Генеративные и соматические мутации.

Генеративные мутации – это мутации, которые возникают в клетках зародышевого пути. Генеративная мутация может возникнуть на любом этапе развития половых клеток. Если это происходит на ранних стадиях, она размножается так, что число мутантных клеток будет пропорционально числу клеточных делений после появления мутации образуются многие копии, которые в совокупности называют пучком мутации. Мутации, возникшие на последних этапах развития половых клеток только в этих клетках и представлены.

В случае соматической мутации проявление мутантного фенотипа также сильно зависит от стадии, на которой она произошла. Чем раньше мутации возникают, тем больше клеток её несут.

Соматические и генеративные мутации различаются главным образомвозможностью наследования:

1. генеративные – только по наследству

2. соматические – 2 судьбы

   • не играют роли в наследственности. Если организм размножается исключительно половым путем и клетки зародышевого пути уже на ранних этапах развития обособляются от соматических.

   • они могут передаваться потомству, если организм может размножаться бесполым путем

для растений, у которых из соматических клеток впоследствии развивается почка, которая затем дает цветок, то соматические мутации имеют огромное значение. Соматические мутации могут вызывать злокачественные опухоли у человека. Не исключено, что они имеют отношение к процессам старения организма.

Прямые и обратные мутации.

Обычно мутации, вызывающие изменения от дикого типа к новому, называют прямым, а от мутантного к дикому – обратные. Прямые и обратные мутации возникают с разной частотой. Пр.: аморфные мутации не дают реверсией к норме. Такие мутации связаны с повреждением или делецией генов.

Возникновение обратной мутации свидетельствуют о том, что при прямом мутировании ген не потерен, а изменен.

Плейотропный эффект мутаций.

Большинство мутаций затрагивает несколько признаков. Такое множественное проявление мутаций носит название плейотропии и характерно для большинства генов.

Это легко объяснить, т.к. продукт практически каждого гена используется чаще всего в нескольких, а иногда в очень многих процессах роста и развития. Для людей, страдающих арахнодактилией (доминантная мутация) типичны изменения пальцев рук и ног. Но наблюдаются также врожденный порок сердца и вывихи хрусталика глаза.

Галактоземия – обусловлена рецессивной мутацией гена, кодирующего галактозо – 1 – фофсфатуридилтрансферазу – фермент необходимый для усвоения клетками молочного сахара. Ведет к слабоумию, слепоте и циррозу печени. Если больного младенца перевести на диету, не содержащую галактозу, то у ребенка совершенно нормальный фенотип.

Экспрессивность и пенетрантность мутаций.

Оба понятия введены в 1926 году Вогстом для описания варьирования мутантных фенотипов.

Пенетрантность – частота или вероятность проявления мутантного фенотипа среди всех особей, несущих данную мутацию.

Пр.: 100% пенетрантность рецессивной мутации означает, что у всех гомозиготных особей она проявилась в фенотипе. Если же фенотипически она обнаруживается только у 50% особей, а у других 50% - фенотип нормальный, то можно сказать, что мутация характеризуется50% пенетрантностью.

Стадия проявления варьирующего мутантного признака в фенотипе называется экспрессивностью мутаций.

Множественный аллелизм.

Один и тот же ген может мутировать во множество состояний до нескольких и более.

Пр.: у дрозофилы 150 аллелей мутирующих генов

Разные мутации одного и того же локуса называют серией множественных аллелей, а само явление называется множественным аллелизмом. Генотип гетерозиготный по 2 мутантным аллелям одного и того же локуса называют компаундом.

Серия множественных аллелей не только по-разному определяет развитие признаков, но и вступают в разные доминантно – рецессивные отношения друг с другом.

Условия мутации.

В ряде случаев мутантный фенотип становится видимым, только при выполнении определенных условий:

1. температурно-чувствительные мутации. Мутанты этого типа живут и развиваются нормально при одной температуре – пермиссивной и обнаруживают отклонение при другой – рестриктивной. Пр.: дрозофила при 22 ^оС мутанты не проявляют никаких отклонений, а при 29 ^оС – полный паралич. Полагают, что в результате мутации происходит замена АК в белке, однако при 22 ^оС это не сказывается, а при 29 ^оС – изменяется конформация белка.

• холодочувствительные мутации - -18 ^оС

• теплочувствительные мутации - + 29 ^оС

• при 25 ^оС нормальный фенотип

2. мутации, чувствительные к стрессу: при таких мутациях мутанты развиваются и внешне выглядят нормально, если их не подвергать стрессу. Пр.: дрозофилы – мутанты линии sesB в обычных условиях не проявляют никаких отклонений, при встряхивании – судороги, не способны к движению.

3. ауксотрофные мутации: бактерии высевают на чашки Петри с min средой (агар + вода+ сахар). Нормальные бактерии способны сами синтезировать нужные им сложноорганические соединения, а некоторые мутанты не могут, т.е. они выживают только на полной среде.

Спонтанные и индуцированные мутации. Методы учета мутаций.

Для учета частоты возникновения или выявления мутаций используют разные методические приемы. Первые методы предложены Мёллером для определения частоты образования мутаций у дрозофил.

Метод С1В. Наиболее объективно можно учитывать частоту возникновения рецессивных летальных мутаций (смерть в гомозиготном состоянии).

Генетическая структура линии С1В характеризуется тем, что одна из Х – хромосом маркирована доминантным геном Bar и инверсией, которую можно обозначить С. Эта инверсия препятствует кроссинговеру и обладает рецессивным летальным эффектом.

♀ линии С1В скрещивают с ♂ из исследуемой выборки. Если ♂ взяты из природной популяции, то можно оценить частоту возникновения мутаций у них. Если же берут ♂, обработанных мутагеном, то в этом случае оценивается частота летальных мутаций, вызванных этим мутагеном.

В F1 отбирают ♀ С1В+ (гетерозигот по мутации Bar) и скрещивают индивидуально каждую ♀ в отдельной пробирке с ♂ дикого типа. Если в проверяемой хромосоме нет мутации, то в потомстве будет 2 класса ♀ и 1 класс ♂В+, поскольку ♂ С1В гибнут из-за наличия летальной мутации. Т.о. общее расщепление по полу 2:1 , но если же в опытной хромосоме возникает летальная мутация, то в F2 будут только ♀, т.к. ♂ обоих классов погибнут: в одном случае из-за наличия летальной мутации в Х-хромосоме (С1В), а в другом случае из-за наличия летали в опытной Х-хромосоме.

Определяя отношение числа Х-хромосом (пробирки с индивидуальными скрещиваниями, в которых возникла леталь), к общему числу изученных Х-хромосом (пробирок) подсчитывают частоту летальных мутаций в определенной группе или выборке.

Метод С_уР/Lt. Для учёта летальных мутаций в аутосомах дрозофилы используют линии сбалансированных леталей. Например, для обнаружения летали во 2 хромосоме используют линию С_уР/Lt, в этой линии в одной хромосоме расположены доминантные мутации:

• С_у – загнутые крылья

• L – маленькие дольковидные глаза

Каждая из мутаций в гомозиготном состоянии вызывает летальный эффект.

Мутации сопряжены с инверсией, подавляющей кроссинговер. В гомологичной хромосоме, также несущей инверсию, присутствует доминантная мутация Pm (plum – коричневые глаза). Анализируемых ♂ скрещивают с ♀ СуL/Pm (загнутые крылья, маленькие дольковидные глаза коричневого цвета). В F1 отбирают таких же ♂ СуL/Pm+ и скрещивают с ♀ исходной линии. В F2 отбирают ♂ и ♀ только СуL , у которых гомологичная хромосома является испытуемой, получают 3 класса потомков:

• один класс гибнет из-за гомозиготности по мутациям СуL

• гетерозиготы СуL/Pm+

• гомозиготы по испытуемой хромосоме

Получают соотношение 2 : 1.

Если в испытуемой хромосоме произошла летальная мутация , то в F2 получаются мухи только СуL/Pm+.

С помощью этого метода можно учитывать частоту рецессивных летальных мутаций во 2 хромосоме дрозофилы.

Учёт мутаций у микроорганизмов.

Использование микроорганизмов очень удобно из-за того, что все гены у них в единственном числе, мутации проявляются в F1, кроме того каждая клетка на плотной среде может образовать отдельную колонию – клон идентичных клеток.

Если мутации дают селективное преимущество, то мутантов легко обнаружить методом отпечатков Леденберга.

Спонтанные мутации.

В любой популяции всегда есть особи, которые несут мутации. Многие годы до открытия искусственной индукции мутаций использовали спонтанные мутации.

1925 г. – советские ученые Четвериков, Беляев, Ромашов в результате экспериментальной проверки популяции дрозофилы нашли очень большое число разных мутаций. Установили, что каждый ген с той или иной частотой спонтанно переходит в мутантное состояние.

Причины индукции спонтанных мутаций полностью не изучены.

1. Долгое время полагали, что к числу индуцирующих факторов относится естественный фон ионизирующего излучения (ЕФИИ), однако как показали расчеты для дрозофилы ЕФИИ может быть ответственен за 0,1% мутаций. Хотя по мере увеличения продолжительности жизни организма воздействие ЕФИИ может накапливаться и у человека 0,1 – 0,25% спонтанных мутаций может быть отнесено на счет ЕФИИ.

2. Также причиной спонтанных мутаций являются случайные повреждения хромосом, генов в ходе нормальных метаболических процессов, которые происходят в клетке. По многочисленным данным спонтанные мутации возникают во время деления хромосом и репликации ДНК. Считают вероятным, что спонтанные мутации представляют собой чаще всего следствием случайных ошибок в молекулярных механизмах.

3. Ещё одной причиной является перемещение по геному МГЭ, которые могут внедриться в любой ген и вызвать их мутацию. 80% мутаций возникли в результате перемещения МГЭ.