Мутационная изменчивость

Мутационная изменчивость
Терминология:
• Мутация – от лат. mutatio – изменение,
перемена – наследственное изменение
признака или свойства, обусловленное
изменением наследственных структур.
• Мутагенез – процесс возникновения
мутаций.
• Мутагены – факторы, вызывающие
мутации.
•
•
•
•
Терминология:
Транзиция – замена одного пурина на другой,
либо одного пиримидина на другой (A-G, G-A, TC,C-T), в результате G-C-пара заменяется на A-Tпару или наоборот.
Трансверсия – замена одного пурина на
пиримидин или пиримидина на пурин (A-T, T-A,
A-С, C-A, G-С, C-G, G-T,T-G), в результате A-Tпара превращается вT-A или C-G).
Миссенс-кодон – кодон в мРНК с изменённым
смыслом.
Нонсенс-кодон – бессмысленный кодон.
Мутагены
• 1.Физические мутагены: ультрафиолетовые лучи, повышенная
температура, ионизирующие излучения – рентгеновские лучи, γлучи, β-частицы, протоны, нейтроны и др.
• 2. Химические мутагены:
• Аналоги нуклеотидов ДНК (бромурацил, аминопурин и др.)
• Ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот, пероксиды, алкалоиды
(в т.ч. колхицин)
• Неорганические соединения (соли тяжёлых металлов,
гидроксиламин, азотистая кислота)
• Органические соединения – инсектициды, гербициды,
фунгициды и др.
• Алкилирующие соединения –алкилирующие соединения
нитрозоалкилмочевины, алкилсульфаты, алкилсульфонаты,
этиленамины, эпоксиды
• 3. Биологические мутагены: вирусы, бактерии, гельминты,
актиномицеты, растительные экстракты
Мутационная теория.
• Мутационная теория появилась в начале хх века
(1901-1903г) в связи с работами Г. де Фриза.
Суть мутационной теории:
• Образовавшиеся новые формы константны.
• Мутация является качественным изменением.
• Мутация возникает скачкообразно, без
переходов.
• Мутации разнонаправлены (полезные и
вредные).
• Обнаружение мутаций зависит от размеров
выборки изучаемых популяций.
• Одни и те же мутации могут возникать
повторно.
Частота
возникновения
мутаций
Частота сцепленных с полом летальных мутаций у
Dr.melanogaster в зависимости от дозы радиации
Виды классификаций мутаций:
• По степени вовлечения генома в мутационный
процесс.
• По характеру изменения генотипа.
• По характеру изменения фенотипа.
• По проявлению в гетерозиготе.
• По условиям возникновения.
• По степени отклонения от нормального
фенотипа.
• По локализации в клетке.
• По возможности наследования.
По степени вовлечения генома в
мутационный процесс :
• Генные мутации, или точечные.
• Хромосомные перестройки (аберрации),
или изменения структуры хромосом.
• Геномные, или изменения в наборах
хромосом.
По характеру изменения
фенотипа:
•
•
•
•
•
Летальные.
Морфологические.
Физиологические.
Биохимические.
Поведенческие.
По проявлению в гетерозиготе:
• Доминантные.
• Рецессивные.
По условиям возникновения:
• Спонтанные, т.е. возникающие без
видимых причин или усилий со стороны
экспериментатора.
• Индуцированные, т.е. возникающие в
результате целенаправленного воздействия
со стороны экспериментатора.
По степени отклонения от нормального фенотипа
(Г.Мёллер 1932).
• Гипоморфные – изменённые аллели действуют
в том же направлении, что и аллель дикого
типа, но дают ослабленный эффект.
• Аморфные – выглядят как потеря гена.
• Антиморфные – изменяют фенотип дикого
типа на противоположный.
• Неоморфные – фенотип мутантов совершенно
отличен от дикого.
• Гиперморфные – у этих мутантов количество
биохимического продукта резко увеличивается.
По локализации в клетке:
• Ядерные.
• Цитоплазматические (мутации
внеядерных генов).
По возможности наследования:
• Генеративные – обусловлены
изменениями в половых клетках.
• Соматические – обусловлены
изменениями в соматических клетках.
Классификация мутаций по степени
вовлечения генома в мутационный процесс:
• Генные.
• Хромосомные.
• Геномные.
Генные или точечные мутации:
• Происходят в пределах одного гена.
• Связаны с делецией, инсерцией или
транслокацией одного или нескольких
нуклеотидов, а так же заменой одного
типа нуклеотидов на другой.
Спонтанное дезаминирование
Таутомерные
формы
оснований
ДНК
Аналоговые взаимодействия
Влияние азотистой кислоты
Влияние гидроксиламина
Таутомерные формы 5-бромурацила
Транзиция
GC-AT
Хромосомные перестройки
(аберрации):
• Происходят в пределах хромосомы.
• Связаны с делецией, инсерцией, инверсией,
транслокацией и дупликацией отдельных
участков хромосом, а также полной или
частичной фрагментацией хромосом.
Типы хромосомных мутаций:
• Дефишенси – отсутствие концевого участка хромосомы
• Фрагментация – распад хромосомы на отдельные части
(фрагменты)
• Делеция – удаление - отсутствие фрагмента хромосомы
в средней её части (в любом месте кроме концевого)
• Инсерция – вставка - появление в хромосоме
совершенно нового фрагмента
• Инверсия – переворот участка хромосомы на 180˚
• Дупликация – повтор – повторение участка хромосомы
(два и более раз)
• Транслокация – перенос – перемещение фрагмента
хромосомы из одного локуса в другой, а также
объединение двух негомологичных хромосом в одну
Схема делеции и дупликации
Схема делеции
Основные типы
дупликаций
Влияние дупликаций
участка 16А
в Х хромосоме у
D. melanogaster
на размер глаз (Bar)
Схема инверсии и транслокации
Схема транслокации
Инверсия
Геномные мутации:
• Изменения охватывают целые геномы.
• Связаны с нарушением плоидности:
увеличением или уменьшением как
числа наборов хромосом, так и
количества отдельных хромосом
(обычно на 1 или 2).
Схема анеуплоидии
(гетероплоидии),
моноплоидии (гаплоидии) и
полиплоидии
Анеуплоидия у человека
Мозаицизм ХУ/ХХУ как следствие нерасхождения
хромосом в митозе
Частота появления новорождённых с синдромом
Дауна в зависимости от возраста матери
Синдром Дауна, обусловленный транслокацией
хромосом 14-21
Закон гомологических рядов в
наследственной изменчивости Н.И.Вавилова.
• Виды и роды, генетически близкие,
характеризуются сходными рядами
наследственной изменчивости с такой
правильностью, что, зная ряд форм в
пределах одного вида, можно предвидеть
нахождение параллельных форм у других
видов и родов.
• Чем генетически ближе в общей системе
расположены роды и виды, тем полнее
сходство в рядах их изменчивости.
Хромосомная локализация генов млекопитающих,
гомологичных генам человека
Механизмы репарации ДНК:
• Прямая коррекция мутационных
повреждений.
• Механизмы репарации, связанные с
эксцизией пар оснований.
Прямая коррекция мутационных
повреждений:
•
•
•
•
Репарация за счёт проверки ДНК-полимеразой.
Фотореактивация.
Репарация алкилирующих повреждений.
Действие полинуклеотидлигазы.
Механизмы репарации, связанные с
эксцизией пар оснований:
• Репарация неспаренных оснований.
• Пострепликативная, или рекомбинационная,
репарация (ПРР).
• SOS – репарация.
Формирование тиминовых
димеров под влиянием УФ
излучения.
Репарация тиминового димера
фотореактивацией.
Эксцизионная репарация пиримидинового димера и других
нарушений ДНК, инициированная ферментом UvrA, B, Cэндонуклеазой.
Мутации, индуцируемые интеркалирующими агентами (профлавин,
акридин, этидиумбромид и вещество, называемое ICR-170).
Модель репарации эксцизией нуклеотидов.
Модель репарации гликозилазами (Lehmann,1998).
Ник-трансляция в ходе репарации гликозилазами.
Механизм мисмэтч системы репарации
(репарация неспаренных оснований).
Пострепликативная репарация ДНК.
Индуцируемая УФ-светом SOS-репарация.
Благодарю за внимание.