Усі мутації, пов'язані зі зміною числа та структури хромосом, можна поділити на три групи:

· хромосомні аберації, обумовлені зміною структури хромосом,

· Геномні мутації, обумовлені зміною числа хромосом,

· Міксоплоїдії-мутації, обумовлені наявністю різних за хромосомними наборами клонів клітин.

Хромосомні аберації. Хромосомні аберації (хромосомні мутації) – це зміни у структурі хромосом. Є, як правило, наслідком нерівного кросинговеру при мейозі. До хромосомних аберацій наводять також розриви хромосом, спричинені іонізуючою радіацією, деякими хімічними мутагенами, вірусами та ін мутагенними факторами. Хромосомні аберації можуть бути незбалансованими та збалансованими.

При незбалансованих мутаціях відбувається втрата чи збільшення генетичного матеріалу, змінюється кількість генів чи його активність. Це призводить до зміни фенотипу.

Хромосомні перебудови, які призводять до зміни генів чи його активності і змінюють фенотип, називаються збалансованими. Однак, хромосомна аберація порушує кон'югацію хромосом та кросинговер при мейозі, що призводить до появи гамет з незбалансованими хромосомними мутаціями. У носіїв збалансованих хромосомних аберацій може бути безпліддя, висока частота спонтанних абортів, високий ризик народження дітей із хромосомними хворобами.

Виділяють такі типи хромосомних мутацій

1. Делеція, або нестача - втрата ділянки хромосоми.

2. Дуплікація – подвоєння ділянки хромосоми.

3. Інверсія – поворот ділянки хромосоми на 180 0 (в одній із ділянок хромосоми гени розташовані в послідовності, зворотній порівняно з нормальною). Якщо в результаті інверсії не змінюється кількість хромосомного матеріалу і немає ефекту, то індивіди фенотипно здорові. Часто трапляється перицентрична інверсія 9 хромосоми, яка не призводить до зміни фенотипу. При інших інверсіях можуть порушуватися кон'югація та кросинговер, що призводить до розривів хромосом та утворення незбалансованих гамет.

4. Кільцева хромосома виникає при втраті двох тіломерних фрагментів. "Липкі" кінці хромосоми з'єднуються, утворюючи кільце.

Ця мутація може бути як збалансованою, так і незбалансованою (залежно від об'єму хромосомного матеріалу, що втрачається).

5. Ізохромосоми - втрата одного плеча хромосоми та дуплікація іншого. В результаті утворюється метацентрична хромосома, що має два однакові плечі. Найчастіше зустрічається ізохромосома за довгим плечем Х – хромосоми. Каріотип записують: 46, Х, i (Xq). Ізохромосома Х спостерігається у 15% всіх випадків синдрому Шерешевського-Тернера.

6. Транслокація - перенесення ділянки хромосоми на негомологічну хромосому, до іншої групи зчеплення. Виділяють кілька типів транслокацій:

а) Реципрокні транслокації – взаємний обмін ділянками між двома негомологічними хромосомами.

У популяціях частота реципрокних транслокацій становить 1:500. З нез'ясованих причин частіше зустрічається реципрокна транслокація, що залучає довгі плечі 11 та 22 хромосом. У носіїв збалансованих реципрокних транслокацій часто спостерігаються спонтанні аборти або народження дітей із множинними вродженими вадами розвитку. Генетичний ризик у носіїв таких транслокацій коливається від 1 до 10%.

б) Нереципрокние транслокації (транспозиції) – переміщення ділянки хромосоми або всередині тієї ж хромосоми або в іншу хромосому без взаємного обміну.

в) Особливий вид транслокацій – робертсонівські транслокації (або центричні злиття).

Спостерігається між будь-якими двома акроцентричними хромосомами групи Д (13,14 і 15 пари) і G (21 і 22 пари). При центричному злитті дві гомологічні або негомологічні хромосоми втрачають короткі плечі та одну центроміру, довгі плечі з'єднуються. Замість двох хромосом утворюється одна, що містить генетичний матеріал довгих плечей двох хромосом. Таким чином, носії робертсонівських транслокацій здорові, але у них підвищена частота спонтанних абортів та високий ризик народження дітей із хромосомними хворобами. Частота робертсонівських транслокацій у популяції становить 1:1000.

Іноді один із батьків є носієм збалансованої транслокації, при якій спостерігається центричне злиття двох гомологічних хромосом групи D або G. У таких людей утворюється два типи гамет. Наприклад, при транслокації 21q21q утворюються гамети:

2) 0 – тобто. гамета без хромосоми 21

Після запліднення нормальною гаметою утворюється два типи зигот: 1) 21, 21q21q – транслокаційна форма синдрому Дауна, 2) 21,0 – моносомія 21хромосоми, летальна мутація. Імовірність народження хворої дитини становить 100%.

Р 21q21q х 21,21

здоровий носій норма

збалансованою


Гамети 21/21; 0 21

F 1 21,21q21q 21,0

синдром Дауна летальна

7. Центричне поділ - явище, обернене до центрічного злиття. Одна хромосома поділяється на дві.



Делеції та дуплікації змінюють кількість генів в організмі. Інверсії, транслокації, транспозиції змінюють розташування генів у хромосомах.

9. Маркерна хромосома - це додаткова хромосома (вірніше фрагмент будь-якої хромосоми з центроміром). Зазвичай має вигляд дуже короткої акроцентричної хромосоми, рідше – кільцеподібної. Якщо маркерна хромосома містить лише гетерохроматин, то фенотип не змінюється. Якщо ж вона містить еухроматин (гени, що експресуються), то це пов'язано з розвитком хромосомної хвороби (аналогічно дуплікації будь-якої ділянки хромосоми).

Значення хромосомних мутацій у еволюції.Хромосомні мутації грають велику роль еволюції. У процесі еволюції відбувається активна перебудова хромосомного набору за допомогою інверсій, робертсонівських транслокацій та інших. Чим далі один від одного відстоять організми, тим більше відрізняється їх хромосомний набір.

Геномні мутаціїГеномні мутації – це зміна числа хромосом. Розрізняють два види геномних мутацій:

1) поліплоїдію,

2) гетероплоїдію (анеуплоїдію).

Поліплоїдія- Збільшення числа хромосом на величину, кратну гаплоїдного набору (3n, 4n ...). У людини описана триплоїдія (3n=69 хромосом) та тетраплоідія (4n=92 хромосоми).

Можливі причини формування поліплоїдії.

1) Поліплоїдія може бути наслідком нерозбіжності всіх хромосом при мейозі в одного з батьків У результаті утворюється диплоїдна статева клітина (2n). Після запліднення нормальною гаметою сформується триплоїд (3n).

2) Запліднення яйцеклітини двома сперматозоїдами (диспермія).

3) Можливе також злиття диплоїдної зиготи з направним тільцем, що призводить до формування триплоїдної зиготи.

4) Може спостерігатися соматична мутація - нерозбіжність всіх хромосом при розподілі клітин ембріона (порушення мітозу). Це призводить до появи тетраплоїду (4n) - повної або мозаїчної форми.

Триплоїдія (рис.___) є частою причиноюспонтанних абортів. У новонароджених це надзвичайно рідкісне явище. Більшість триплоїдів гинуть невдовзі після народження.

Триплоїди, що мають два хромосомні набори батька і один хромосомний набір матері, як правило, формують занесення міхура. Це ембріон, у якого формуються позазародкові органи (хоріон, плацента, амніон), а ембріобласт практично не розвивається. Пухирні замети абортуються, Можливо формування злоякісної пухлини хоріону - хоріокарциноми. У поодиноких випадках ембріобласт формується і вагітність закінчується народженням нежиттєздатного триплоїду з множинними вродженими вадами розвитку. Характерно в таких випадках збільшення маси плаценти та кістозне переродження ворсин хоріону.

У триплоїдів, що мають два хромосомні набори матері та один хромосомний набір батька, розвивається переважно ембріобласт. Розвиток позазародкових органів порушено. Тому такі триплоїди рано абортуються.

На прикладі триплоїдів спостерігається різна функціональна активність батьківського та материнського геномів у ембріональному періоді розвитку. Таке явище отримало назву геномного імпринтингу. Загалом, слід зазначити, що для нормального ембріонального розвитку людини абсолютно необхідний геном матері та геном батька. Партеногенетичний розвиток людини (та інших ссавців) неможливий.

Тетраплоідія (4n) – надзвичайно рідкісне явище в людини. Здебільшого виявлено у матеріалах спонтанних абортів.

Гетероплоїдія (або анеуплоїдія) - збільшення чи зменшення числа хромосом на 1,2 або більша кількість. Види гетероплоїдії: моносомія, нулісомія, полісомія (три-, тетра-, пентасомія).

а) Моносомія – відсутність однієї хромосоми (2n-1)

б) Нулісомія – відсутність однієї пари хромосом (2n-2)

в)Трисомія - одна зайва хромосома (2n+1)

г)Тетрасомія - дві зайві хромосоми (2n+2)

д) Пентасомія – три зайві хромосоми (2n+3)

Мутації – це зміни в ДНК клітини. Виникають під дією ультрафіолету, радіації ( рентгенівських променів) і т.п. Передаються у спадок, служать матеріалом для природного відбору.


Генні мутації- Зміна будови одного гена. Це зміна у послідовності нуклеотидів: випадання, вставка, заміна тощо. Наприклад, заміна А на Т. Причини – порушення при подвоєнні (реплікації) ДНК. Приклади: серповидноклітинна анемія, фенілкетонурія.


Хромосомні мутації- Зміна будови хромосом: випадання ділянки, подвоєння ділянки, поворот ділянки на 180 градусів, перенесення ділянки на іншу (негомологічну) хромосому і т.п. Причини - порушення при кросинговері. Приклад: синдром котячого крику.


Геномні мутації- Зміна кількості хромосом. Причини – порушення при розбіжності хромосом.

  • Поліплоїдія- кратні зміни (у кілька разів, наприклад, 12 → 24). У тварин не зустрічається, рослин призводить до збільшення розміру.
  • Анеуплоїдія- Зміни на одну-дві хромосоми. Наприклад, одна зайва двадцять перша хромосома призводить до синдрому Дауна (при цьому загальна кількість хромосом – 47).

Цитоплазматичні мутації- Зміни в ДНК мітохондрій і пластид. Передаються лише з жіночої лінії, т.к. мітохондрії та пластиди зі сперматозоїдів у зиготу не потрапляють. Приклад у рослин - строкатість.


Соматичні- мутації в соматичних клітинах (клітинах тіла; може бути чотирьох вищезгаданих видів). При статевому розмноженні у спадок не передаються. Передаються за вегетативному розмноженніу рослин, при брунькаванні та фрагментації у кишковопорожнинних (у гідри).

Наведені нижче поняття, крім двох, використовуються для опису наслідків порушення нуклеотидів в ділянці ДНК, що контролює синтез білка. Визначте ці два поняття, які «випадають» з загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) порушення первинної структури поліпептиду
2) розбіжність хромосом
3) зміна функцій білка
4) генна мутація
5) кросинговер

Відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поліплоїдні організми виникають у результаті
1) геномних мутацій

3) генних мутацій
4) комбінативної мінливості

Відповідь


Встановіть відповідність між характеристикою мінливості та її видом: 1) цитоплазматична; 2) комбінативна
А) відбувається при незалежній розбіжності хромосом у мейозі
Б) відбувається в результаті мутацій у ДНК мітохондрій
В) виникає внаслідок перехреста хромосом
Г) проявляється в результаті мутацій у ДНК пластид
Д) виникає при випадковій зустрічі гамет

Відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Синдром Дауна є результатом мутації
1) геномної
2) цитоплазматичної
3) хромосомний
4) рецесивний

Відповідь


1. Встановіть відповідність між характеристикою мутації та її видом: 1) генна, 2) хромосомна, 3) геномна
А) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
Б) зміна будови хромосом
В) зміна числа хромосом у ядрі
Г) поліплоїдія
Д) зміна послідовності розташування генів

Відповідь


2. Встановіть відповідність між характеристиками та типами мутацій: 1) генні, 2) геномні, 3) хромосомні. Запишіть цифри 1-3 у порядку, що відповідає буквам.
А) делеція ділянки хромосоми
Б) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
В) кратне збільшення гаплоїдного набору хромосом
Г) анеуплоїдія
Д) зміна послідовності генів у хромосомі
Е) випадання одного нуклеотиду

Відповідь


Виберіть три варіанти. Чим характеризується геномна мутація?
1) зміною нуклеотидної послідовності ДНК
2) втратою однієї хромосоми у диплоїдному наборі
3) кратним збільшенням числа хромосом
4) зміною структури синтезованих білків
5) подвоєнням ділянки хромосоми
6) зміною числа хромосом у каріотипі

Відповідь


1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Усі вони, крім двох, використовують для опису характеристик геномної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) обмежена нормою реакції ознаки
2) число хромосом збільшено і кратно гаплоїдному
3) з'являється додаткова Х-хромосома
4) має груповий характер
5) спостерігається втрата Y-хромосоми

Відповідь


2. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису геномних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) порушення розходження гомологічних хромосом при розподілі клітини
2) руйнування веретена поділу
3) кон'югація гомологічних хромосом
4) зміна числа хромосом
5) збільшення числа нуклеотидів у генах

Відповідь


3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису геномних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК
2) кратне збільшення хромосомного набору
3) зменшення числа хромосом
4) подвоєння ділянки хромосоми
5) нерозбіжність гомологічних хромосом

Відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Рецесивні генні мутації змінюють
1) послідовність етапів індивідуального розвитку
2) склад триплетів у ділянці ДНК
3) набір хромосом у соматичних клітинах
4) будова аутосом

Відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Цитоплазматична мінливість пов'язана з тим, що
1) порушується мейотичний поділ
2) ДНК мітохондрій здатна мутувати
3) з'являються нові алелі в аутосомах
4) утворюються гамети, нездатні до запліднення

Відповідь


1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Всі вони, крім двох, використовуються для опису характеристик хромосомної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) втрата ділянки хромосоми
2) поворот ділянки хромосоми на 180 градусів
3) зменшення числа хромосом у каріотипі
4) поява додаткової Х-хромосоми
5) перенесення ділянки хромосоми на негомологічну хромосому

Відповідь


2. Всі наведені нижче ознаки, крім двох, використовуються для опису хромосомної мутації. Визначте два терміни, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) число хромосом збільшилося на 1-2
2) один нуклеотид у ДНК замінюється на інший
3) ділянку однієї хромосоми перенесено на іншу
4) сталося випадання ділянки хромосоми
5) ділянку хромосоми перевернуто на 180°

Відповідь


3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовуються для опису хромосомної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) множення ділянки хромосоми у кілька разів
2) поява додаткової аутосоми
3) зміна послідовності нуклеотидів
4) втрата кінцевої ділянки хромосоми
5) поворот гена у хромосомі на 180 градусів

Відповідь


ФОРМУЄМО
1) подвоєння однієї і тієї ж ділянки хромосоми
2) зменшення числа хромосом у статевих клітинах
3) збільшення числа хромосом у соматичних клітинах

Виберіть один, найбільш правильний варіант. До якого виду мутацій відносять зміну структури ДНК у мітохондріях
1) геномної
2) хромосомний
3) цитоплазматичної
4) комбінативною

Відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Ряболистість у нічної красуні та левового зіва визначається мінливістю
1) комбінативною
2) хромосомний
3) цитоплазматичної
4) генетичної

Відповідь


1. Нижче наведено список параметрів мінливості. Всі вони, крім двох, використовуються для опису характеристик генної мінливості. Знайдіть дві характеристики, які «випадають» із загального ряду, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) обумовлена ​​поєднанням гамет при заплідненні
2) обумовлена ​​зміною послідовності нуклеотидів у триплеті
3) формується при рекомбінації генів при кросинговері
4) характеризується змінами всередині гена
5) формується при зміні нуклеотидної послідовності

Відповідь


2. Усі наведені нижче характеристики, крім двох, є причинами генної мутації. Визначте ці два поняття, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) кон'югація гомологічних хромосом та обмін генами між ними
2) заміна одного нуклеотиду в ДНК на інший
3) зміна послідовності сполуки нуклеотидів
4) поява у генотипі зайвої хромосоми
5) випадання одного триплету в ділянці ДНК, що кодує первинну структуру білка

Відповідь


3. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) заміна пари нуклеотидів
2) виникнення стоп-кодону всередині гена
3) подвоєння числа окремих нуклеотидів у ДНК
4) збільшення числа хромосом
5) втрата ділянки хромосоми

Відповідь


4. Всі наведені нижче характеристики, крім двох, використовують для опису генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) додавання одного триплету до ДНК
2) збільшення числа аутосом
3) зміна послідовності нуклеотидів у ДНК
4) втрата окремих нуклеотидів у ДНК
5) кратне збільшення числа хромосом

Відповідь


5. Усі наведені нижче характеристики, крім двох, типові генних мутацій. Визначте дві характеристики, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) виникнення поліплоїдних форм
2) випадкове подвоєння нуклеотидів у гені
3) втрата одного триплету у процесі реплікації
4) утворення нових алелей одного гена
5) порушення розбіжності гомологічних хромосом у мейозі

Відповідь


ФОРМУЄМО 6:
1) здійснюється перенесення ділянки однієї хромосоми на іншу
2) виникає у процесі реплікації ДНК
3) відбувається випадання ділянки хромосоми

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поліплоїдні сорти пшениці – це результат мінливості
1) хромосомний
2) модифікаційної
3) генний
4) геномної

Відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Отримання селекціонерами сортів поліплоїдної пшениці можливе завдяки мутації.
1) цитоплазматичної
2) генний
3) хромосомний
4) геномної

Відповідь


Встановіть відповідність між характеристиками та мутаціями: 1) геномна, 2) хромосомна. Запишіть цифри 1 та 2 у правильному порядку.
А) кратне збільшення числа хромосом
б) поворот ділянки хромосоми на 180 градусів
В) обмін ділянками негомологічних хромосом
Г) випадання центральної ділянкихромосоми
Д) подвоєння ділянки хромосоми
Е) неразова зміна числа хромосом

Відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Поява різних алелей одного гена відбувається у результаті
1) непрямого поділу клітини
2) модифікаційної мінливості
3) мутаційного процесу
4) комбінативної мінливості

Відповідь


Усі наведені нижче терміни, крім двох, використовуються при класифікації мутацій щодо зміни генетичного матеріалу. Визначте два терміни, які «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) геномні
2) генеративні
3) хромосомні
4) спонтанні
5) генні

Відповідь


Встановіть відповідність між типами мутацій та їх характеристиками та прикладами: 1) геномні; 2) хромосомні. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) втрата або поява зайвих хромосом внаслідок порушення мейозу
Б) призводять до порушення функціонування гена
В) прикладом є поліплоїдія у найпростіших рослин
Г) подвоєння чи втрата ділянки хромосоми
Д) яскравим прикладом є синдром Дауна

Відповідь

Встановіть відповідність між категоріями спадкових хвороб та їх прикладами: 1) генні; 2) хромосомні. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) гемофілія
Б) альбінізм
в) дальтонізм
Г) синдром «котячого крику»
Д) фенілкетонурія

Відповідь


Знайдіть три помилки у наведеному тексті та вкажіть номери пропозицій з помилками.(1) Мутації – це випадково виниклі стійкі зміни генотипу. (2) Генні мутації – це результат «помилок», що виникають у процесі подвоєння молекул ДНК. (3) Геномні називають мутації, які ведуть до зміни структури хромосом. (4) Багато культурних рослин є поліплоїдами. (5) Поліплоїдні клітини містять одну-три зайві хромосоми. (6) Поліплоїдні рослини характеризуються більш потужним зростанням та великими розмірами. (7) Поліплоїдію широко використовують як у селекції рослин, так і в селекції тварин.

Відповідь


Проаналізуйте таблицю "Види мінливості". Для кожного осередку, позначеного буквою, виберіть відповідне поняття або відповідний приклад із запропонованого списку.
1) соматичні
2) генні
3) заміна одного нуклеотиду на інший
4) подвоєння гена на ділянці хромосоми
5) додавання чи випадання нуклеотидів
6) гемофілія
7) дальтонізм
8) трисомія у хромосомному наборі

Відповідь

© Д.В.Поздняков, 2009-2019


Мутаційна мінливість виникає у разі появи мутацій - стійких змін генотипу (тобто молекул днк), які можуть зачіпати цілі хромосоми, їх частини чи окремі гени.

Мутації можуть бути корисними, шкідливими чи нейтральними. Відповідно до сучасної класифікації мутації прийнято ділити такі групи.

1. Геномні мутації - пов'язані із зміною числа хромосом. Особливу цікавість представляє ПОЛИПЛОИДИЯ - кратне збільшення числа хромосом, тобто. замість 2n хромосомного набору з'являється набір 3n,4n,5n і більше. Виникнення поліплоїдії пов'язане з порушенням механізму поділу клітин. Зокрема, нерозбіжність гомологічних хромосом під час першого поділу мейозу призводить до появи гамет з 2n набором хромосом.

Поліплоїдія широко поширена у рослин та значно рідше у тварин (аскарид, шовкопряда, деяких земноводних). Поліплоїдні організми, як правило, характеризуються більшими розмірами, посиленим синтезом органічних речовин, що робить їх особливо цінними для селекційних робіт.

Зміна числа хромосом, пов'язана з додаванням або втратою окремих хромосом, називається анеуплоїдією. Мутацію анеуплоїдії можна записати як 2n-1, 2n+1, 2n-2 і т.д. Анеуплоїдія властива всім тваринам та рослинам. У людини низка захворювань пов'язана саме з анеуплоїдією. Наприклад, хвороба Дауна пов'язана з наявністю зайвої хромосоми у 21 парі.

2. Хромосомні мутації - це перебудови хромосом, зміна їхньої будови. Окремі ділянки хромосом можуть губитися, подвоюватись, змінювати своє становище.

Схематично це можна показати так:

ABCDE нормальний порядок генів

ABBCDE подвоєння ділянки хромосоми

ABDE втрата однієї ділянки

ABEDC поворот ділянки на 180 градусів

ABCFG обмін ділянками з негомологічною хромосомою

Як і геномні мутації, хромосомні мутації грають величезну роль еволюційних процесах.

3. Генні мутаціїпов'язані зі зміною складу чи послідовності нуклеотидів ДНК у межах гена. Генні мутації найважливіші серед усіх категорій мутацій.

Синтез білка заснований на відповідності розташування нуклеотидів у гені та порядку амінокислот у молекулі білка. Виникнення генних мутацій (зміна складу та послідовності нуклеотидів) змінює склад відповідних білків-ферментів та в результаті до фенотипічних змін. Мутації можуть зачіпати всі особливості морфології, фізіології та біохімії організмів. Багато спадкових хвороб людини також зумовлені мутаціями генів.

Мутації в природних умовах трапляються рідко - одна мутація певного гена на 1000-100 000 клітин. Але мутаційний процес відбувається постійно, йде постійне накопичення мутацій у генотипах. А якщо врахувати, що кількість генів в організмі велика, то можна сказати, що в генотипах всіх живих організмів є значна кількість генних мутацій.

Мутації - це найбільший біологічний чинник, що зумовлює величезну спадкову мінливість організмів, що дає матеріал для еволюції.

Причинами мутацій можуть бути як природні порушення в метаболізмі клітин (спонтанні мутації), так і дія різних факторівдовкілля (індуковані мутації). Чинники, що викликають мутації, називають мутагенами. Мутагенами можуть бути фізичні фактори- радіація, температура.... До біологічних мутагенів відносять віруси, здатні здійснювати перенесення генів між організмами не тільки близьких, але й далеких систематичних груп.

Господарська діяльність людини принесла в біосферу безліч мутагенів.

Більшість мутацій несприятливі для життя особини, але іноді виникають такі мутації, які можуть становити інтерес для вчених-селекціонерів. Нині створено методи спрямованого мутагенезу.

1. За характером зміни фенотипу мутації можуть бути біохімічними, фізіологічними, анатомо-морфологічними.

2. За рівнем пристосовності мутації поділяються на корисні та шкідливі. Шкідливі – можуть бути летальними та викликати загибель організму ще в ембріональному розвитку.

Найчастіше мутації шкідливі, тому що ознаки в нормі є результатом відбору і адаптують організм до довкілля. Мутація завжди змінює адаптацію. Ступінь її корисності чи марності визначається часом. Якщо мутація дає можливість організму краще пристосуватися, дає новий шанс вижити, вона "підхоплюється" відбором і закріплюється в популяції.

3. Мутації бувають прямі та зворотні. Останні зустрічаються набагато рідше. Зазвичай пряма мутація пов'язані з дефектом функції гена. Імовірність вторинної мутації у зворотний бік у тій точці дуже мала, частіше мутують інші гени.

Мутації частіше рецесивні, оскільки домінантні виявляються відразу і легко "відкидаються" відбором.

4. За характером зміни генотипу мутації поділяються на генні, хромосомні та геномні.

Генні, або точкові, мутації - зміна нуклеотиду в одному гені в молекулі ДНК, що призводить до утворення аномального гена, а отже, аномальної структури білка та розвитку аномальної ознаки. Генна мутація – це результат "помилки" при реплікації ДНК.

Результатом генної мутації у людини є такі захворювання, як серповидноклітинна анемія, фенілкетонурія, дальтонізм, гемофілія. Внаслідок генної мутації виникають нові алелі генів, що має значення для еволюційного процесу.

Хромосомні мутації – зміни структури хромосом, хромосомні перебудови. Можна виділити основні типи хромосомних мутацій:

а) делеція – втрата ділянки хромосоми;

б) транслокація - перенесення частини хромосом на іншу негомологічну хромосому, як наслідок - зміна групи зчеплення генів;

в) інверсія – поворот ділянки хромосоми на 180°;

г) дуплікація – подвоєння генів у певній ділянці хромосоми.

Хромосомні мутації призводять до зміни функціонування генів і мають значення еволюції виду.

Геномні мутації – зміни числа хромосом у клітині, поява зайвої чи втрата хромосоми як результат порушення у мейозі. Кратне збільшення числа хромосом називається поліплоїдією (Зп, 4/г тощо). Цей вид мутації найчастіше зустрічається у рослин. Багато культурних рослин поліплоїдні по відношенню до диких предків. Збільшення хромосом на одну-дві тварин призводить до аномалій розвитку або загибелі організму. Приклад: синдром Дауна у людини - трисомія по 21 парі, всього в клітині 47 хромосом. Мутації можуть бути отримані штучно за допомогою радіації, рентгенівських променів, ультрафіолету, хімічних агентів, теплової дії.

Закон гомологічних рядів Н.І. Вавілова. Російський учений-біолог Н.І. Вавілов встановив характер виникнення мутацій у близькоспоріднених видів: "Пологи і види, генетично близькі, характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати знаходження паралельних форм в інших видів та пологів".

Відкриття закону полегшило пошуки спадкових відхилень. Знаючи мінливість та мутації в одного виду, можна передбачити можливість їх появи і у родинних видів, що має значення у селекції.



Хромосомні мутації (їх також називають перебудовами, абераціями) викликаються неправильним розподілом клітини та змінюють структуру самої хромосоми. Найчастіше це відбувається спонтанно та непередбачувано під впливом зовнішніх факторів. Поговоримо про види хромосомних мутацій в генах і причини, що їх викликають. Ми розповімо, що таке хромосомна мутація і які наслідки виникають для організму внаслідок подібних змін.

Хромосомна мутація- Це мимовільна аномалія з окремою хромосомою або за участю декількох з них. Ці зміни бувають:

  • усередині одиничної хромосоми, їх називають внутрішньохромосомними;
  • міжхромосомні, коли окремі хромосоми обмінюються між собою певними фрагментами.

Що може відбуватися з носієм інформації у першому випадку? Внаслідок втрати хромосомної ділянки відбувається порушення ембріогенезу і виникають різні аномалії, що призводять до розумового недорозвинення дитини або фізичних каліцтв (пороки серця, порушення будови гортані та інших органів). Якщо відбувається розрив хромосоми, після якого вирваний фрагмент вбудовується на своє місце, але вже перевернутим на 180 ° - говорять про інверсію. Порядок розташування генів змінюється. Ще одна внутрішньохромосомна мутація – дуплікація. У її процесі відбувається подвоєння ділянки хромосоми або він дублюється кілька разів, що призводить до множинних вад розумового та фізичного розвитку.

Якщо дві хромосоми обмінюються фрагментами, явище зветься “реципрокной транслокації”. Якщо фрагмент однієї хромосоми вбудовується в іншу, це називають “нереципрокною транслокацією”. “Центричним злиттям” називають з'єднання пари хромосом у районі їх центромір із втратою сусідніх ділянок. При мутації у вигляді поперечного розривуСусідних хромосом їх називають ізохромосомами. Такі зміни не мають зовнішніх проявів у нащадків, що народилися, але робить його носієм аномальних хромосом, що може вплинути на виникнення відхилень у наступних поколінь. Усі типи хромосомної мутації закріплюються у генах і передаються у спадок.

Основні причини, що викликають мутації хромосом

Точні причини хромосомних мутаційу кожному даному випадку не можна назвати певно. Взагалі мутації ДНК є інструментом природного відбору та неодмінною умовою еволюції. Вони можуть мати позитивне нейтральне або від'ємне значенняі передаються у спадок. Усі мутагени, здатні призводити до змін у хромосомах, прийнято ділити на 3 типи:

Можуть виникати і мимовільні хромосомні перебудови, без впливу факторів, що погіршують, але такі випадки вкрай рідкісні. Відбувається це під впливом внутрішніх та зовнішніх умов (так званого мутаційного тиску середовища). Така випадковість призводить до зміни генів та їхнього нового розподілу в геномі. Подальша життєздатність організмів з змінами визначається можливістю пристосування до виживання, що є частиною природного відбору. Для людини, наприклад, мутаційні процесичасто стають джерелом різних спадкових хвороб, часом несумісних із життям.

У чому відмінність генної, геномної та хромосомної мутацій

Мутації в хромосомах, генах і геном часто бувають пов'язані один з одним. Генною називається мутація, що відбувається всередині гена, хромосомної – всередині хромосоми Мутації, що призводять до зміни числа хромосом, називають геномними.

Ці зміни об'єднують у загальне поняття “хромосомні аномалії”, вони мають загальну класифікацію, яка поділяє їх на анеуплоїдії та поліплоїдії.

Усього науці відомі близько тисячі хромосомних та геномних аномалій, що включають різні синдроми (близько 300 видів). Це і хромосомні хвороби(яскравий приклад – синдром Дауна), і внутрішньоутробні патології, що призводять до викиднів, та соматичні захворювання.

Хромосомні хвороби

Про їх прояв говорять при виявленні важких вроджених генетично обумовлених захворювань, що виявляються вродженими вадами розвитку. Такі хвороби свідчать про найбільш масштабні зміни, що відбулися в ДНК.

Збій може виникнути на будь-якому етапінавіть у момент зачаття, при злитті нормальних батьківських клітин. Вченим поки що не вдається впливати на цей механізм і запобігати його. Питання це вивчено не до кінця.

Для людини хромосомні мутації частіше мають негативний характер, що проявляється у виникненні викиднів, мертвонародженні, прояві каліцтв і відхилень в інтелекті, появі генетично обумовлених пухлин. Усі подібні хвороби умовно ділять на 2 групи:

Чи можна вилікувати або запобігти хромосомним аномаліям

У перспективі наукою ставляться завдання навчитися втручатися у структуру клітин і змінювати ДНК людини за потреби, але зараз це неможливо. Як такого лікування хромосомних хвороб немає, розроблено лише методи перинатальної діагностики (допологового обстеження плода). За допомогою цього методу можливо виявити синдроми Дауна та Едвардса, а також вроджені вади органів ще не народженого немовляти.

За даними обстеження лікар разом із батьками приймає рішення про продовження або перериванні поточної вагітності. Якщо патологія передбачає можливість втручання, може бути проведена реабілітація плода ще на стадії внутрішньоутробного розвитку, у тому числі і операція, що усуває ваду.

Майбутні батьки ще на стадії планування вагітності можуть відвідати генетичну консультацію, яка існує майже у кожному місті. Це особливо необхідно, якщо в роду одного або обох є родичі з тяжкими спадковими захворюваннями. Генетик складе їхній родовід і порекомендує дослідження – повного набору хромосом.

Лікарі вважають, що такий аналіз генів необхідний кожній парі, яка планує появу малюка. Це маловитратний універсальний та швидкий метод, що дозволяє визначити наявність більшості хромосомних хвороб будь-якого типу. Майбутнім батькамлише потрібно буде здати кров. Тим, у кого вже є в сім'ї дитина з генетичним захворюванням, зробити це необхідно обов'язково перед повторною вагітністю.

Зміни хромосомної структури включають делеції, транслокації, інверсії, дуплікації, інсерції.

Делеціїце зміни структури хромосом як відсутність її ділянки. При цьому можливий розвиток простої делеції або делеції із дуплікацією ділянки іншої хромосоми.

В останньому випадку причиною зміни структури хромосоми, як правило, є кросинговер у мейозі у носія транслокації, що призводить до появи незбалансованої реципрокної хромосомної транслокації. Делеції можуть локалізуватися на кінці або у внутрішніх ділянках хромосоми і зазвичай асоціюються з розумовою відсталістю та вадами розвитку. Невеликі делеції в області теломери відносно часто виявляються при неспецифічній розумовій відсталості разом з мікроаномаліями розвитку. Делеції можна виявити при рутинному одержанні хромосом, проте мікроделеції виходить ідентифікувати лише при мікроскопічному дослідженні у профазі. У випадках субмікроскопічних делецій відсутню ділянку можна знайти лише за допомогою молекулярних зондів або аналізу ДНК.

Мікроделеціївизначаються як дрібні хромосомні делеції, помітні лише у препаратах високої якості метафазі. Ці делеції частіше зустрічаються у кількох генах, діагноз у хворого передбачається виходячи з незвичайних фенотипических проявів, які, начебто, пов'язані з єдиною мутацією. Синдроми Вільямса, Лангера-Гідіона, Прадера-Віллі, Рубінстайна-Тейбі, Сміт-Мадженіс, Міллера-Дікера, Алагілля, Ді Джорджі обумовлені мікроділецьками. Субмікроскопічні делеції невидимі при мікроскопічному дослідженні та виявляються лише при застосуванні специфічних методів дослідження ДНК. Делеції розпізнаються за відсутністю фарбування чи флюоресценції.

Транслокаціїє зміною структури хромосом у вигляді перенесення хромосомного матеріалу з однієї на іншу. Виділяють робертсонівські та реципрокні транслокації. Частота 1:500 новонароджених. Транслокації можуть передаватися у спадок від батьків або виникають de novo за відсутності патології в інших членів сім'ї.

Робертсонівські транслокації залучають дві акроцентричні хромосоми, зрощення яких спостерігається близько до центромери з подальшою втратою нефункціональних і дуже зрізаних коротких плечей. Після транслокації хромосома складається з довгих плечей, які складаються із двох зрощених хромосом. Таким чином, каріотип налічує лише 45 хромосом. Негативні наслідкивтрати коротких плечей невідомі. Хоча носії робертсонівської транслокації, як правило, мають нормальний фенотип, у них підвищений ризик викиднів та народження потомства з аномаліями.

Реципрокні транслокації виникають у результаті поломок негомологічних хромосом у поєднанні з реципрокним обміном втраченими сегментами. Носії реципрокної транслокації зазвичай мають нормальний фенотип, однак у них також підвищений ризик народження потомства з хромосомними аномаліями та викиднями у зв'язку з аномаліями сегрегації хромосом у статевих клітинах.

Інверсії- Зміни структури хромосом, що виникають при її розриві у двох точках. Відламана ділянка перевертається та приєднується до місця розриву. Інверсії зустрічаються у 1:100 новонароджених і можуть бути пері-або парацентричними. При перицентричних інверсіях розриви виникають двох протилежних плечах, відбувається поворот частини хромосоми, що містить центроміру. Такі інверсії зазвичай виявляються у зв'язку із зміною положення центроміру. Навпаки, при парацентричних інверсіях залучається лише ділянка, розташована одному плечі. Носії інверсій зазвичай мають нормальний фенотип, однак у них може бути підвищений ризик спонтанних викиднів та народження потомства із хромосомними аномаліями.

Кільцеві хромосомитрапляються рідко, проте їх освіта можлива з будь-якої хромосоми людини. Формуванню кільця передують делеції кожному кінці. Потім кінці «склеюються» із формуванням кільця. Фенотипові прояви при кільцевих хромосомах варіюють від розумової відсталості та множинних аномалій розвитку до норми або мінімально виражених змін залежно від кількості втраченого хромосомного матеріалу. Якщо кільце замінює нормальну хромосому, це призводить до розвитку часткової моносомії. Фенотипові прояви у цих випадках часто аналогічні змінам, які спостерігаються при делеціях. Якщо кільце додається до нормальних хромосом, виникають фенотипічні прояви часткової трисомії.

Дуплікацієюназивають надмірну кількість генетичного матеріалу, що належить одній хромосомі. Дуплікації можуть виникати внаслідок патологічної сегрегації у носіїв транслокацій чи інверсій.

Інсерції(вставки) – це зміни структури хромосом, що виникають при поломці у двох точках, при цьому відламана ділянка вбудовується в зону розриву на іншій частині хромосоми. Для формування інсерції потрібні три точки розриву. У цьому процесі може брати участь одна чи дві хромосоми.

Теломеричні, субтеломеричні делеції. Оскільки хромосоми тісно переплітаються в процесі мейозу, дрібні делеції та дуплікації в області, розташованій ближче до кінців, трапляються відносно часто. Субтеломеричні хромосомні перестановки найчастіше (5-10%) виявляються у дітей з помірною або тяжкою розумовою відсталістю неясної етіології без виражених дизморфічних ознак.

Субмікроскопічні субтеломеричні делеції (менше 2-3 Мб) - друга за частотою народження причина розумової відсталості після трисомії 21. Клінічні проявицієї зміни структури хромосом у деяких із цих дітей включають пренатальну затримку зростання (близько 40% випадків) та розумову відсталість у сімейному анамнезі (50% випадків). Інші симптоми виявляються приблизно у 30% пацієнтів і включають мікроцефалію, гіпертелоризм, дефекти носа, вух чи кистей рук, крипторхізм та короткий ріст. Після виключення інших причин затримки розвитку рекомендується метод FISH з використанням множини теломеричних зондів у метафазі.

Статтю підготував та відредагував: лікар-хірург