15. Геномні мутації. Поліплоїдія. Аутополіплоїдія. Алоплоїдія. Мейоз і успадкування у поліплоїдів. Роботи г.Д. Карпиченка по одержанню плодючих алополіплоїдів.

Геномні мутації – специфічний тип мутацій, який пов'язаний із зміною кількості хромосом.

Поліплоїдія – кратне збільшення числа наборів хромосом. Організми з відхиленнями в хромосомному наборі – поліпоїди.

Вони виникають у природі та одержуюються експериментально.

Залежно від характеру змін хромосомного комплексу їх поділяють на:

Аутополіплоїди – організми, які виникають внаслідок кратного збільшення числа наборів хромосом одного виду. Так, під час подвоєння хромосом диплоїда виникає тетраплоїд, а внаслідок їх схрещування (2n х 4n) утворюється триплоїд (3n).

Алополіплоїди – містять у своїх клітинах помножені гаплоїдні хромосомні комплеси різних видів або родів. Вони утворюються внаслідок гібридизації і поліплоплоїдії. Алополіплоїди які об’єднують диплоїдні хромосомні комплекси двох видів – амфідиплоїди.

В мейозі відбувається порушення веретена поділу, спостерігається не поодинокі випадки «випадання» екваційного поділу в одній із клітин діади. Під час цього замість тетрад утворюються тріади. В яких одна з клітин має подвійний набір хромосом. Вона дає початок пилку з нередукованим хромосомним комплексом.

Важливий вклад у вивчення алополіплоїдії вніс Г.Д. Карпиченко. Цикл дослідження редько-капустяних гібридів приніс йому світову славу.

Він проводив схрещування редьки городньої і капусти кольрабі. І редька і капуста мали по 18 хромосом (2n=18). Одержані гібриди F1 мали також 18 хромосом (9R +9K). Вони цвіли, але зовсім не давали насіння. Причиною безплідності F1 були значні порушення мейозу. Хромосоми редьки і капусти не коньюгували між собою і залишилися унівалентними і не життєздатними.

Висадивши їх наступного року 19 із 90 гібридних рослин виявилися частково плодючими і утворили насіння. З цього гібридного насіння виявили константних плодючих гібридів.

16. Джерела мінливості для добору. Комбінативна мінливість. Експериментальний мутагенез та його застосування.

Здатність організму змінюватись під впливом умов довкілля адаптує його до середовища. Мінливість — результат взаємодії генотипу та середовища. Вона буває двох видів: неспадкова (модифікаційна) і спадкова.

Комбінативна мінливість — генотипова мінливість, в основі якої лежать комбінації спадкового матеріалу в процесі статевого розмноження організмів. (поява нових поєднань ознак унаслідок перекомбінації генів.)

Основними джерелами комбінативної мінливості є наступні процеси:

1) незалежне розходження гомологічних хромосом при першому поділі мейозу;

2) перехрест хромосом у ході мейозу, що приводить до комбінації генів (кросинговер);

3) випадкова зустріч гамет при заплідненні.

Завдяки незалежному та одночасному здійсненню цих процесів виникає велика різноманітність генотипів.

Джерелом комбінативної мінливості є статеве розмноження організмів, унаслідок якого виникає велика різноманітність генотипів. У кожного потомка є ознаки, що властиві для батька й матері. Але навіть серед найближчих родичів не можна відшукати двох абсолютно однакових людей (виключення — однояйцеві близнюки). Проте комбінативна мінливість виникає у багатьох організмів, які розмножуються нестатево. Наприклад, у мікроорганізмів виникли своєрідні механізми, що призводять до комбінативної мінливості,— трансформація і трансдукція. У прокаріотів можлива передача спадкової інформації від клітини до клітини за участю вірусів-бактеріофагів.

Завдяки комбінативній мінливості також реалізується механізм «знешкодження» фенотипного прояву мутацій шляхом переведення їх у гетерозиготний стан, в якому багато мутацій підвищують відносну життєздатність особин.Комбінативна мінливість є елементарним матеріалом для природного добору.Із комбінативною мінливістю пов’язане явище гетерозису.

Гетерозис, або гібридна сила,— явище, коли перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність, продуктивність, ріст, стійкість проти шкідників, хвороб тощо.Комбінативна мінливість не призводить до значних змін генотипу, що потрібні для виникнення нових видів. Такі зміни виникають унаслідок мутацій.

Мутагенез — процес виникнення або штучного одержання успадковуваних змін у геномах осіб, які проявляються через зміни у фенотипах. Мутагенез є наслідком пошкодження у молекулахДНК, пошкоджень хромосом або порушень процесів поділу клітин.

Штучний мутагенез широко використовують для вивчення білків і поліпшення їх властивостей (спрямованої еволюції (англ.)).  У селекції мутагенез використовують для отримання перспективних мутантів тварин, рослин і мікроорганізмів. Мутагенез, як інструмент мінливості, вважається одним із рушійних чинників еволюції.

• Неспрямований мутагенез

Методом неспрямованого мутагенезу до послідовності ДНК вносяться зміни з певною ймовірністю. Мутагенними факторами можуть бути різноманітні хімічні і фізичні впливи – мутагенні речовини, ультрафіолет, радіація. Після отримання мутантних організмів здійснюють виявлення (скринінг) та добір тих, які задовольняють меті мутагенезу. Неспрямований мутагенез є трудомістким та його проведення виправдане, якщо розроблена система скринінгу мутантів.

• Спрямований мутагенез

При спрямованому (сайт-специфічному) мутагенезі зміни у ДНК вносяться у наперед відомий сайт. Для цього синтезують короткі одноланцюгові молекули ДНК (праймери), комплементарні цільовій ДНК за виключенням місця мутації.

• Мутагенез за Кункелем

Для бактеріальної плазміди (позахромосомної кільцьової ДНК) отримують уридинову матрицю, тобто таку саму молекулу, в якій залишки тиміну замінені на урацил. Праймер утворюють на матриці, проводять його добудову in vitro за допомогою полімерази до кільцьової ДНК, які комплементарна уридиновій матриці. Трансформують двохланцюгову гібридну ДНК бактеріальної клітини, всередині якої уридинова матриця руйнується як чужорідна та на мутантній одноланцюговій кільцьовій ДНК добудовують другий ланцюг. Ефективність такого способу мутагенезу становить менше 100%.

• Мутагенез за допомогою  полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР)

ПЦР дозволяє здійснювати сайт-спрямований мутагенез з використанням пари праймерів, які несуть матрицю, а також випадковий мутагенез. В останньому випадку помилки у послідовність ДНК вносяться полімеразою в умовах, які знижують її специфічність.