19. Експериментальний мутагенез. Фізичні і хімічні мутагени. Антимутагенез. Молекулярні механізми мутагенезу.

Експериментальний мутагенез – відносно новий напрям селекції рослин порівняно з традиційними методами, до яких належить гібридизація, самозапилення і добір. Даний напрям пов'язаний зі штучно створеним впливом на рослини різних факторів, у тому числі й екстремальних, з метою одержання нового вихідного матеріалу зі зміненим механізмом спадковості ознак на генному або хромосомному рівні.

Найбільш поширені дві основні групи мутагенних факторів, що застосовують в селекції рослин – фізичні та хімічні. За допомогою їх у світі одержано 31000 мутантів 130 видів рослин, створено 1920 мутантних сортів, з яких 1275 районовано. Зважаючи на це наші дослідження були присвячені виявленню особливостей впливу мутагенних факторів на рослини конопель. Зокрема використано супермутагени нітрозоетилсечовина (НЕС) і нітрозометилсечовина (НМС).

Сорти рослин і штами мікроорганізмів виводяться під дією фізичних і хімічних мутагенів. Таким методом був виведений високопродуктивний сорт пшениці «Новосибірська-67», і мікроорганізми, що продукують певні ферменти.

Мутагени — фізичні і хімічні чинники, що викликають стійкі спадкові зміни — мутації.

Фізичні мутагени

• Іонізуюче випромінювання;

• Радіоактивний розпад;

• Ультрафіолетове випромінювання;

• Надмірно висока або низька температура.

Хімічні мутагени

• деякі алкалоїди: колхіцин - один з найпоширеніших у селекції мутагенів, вінкамін, подофіллотоксін;

• Окисники та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню);

• Алкілуючі реагенти (наприклад, йодацетамід);

• Пестициди (наприклад гербіциди, фунгіциди);

• Деякі харчові добавки ( наприклад , ароматичні вуглеводні ,   цикламати );

• Органічні розчинники;

• Лікарські препарати (наприклад, цитостатика і, препарати  ртуті , імунодепресанти).

• До хімічних мутагенів умовно можна віднести і ряд вірусів (мутагенним чинником вірусів є їх нуклеїнові кислоти — ДНК або РНК).

Послідовність подій, що призводять до мутації (всередині хромосоми) виглядають наступним чином. Відбувається пошкодження ДНК. Якщо пошкодження ДНК не було коректно репарованим, воно призведе до мутації. У разі якщо пошкодження сталося в незначущих (інтрон) фрагментах ДНК, або якщо пошкодження сталося в значущому фрагменті (екзон) і, внаслідок виродженості генетичного коду не відбулося порушення, то мутації утворюються, але їхні біологічні наслідки будуть незначними або можуть не проявитися.

Мутагенез на рівні генома також може бути пов'язаний з інверсіями, делеціями, транслокаціями, полиплоидией, і анеуплоїдій, подвоєнням, утроением (множинної дуплікацією) і т. Д. Деяких хромосом.

Антимутагенез - це, вплив на клітину і організм, яке блокує або зменшує ймовірність виникнення мутацій. Стійкість генетичного матеріалу забезпечують антімутаційні механізми

1. Природні бар'єри: диплоїдний набір хромосом (парність хромосом), подвійна спіраль ДНК, надмірність (вирожденність) генетичного коду, повтор деяких генів.

2. Репарація структури ДНК - це внутрішньоклітинний процес відновлення пошкодженої молекули ДНК. Ушкодженнями можуть бути розриви ниток ДНК, зшивання (з'єднання) ниток ДНК або ДНК - гистон, порушення структури азотистих основ.

На підставі механізмів дію антимутагенів можна класифікувати на декілька груп.

1. Антимутагени як фактори, що зменшують помилки реплікації і репарації ДНК.

2. Дисмутагени - речовини, що запобігають дію екзогенних мутагенів шляхом прямої інактивації їх іноді ще до надходження в кров і клітини.

3. Інгібітори метаболічної активації непрямих мутагенів.

4. Агенти, що знижують рівень індукованих і спонтанних мутацій за допомогою невідомого поки механізму.