и дуплекации.

наиболее опасны последствия дилеции. Причем важно какие гены выпали, домашнего хозяйства или гены роскоши. Последствия по дилеции какправило несовместимы с жизнью. У гетерозигот по дилеции наблюдаются тяжелые последствия связанные с нарушением баланса генов. У дрозофилы существует делеция "ночь", которая заключается в возникновении вырезки на крыле. У человека известна дилеция по пятой паре хромосом, которое происходит в коротком плече хромосомы. отставание в физическом и умственном развитие погибают в первые годы жизни. характерно изменение гортани, при котором новорожденный издает специфический крик, синдром кошачьего крика.

Последствия дупликации обычно более мягкие, чем последствия дилеции. Однако нарушается баланс генов, что отражается на фенотипе. У дрозофилы известна дуплекация Bar , которая приводит куменьшению фасетокв глазах. угетерозигот число фасетокв глазахнебольшое, у гомозигот число фасетокрезко уменьшается, возникает полосковидный глаз.

Механизмы делеции и дуплекации.

До недавнего времени считалось, что данные мутации возникают из-за разрыва ДНК, а затем из-за ее дальнейшего сшивания.

В настоящее время считают, что это возможно, но только под действием очень сильных мутагенов. Основной причиной спонтанного возникновения дилеции и дупликации является кроссинговер. В ДНК очень много гомологичныхпоследовательностей, которые могут конъюгировать междусобой. Из-за неравноценного кроссинговера в гомологичныххромосомах возникает делеция или дуплекация.

Последствия инверсии.

Последствия наблюдаются какв гомозиготах, таки в гетерозиготах, однако инверсия приводит только кизменению порядка в расположении генов, поэтомуони могут вообще не оказывать влияние на фенотип. У гомозигот по инверсии последствия наблюдаются редко, таккакмежду гомологичными хромосомами может проходить нормальный кроссинговер. У гетерозигот по инверсии наблюдается высокий процент стерильности из-за образования несбалансированных гамет и высокий процент возникновения патологий употомства. Это происходит из-за того, что гомологичные хромосомы не могут нормально конъюгировать и при конъюгации образуется такназываемая инверсионная петля.

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

5/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

Инверсии являются эволюционным механизмом, который создает изоляцию междумногими близкими видами, таккакдля близкихвидов часто характерны одинаковые инверсии.

Механизм образования инверсии.

Гомологичные участки ДНК в пределаходной молекул могут конъюгировать междусобой.

Транспозиции.

При транспозиции все гены остаются на месте, но часть из нихменяют свое положение. Последствий может не наблюдаться однако, механизм образования транспозиций связан с образованием кольцевыххромосом при разрыве такой кольцевой хромосомы происходит потеря генов и, следовательно, последствия будут аналогичны дилеции.

Образование кольцевыххромосом.

Механизм смотри выше. При репликации кольцевыххромосом они характеризуются очень высоким уровнем нестабильности. При репликации кольцевыххромосом часто наблюдается перекручивание ДНК, когда кольцо попадает в кольцо.

Тогда при расхождении кольцевыхДНК будет наблюдаться разрыв молекул и утраты генов. Последствия будут сходны с последствиями дилеции.

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

6/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

Межхромосомные мутации.

Этот вид мутации получил название транслокации. При транслокации происходит обмен участками ДНК входе кроссинговера междунегомологичными хромосомами. Это возможно благодаря тому, что в ДНК негомологичныххромосом существуют короткие гомологичные последовательности.

существуют какгомо-, таки гетерозиготы по транслокации. У гомозигот какправило последствий не наблюдается, т.к. все гены остаются на месте. У гетергзигот по транслокации, какправило, наблюдается высокий процент стерильности в потомстве и аномалии. Это связано с тем, что негомологичные хромосомы в мейозе выстраиваются в форме креста.

Геномные мутации.

Это мутации связанные с изменением количества отдельныххромосом, либо с изменением

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

7/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

целыххромосомальныхнаборов. Делятся на два варианта:

1.эуплоидия. В этом случае число хромосом изменяется на число равное гоплоидному наборухромосом. Эуплоидия может быть вызвана двумя различными механизмами и сэтой точки зрения делятся на:

автоплоидию – изменение хромосомального набора, за счет хромосом одного и того же вида

Аллоплоидия – изменение хромосомального набора за счет хромосом разного вида.

Сэтой точки зрения аллоплоидия это всегда результат межвидовой гибритизации

2.аннеуплоидия – это изменение числа отдельныххромосом.

2n-1	Моносомикпо 5 паре
2n+1	Трисомикпо 5 паре
2n-1+1	Моносомикпо 3 паре
	Трисомикпо 5 паре
2 n-2	Нулесомикпо…

Автоплоидия (механизм)

Может привести не расхождение сестринскиххроматид во втором делении мейоза, при этом может быть патологично веретено деления, либо кинетохорный комплекс. Существуют определенные химические вещества, которые могут блокировать сборкуверетена деления или работукинетохорного комплекса, например, алкоголь, либо растительный алкалоид колхицин. Однако, этот механизм может привести только кпоявлению четныхполиплоидов. Для нечетныхполиплоидов нужна внутривидовая гибридизация.

Эффекты автоплоидии.

Гоплоидность практически несовместима с жизнью умногоклеточныхорганизмов. Проявляются все рецессивные патологичные аллели. Гоплоиды практически не имеют применений, однако, урастений получают гоплоиды, проращивая пыльцевое зерно, и их используют для получения чистыхлиний. Полиплоидия также оказывает влияние на жизнеспособность. для животныхполиплоидия практически нехарактерна, исключения некоторые птицы и караси, укоторыхвозможно существование триплоидов. Такие виды могут размножаться путем партеногенеза, то есть яйцеклетка невступает в мейоз и без оплодотворения приступает кдроблению.

Полиплоидия урастений явление более обычное. Полиплоиды урастений существуют до 5 nи 6 n. Нечетные полиплоиды стерильны и не образуют семян. Такая ситуация возможна из-за невозможности нормального протекания мейоза, то есть гаметы унечетныхполиплоидов

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

8/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

несбалансированны. В результате образуются бессемянные сорта, например, виноград без косточек, бессемянные сорта огурцов, бананов, арбузов, которые размножаются вегетативно. При потери такой культуры такие растения можно получить за счет внутривидовой гибридизации. Схемусмотри выше. Полиплоидия и уживотных, и урастений ведет к появлению гетерозиса, когда полученные гибриды крупнее и более мощные, чем нормальные диплоидные организмы.

Аллоплоидия.

Предпосылкой аллоплоидии является межвидовая гибридизация. У растений гибридизация может быть межродовой. Существует общее правило, чем родственные виды, тем успешнее проходит гибридизация. Для животныхизвестны следующие гибриды:лошадь+осел=мул, ослица+конь=лошак, лев+тигр=лигр, белуга+стерлиц=бестер. У растений изучением аллоплоидов занимался Корпеченко. Он скрещивал растения в пределахкрестоцветныхи получил гибрид, который назвал рафанобрассика. Для аллоплоидов животныхи растений характерно явление гетерозиса и общим правилом является ихстерильность. Корпеченко получил нестерильный гибрид рафанобрассики. Хромосомы редьки и капусты частично гомологичны.

В промышленности используют аллоплоиды растений таких, кактретикале гибрид ржы и пшеницы, фертильный.

Аннеуплоидия.

Это изменение числа отдельныххромосом какв сторонуувеличения таки в сторону уменьшения. Причиной аннеуплоидии является потеря хромосом, либо ихне расхождение в мейозе. По последствиям аннеуплоидия аналогична дилеции и дуплекации, но только более крупного масштаба. Резко изменяется баланс генов, поэтомуаннеуплоидия по крупным аутосомам практически несовместима с жизнью. Возможно существование аннэуплоидов по половым хромосомам, такие патологии получили название хромосомальный болезни.

♂47, XYY синдром "вай-вай". Это мужчины в среднем выше ростом, чем норма фертильны. Характеризуются нестандартным поведением в стрессовыхситуациях. Впервые "вай-вай"был изучен в тюрьмах.

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

9/20

17.2.2014

Лекция 5. Генотипическая изменчивость - BioBox All Secrets

♀45; ХО синдром Тернера-Шиншевского. Женщины, какправило, ниже среднего роста. Много гибнет до рождения, до периода полового созревания развивается в целом нормально, после перестает расти, гаметогенез нарушен, то есть, стерильны, интеллект ниже нормы, характеризуются женским инфантилизмом.

♀47; ХХХ синдром трисомии по Х. Женщины – рост выше среднего, фертильны, причем в потомстве очень редко наблюдается трисомии по Х. Интеллект в среднем ниже нормы. Характерна склонность кнаркомании и алкоголизму. Повышенная склонность кдромамании.

♂ 47 ХХ Y синдром Клейнтфельтера. Мужчины рост в среднем выше среднего, стерильны. До периода полового созревания в целом развивается нормально. После полового созревания становится евнуховидного сложения, развиваются молочные железы, интеллект ниже среднего, легко управляемы.

Аннеуплоиды учеловека по аутосомам практически не совместимы с жизнью.

47, 13+1 синдром Патау

47, 18+1 синдром Эндвардца

несовместимы с жизнью. Погибают либо на стадии внутриутробного развития, либо в первые дни жизни. Совместимы с жизнью только аннеуплоиды по 22 и 21 хромосоме синдром Дауна.

47, 21+1

47, 22+1

очень много гибнет до рождения. Тяжелые формы умственного отсталости, доживают до половой зрелости, фертильны, в потомстве 40-50% с синдромом Дауна.

Эпигеномная изменчивость.

Этот вариант изменчивости заключается в закономерном и необратимом изменении фенотипа клетокв ходе индивидуального развития без изменения генотипа. Эпигеномная мутация лежит в основе диференцировки клетокв многоклеточном организме. Она основана на регуляции действия генов и в первую очередь на регуляцию действия генов роскоши. При дроблении зиготы образуются бластомеры, для которыххарактерен полный набор генов, содержится в зиготе. Однако в цитоплазме бластомеров локализованы различные белковые материнские факторы, которые включают различные гены роскоши. Чем дальше идет дробление, тем сильнее различие по активности генов роскоши. Кроме того на определенной стадии развития зародыша бластомеры оказываются в условияхразличной позиционной информации. Таким образом, в основе эпигеномной изменчивости находятся:

1.собственные регуляторные белки

2.факторы, поступающие от внешней среды, либо со стороны другихместах.

3.эпигиномная изменчивость основана на каскадной регуляции действия генов.

Модификационная изменчивость.

http://biobox.spb.ru/lektsii/genetika/130-lektsiya-5-genotipicheskaya-izmenchivost.html?tmpl=component&print=1&page=

10/20