Пара хромосом пара хромосом

Конспект лекции № 11.

Тема. Изменчивость. Виды изменчивости. Популяционная генетика.

Классификация изменчивости

┌─────────────────────────────────────────┐

│ изменчивость │

└──────────────────┬──────────────────────┘

┌────────────────┴───────────────┐

┌────────┴─────────┐ ┌─────────────┴──────────────────┐

│ фенотипическая │ │ генотипическая │

└────────┬─────────┘ └─────────────────┬──────────────┘

┌────┴──────┐ ┌───────┴────┐

┌───┴─────┐ ┌───┴───────────┐ ┌───────┴──────┐ ┌───┴─────────┐

│случайная│ │модификационная│ │ генеративная │ │соматическая │

└─────────┘ └───────────────┘ └───────┬──────┘ └──────┬──────┘

┌────────────────────┬───┘ │

┌───────────┴───────┐┌───────────┴─────────┐

│ комбинативная ││ мутационная │

└───────────────────┘└────────┬────────────┘

┌─────────────────────┴─┬─────────────┐

┌────────┴─────────────┐┌────────┴──────┐┌─────┴─────────────┐

│ геномная ││ хромосомная ││ генная (точковая) │

└───────────┬──────────┘└───────────┬───┘└───────────────────┘

┌──────┴───────┐ │

┌────┴────────┐┌────┴─────┐ ┌──┴──────────────┐

│изменение ││изменение │┌─────┴────────┐┌───────┴─────────┐

│числа наборов││числа ││межхромосомная││внутрихромосомная│

│хромосом (ге-││отдельных ││(транслокации)││(делеции, дупли- │

│номов) ││хромосом ││ ││кации, инверсии) │

└─────┬───────┘└──────┬───┘└──────────────┘└─────────────────┘

┌─┴──────┐ └──┬──────────┐

┌───┴─────┐┌─┴─────────┐┌┴────────┐┌┴─────────────────────────┐

│гаплоидии││полиплоидии││моносомии││полисомии(трисомии, тетра-│

└─────────┘└───────────┘└─────────┘│сомии, пентасомии и т. д.)│

└──────────────────────────┘

Если наследственность обеспечивает единообразие общего плана строения, развития и жизнеобеспечения, то изменчивость – это свойство, определяющее разнообразие деталей анатомии и физиологии конкретных особей.

Биологический смысл изменчивости – создание материала для естественного отбора тех особей, которые обладают способностью выживать и размножаться в конкретных условиях существования.

Фенотипическая изменчивость возникает под влиянием на организм среды обитания. При этом наследственный материал не затрагивается. Если фактор внешней среды, вызывающий проявление признака известен, то эту изменчивость называют модификационной. Так, если у кролика русской горностаевой породы выбрить участок кожи на спине и поместить животное на холод, то оголенное место зарастает темной шерстью. При обычной температуре растет белая шерсть. Если фактор среды, вызывающий изменчивость не ясен или изменения вызываются при совместном действии нескольких факторов, то такую изменчивость называют случайной. В ряде случаев возникает фенокопия – фенотипическая изменчивость, которая выглядит как генетическая наследственная болезнь. Так, один из 300 новорожденных мальчиков имеет гипоспадию - порок развития мужской половой системы, при которой происходит смещение наружного отверстия мочеиспускательного канала с головки полового члена на основание. Причина этого феномена может быть связана с генетическим дефектом, но возможна и при нарушении внутриутробного развития под влиянием факторов внешней среды, т.е. является фенотипической изменчивостью.

Генотипическая изменчивость связана с нарушениями наследственного материала.

Если изменяется наследственный материал соматических клеток, не принимающих участия в размножении организма, то изменения фенотипа данной особи не передаются потомкам. Такую генотипическую изменчивость называют соматической. Как правило, причиной этой изменчивости являются мутации соматических клеток. Примером соматической изменчивости может служить односторонняя гинекомастия – увеличение одной грудной железы у мужчин (часть соматических клеток теряет Y-хромосому). Опухолевые заболевания также связывают с соматической генетической изменчивостью.

Если изменяется наследственный материал половых клеток, зигот и клеток раннего этапа внутриутробного периода развития, то изменения фенотипа проявляются у потомков данной особи. Такую генотипическую изменчивость называют генеративной. Генеративная изменчивость может быть следствием воздействия на организм мутагенных факторов (мутационная изменчивость) или быть следствием нормального процесса случайной перетасовки генетического материала (комбинативная изменчивость).

Мутационный процесс может быть на уровне отдельных генов и нуклеотидов (генные точковые мутации), на уровне отдельных хромосом (хромосомные мутации) и на уровне генотипа (геномные мутации).

К генным точковым мутациям относят вставки, замещения, выпадения и инверсии (вращения) отдельных нуклеотидов или их групп, что может приводить к нарушению аминокислотных последовательностей белков.

Хромосомные мутации или аберрации могут быть "внутренним делом" конкретной хромосомы – это внутрихромосомные мутации. При этом происходят процессы, сходные с точковыми мутациями, но изменениям подвергаются крупные участки хромосом. Виды внутрихромосомных мутаций (см. рис. 2): делеции (аналог выпадения нуклеотидов), дупликации (аналог удвоения), инверсии (аналог инверсии нуклеотидов).

Рисунок 2. Внутрихромосомные мутации.

│А │А │А │А │А │А │А │А │А │А

│В │В │В │В │В │В │В │D ─┐ │В │В

* * * * * * * │C │ * *

│С │С │С │С │С │С │С * │ │С │С

│D │D │D │D │D │D │D │В ─┘ │D │E ─┐

│E │E │E │E │E │E │E │E │D ─┘

│F │F │F │E │F │E │F │F │F │F

исходная │F │F

Пара делеция дупликация две инверсии (показаны

Хромосом участки вращения)

Следует обратить внимание на то, что при инверсиях нет нарушения количества генетического материала в хромосоме, а изменение фенотипа зависит от "эффекта положения" гена. Если в хромосомной аберрации принимают участие негомологичные хромосомы, то говорят о межхромосомных мутациях (транслокациях) (см. рис. 3).

Рисунок 3. Механизм межхромосомной мутации

│А │А ┐ │J │J │А <───────┐

│В │В ┘─┐ │K │K │В │

* * │ * * * │

│С │С │ │O │O ┐ │O │

│D │D │ │P │P ├────┐ │P <─────┐ │

│E │E │ │R │R │ │ │R │ │

│F │F │ │T │T ┘ │ │T │ │

│ └────────────────────┘ │

└──────────────────────────────────────────┘

Первая исходная вторая исходная транслокация

пара хромосом пара хромосом

Следствием хромосомных перестроек могут быть тяжелые заболевания, например, повторные спонтанные аборты или транслокационная форма синдрома Дауна.

Третий вид мутационной генеративной изменчивости – геномные мутации. Различают изменения числа геномов и изменения числа отдельных хромосом (анэуплоидия).

При изменении числа геномов, вместо нормального двойного или диплоидного набора хромосом, наблюдается гаплоидия – одинарный набор хромосом в соматических клетках. Гаплоидия у людей не известна, что связано с ранней гибелью эмбриона с таким генотипом, но в эксперименте получены гаплоидные тритоны с пониженной жизнеспособностью. При полиплоидии отмечается количество хромосомных наборов больше двух (триплоидия-3, тетраплоидия-4 и т. д.). Полиплоидные зародыши человека обнаружены при исследовании материала, полученного при абортах (выкидышах). Описаны единичные случаи рождения три- и тетраплоидных детей, которые имели многочисленные уродства, а продолжительность их жизни варьировала от 15 минут до 7 суток.

Изменение количества отдельных хромосом или анэуплоидии проявляются в форме моносомий и полисомий (трисомии, тетрасомии, пентасомии и т. д.).

Моносомии характеризуются утратой зиготой одной хромосомы. У человека, по-видимому, только одна моносомия – синдром Шерешевского-Тернера (одна половая Х-хромосома) совместима с жизнью. Фенотипически больные с синдромом Шерешевского–Тернера – женщины, невысокого роста, с недоразвитием половых признаков. Имеются специфические складки кожи на шее. Интеллект страдает в 50% случаев. При микроскопии в ядрах клеток не обнаруживаются тельца Барра. Кариограмма показывает 45 хромосом.

Трисомии встречаются чаще. Их делят на аутосомные и половые.

Наиболее известна аутосомная трисомия - трисомическая форма синдрома Дауна (третья - лишняя хромосома 21 пары). Больные обоего пола и любой расовой принадлежности похожи друг на друга имеют специфические особенности лица, но основной дефект их развития- олигофрения (слабоумие), которая выраженна с различной экспрессивностью.

Примером половых трисомий являются люди с синдромами Кляйнфельтера (ХХY), сверхженщины (ХХХ), супермена (XYY).

При синдроме Кляйнфельтера фенотип мужской, наблюдается высокий рост при астеническом телосложении, а с возрастом склонность к ожирению. У больных нарушен сперматогенез, наблюдается снижение интеллекта. При микроскопии в ядрах клеток обнаруживаются тельца Барра. Кариограмма показывает 47 и более, хромосом.

Супермены отличаются ростом выше среднего, слабоумием и агрессивностью, бесплодием. Чем больше лишних Y хромосом те больше выраженность патологии.

Сверхженщины имеют 2 и более тельца Барра в ядрах, чем больше у них лишних X хромосом тем более варажено нарушение в половой сфере и интеллект. При микроскопии в ядрах клеток обнаруживаются лишние тельца Барра. Кариограмма показывает 47 и более, хромосом.

Механизм возникновения анэуплоидий связан с нарушением мейоза, в частности, расхождения хромосом к полюсам клетки. Если к одному из полюсов будущей гаметы человека отойдет не 23, а 22 хромосомы, то другой половине достанется 24. При слиянии таких гамет с нормальной гаметой (23 хромосомы) в первом случае возникнет моносомия (22+23=45), во-втором трисомия (24+23=47) (рис. 4.).

Рисунок 4. Нарушения мейотического деления с формированием моно- и трисомии

│ │

исходная │ │ │ │ исходная

клетка в ┌─> * * ──┐ ┌── * * │<─┐ клетка в

процессе │ │ │ │ │ │ │ * │ процессе

гамето- │ │ │ │ ││ │ │ │ │ │ гамето-

генеза │дефектная│ ││ ││ │ нормаль- │ генеза

││ │ гамета: │ ** ** │ │ ная гаме-│ ││

││ ││ │нет хро- └> ││ ││ * <┘ та │ ││ ││

** ** ││ ──┤мосомы №3 ││ ││ │ ├── ** ** ││

││ ││ ** │ зигота │ ││ ││ **

││ ││ ││ │ │ моносомия │ │ ││ ││ ││