3. Влияние генотипа на частоту мутаций

Каждый организм данного вида на разных стадиях онтогенеза имеет различные адаптационные механизмы, которые могут контролировать действие внешних факторов через физиологический и генетический механизмы. Сменяющийся тип обмена веществ на разных стадиях онтогенеза и гаметогенеза может обуславливать различное состояние хромосом.

Генотип в определенной мере контролирует эффективность ионизирующих излучений в отношении появления мутаций и хромосомных перестроек.

Установлено, что радиочувствительность и способность к мутациям под влиянием ионизации различны у организмов разных генотипов, у разных форм, видов и даже родов. Эти различия легче выявляются при малых дозах.

Ю.Я. Керкис с сотрудниками цитогенетическими методами установили, что у морских свинок чувствительность хромосом к малым дозам радиации зависит от генотипа организма.

Зависимость мутагенного эффекта ионизирующей радиации от генотипа обусловлена не различным отношением хромосом к ионизации, а генами, которые определяют относительно различный химический состав ядра клетки, количество воды и соответственно кислорода в ней, коллоидное состояние кариоплазмы и т.д.

Вызываемы генами различия в облучаемом субстрате дают различный выход радиохимических веществ, которые в значительной мере ответственны за мутагенный эффект ионизирующих изучений, т.е. генотип определяет характер вторичных процессов.

Не исключается роль генотипа в контроле первичного эффекта ионизации. Так, протяженность единичного гена, его химический состав могут вполне определять частоту возникновения в нем мутантных аллелей. Например, у дрожжей изучено два локуса, контролирующих синтез аденина (ad₁ и ad₂). При изучении частоты мутаций под влиянием рентгеновских и УФ-лучей установлено, что частота независимо возникающих мутаций в локусе (ad₂) в 2 раза больше, чем в локусе (ad₁).

Исследованиями Н.В. Тимофеева-Ресовского и др. было показано, что различные гены мутируют с разной частотой при одной и той же дозе облучения. Даже перемещение гена из одного района хромосомы в другой сопровождается изменением его мутабильности при действии ионизирующих агентов.

Следует иметь в виду, что спонтанная мутабильность не всегда положительно коррелирует с индуцированной. Линия с высокой спонтанной мутабильностью при действии радиации может показать более низкую частоту мутаций, чем линия с низкой спонтанной мутабильностью.

4. Действие химических веществ на мутагенез

Изучение мутагенного эффекта химических агентов было начато давно. Первые экспериментальные работы, в которых был получен мутационный эффект под действием химических агентов, проведены в 1934г. В.В. Сахаровым и М.Е. Лобашовым. Лобашовым были предложены некоторые принципы выбора химических мутагенов, которые в дальнейшем получили подтверждение. Так, указывалось, что химическое вещество, используемое в качестве мутагена, должно обладать высокой проникающей способностью, свойством изменять коллоидное состояние хромосом и определенным действием на химический состав хромосом.

И.А. Раппопортом в России и Ш. Ауэрбах в Англии были найдены мощные химические мутагены. К числу их относятся: формалины, иприт, уретан, этиленимин и др. Сравнение действия этих веществ с действием рентгеновских лучей показало, что нет никаких принципиальных различий в характере вызываемых ими изменений - все они вызывают как генные мутации, так и хромосомные перестройки.

После того, как была изучена молекулярная структура хромосом, действие химических мутагенов стали рассматривать исходя из химических процессов, происходящих в молекуле ДНК.

Некоторые ученые, все наиболее изученные химические мутагены разделяют на две крупные группы:

1) мутагены, действующие на нуклеиновые кислоты в процессе их репликации;

2) мутагены, действующие на нуклеиновые кислоты в фазе нереплицирующейся ДНК, т.е. «покоя», с последующей репликацией.

В настоящее время делается попытка классификации химических мутагенов по их структуре и действию. К первой группе относят высокоактивные химические вещества, которые могут переносить алкильные группы на другие молекулы. Сюда входят наиболее активные химические мутагены (иприт, формальдегид, этилметансульфанат и др.), которые по своему мутагенному эффекту сходны с ионизирующими излучениями. Такие вещества иногда называют радиомиметическими.

Ко второй группе относятся перекиси. Активными в них является свободные радикалы (ОН, Н, НО₂). поэтому все факторы, способствующие образованию свободных радикалов, усиливают мутагенный эффект перекисей. К таким факторам относятся кислород, вода, УФ-лучи, видимый свет и т.д.

Механизм действия третьей группы - метаболит-аналогов заключается в замещении ими нормальных метаболитов в ходе обменных процессов в клетке. К этой группе относятся, например, различные производные пуриновых и пиримидиновых оснований - бромурацил, аминопурин, производные фолиевой кислоты, аминоптерин и др.

К последней, четвертой группе относятся вещества, принцип действия которых еще не ясен: это различные минеральные соли, алкалоиды, некоторые красители и др.

При изучении действия химических веществ обнаружено еще одно интересное явление, общее с влиянием ионизирующих излучений и ультрафиолетовых лучей, а именно явление отсроченных мутаций. Оно заключается в том, что возникающие в момент воздействия химическим мутагеном мутации проявляются в зиготе не первого, а второго поколения в виде многочисленных гонадных мозаиков, половые клетки которых в отдельном участке гонады несут определенную мутацию. Явление отсроченных мутаций обнаружено у дрозофилы и кукурузы, однако до сих пор оно остается малоисследованным.

Считается, что мутагенный эффект могут дать агенты, обладающие одним из следующих свойств:

1) подавлять синтез предшественников нуклеиновых кислот - пуринов или пиримидинов.

2) включаться в ДНК или РНК как аналоги оснований, замещая природные. Например: 5-бромурацил и 5-хлорурацил могут замещать тимин в ДНК бактерий.

Изучение изолированного действия отдельных факторов внешней среды на наследственную изменчивость раскрывает лишь некоторые стороны их влияния на мутационный процесс. Исследования взаимодействия различных агентов создают возможность для более полного и всестороннего выяснения механизма возникновения мутаций.

Таким образом, общей причиной наследственной изменчивости, которая в свою очередь служит источником эволюции, направляемой естественным или искусственным отбором, является любое нарушение равновесия организма с комплексом факторов внешней среды. Мутационная изменчивость обусловлена как воздействием факторов внешней среды на организм, так и его физиологическим состоянием.

Частота возникновения мутаций и их тип зависят от:

1) Генотипа организма.

2) Фазы онтогенеза.

3) Пола.

4) Стадии гаметогенеза.

5) Митотического и мейотического циклов хромосом.

6) Химического строения отдельных участков хромосом и многих других факторов.