Статья «Хромосомные мутации. Частота и причины мутаций. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Статья «Хромосомные мутации. Частота и причины мутаций. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Хромосомные мутации. Наряду с генными мутациями известен

ряд других преобразований хромосом, которые доступны непосредственному

микроскопическому изучению. Существуют мутации,

обусловленные изменением видимой структуры хромосом, их перестройки.

К числу таких изменений относится, например, переход

части одной хромосомы на другую, ей не гомологичную, переворот

участка внутри хромосомы на 180° и ряд других структурных изменений

отдельных хромосом.

Особый тип мутаций представляет собою изменение числа хромосом.

Они сводятся к появлению лишних или утере некоторых хромосом.

Такого рода изменения в хромосомном составе происходят

при нарушении в силу каких-либо причин нормального хода мейоза,

когда вместо нормального распределения хромосом между дочерними

клетками обе гомологичные хромосомы отходят к одному

полюсу. Обычно такого рода нарушения оказываются неблагоприятными,

снижающими жизнеспособность, так как при этом нарушается

нормальное соотношение генов в системе генотипа.

Особый тип наследственных изменений представляет собою явление

п о л и п л о и д и и , которое выражается в кратном увеличении

числа хромосом. Возникновение полиплоидов обычно связано с нарушением

процессов митоза или мейоза. Эти нарушения сводятся

к тому, что хромосомы проделывают нормальный митотический

цикл, а веретено деления, служащее для «растаскивания» хромосом

к противоположным полюсам', не функционирует. В результате

хромосомы не расходятся в дочерние клетки, а остаются в том же

ядре. Если этот процесс имеет место в соматической клетке с диплоидным

набором хромосом, то сразу возникает клетка” с удвоенным

диплоидным набором (такие клетки называются тетраплоидными).

Они имеют, следовательно, вместо двух гаплоидных наборов четыре.

Если это имеет место при мейозе, то конъюгирующие гомологичные

хромосомы не расходятся к противоположным полюсам и возникает

диплоидная гамета. Если такая гамета при оплодотворении сольется

с нормальной гаплоидной, то возникнет триплоидная зигота (с тройным

набором хромосом). Если же обе гаметы окажутся, диплоидными,

то возникает тетраплоидная зигота. Полиплоидные виды довольно

часто наблюдаются у растений и очень редко встречаются

у животных. Полиплоидные мутации у растений интересны в практическом

отношении, так как часто они по сравнению с диплоидами

характеризуются более мощным ростом, большим размером и весом

зерна и т. п. При селекции и создании высокопродуктивных сортов

растений явление полиплоидии широко используется

на практике. Подробно об этом

будет сказано ниже.

Мы вндим, таким образом, что мутации

всегда связаны с изменениями в хромосомах.

Если эти изменения происходят в половых

клетках, то они проявляются в том поколении,

которое развивается из половых клеток.

Но они могут иметь место и в соматических

клетках. Тогда они получают название с о -

м а т и ч е с к н х мутаций. Последние

приводят к изменению признака только части

организма, развивающегося из измененных

клеток. На. рисунке 153 изображена соматическая

мутация белоглазости, захватившая

часть глаза дрозофилы. У человека иногда

наблюдается прядь белых волос на голове.

Обычно это тоже результат соматической

мутации.

У животных соматические мутации не

передаются последующим поколениям, поскольку

из соматических клеток новый организм

не возникает. Другое дело у растений. При помощи отводок

и прививок иногда удается возникшее изменение сохранить, и оно

оказывается стойко наследственным.

Частота и причины мутаций. Как часто происходят мутации и

каковы причины их возникновения? Прежде чем ответить на этот

вопрос, нужно иметь в виду, что учет возникающих мутаций представляет

очень большие трудности. Большинство мутаций рецессивны.

Они возникают в генах, локализованных в хромосомах половых

клеток. Легко понять, что гамета, несущая вновь возникшую

рецессивную мутацию, при оплодотворении соединится с гаметой,

которая такой же мутации не несет, ибо одновременное независимое

возникновение одинаковой мутации в разных гаметах в одной и

той же хромосоме у двух организмов практически невероятно.

Поэтому вновь возникшая рецессивная мутация фенотипически не

проявится. Однако в последующих поколениях она будет размножаться

вместе с несущей ее хромосомой и распространяться среди

особей данного вида. Лишь когда соединятся две гаметы, несущие

одну и ту же рецессивную мутацию, она проявится фенотипически.

В генетике много сил пришлось потратить на разработку специальных

сложных методов учета возникающих мутаций. На рассмотрении

этих методов мы здесь останавливаться не будем.

Исследования показали, что в природных условиях мутация

каждого отдельно взятого гена происходит очень редко. На первый

взгляд может возникнуть представление, что такая малая изменчивость

гена не может дать достаточного материала наследственной

и шопчивости для естественного отбора. На самом деле это не так.

У организма имеется несколько тысяч генов, так что общее число

мутаций оказывается значительным. Для той же дрозофилы, например,

высчитано, что около 5% ее гамет несут какую-нибудь

мутацию. Прямые исследования распространения мутаций в природных

популяциях дрозофилы, проведенные в разных географических

зонах, показали, что они «насыщены» разнообразными му-

•!яциямн, большинство которых, однако, в силу рецессивности, не

проявляется видимо. Значительная стойкость гена имеет большое

биологическое значение. Действительно, если бы гены легко и часто

. изменялись, то существование видов стало бы невозможным, ибо

в каждом поколении организмы превращались бы в нечто совершенно

новое, непохожее на родителей. Между тем мы знаем, что

изменения видов под действием естественного отбора происходят

постепенно и медленно. При постоянстве внешних условий виды

могут сохраняться неизменными многие миллионы лет, и эта относительная

стойкость видов — важное условие приспособления организма

к окружающей среде.

Способность к мутированию — одно из основных свойств гена.

Разумеется, каждая отдельная мутация имеет какую-то причину,

ведущую к изменению структуры ДНК. Однако в большинстве

случаев эти причины нам остаются неизвестными. Можно утверждать,

что мутации связаны с изменениями во внешней среде. Это

убедительно доказывается тем, что различными внешними факторами

удается резко повысить число возникающих мутаций. Особенно

эффективно действующими факторами получения мутаций

оказываются такие, которые воздействуют на нуклеиновые кислоты.

Это вполне понятно, так как материальной основой генов служит

ДНК.

Впервые в опыте резкое повышение числа возникающих наследственных

изменений было получено действием рентгеновых лучей.

Под влиянием рентгенизации число получаемых мутаций удалось

повысить в 150 раз и даже более. С тех пор экспериментальное

получение мутаций было осуществлено на самых различных организмах

— от бактерий и вирусов до млекопитающих и цветковых

растений. Кроме лучей Рентгена и других форм ионизирующей

радиации, мутации могут быть вызваны самыми различными химическими

и физическими воздействиями (температурой, изменением

газового режима и т. п.). Несомненно, что мутации связаны с физиологическими

процессами в половых клетках. Поэтому любые

изменения, затрагивающие процессы обмена веществ, оказывают

свое влияние и на мутационный процесс. Полученные до сих пор

результаты по экспериментальному получению мутаций сводятся

к увеличению их числа. Однако экспериментально вызываемые

наследственные уклонения совершаются в различных направлениях,

так же как и естественный процесс мутационной изменчивости.

Лишь в самое последнее время намечаются некоторые пути

воздействия на направление мутаций. Эти новые возможности базируются

на глубоком проникновении в механизм процесса синтеза

нуклеиновых кислот.

Экспериментальное получение мутаций представляет не только

выдающийся теоретический интерес, но и большое практическое

значение, так как резко повышает наследственную изменчивость,

давая, таким образом, материал для селекции

Использованная литература: