Причини мутацій. Закон гомологічних рядів спадкової мінливості
У живих істот весь час виникають спонтанні (від лат. спонтанеус - самочинний) мутації, наприклад, як помилки при відтворенні генетичного коду. їх можуть також спричиняти переміщення фрагментів з однієї ділянки молекули ДНК до іншої, природний радіаційний фон, космічні промені, які сягають поверхні Землі, тощо. Частота спонтанних мутацій залежить від віку клітин та організмів в цілому. Так, зі збільшенням віку матерів підвищується частота мутацій, пов’язаних з нерозходженням гомологічних хромосом під час мейозу. Тому частота народження дітей із синдромом Дауна зростає від ОД % у 30-річних жінок до 2 % у 45-річних. Загальна ймовірність виникнення різноманітних спонтанних мутацій у дітей, народжених матерями віком понад 42 роки, становить близько ЗО %. На частоту спонтанних мутацій впливає і вік батька. Так, у сорокарічних чоловіків кількість нащадків з карликовим зростом, вкороченими кінцівками, сідлоподібним носом зростає вдесятеро порівняно з двадцятирічними.
Тривалий час причини мутацій залишалися нез’ясованими. Лише 1927 року американський генетик Г.Дж. Меллер (мал. 12.1), опромінюючи рентгенівськими променями дрозофіл, викликав у них різноманітні мутації. Фактори, здатні спричиняти збільшення частоти мутацій, називають мутагенними. Мутації, спричинені мутагенними факторами, називають індукованими (від лат. індукціо - спонукання).
Мал. 12.1. Герман Джозеф Меллер (1890-1967) - видат- ний американський генетик. Разом з Т.Х. Морганом брав Участь у розробці хромосомної теорії спадковості. Лауреат Нобелівської премії (1946)
Які Існують групи мутагенних факторів?
За походженням розрізняють фізичні, ХІміц. ні та біологічні мутагенні фактори, або скорочу, но - мутагени. Серед фізичних мутагенів ндц. більше значення має іонізуюче випромінювана* зокрема рентгенівське. Проходячи через живу речовину, рентгенівські промені вибивають електрони із зовнішньої оболонки атомів або молекул, унаслідок чого ті стають позитивно зарядженими. А вибиті електрони спричинюють неконтрольовані хімічні перетворення різних сполук живих організмів.
До фізичних мутагенів також належать ультрафіолетові промені, підвищена температура тощо. їхня дія призводить до виникнення насамперед генних мутацій, рідше - хромосомних.
Хімічні мутагени були відкриті пізніше за фізичні. Значний внесок в їхнє вивчення зробила українська генетична школа, очолювана академіком С.М. Гершензоном (мал. 12.2). Дослідники щорічно відкривають нові хімічні мутагени (зокрема, акридинові барвники, нітритна кислота, гідроген пе- роксид, формальдегід (метаналь), деякі лікарські препарати тощо). Наприклад, алкалоїд колхіцин унеможливлює утворення веретена поділу, що спричинює подвоєння числа хромосомних наборів у клітині. Газ іприт (або гірчичний газ), який використовували як хімічну зброю, підвищує частоту мутацій у піддослідних мишей у 90 разів. Дія незначних концентрацій цього газу на самців дрозофіли значно підвищує частоту летальних мутацій в Х-хромосомі (до понад 7 %). Нітритна кислота (НЖ)2) здатна спричиняти генні мутації, пов'язані зі зміною пар нуклеотидів, наприклад ГЦ - на АТ, АТ - на ЦГ. Хімічними мутагенами, зокрема, є наркотичні речовини, небезпечний вплив яких виявляється не лише в людини, що їх вживає. Мутації, спричинені наркотиками, можуть передаватись нащадкам і викликати у них різноманітні спадкові захворювання і вади.
До біологічних мутагенів належать віруси та токсини, що виробляють деякі бактерії. В уражених вірусами клітинах мутації відбуваються значно частіше, ніж у здорових. Вивільнення вірусної ДНК та утворення вірусної частинки, яка потім заражає інші клітини, може супроводжуватись захопленням частини ДНК хазяїна. У такий спосіб віруси здатні переносити генетичну інформацію між різними особинами одного або різних видів (горизонтальне перенесення генів). Цей процес має важливе значення в еволюції прокаріотів.
Отже, хімічні та фізичні мутагени є універсальними, тобто можуть спричиняти різні типи мутацій у будь-яких організмів.
Чи є біологічні антимутаційні механізми?
Живі організми здатні захищати свій генетичний матеріал від мутацій. Так, більшість амінокислот закодована не одним, а кількома триплетами,
12.3. Репарація мопекулиДНК: вілки( 1)розпізна У* 'кінці ушкодженої молекули ДНК (2) і З'єднують «. відновлена молекула ДНК (3)
. таКОж частина генів багато разів повторюєть- сЯ у ланцюзі ДНК. У клітинах існує система -^правлення помилок (системи репараціїX які виникають під час подвоєння молекул ДНК і їхніх змін під впливом мутагенів. Загальний рівень помилок, які залишаються після репарації» незначний: менше однієї заміни ну- клеотидів, що припадає на геном еукарюпгоюі клітини при одному подвоєнні ДНК.
Під час репарації ділянки молекули ДНК. змінені внаслідок мутацій, можуть видалитись за допомогою ферментів. При цьому на місце видаленої ділянки вбудовується інша, з притаманною цій частині молекули послідовністю нуклеотидів (мал. 12.3).
Які загальні властивості мутацій?
Здатність до змін спадкової інформації у процесі історичного роаавт ку - універсальна властивість живої матерії. Мутації виникають раптово. Викликані мутаціями зміни можуть успадковуватися. Однакові мутації можуть виникати неодноразово і незалежно від штих. На відміну ви дифікацій, мутації неспрямоваиі. тобто можуть бути шкідливими. дай тральними або корисними.
Фактори, які викликають мутації (мутагени), універсальні, тобто здатні спричиняти зміни спадкового матеріалу в організмах усіх видів. Один і той самий фактор, який діє з однаковою інтенсивністю на ідентичні в гене тичному відношенні організми (наприклад, на одояйцвииж близнюків), може викликати в них різні мутації. Разом з тим різні за своєю природою мутагени здатні викликати в організмів неспоріднеяих нидів подібні спадкові зміни.
На відміну від модифікацій, ступінь вираження змін у фенотипі н» залежить від інтенсивності і тривалості дії мутагенного фактору: слабкий мутаген, який діє нетривалий час, іноді здатний спричиняти значніші зміни у фенотипі, ніж сильний. Зі зростанням інтенсивності дії мутаген ного фактору до певної межі частота виникнення мутацій збільшується.
Доза мутагенного фактору - це добуток його тривалості та інтенсивності дії.
Частота мутацій зростає при підвищенні дози опромінення лише до певної межі: після того, як опромінення перевищить її, частота мутацій може навіть зменшуватись, оскільки багато клітин втрачають життєздатність.
Для мутагенних факторів не існує нижньої межі інтенсивності дії (нижнього порогу дії), нижче якої вони не здатні спричиняти зміни спадкового матеріалу. Ця властивість свідчить про те, що носії спадковості організмів необхідно захищати від усіх мутагенів незалежно від снлн та тривалості ЇХНЬОГО впливу.
Різні види живих організмів і навіть різні особини одного виду характе- І ризуються неоднаковою чутливістю до дії мутагенних факторів. Так І дорослі особини деяких груп членистоногих (скорпіонів, багатоніжок* І ківсяків) здатні витримувати величезні дози радіації: до 100 000 рад. І А для того щоб вбити клітини деяких бактерій, необхідна доза приблизно І
1 000 000 рад. Для людини смертельні дози у 700 рад і вище. На ранніх І етапах розвитку чутливість організмів до дії мутагенних факторів вища ніж у дорослих особин: доза в 200 рад здатна вбивати зародки комарів,
а дорослі комахи зберігають життєздатність і при опроміненні понад 10 000 рад.
Різні групи людей мають неоднакову радіочутливість: порівняно зі здорового дорослою людиною, радіочутливість людей похилого віку вища у
2 рази, дітей - у 5 разів, вагітних жінок - у 50 разів. Розроблені спеціальні санітарні норми радіаційного опромінення, які визначають дози раді я пі у що не мають помітного впливу на людей певної групи. Для більшості людей безпечною вважають дозу 0,05 рад за 1 рік. Доза опромінення у 100 рад викликає променеву хворобу, за якої біологічні функщї можуть порушуватись настільки, що настає смерть. При цьому слід пам’ятати, що радіоактивні сполуки, які потрапили всередину організму, приблизно в 10 разів перевищують за характером свого впливу таку саму дозу радіації, отриману ззовні.
Запам’ятайте: однією з найактуальніших проблем сьогодення є захист генофонду людства від впливу мутагенних чинників.
Яке значення мутацій в природі І житті людини?
Мутації є джерелом спадкової мінливості — одного з факторів еволюції. Завдяки їм з’являються нові алелі певних генів (їх називають мутантними). Усе різноманіття сучасних та вимерлих форм живих істот завдячує саме мутаціям.
Загальним наслідком мутаційної мінливості є порушення спадкових програм клітин та організмів в цілому. Більшість мутацій шкідлива для живих істот, оскільки вони, проявляючись у фенотипі, знижують пристосованість до умов існування. За підрахунками вчених, у природних популяціях дрозофіли понад 20 % хромосом несуть хоча б один летальний рецесивний алель. Проте нейтральні мутації, як ми вже згадували, можуть виявитися корисними за певних змін середовища життя.
Штучно викликані мутації збільшують різноманіття вихідного матеріалу при селекції рослин і мікроорганізмів. Зокрема, багато культурних рослин є поліплоїдними порівняно з предковими видами;(м’яка пшениця, садові суниці, деякі сорти цукрових буряків тощо).
Мутації застосовують у генетичних методах боротьби зі шкідниками. Для цього в лабораторних умовах на самців шкідливого для людини виду діють мутагенами (наприклад, рентгенівськими променями), які викликають нездатність до запліднення. Далі їх випускають в природу, де вони паруються із самками з природних популяцій. Але відкладені такими самками яйця виявляються нежиттєздатними. Таким чином, не забруднюючи довкілля отрутохімікатами, можна достатньо ефективно знижувати чисельність шкідників. Роботи з розробки генетичних ме-
Мал. 12.4. Російський генетик Олександр Сергійович серебровський (1892-1948) на початку 40-х років XX ст. оозробляв генетичні методи боротьби зі шкідливими для людини видами
ТОДІВ боротьби зі шкідливими для людини видами започаткував російський учений О.С. Серебровський (мал. 12.4).
Існують і певні закономірності мутаційного процесу, який відбувається у споріднених організмів. Цю закономірність, відкриту видатним російським генетиком і селекціонером М. І. Ва- виловим (мал. 12.5), названо законом, гомологічних рядів спадкової мінливості:
генетично близькі види і роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, вивчивши ряд форм Чг у межах одного виду або роду, можна передбачити наявність форм з подібним поєднанням ознак у межах близьких видів або родів.
М. І. Вавилов встановив цю.закономірність для рослин, але вона виявилася універсальною для всіх організмів. Чим тісніші родинні зв’язки між організмами, тим подібніші ряди їх спадкової мінливості (мал. 12.6).
Генетичною основою закону гомологічних рядів спадкової мінливості є те, що ступінь історичної спорідненості організмів прямо пропорційний числу їхніх спільних генів. Тому і мутаційні зміни цих генів можуть бути подібними.
Фенотипно це проявляється у вигляді подібної мінливості багатьох ознак у близьких видів, родів і т. д.
Закон гомологічних рядів (закон Вавилова) висвітлює матеріальні основи спільного історичного розвитку споріднених груп живих істот.
Спираючись на нього і вивчаючи спадкову мінливість близьких видів, селекціонери планують
роботу зі створення нових сортів рослин і порід тварин із заздалегідь визначеними спадковими ознаками. Тобто внаслідок дослідження сукупності сортів (порід) одного виду можна планувати виведення сортів або порід із подібним набором спадкових ознак у межах іншого близького виду. Цей закон дає можливість передбачити знахідки нових для науки систематичних груп (видів, родів тощо) з ознаками, притаманними спорідненим групам.
Автор: leha от 19-03-2013, 19:20, Переглядів: 22591