Геномные мутации

Приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного набора хромосом. Организмы, содержащие нормальное для данного вида число хромосом, называют эуплоидами (от греч. “эу”- истинный, четный и “плоид”- единица). Гаплоидный набор хромосом эуплоидного организма обозначают символом n, показывающим половину диплоидного (2n) набора хромосом в соматической клетке. Увеличение числа наборов хромосом – полиплоидия - может выражаться в образовании триплоидных (3n), тетраплоидных (4n), пентаплоидных (5n) форм и т.д. Полиплоиды, у которых несколько раз повторен один и тот же набор хромосом, называют аутополиплоидами. Полиплоиды, полученные от скрещивания организмов, принадлежащих к различным видам и содержащие два (или более) набора разных хромосом, называют аллополиплоидами. Тетраплоиды (2n+2n), имеющие по два набора хромосом каждого из родителей, являются амфидиплоидами (т.е. двойными диплоидами).

В основе возникновения полиплоидии лежат три причины: 1) репродукция хромосом в неделящихся клетках; 2) слияние соматических клеток либо их ядер; 3) нарушения процесса мейоза, приводящие к образованию гамет с нередуцированным числом хромосом. В экспериментальных условиях полиплоидию можно вызвать искусственно путем обработки семян или проростков растений, яйцеклеток или эмбрионов животных алкалоидом растительного происхождения - колхицином. Полиплоидия часто сопровождается увеличением размеров клеток и общих размеров мутантных организмов. Различают сбалансированные и несбалансированные формы полиплоидии, характеризующиеся соответственно четным и нечетным числом наборов хромосом. В последнем случае в процессе мейоза нарушается распределение гомологов хромосом между дочерними клетками, поэтому несбалансированные полиплоиды отличаются низкой плодовитостью.

Изменение числа отдельных хромосом, называемое анеуплоидией (от греч. “aney”- неравномерный, неправильный, нечетный и “плоид”- единица), может быть нескольких типов. При моносомии утрачивается одна из хромосом набора (2n-1). При полисомии к кариотипу добавляется одна из хромосом набора. Частный случай полисомии - трисомия (2n+1), когда вместо двух гомологов их становится три. При нуллисомии отсутствуют оба гомолога какой-либо пары хромосом.

Полиплоидия играет большую роль в эволюции растений. Об этом свидетельствует изучение их кариотипов. Искусственное создание аутополиплоидов и аллополиплоидов широко используется в селекции растений при выведении новых сортов в пределах одного вида или же при межвидовой гибридизации. Напротив, для животных полиплоидия часто оказывается летальной, поскольку нарушает хромосомный механизм определения пола.

К тяжелым последствиям для человека и животных приводит и анеуплоидия. Однако, добавление лишней хромосомы меньше отражается на фенотипе, чем ее нехватка. Описаны случаи анеуплоидии у дрозофилы и у различных растений.

Структурные мутации хромосом

Структурные мутации хромосом (синонимы: перестройки хромосом, аберрации хромосом) - мутации, при которых изменяется положение участков хромосом, по размерам превышающим или равным размерам генов или отдельных их частей (экзонов и интронов). Из этого определения следует, что структурные мутации включают широкий спектр изменений генома от видимых под световым микроскопом аберраций, затрагивающих иногда почти всю длину хромосомы, до перемещения небольших отрезков генома, например, циклических структур, включающих один или немногие повторы ДНК. Закономерности перестроек того и другого крайних типов неодинаковы. В данном разделе речь пойдет о видимых перестройках, которые исследуются с помощью световой микроскопии.

Типы перестроек: 1) концевые делеции (дефишенси, или нехватки), при которых утрачиваются теломерный район и прилежащие участки; 2) интерстициальные делеции, образующиеся через выпетливание внутреннего участка хромосомы; оба типа делеций сопровождаются образованием центрического (содержащего центромеру) и ацентрического (бесцентромерного) фрагментов; 3) дупликации- перестройки, приводящие к локальному удвоению генетического материала (обычно дупликациям предшествуют делеции в идентичных участках хромосом, аналогичная картина возникает при неравном кроссинговере); 4) инверсии - перестройки, в основе которых также лежит образование петли с последующим поворотом выпетленного участка на 180^ и соответствующим изменением порядка расположения генов; 5) транслокации - перемещения участков на другие места внутри хромосомы или обмен участками между различными хромосомами. Различают два варианта межхромосомных транслокаций: симметричные, при которых хромосомы меняется равными по величине центрическим и ацентрическим фрагментами и при этом не изменяется конфигурация хромосомы, и асимметричные, когда хромосомы меняются не равными по величине фрагментами, в результате чего образуются дицентрики, трицентрики и т.д. Вызванное хромосомными перестройками нарушение целостности генов вследствие их размеров либо нарушения порядка сцепления генов между собой и их линейной организации в пределах группы сцепления, как правило, ведет к выраженным фенотипическим изменениям. Одно из них связано с эффектом положения генов, выражающимся в изменении проявления генов, попавших в результате транслокации или других перестроек хромосом (делеций, инверсий и т.д.) в новое генетическое окружение. Этот феномен был впервые описан А. Стертевантом (1925) при исследовании проявления гена Bar (полосковидные глаза). Тандемные, т.е. следующие друг за другом, дупликации гена Bar приводят как бы к сверхаддитивному эффекту в отношении числа глазных фасеток. Другими словами, при наличии одной тандемной дупликации, т.е. двух генов Bar в соседних участках Х-хромосомы, число фасеток уменьшается более чем вдвое. Следовательно, характер экспрессии гена зависит от конкретной генотипической среды, в первую очередь от положения гена в хромосоме. В 1934 г. Н. П. Дубинин и Б. Н. Сидоров открыли другой тип эффекта положения, обусловленный транслокацией участка IV хромосомы у дрозофил. При этом ослабевало доминирование нормальной аллели гена cubitus interruptus, что вызывало прерывы кубитальной жилки. Эти же авторы на примере гена hairy показали обратимость эффекта положения при возвращении этого гена на прежнее место путем хромосомных перестроек. Это означает, что изменение проявления генов при эффекте положения не обусловлены мутациями, по крайней мере, в кодирующих последовательностях.