Tap av et kromosom. Kromosomavvik og kromosomsykdommer. Kromosomale mutasjoner. Eksempler

Kromosomale mutasjoner (ellers kalt aberrasjoner, omorganiseringer) er uforutsigbare endringer i strukturen til kromosomene. De er oftest forårsaket av problemer som oppstår under celledeling. Eksponering for utløsende miljøfaktorer er en annen mulig årsak kromosomale mutasjoner. La oss finne ut hvilke manifestasjoner av denne typen endringer i strukturen til kromosomer kan være og hvilke konsekvenser de har for cellen og hele organismen.

Mutasjoner. Generelle bestemmelser

I biologi er en mutasjon definert som en permanent endring i strukturen til genetisk materiale. Hva betyr "vedvarende"? Det er arvet av etterkommere av en organisme som har mutant DNA. Dette skjer som følger. En celle mottar feil DNA. Den deler seg, og to døtre kopierer strukturen fullstendig, det vil si at de også inneholder endret genetisk materiale. Så er det flere og flere slike celler, og hvis organismen fortsetter å formere seg, får dens etterkommere en lignende mutant genotype.

Mutasjoner passerer vanligvis ikke uten å etterlate spor. Noen av dem forandrer kroppen så mye at resultatet av disse endringene er døden. Noen av dem tvinger kroppen til å fungere på en ny måte, reduserer dens evne til å tilpasse seg og fører til alvorlige patologier. Og et svært lite antall mutasjoner kommer kroppen til gode, og øker dermed dens evne til å tilpasse seg miljøforhold.

Mutasjoner er delt inn i gen, kromosomale og genomiske. Denne klassifiseringen er basert på forskjeller som forekommer i ulike strukturer av genetisk materiale. Kromosomale mutasjoner påvirker således strukturen til kromosomer, genmutasjoner påvirker sekvensen av nukleotider i gener, og genomiske mutasjoner gjør endringer i genomet til hele organismen, legger til eller trekker fra et helt sett med kromosomer.

La oss snakke om kromosomale mutasjoner mer detaljert.

Hvilke typer kromosomale omorganiseringer kan forekomme?

Avhengig av hvordan endringene er lokalisert, skilles følgende typer kromosomale mutasjoner.

1. Intrakromosomalt - transformasjon av genetisk materiale innenfor ett kromosom.
2. Interkromosomale - omorganiseringer, som et resultat av at to ikke-homologe kromosomer utveksler seksjoner. Ikke-homologe kromosomer inneholder forskjellige gener og forekommer ikke under meiose.

Hver av disse typene avvik tilsvarer visse typer kromosomale mutasjoner.

Slettinger

En sletting er separasjon eller tap av en del av et kromosom. Det er lett å gjette at denne typen mutasjon er intrakromosomal.

Hvis den ytterste delen av et kromosom er separert, kalles slettingen terminal. Hvis genetisk materiale går tapt nærmere midten av kromosomet, kalles en slik sletting interstitiell.

Denne typen mutasjoner kan påvirke levedyktigheten til organismen. For eksempel gir tapet av en del av et kromosom som koder for et bestemt gen en person immunitet mot immunsviktviruset. Denne adaptive mutasjonen oppsto for omtrent 2000 år siden, og noen mennesker med AIDS klarte å overleve bare fordi de var heldige nok til å ha kromosomer med en endret struktur.

Duplikasjoner

En annen type intrakromosomal mutasjon er duplisering. Dette er kopiering av en del av et kromosom, som oppstår som et resultat av en feil under den såkalte crossover, eller cross over, under celledeling.

En seksjon kopiert på denne måten kan opprettholde sin posisjon, rotere 180°, eller til og med gjentas flere ganger, og da kalles en slik mutasjon amplifikasjon.

Hos planter kan mengden genetisk materiale øke presist gjennom gjentatte dupliseringer. I dette tilfellet endres vanligvis evnen til en hel art til å tilpasse seg, noe som betyr at slike mutasjoner er av stor evolusjonær betydning.

Inversjoner

Refererer også til intrakromosomale mutasjoner. Inversjon er en rotasjon av en viss del av et kromosom med 180°.

Den delen av kromosomet snudd som et resultat av inversjon kan være på den ene siden av sentromeren (parasentrisk inversjon) eller på motsatte sider av den (perisentrisk). Sentromeren er den såkalte regionen av den primære innsnevringen av kromosomet.

Vanligvis har inversjoner ingen effekt på ytre tegn kroppen og fører ikke til patologier. Det er imidlertid en antagelse om at hos kvinner med en inversjon av en viss del av kromosom ni, øker sannsynligheten for abort under graviditet med 30 %.

Translokasjoner

Translokasjon er bevegelsen av en del av ett kromosom til et annet. Disse mutasjonene er av den interkromosomale typen. Det finnes to typer translokasjoner.

1. Gjensidig er utveksling av to kromosomer i visse områder.
2. Robertsonian - fusjon av to kromosomer med en kort arm (akrosentrisk). Under den Robertsonske translokasjonen går korte deler av begge kromosomene tapt.

Gjensidige translokasjoner fører til problemer med fødsel hos mennesker. Noen ganger forårsaker slike mutasjoner spontanabort eller fører til fødsel av barn med medfødte utviklingspatologier.

Robertsonske translokasjoner er ganske vanlige hos mennesker. Spesielt hvis en translokasjon oppstår som involverer kromosom 21, utvikler fosteret Downs syndrom, en av de hyppigst rapporterte medfødte patologiene.

Isokromosomer

Isokromosomer er kromosomer som har mistet den ene armen, men som har erstattet den med en nøyaktig kopi av den andre armen. Det vil si at en slik prosess i hovedsak kan betraktes som sletting og inversjon i en flaske. I svært sjeldne tilfeller har slike kromosomer to sentromerer.

Isokromosomer er tilstede i genotypen til kvinner som lider av Shereshevsky-Turners syndrom.

Alle typer kromosomale mutasjoner beskrevet ovenfor er iboende i ulike levende organismer, inkludert mennesker. Hvordan manifesterer de seg?

Kromosomale mutasjoner. Eksempler

Mutasjoner kan forekomme i kjønnskromosomer og i autosomer (alle andre sammenkoblede kromosomer i cellen). Hvis mutagenese påvirker kjønnskromosomer, er konsekvensene for kroppen vanligvis alvorlige. Medfødte patologier forekommer som påvirker mental utvikling individuelle og kommer vanligvis til uttrykk i endringer i fenotype. Det vil si at ytre mutante organismer skiller seg fra normale.

Genomiske og kromosomale mutasjoner forekommer hyppigere i planter. Imidlertid finnes de i både dyr og mennesker. Kromosomale mutasjoner, eksempler som vi vil vurdere nedenfor, manifesterer seg i forekomsten av alvorlige arvelige patologier. Disse er Wolf-Hirschhorn syndrom, "gråt katten" syndrom, delvis trisomisykdom på den korte armen til kromosom 9, samt noen andre.

Cry of the cat syndrom

Denne sykdommen ble oppdaget i 1963. Det oppstår på grunn av delvis monosomi på den korte armen til kromosom 5, forårsaket av en sletting. Ett av 45 000 barn er født med dette syndromet.

Hvorfor fikk denne sykdommen et slikt navn? Barn som lider av denne sykdommen har et karakteristisk rop som ligner en katts mjau.

Når den korte armen til det femte kromosomet slettes, kan forskjellige deler av det gå tapt. De kliniske manifestasjonene av sykdommen avhenger direkte av hvilke gener som gikk tapt under denne mutasjonen.

Strukturen til strupehodet endres hos alle pasienter, noe som betyr at "katteskrik" er karakteristisk for alle uten unntak. De fleste som lider av dette syndromet opplever en endring i hodeskallens struktur: en reduksjon i hjerneregionen, et måneformet ansikt. Ved «gråt katten»-syndrom er ørene vanligvis plassert lavt. Noen ganger har pasienter medfødte patologier i hjertet eller andre organer. Psykisk utviklingshemming blir også et karakteristisk trekk.

Vanligvis dør pasienter med dette syndromet tidlig i barndommen, bare 10 % av dem overlever til tiårsalderen. Imidlertid har det også vært tilfeller av lang levetid med "cry of the cat"-syndromet - opptil 50 år.

Wolf-Hirschhorn syndrom

Dette syndromet er mye mindre vanlig - 1 tilfelle per 100 000 fødsler. Det er forårsaket av sletting av et av segmentene i den korte armen til det fjerde kromosomet.

Manifestasjonene av denne sykdommen er varierte: forsinket utvikling av den fysiske og mentale sfæren, mikrocefali, karakteristisk nebbformet nese, strabismus, ganespalte eller overleppe, liten munn, defekter i indre organer.

Som mange andre menneskelige kromosomale mutasjoner, er Wolf-Hirschhorns sykdom klassifisert som halvdødelig. Dette betyr at levedyktigheten til kroppen med en slik sykdom reduseres betydelig. Barn diagnostisert med Wolf-Hirschhorn syndrom lever vanligvis ikke lenger enn 1 år, men det er registrert ett tilfelle der pasienten levde i 26 år.

Delvis trisomisyndrom på den korte armen til kromosom 9

Denne sykdommen oppstår på grunn av ubalanserte duplikasjoner i det niende kromosomet, som et resultat av at det er mer genetisk materiale på dette kromosomet. Totalt er det kjent mer enn 200 tilfeller av slike mutasjoner hos mennesker.

Det kliniske bildet er beskrevet med en forsinkelse fysisk utvikling, mild mental retardasjon, karakteristisk ansiktsuttrykk. Hjertefeil finnes hos en fjerdedel av alle pasienter.

Med partielt trisomisyndrom i den korte armen til kromosom 9 er prognosen fortsatt relativt gunstig: de fleste pasienter overlever til høy alder.

Andre syndromer

Noen ganger forekommer kromosomale mutasjoner selv i svært små deler av DNA. Sykdommer i slike tilfeller er vanligvis forårsaket av duplikasjoner eller slettinger, og kalles henholdsvis mikroduplikasjoner eller mikrodelesjoner.

Det vanligste slike syndrom er Prader-Willis sykdom. Det oppstår på grunn av mikrodelesjon av en del av kromosom 15. Interessant nok må dette kromosomet mottas av kroppen fra faren. Som et resultat av mikrodelesjoner påvirkes 12 gener. Pasienter med dette syndromet har mental retardasjon, overvekt og har vanligvis små føtter og hender.

Et annet eksempel på slike kromosomsykdommer er Sotos syndrom. En mikrodelesjon oppstår på den lange armen til kromosom 5. Det kliniske bildet av denne arvelige sykdommen er preget av rask vekst, en økning i størrelsen på hender og føtter, tilstedeværelse av en konveks panne og noe mental retardasjon. Forekomsten av dette syndromet er ikke fastslått.

Kromosomale mutasjoner, mer presist, mikrodelesjoner i områder av kromosom 13 og 15, forårsaker henholdsvis Wilms-svulst og retinblastom. Wilms-svulst er en nyrekreft som oppstår primært hos barn. Retinoblastom er en ondartet svulst i netthinnen som også forekommer hos barn. Disse sykdommene kan behandles hvis de diagnostiseres i tidlige stadier. I noen tilfeller tyr leger til kirurgisk inngrep.

Moderne medisin eliminerer mange sykdommer, men det er ennå ikke mulig å kurere eller i det minste forhindre kromosomale mutasjoner. De kan bare oppdages i begynnelsen av fosterutviklingen. Genteknologi står imidlertid ikke stille. Kanskje vil det snart bli funnet en måte å forhindre sykdommer forårsaket av kromosomale mutasjoner.

Det er flere årsaker til brudd genetisk program celler.

Til endringer i den biokjemiske strukturen til gener inkludere punktmutasjoner med tap av noen av nukleotidene, noe som fører til dysfunksjon i programmeringen av genetisk informasjon; tap av en del av et kromosom; polymerisering med dannelse av ytterligere kromosomregioner. Ett eller flere nye kromosomer kan mangle eller dukke opp.

Aktivering av patologiske gener kan være assosiert med strukturelle endringer i regulatoriske gener, med aktivering av dødelige gener på grunn av homozygositet for autosomale recessive gener eller manifestasjon av patogene gener assosiert med sex. I tillegg kan manifestasjonen av en patogen autosomal recessiv egenskap være assosiert med et annet gen (koblede gener og egenskaper).

Undertrykkelse (undertrykkelse) av "vitale gener" på grunn av ovennevnte årsaker.

Innføring av et fremmed DNA-fragment med patogene egenskaper i genomet, for eksempel et virus, kan føre til celledød eller persistens av viruset inne i det. Denne utholdenheten fører ofte til forekomsten av ondartet svulstvekst. Under eksperimentelle forhold introduserer forskere både patologiske og manglende gener i en celle (genteknologi).

Alle de ovennevnte genomforstyrrelsene kan arves hvis de oppsto i kjønnsceller, eller føre til somatiske endringer i dyrets kropp uten arv (genomet er endret i somatiske celler).

Det genetiske materialet kan endres så grovt at det blir godt synlig selv når man studerer kromosomer ved hjelp av lysmikroskopi under deling. Dette er såkalte genomiske og kromosomale mutasjoner.

Genomiske mutasjoner fører til en grov endring i strukturen til det nukleære arvematerialet som helhet. Ledsaget av endringer i antall og form av kromosomer, forholdet mellom deres innhold i forskjellige celler. Ofte er genomiske mutasjoner preget av aneuploidi, heteroploidi eller polyploidi, som ofte observeres i ondartede tumorceller når mitose er svekket (med redusert mitose). En genomisk mutasjon kan skyldes at ett av kromosomene ikke er representert av to, som vanlig i en somatisk celle, men av tre eller flere kopier. Et eksempel på en slik mutasjon er Downs syndrom. Downs syndrom hos mennesker er forårsaket av translokasjon (vedlegg) av kromosom 21 til 14 eller 22 med dannelsen av en ekstra kopi.

Kromosomale mutasjoner oppstår når strukturen til individuelle kromosomer endres, størrelsen på armene øker eller reduseres, translokasjon av en del av ett kromosom til et annet, eller rotasjon av en del av et kromosom med 180°. Fraværet av en del av et kromosom kalles en sletting. Tap av betydelige deler av et kromosom fører vanligvis til organismens død. Å doble en del av et kromosom er duplisering. En 180° reversering av en kromosomseksjon er betegnet som en inversjon og er kanskje ikke fenotypisk manifestert. Utveksling av seksjoner mellom ikke-homologe kromosomer - translokasjon - fører vanligvis til forstyrrelser i organismens utvikling som er uforenlige med liv.

Et gen, eller punktmutasjon, er en erstatning av individuelle nukleotider eller små deler av genomet i ett gen. Genmutasjonen er usynlig under histologisk undersøkelse, men endrer cellens fenotype, noe som fører til dannelse av nye egenskaper i cellen og/eller i kroppen som helhet.

Konformasjonsmutasjoner skilles når ett nukleotid erstattes av et annet med en endring i DNA-dobbelhelixen.

Noen ganger endrer ikke en mutasjon informasjonen lagret av genomet. Denne endringen i genomet kalles en stille mutasjon. Hvis en mutasjon forårsaker en forvrengning av informasjonen lagret av genomet, kalles det en mutasjon som forvrenger den biologiske betydningen av arvelig informasjon. Dette fører til dannelse av enzymer med endret aktivitet, og gir nye egenskaper som er uvanlige for cellen og hele organismen.

En mutasjon som ikke gir mening er en genmutasjon som endrer strukturen til et gen på en slik måte at det blir umulig å lese informasjon fra det, eller det dannes en mRNA-sekvens som ikke kan oversettes av ribosomet.

En overgangsmutasjon innebærer å erstatte puriner (adenin med guanin eller omvendt) eller pyrimidiner. En transversjonsmutasjon er erstatning av en purin med en pyrimidin eller omvendt.

Mutagener- dette er faktorer av enhver art som endrer strukturen til genomet og forårsaker mutasjoner. Det er endogene og eksogene mutagener. Dette kan være påvirkninger av fysisk karakter ( ioniserende stråling, ultrafiolett stråling, skade, feber). Kjemiske mutagener er noen plantevernmidler, industrielle giftstoffer (benzen, benzopyren, epoksider, noen aldehyder), kvikksølvforbindelser og cytostatika. Noen har en mutagen effekt kosttilskudd(syklamater, aromatiske karbohydrater), lipidperoksidforbindelser, frie oksygenradikaler inneholdt i hydrogenperoksid og ozon.

Som et resultat av mutasjoner oppstår genetiske sykdommer.

1. Sykdommer helt forårsaket av påvirkning av et patologisk gen. Disse lidelsene vises alltid uavhengig av egenskapene som går foran den vitale aktiviteten til celler og organismen som helhet. Typisk kan manifestasjoner forårsaket av slike mutasjoner observeres fra det øyeblikket dyret eller personen er født. Med alderen kan skadegraden øke eller være i lavdynamisk (stasjonær) tilstand. Det er imidlertid en rekke mutasjoner som kan manifestere seg i senere alder (noen myopatier, Huntingtons chorea).

2. Sykdommer der den genetiske faktoren manifesterer seg bare i nærvær av passende miljøforhold og egenskaper ved individuell utvikling. Altså, tendensen til sukkersyke kan manifestere seg avhengig av kostholdsvaner. Denne typen arvelig sykdom oppdages nesten alltid etter fødselen, noen ganger i høy alder.

3. Sykdommer der arvelighet er den ledende årsaksfaktoren. Sykdommen manifesterer seg, men dens grad, hastighet og alvorlighetsgrad er forskjellige på grunn av nivået av akkumulering i kroppen av konsekvensene av påvirkningen av etiologiske faktorer som oppstår i livets prosess.

Arvelige sykdommer kan overføres av en autosomal dominant, autosomal recessiv arvemekanisme og være kjønnsbundet.

Den autosomalt dominerende arvetypen manifesterer seg selv i tilfelle av monozygotisk arv og forekommer i halvparten av tilfellene når en av foreldrene er heterozygot for det patologiske genet, og den andre forelderen er frisk. Hvis en av foreldrene er homozygot, oppstår sykdommen hos alle barn.

Den autosomale recessive mekanismen for arv av mutasjon er ledsaget av manifestasjonen av egenskapen i cellen bare når genene på begge kromosomene er mutante. Ellers vil sykdommen manifestere seg dersom mutantgenene er i homozygot tilstand.

Ved ufullstendig dominans opptrer genet både i monozygotisk og dizygotisk tilstand, men skadegraden i den monozygotiske varianten er mye svakere.

Arvelige sykdommer assosiert med sex er forårsaket av overføring av genforstyrrelser i kjønnskromosomene, derfor er manifestasjonene av sykdommen direkte relatert til kjønnet til individet.

Noen ganger overføres genmutasjoner gjennom somatiske kromosomer og deres forekomst er kjønnsavhengig. For eksempel utvikler vaskulær aterosklerose, under de samme forholdene, tidligere hos menn, siden kvinnelige kjønnshormoner blokkerer utviklingen av sykdommen. Huntingtons chorea utvikler seg tidligere hos menn enn hos kvinner, siden førstnevnte gjennomgår raskere genpolymeriseringsprosesser.

Brudd i implementeringen av det genetiske programmet er forbundet med følgende fenomener.

Mitoseforstyrrelser er ledsaget av en ujevn fordeling av kromosomer (redusert mitose eller amitose) og fører til dysplasi (dannelsen av monsterceller). En annen mulig konsekvens er dannelsen av polyploide eller flerkjernede celler. Massiv undertrykkelse av mitose når celler mister evnen til å dele seg fører til nedsatt regenerering av organer og vev. Årsakene er endringer i reguleringen av operonet, skade på cellesenteret og/eller mikrotubuli, endringer i cytotomi på bakgrunn av forstyrrelser i dannelsen av mikrotubuli og actominiyosin-interaksjoner, forstyrrelser i energitilførselen til deling, etc. Forstyrrelser under. den mitotiske syklusen avhenger av scenen. I løpet av den presyntetiske perioden av interfase oppstår brudd i DNA-molekylet under lesing av genetisk informasjon (transkripsjon), deretter blir kromosomene og kontrollsystemet over prosessene med genomlesing feilfordelt. I løpet av den syntetiske perioden kan prosessen med DNA-replikasjon bli forstyrret på grunn av blokkering av DNA-polymerase, mangel på nukleotider, utilstrekkelig energitilførsel, etc. I den postsyntetiske perioden, som i de forrige, et brudd på innholdet eller blokade av cyclin-avhengige kinaser og cycliner, kan det utvikles store skader på genomet. Under mitoseprosessen kan det oppstå forstyrrelser i innholdet av den mitosestimulerende faktoren, for tidlig cytotomi eller omvendt blokade av den (nedsatt aktivitet av acto-minimyosinkomplekser) og feil montering av spindelfilamenter. Dette er bare noen av de mange mulige måtene denne prosessen kan bli forstyrret på.

Meiose lidelser er forårsaket av patologi i reguleringen av operonet, skade på cellesenteret og/eller polymerisering av mikrotubuli, endringer i cytogomi på bakgrunn av svikt i dannelsen av mikrotubuli og acto-minimyosin interaksjoner, patologi av energiforsyningen av divisjon. Dette er assosiert med endringer i aktiviteten til kjønnshormoner, patologi til støttecellene i de kronglete tubuli i testiklene, follikkelepitelet i eggstokkene og fører til infertilitet eller arvelige deformiteter.

Teratogene lidelser, assosiert med endringer i utplasseringen av det normale genetiske programmet på tidspunktet for genomforpliktelse og cellebestemmelse. De er ledsaget av medfødte, ikke-arvede utviklingsforstyrrelser (deformiteter). Celler begynner å danne vev og organer som ikke forventes av utviklingsprogrammet. Teratogene faktorer kan være hypovigaminose, hypervitaminose, traumer, ioniserende stråling, noen medisiner, hypoksi, etc.

Forstyrrelser av ekstranukleær arv forekommer primært i mitokondrie-genomet. Patologiske lidelser er forårsaket av mutasjoner i genomet, skade på rRNA-translasjon osv. Aktiviteten til oksidative fosforyleringskjeder endres, og kroppens beskyttende og kompenserende evner mot hypoksi, fysisk overbelastning osv. reduseres.

En av dysfunksjonene i genomet er syndromet med for tidlig aldring av celler (vev og kroppen). Dette er en gruppe sykdommer som kan skyldes flere årsaker. Blant dem er forstyrrelse av DNA-metyleringsprosesser, overdrevent rask ødeleggelse av kromosomtelomerer og akkumulering av mutasjoner i genomet.

Hvis du finner en feil, merk en tekst og klikk Ctrl+Enter.

Kromosomale mutasjoner er assosiert med omorganiseringer av kromosomer og forstyrrelse av deres struktur som oppstår under celledeling eller som et resultat av fysisk påvirkning. Oppdagelsen av kromosomale omorganiseringer ga forskerne en ny metode for å analysere genotypen og studere lokaliseringen av gener på kromosomet. Kromosomale omorganiseringer spiller en viktig rolle i utviklingen av genotypen, og representerer en mekanisme for genrekombinasjon både innenfor et kromosom og mellom ikke-homologe kromosomer; de gir ytterligere rekombinasjon i genotypen.

Selv om kromosomer er i stand til å gjenopprette sin struktur, vedvarer noen ganger slike forstyrrelser og gir opphav til nye celler og organismer med kromosomomorganiseringer, kalt kromosomomorganiseringer. aberrasjoner .

Fra et cytologisk synspunkt er aberrasjoner delt inn i kromosomalt Og kromatid . Dette avhenger av når omorganiseringen skjer - før eller etter kromosomreplikasjon. Avhengig av arten av restruktureringen som skjer, er det innsiden- Og interkromosomalt aberrasjoner (fig. 43).

Intrakromosomale omorganiseringer er delt inn i trass , eller avslutte mangel; slettinger - tap av midtre deler av kromosomet, duplikasjoner , eller doble (multiplisere) en del av et kromosom; inversjoner – endringer i vekslingen av gener i et kromosom på grunn av rotasjon av et kromosomsnitt med 180°. Interkromosomale omorganiseringer inkluderer translokasjoner - bevegelse av en del av ett kromosom til et annet, ikke homologt med det.

Ris. 43. Kromosomale omorganiseringer

En spesiell posisjon er okkupert av transposisjoner og innsettinger - endringer i lokaliseringen av små deler av genetisk materiale, inkludert ett eller flere gener. Transposisjoner kan forekomme både mellom ikke-homologe kromosomer og innenfor samme kromosom. Derfor inntar transposisjoner en mellomposisjon mellom intra- og interkromosomale omorganiseringer.

Slettinger og mangler. Disse kromosomomorganiseringene er klassifisert som mangler. På grunn av mangler forkortes kromosomene og det fysiske fraværet av en del av en av homologene fører til en hemizygot tilstand av gener lokalisert i den normale homologen. Hvis de dominerende allelene til en av homologene til heterozygoten går tapt, observeres den fenotypiske manifestasjonen av de recessive allelene til kromosomet som ikke er påvirket av aberrasjonen. Mangler som oppstår som følge av to samtidige brudd i midten av et kromosom og eliminering av en indre seksjon kalles slettinger. Pausene henger sammen og kromosomet blir kortere.

Cytologisk kan slettinger identifiseres ved utseendet til en løkke under konjugeringen av homologe kromosomer i meiose. Slettinger gjør det mulig å bestemme den nøyaktige plasseringen av genene som studeres på kromosomale kart.

Hvis det oppstår et brudd i en av kromosomarmene og den terminale delen går tapt, klassifiseres slike mangler som terminal (terminal), eller definisjon. Avbrudd oppstår noen ganger samtidig i to armer av et kromosom, som et resultat av at begge ender elimineres. I dette tilfellet kan de åpne endene gå sammen og danne et ringformet kromosom i mitose (fig. 44).

Ris. 44. Typer kromosommangel:

1 - terminal mangel;

2 - to terminale mangler som fører til dannelsen av en ring;

3 - intrakromosomal mangel.

Mangel kan være stor eller liten. Små delesjoner inkluderer såkalte mikrodelesjoner, som bare kan oppdages ved å studere gigantiske kromosomer. Mikrodelesjoner imiterer genmutasjoner i deres fenotypiske effekt, men skiller seg fra dem bare i fravær av den omvendte mutasjonseffekten. Store mangler er vanligvis dødelige i homozygot tilstand, da de forstyrrer genbalansen. Bare heterozygoter for mangler kan være levedyktige. I dette tilfellet fremstår manglene som dominerende gener.

Metoden med differensiell kromosomfarging åpner for store muligheter for å identifisere slettinger, mangler og andre kromosomomorganiseringer. Noen fargestoffer farger forskjellig forskjellige regioner av kromosomene. På grunn av dette får kromosomer karakteristiske kryssstriper. Denne metoden brukes til å bestemme kromosomale omorganiseringer på metafasekromosomer.

Duplikasjoner . Denne omorganiseringen er assosiert med en todelt repetisjon av samme kromosomseksjon. Det er kjente tilfeller av flere repetisjoner, eller animasjoner, av en hvilken som helst seksjon. De kalles også forsterkninger. Dupliseringer kan forekomme innenfor samme kromosom eller være ledsaget av overføring av en kopi av et stykke genetisk materiale til et annet kromosom (transposisjon). Gjentakelser som oppstår på ett kromosom kan lokaliseres tandem ( ABCBCDE...) eller invertert ( ABCBDE …). Terminale gjentakelser skilles også ut hvis dupliseringen påvirker slutten av kromosomet.

Mange dupliseringer og slettinger oppstår på grunn av ulik kryssing. Når du er inne nærliggende områder kromosomer viser seg å ha lignende DNA-sekvenser, da kan konjugeringen av homologer skje feil. Kryss over slike feilkonjugerte kromosomregioner fører til dannelse av gameter med duplisering eller sletting.

Cytologisk påvises heterozygoter for duplikasjoner på samme måte som heterozygoter for slettinger - en løkke dannes under konjugeringen av kromosomer. Duplikasjoner har vanligvis ikke samme negative innvirkning på levedyktigheten som slettinger og mangler. Lignende elementer gjentas ofte i genomene til forskjellige organismer.

Duplikasjoner spiller en betydelig rolle i genomutviklingen fordi de skaper ytterligere deler av genetisk materiale hvis funksjon kan endres ved mutasjon og påfølgende naturlig seleksjon.

Inversjoner. Inversjon er en 180° rotasjon av individuelle deler av et kromosom, men antallet gener på kromosomet endres ikke. Hvis sekvensen av gener i det opprinnelige kromosomet er utpekt ABCDE, og området gjennomgikk inversjon BCD, så på det nye kromosomet vil genene være lokalisert i sekvensen ADCBE.

I forhold til sentromeren er inversjoner delt inn i persentrisk , fanger sentromeren og inkluderer den i den inverterte seksjonen, og parasentrisk , som ikke inkluderer sentromeren i det inverterte området. Hos organismer som er homozygote for kromosomal inversjon, endres sekvensen av genkobling. Homozygot for inversjon ADCBE genet EN nært knyttet til genet D, ikke med I, som i det originale kromosomet ABCDE, og genet E knyttet til I, ikke med D.

Inversjoner er en utbredt bane for evolusjonær transformasjon av genetisk materiale. For eksempel er mennesker og sjimpanser forskjellige i antall kromosomer: mennesker har 2n=46, og sjimpanser har 2n=48. Hos mennesker inneholder kromosom 2 det meste av materialet som er homologt med sjimpansens ekstra kromosompar. I tillegg gjelder forskjellene fire kromosomer: 4., 5., 12. og 17., der persentriske inversjoner skjedde. Hos mennesker er kromosom 17 akrosentrisk, mens det samme kromosomet hos sjimpanser er metasentrisk.

Hos heterozygoter basert på inversjoner viser cytologiske preparater karakteristiske løkker - resultatet av konjugering av et endret og normalt kromosom. I dette tilfellet passer genene veldig tett til hverandre. Følgelig er det en gjensidig tiltrekning av enorm styrke mellom homologe kromosomale loki.

Inversjoner har evolusjonær betydning. Noen nært beslektede arter er preget av tilstedeværelsen av inversjoner i kromosomer. Dermed ble det i naturen fastslått at det var to raser av samme art av Drosophila som ikke blandet seg, og årsaken til infertilitet var en spesifikk inversjon i hver av dem. Det å ikke krysse slike raser er i hovedsak begynnelsen divergens arter, siden mutasjoner som forekommer i en rase ikke kan overføres til en annen; derfor må deres utvikling ta forskjellige veier.

Translokasjoner. Translokasjon er en gjensidig utveksling av deler av ikke-homologe kromosomer. De refererer til interkromosomale omorganiseringer som endrer koblingsgruppene av gener. Hvis vi skildrer sekvensen av gener i de opprinnelige kromosomene som A B C D E F Og KLMNO, så i translokerte kromosomer kan gensekvensene f.eks. ABCDNO Og KLMEF. I homozygoter for disse translokasjonene, sammenlignet med de opprinnelige kromosomene, endres koblingens natur: gener som ikke var koblet i de originale kromosomene blir koblet, og omvendt. Ja, gener NEI finne seg knyttet til ABCD og slutte å være assosiert med KLM. I en heterozygot for en translokasjon, arves gener som tilhører forskjellige, ikke-homologe kromosomer som tilhører samme koblingsgruppe. Dette forklares av det faktum at bare de sporene (gametene) som bærer foreldrekombinasjoner av kromosomer er fullt funksjonelle.

Karakter konjugasjon translokerte kromosomer endres: en korsform dannes. Tett konjugasjon nær bruddpunkter hindres, noe som fører til undertrykkelse av kryssing i disse områdene.

På cytologiske preparater danner heterozygoter i profase av meiose kvadrivalenter, og ikke bivalente, som vanlig, siden homologe regioner vises på alle fire kromosomene. Når chiasmata glir fra sentromerene til endene av kromosomene, forvandles korset til en ring. Noen ganger snur ringens kromosomer og danner åttefigurer. Av de seks mulige typene haploide kjønnsceller fungerer bare to normalt - de som mottar komplette sett med gener som er karakteristiske for de opprinnelige foreldreformene. De resterende fire typene kjønnsceller bærer duplikasjoner og slettinger og produserer derfor som regel ikke levedyktig avkom eller deltar ikke i befruktning.

Heterozygoter for tanlokasjoner er delvis sterile, siden de produserer defekte kjønnsceller under prosessen med meiose. Som inversjoner gir translokasjoner isolasjon av former og fremmer divergens innen en art.

I noen tilfeller er praktisk bruk av translokasjoner mulig, for eksempel i silkeormen. Det er kjent at utbyttet av silketråder er høyere i mannlige kokonger. Derfor er det mer lønnsomt i serikultur å oppdra hannlarver. For å løse dette problemet har den russiske genetikeren V.A. Strunnikov klarte eksperimentelt å lage en mutantlinje der alle hanner konstant er heterozygote for to ikke-alleliske recessive dødelige gener ( l 1 Og l 2), lokalisert i forskjellige Z- mannlige kromosomer. Disse hannene er ganske levedyktige, siden uttrykket av begge dødelige gener undertrykkes av deres dominerende alleler ( L 1 Og L 2). Når hanner med dødelige gener translokert til kjønnskromosomene krysses med normale hunner, overlever bare hannene i avkommet, og kvinnelige zygoter ( WZ) dø mens de fortsatt er i egget, siden den eneste Z-kromosomet til disse zygotene kommer fra faren og bærer enten ett dødelig gen ( l 1), eller en annen ( l 2), og W-kromosomet mangler dominante alleler av disse genene. Å skaffe hannlarver gir høy økonomisk effekt.

Transposisjoner og innsettinger. Transposisjoner er bevegelse av små deler av genetisk materiale innenfor samme kromosom eller mellom forskjellige kromosomer. Transposisjoner skjer med deltakelse av spesielle mobile eller migrerende genetiske elementer. De er av to typer: insersjoner - relativt korte DNA-sekvenser som bærer informasjonen som er nødvendig for deres egen transposisjon, og transposoner, som i tillegg til informasjonen som er nødvendig for transposisjon, koder for fenotypiske egenskaper.

Det første mobile (mobile, transponerende) genetiske elementet ble beskrevet i 1947 av B. McClintock i mais. Hun oppdaget et migrerende sted Ds(dissosiator), hvor kromosombrudd ofte forekommer.

Selve stedet Ds forårsaker ikke brudd. De vises i det bare hvis et annet migrerende element er tilstede i genomet - Ac(aktivator). Begge disse elementene kan gå tapt med en frekvens på flere prosent i meiotisk avkom eller endre deres lokalisering under mitotiske delinger. Hvori Ds beveger seg kun i nærvær Ess.

Gjennomføring Ds i umiddelbar nærhet til eller innenfor et gen MED, som kontrollerer den røde fargen på frøaleuronen, førte til inaktivering av dette genet, og heterozygote frø viste seg å være ufargede. I tilstedeværelse Ess dissosiator Ds begynte å bevege seg - noen ganger forlot stedet MED. Som et resultat dukket det opp fargede flekker av aleuron på ufargede frø.

Kontrollelementer er en klasse av mutasjoner som forårsaker misfarging av korn. Disse mutasjonene ble kalt kontrollelementer fordi de kontrollerer aktiviteten til genet som er ansvarlig for pigmentsyntese i en gitt korncelle. Noen ganger går de tilbake til villtypen, og det hender at reversjonen til villtypen av ett mutantgen er ledsaget av utseendet til den samme mutasjonen i et annet gen. Det kan antas at kontrollelementet "hopper" fra et antocyanin-lokus til et annet, det vil si at McClintock beskrev kontrollelementenes evne til å bevege seg gjennom genomet.

Først på 80-tallet av det tjuende århundre, takket være suksessene til genteknologi, var det mulig å isolere og studere Ess, Ds og andre migrerende elementer i mais. Det viste seg at Ds- dette er en defekt slettet variant Ess. Elementstruktur Ess viste seg å være typisk for migrerende elementer som er studert i bakterier, Drosophila og gjær.

Studiet av den molekylære strukturen til migrerende genetiske elementer begynte med oppdagelsen av mange uvanlige mutanter i coli (E coli). Alle mutanter hadde vanlige innsettinger av større eller mindre lengde. Disse er integrert i ulike deler av genomet E coli DNA-molekyler kalles ER-elementer (fra engelsk innsettingssekvenser– innsettingssekvenser). Det har blitt oppdaget at flere forskjellige innsettingssekvenser kan forårsake mutasjoner i mange gener. De varierer i størrelse, men har noen felles strukturelle trekk. Endene inneholder identiske eller nesten identiske nukleotidsekvenser, men ordnet i omvendt rekkefølge. I tillegg, når en innsetting settes inn i et mål-DNA, gjentas en liten del av mål-DNA-sekvensen nær hver ende av innsettingen. Denne gjentatte DNA-sekvensen som flankerer innsettingen inneholder vanligvis 5 til 9 nukleotider.

Innsettingssekvenser er relativt små og koder bare funksjonene som er nødvendige for transponering. Den andre klassen av bevegelige elementer, den såkalte transposoner , inneholder gener som ikke er relatert til transposisjon, men formidler viktige egenskaper vertsbakterieceller.

Transposoner ble først oppdaget da noen antibiotikaresistensgener ble funnet å være assosiert med smittsomme resistensfaktorer. Individuelle resistensgener kan overføres til andre plasmider og kromosomer av bakterier, og det er grunnen til at begrepet "transposon" oppsto.

En av de nyttige funksjonene til transposoner er at de bidrar til inkludering av nye, "fremmede" gener i genomet til organismer. En annen mulig funksjon av transponerbare elementer kan være relatert til deres evne til å forårsake forskjellige kromosomale omorganiseringer, spesielt tilstøtende slettinger og inversjoner. Dette kan være en viktig mekanisme for å skape intraspesifikk variasjon i kromosomale strukturer.

Posisjonseffekt. Transposisjoner og innsettinger aktiverer noen ganger et nærliggende gen, fører til en endring i fenotype på grunn av at de flyttede genene befinner seg i et nytt miljø, og noen ganger endres selve det flyttede genet. Dette fenomenet kalles posisjonseffekten. Posisjonseffekten kan være stabil Og ustabil , eller mosaikk.

Genomiske mutasjoner vil bli diskutert i neste kapittel.

Saker til diskusjon

1. Hva er modifikasjonsvariabilitet og hva er dens betydning?

2. Hva er en spontan mutasjonsprosess og hva er dens mønstre?

3. Hva er en indusert mutasjonsprosess og hva er dens mønstre?

4. Hva menes med mutasjonsfrekvens?

5. Hvilke mutasjoner anses som direkte og hvilke er omvendte?

6. Hva er forskjellen mellom somatiske mutasjoner og mutasjoner i kjønnsceller? Dominante og recessive mutasjoner?

7. Noen ganger kalles punktmutasjoner genmutasjoner. Synes du dette er akseptabelt? Hvorfor?

8. Forklar hvilken sammenheng det er mellom mutasjoner og gener? Mutasjoner og rekombinasjoner?

9. Når et kromosom er ødelagt, ligger bruddpunktet i genet, mellom gener, eller er begge mulige? Prøv å begrunne svaret ditt.

10. Hva er essensen av loven om homologiske serier av arvelig variabilitet? Nevn forfatteren av denne loven.

11. Forklar begrepene: mangel, duplisering, inversjon, translokasjon. Hvordan oppstår disse kromosomavvikene?

12. Hva er "transposoner" eller "hoppende gener"?

13. Forklar essensen av "genposisjonseffekten".

14. Hvor permanent må en endring i et nukleotid være for at det skal anses som mutasjons?

15. Utskifting av hvilke nitrogenholdige baser fører til endringer i type overgang og transversjon?

16. Tegn så mange forskjellige resultater av kromosombrudd som mulig. AB/CDE/FGHJ/J, hvor prikken angir sentromeren, og de skrå linjene indikerer plasseringen av tre samtidige brudd. Angi hvilke av resultatene som bør forekomme oftest.

17. Hvordan oppstår ringkromosomer?

18. Kromosom A.BCDEEDCFG har et omvendt dupliseringsområde CDE

Alle arvelige sykdommer er forårsaket av mutasjoner – defekter i arvestoffet.

Kromosomsykdommer- sykdommer forårsaket av kromosomale og genomiske og

Endringer som forårsaker sykdommer:

• tap av en del av et kromosom;
• legge til nye seksjoner eller til og med hele kromosomer

Som vi vet, er det ikke-kjønnskromosomer - .

la oss vurdere autosomalt(kromosomalt) sykdommer - de som går i arv og ikke er avhengig av kjønn

Slettinger- kromosomomorganiseringer, der en del av et kromosom går tapt. Slettingen kan skyldes et kromosombrudd eller et resultat av ulik kryssing.

1. Det er en vanlig en sletting av kromosom 5

(gråtekatt-syndrom)

Sykdommen er ganske sjelden, dens symptomer er:

• utviklingsforskinkelse;
• muskeldystrofi;
• kattelignende ansikt (sett øyne);
• et brudd på strukturen til strupehodet, så barnet produserer et rop som ligner på en katts mjau (derav navnet)

2. Sletting 3. kromosom

Slike organismer er ikke levedyktige.

Det viser seg at restrukturering eller tap av enda en lite område kromosomer fører til ganske betydelige komplikasjoner.

Sletting 21. kromosom

(blødning, leukemi, anemi)

Denne kromosomsykdommen kjennetegnes ved at det enten produseres få røde blodceller eller de er formet som en sigd (sigdcelleanemi). Fordi røde blodlegemer er ansvarlige for transport av oksygen, sykdommen er alvorlig.

3. Trisomi på kromosom 21

(Downs syndrom)

Karyotypen til en slik organisme inneholder ikke to, men tre 21 kromosomer.

Dette er en svært vanlig kromosomforstyrrelse. Fødselsfrekvens er 1:500 (0,2 %).

Symptomer:

1) Mongoloid type ansikt;

2) forkortede lemmer;

3) psykisk utviklingshemming (mange forskere argumenterer med dette utsagnet. Personer med Downs syndrom har en ganske "annerledes" mental aktivitet enn de fleste normale mennesker);

Årsaker til trisomi:

Vanligvis inneholder hver menneskecelle 23 par forskjellige kromosomer. Hvert kromosom bærer gener som er nødvendige for riktig utvikling og vedlikehold av kroppen vår. Konseptuelt arver en person 23 kromosomer fra moren (via egget) og 23 kromosomer fra faren (via sædcellene). Men noen ganger arver en person et ekstra kromosomsett fra en av foreldrene. Ved Downs syndrom er det oftest arvelig to kopier av kromosom 21 fra mor og ett 21. kromosom fra faren, for totalt tre kromosomer 21. Det er på grunn av denne typen arv at Downs syndrom kalles trisomi 21.

Det finnes flere kromosomsykdommer (trisomier), men vi vil ikke diskutere dem i detalj...

Kjønnskromosommutasjoner

1. Trisomi X

En organisme med denne sykdommen har XXX i stedet for to X-er. Morfologiske og funksjonelle lidelser er hovedsakelig assosiert med det reproduktive systemet. Personer med denne mutasjonen er kanskje ikke engang klar over karyotypen deres.

(Det er også tetrasomi - XXXX og pentasomi, men utviklingsavvik i disse tilfellene er allerede alvorlige)

2. Monosomi X

(Turners syndrom)

Det er avvik i både mental og fysisk (hovedsakelig seksuell) utvikling.

3. XXY eller XYU syndrom

(Kleintelfer syndrom)

XXY - manifesterer seg som en feminin kroppsbygning (sekundære seksuelle egenskaper) hos menn. Personer med en slik kromosomsykdom er psykisk friske, men infertile.

XYY - frisk, kan få avkom, men aggressiv (sosialfarlig).

Dette er ikke alle mutasjoner kjent for vitenskap og medisin. Mange av dem fører til døden på embryonalstadiet. Derfor, i motsetning til gensykdommer, kromosomsykdommer mindre sannsynlighet for å bli arvet.

Kromosomale mutasjoner (omorganiseringer eller aberrasjoner)– Dette er endringer i strukturen til kromosomer som kan identifiseres og studeres under et lysmikroskop.

Ulike typer omorganiseringer er kjent:

1. en mangel av, eller trass,- tap av de terminale delene av kromosomet;
2. sletting- tap av en del av et kromosom i den midtre delen;
3. duplisering - dobbel eller multippel repetisjon av gener lokalisert i en spesifikk region av kromosomet;
4. inversjon- rotasjon av en kromosomseksjon med 180°, som et resultat av hvilke gener i denne seksjonen er lokalisert i omvendt sekvens sammenlignet med den vanlige;
5. translokasjon- endring i posisjonen til en hvilken som helst del av et kromosom i kromosomsettet. Den vanligste typen translokasjoner er resiproke, hvor regioner utveksles mellom to ikke-homologe kromosomer. En del av et kromosom kan endre posisjon uten gjensidig utveksling, forbli i samme kromosom eller inkluderes i et annet.

På mangler, slettinger Og duplikasjoner mengden genetisk materiale endres. Graden av fenotypisk endring avhenger av hvor store de tilsvarende kromosomregionene er og om de inneholder viktige gener. Eksempler på mangler er kjent hos mange organismer, inkludert mennesker. Alvorlig arvelig sykdom - "cry of the cat" syndrom(oppkalt etter naturen til lydene som lages av syke babyer) er forårsaket av heterozygositet for mangel på det 5. kromosomet. Dette syndromet er ledsaget av alvorlig veksthemming og mental retardasjon. Barn med dette syndromet dør vanligvis tidlig, men noen overlever

Genomiske mutasjoner- endring i antall kromosomer i genomet til kroppsceller. Dette fenomenet oppstår i to retninger: mot en økning i antall hele haploide sett (polyploidi) og mot tap eller inkludering av individuelle kromosomer (aneuploidi).

Polyploidi- Multippel økning i det haploide settet av kromosomer. Celler med forskjellige tall haploide sett av kromosomer kalles triploide (Zn), tetraploide (4n), heksanloide (6n), oktaploide (8n), etc.

Oftest dannes polyploider når rekkefølgen av kromosomdivergens til cellepolene blir forstyrret under meiose eller mitose. Dette kan være forårsaket av fysiske og kjemiske faktorer. Kjemikalier som kolkisin undertrykker dannelsen av den mitotiske spindelen i celler som har begynt å dele seg, som et resultat av at de dupliserte kromosomene ikke skiller seg og cellen blir tetraedrisk.

For mange planter den såkalte polyploid serie. De inkluderer skjemaer fra 2 til 10n og mer. For eksempel består en polyploid serie med sett med 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 og 144 kromosomer av representanter for slekten Solanum. Slekten hvete (Triticum) representerer en serie hvis medlemmer har 34, 28 og 42 kromosomer.

Polyploidi resulterer i endringer i egenskapene til en organisme og er derfor en viktig kilde til variasjon i evolusjon og seleksjon, spesielt hos planter. Dette skyldes det faktum at hermafroditisme (selvbestøvning), apomixis (parthenogenese) og vegetativ forplantning er svært utbredt i planteorganismer. Derfor er omtrent en tredjedel av planteartene som er vanlige på planeten vår polyploider, og i de skarpe kontinentale forholdene til høyfjellet Pamirs vokser opptil 85 % av polyploidene. Nesten alle kulturplanter er også polyploide, som, i motsetning til sine ville slektninger, har større blomster, frukt og frø, og flere samler seg i lagringsorganer (stilker, knoller). næringsstoffer. Polyploider tilpasser seg lettere til ugunstige leveforhold og tåler lettere lave temperaturer og tørke. Derfor er de utbredt i nord- og høyfjellsområdene.

Grunnlaget for den kraftige økningen i produktiviteten til polyploide former av dyrkede planter er fenomenet polymerer.

Aneuploidi, eller heteroploidi,- et fenomen der cellene i kroppen inneholder et endret antall kromosomer som ikke er et multiplum av det haploide settet. Aneuploider oppstår når individuelle homologe kromosomer ikke skiller seg eller går tapt under mitose og meiose. Som et resultat av kromosom ikke-disjunksjon under gametogenese, kan kjønnsceller med ekstra kromosomer oppstå, og deretter, ved påfølgende fusjon med normale haploide gameter, danner de en zygote 2n + 1 (trisomisk) på et spesifikt kromosom. Hvis det er ett mindre kromosom i kjønnscellen, fører etterfølgende befruktning til dannelsen av en zygote 1n - 1 (monosomisk) på noen av kromosomene. I tillegg finnes skjemaene 2n - 2, eller nullisomikk, siden det ikke er et par homologe kromosomer, og 2n + X, eller polysomikk.

Aneuploider finnes i planter og dyr, så vel som hos mennesker. Aneuploide planter har lav levedyktighet og fruktbarhet, og hos mennesker fører dette fenomenet ofte til infertilitet og går i disse tilfellene ikke i arv. Hos barn født av mødre over 38 år er sannsynligheten for aneuploidi økt (opptil 2,5%). I tillegg forårsaker tilfeller av aneuploidi hos mennesker kromosomsykdommer.

Hos toeboende dyr, både under naturlige og kunstige forhold, er polyploidi ekstremt sjelden. Dette skyldes det faktum at polyploidi, som forårsaker en endring i forholdet mellom kjønnskromosomer og autosomer, fører til forstyrrelse av konjugeringen av homologe kromosomer og derved kompliserer kjønnsbestemmelse. Som et resultat viser slike former seg å være sterile og mindre levedyktige.