Мутации у различных организмов

Мутационная теория и классификация мутаций

Мутационная теория зародилась в начале 20-го века в работах Г. де Фриза (1901-1903). По де Фризу мутация – это скачкообразное, прерывистое изменение наследственного признака.Суть мутационной теории де Фриза сводится к следующим положениям:

1. Мутация возникает дискретно, без переходов.

2. Новые формы константны.

3. Мутация является качественным изменением.

4. Мутации разнонаправлены (полезные и вредные).

5. Выявляемость мутаций зависит от размеров выборки изучаемых
организмов.

6. Одни и те же мутации могут возникать повторно.

Мутационные изменения чрезвычайно разнообразны. Они могут затрагивать буквально все морфологические, физиологические и биохимические признаки организма, могут вызывать резкие или, наоборот, едва заметные фенотипические отклонения от нормы (рисунок).

 

A. Мутация у кукурузы - "ленивая кукуруза" Б. Рецессивная, сцепленная с полом мутация отсутствия оперения у курицы B. Рецессивная мутация коротконогости у овцы. Справа и в центре гомозиготы, слева - гетерозигота. Г. Нормальная (слева), четырехкрылая форма (мутация гена ВХ-С) дрозофилы (в центре), муха с расставленными крыльями (доминантная мутация Dichaete) (справа)

 

Известно много принципов классификации мутаций. Фактически все авторы отмечают, что очень трудно создать хорошую классификацию мутаций, и что все существующие классификации очень схематичны.

/. По характеру воздействия на генотип:

1. Генные мутации или точечные.

2. Изменения хромосом или
хромосомные перестройки.

3. Изменения числа наборов хромосом.
//. По характеру изменения фенотипа:

1. Летальные.

2. Морфологические.

3. Физиологические.

4. Биохимические.

5. Поведенческие.

6. Мутации, выявляемые только в электрофорезе.

///. По проявлению в гетерозиготе:

1. Доминантные.

2. Рецессивные.

IV. По способу индукции:

1. Спонтанные, т.е. возникающие без видимых причин или усилий со стороны экспериментатора. Обычно спонтанными называют мутации, причина возникновения которых неизвестна.

2. Индуцированные, т.е. возникшие в результате какого-то воздействия.

V.Пo степени уклонения от нормального фенотипа:

В 1932 году Г. Меллер предложил классифицировать мутации по следующим категориям: гипоморфные, аморфные, антиморфные, неоморфные.

VI. По локализации в клетке:

1. Ядерные.

2. Цитоплазматические (мутации внеядерных генов).

VII. По возможности наследования:

1. Генеративные, т.е. индуцированные в половых клетках.

2. Соматические, индуцированные в соматических клетках

3. Генеративные и соматические мутации.
Прямые и обратные мутации

Мутации могут возникать в любой клетке многоклеточного организма. Те из них, которые возникают в клетках зародышевого пути, называются генеративными. Мутации, возникающие в других клетках, называют соматическими.

Генеративная мутация может возникнуть на любом этапе развития половых клеток. Если такая мутация возникает на ранних стадиях развития клеток зародышевого пути, она размножится во многих клетках, число которых будет пропорционально числу клеточных делений после возникновения мутации. В результате эта мутация будет представлена многими копиями, которые в совокупности называют пучком мутаций. Мутации, возникшие на последних этапах развития половых клеток, в сперматозоидах и яйцеклетках, только в этих клетках и представлены.

Проявление мутантного фенотипа соматических мутаций также сильно зависит от стадии, на которой произошла мутация. Чем раньше мутация возникает, тем больший эффект она вызывает.

Соматические и генеративные мутации различаются главным образом
возможностью наследования: генеративные передаются по наследству. А у соматических мутаций два пути: если организм размножается исключительно половым путем, и клетки
зародышевого пути уже на ранних этапах развития обособляются от соматических,
соматические мутации не играют никакой роли в наследственности. Другое дело,
если организм может размножаться бесполым путем, например, картофель. В
этом случае мутации оказывают существенное влияние на потомство,
размножающееся вегетативным путем..

Не исключено, что соматические мутации имеют отношение к процессам старения человеческого организма, т.к. с возрастом может происходить накопление физиологических мутаций.

Обычно мутации от состояния дикого типа к новому состоянию называют прямыми, а от мутантного к дикому – обратными. Прямые и обратные мутации возникают с разной частотой. Наличие обратных мутаций свидетельствует о том, что при прямом мутировании ген не потерян, а произошло лишь изменение гена.

4. Множественные аллели

До сих пор мы рассматривали только два состояния гена: доминантное А и мутантное рецессивное а. На самом же деле один и тот же ген может изменяться во множество состояний, их может быть несколько десятков и более. Например, у дрозофилы известно около 150 мутаций гена vermilion, или около 350 мутаций гена white. При этом все мутации vermilion имеют одинаковый фенотип. Фенотипы мутантов гена white варьируют в очень широких пределах от нормального цвета глаз до полного отсутствия пигмента, т.е. полностью мутантных.

Мутации одного и того же локуса называют серией множественных аллелей, а само явление множественным аллелизмом.Генотип, гетерозиготный по двум мутантным аллелям (al/a2)одного и того же локуса называют компаундом.

Члены серии множественных аллелей не только по-разному определяют развитие признаков, но и вступают в разные доминантно-рецессивные отношения друг с другом, например, в случае контроля групп крови у человека.

У человека известны четыре группы крови: А, В, АВ, и 0. Если взять кровь от человека группы АВ, А или В и перелить другому человеку, имеющему кровь группы 0, то последний может погибнуть. Причина этого заключается в том, что эритроциты группы АВ содержат два антигена: группа А – антиген А, группа В – антиген В, группа 0 не содержит антигенов А и В. Сыворотка крови этих четырех групп содержит специфические антитела: группа 0 имеет два антитела – альфа и бета, группа А – антитело бета, группа В - антитело альфа, сыворотка группы АВ не имеет антител альфа и бета.

Данные таблицы показывают, что в ряде случаев группы крови оказываются несовместимыми. Происходит это потому, что антитело альфа агглютинирует эритроциты группы крови А и АВ, а антитело бета - эритроциты группы крови В и АВ. Если в крови реципиента с группой А окажется антиген В, то наступает слипание эритроцитов донора; то же происходит, если в кровь реципиента группы В попадают антигены донора А или АВ. Аллели А и В кодоминируют и доминируют над 0.

Установлены биохимические основы аллелизма при детерминации групп крови. Оказалось, что у всех индивидуумов образуется антиген 0 (или Н), который состоит из особой углеводной группы, которая добавляется к молекуле белка. Ген АВО кодирует фермент галактозилтрансферазу, который добавляет еще одну сахарную группу к антигену 0. Специфичность этого фермента определяет группу крови. Аллель А продуцирует фермент, использующий кофактор УДФ-N-ацетилгалактозу, что дает в итоге антиген А. Аллель В продуцирует фермент, использующий кофактор УДФ-галактозу, формируя антиген В. А и В варианты белка трансферазы различаются на 4 аминокислоты, которые по-видимому и влияют на опознание типа кофактора. 0-аллель представляет собой делецию части гена АВО, в результате чего активность гена не проявляется и 0-антиген не модифицируется. Это обстоятельство объясняет почему А и В аллели доминируют у АО и ВО гетерозигот: соответствующая трансферазная активность (А или В) создает А или В антиген. А и В аллели кодоминируют в гетерозиготе АВ, поскольку экспрессируются активности обеих трансфераз. Гомозигота 00 является нуль-аллелем, и поэтому не имеет ни одного антигена. Таким образом, на базе одного гена получается три аллеля.

 

Таблица - Реакция агглютинации эритроцитов между различными группами крови

Группа крови реципиента Антигены эритроцитов Антитела сыворотки Реакция агглютинации сыворотки реципиента с эритроцитами четырех групп крови доноров
  А В АВ
альфа и бета - + + +
А А бета - - + +
В В альфа - + - +
АВ АВ - - - - -