Болезни, вызываемые генными мутациями

В зависимости от характера изменения наследственного материала различают генные и хромосомные мутации. Генные мутации - изменение числа, типа и последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК на участке расположения гена. Примером такой мутации является замена одного азотистого основания в кодовом триплете гена, контролирующего синтез гемоглобина у человека. Последнее привело к возникновению разных аллелей гена гемоглобина, кодирующих разные типы этого белка.

Так, биохимический анализ четырех типов гемоглобина (A, S, С, G) показал, что они различаются между собой на участке молекулы, где аминокислоты расположены в следующем порядке:

гемоглобин А: пролин - глютамин — глютамин — лизин;

гемоглобин S: пролин — валин — глютамин — лизин;

гемоглобин С: пролин — лизин — глютамин — лизин;

гемоглобин G: пролин — глютамин — глицин — лизин.

Таким образом, в результате замены лишь одного азотистого основания происходит замена одной аминокислоты в молекуле белка, состоящей из более чем 140 аминокислотных остатков; изменяются биохимические особенности гемоглобина, что существенно отражается на физиологии организма. Известно, например, что люди с гемоглобином S страдают тяжелым заболеванием (серповидно-клеточной анемией), неблагоприятны для жизнедеятельности организма и гемоглобины С и G.

Для селекционера значительно больший интерес представляют малые (точковые) мутации. Это разнообразные генные и хромосомные микро-аберрации, обнаруживаемые в природных популяциях растений и животных. Точковые мутации приводят к относительно небольшим нарушениям в организме; еще более они безвредны, если затрагивают «второстепенные» признаки и не нарушают жизненно важных функций. Результатом точковых мутаций является возникновение разных форм одного и того же гена, так называемых аллелей.

Выше, мы упоминали о четырех аллелях гена гемоглобина у человека, обусловливающих четыре типа данного белка. Для некоторых генов растений и животных известны серии множественных аллелей - результат, многократного мутирования разных участков одного гена.

Следует подчеркнуть, что именно мутации являются тем первичным источником наследственной изменчивости, который в дальнейшем (с помощью мейоза) приводит к огромной комбинативной изменчивости.

Генотип у животных, насыщен разнообразными мутациями, накопившимися за длительную историю их существования. Примерами мутаций внешних признаков является хорошо известная наследственная изменчивость карпа по типу чешуйного покрова.

Мутации затрагивают не только качественные, но и количественные признаки, обусловливая наследственные различия таких важных для селекционера свойств, как рост, показатели экстерьера, выживаемость, устойчивость к заболеваниям и неблагоприятным факторам среды, сроки полового созревания, плодовитость.

Частота видимых генных мутаций

Выявление способности мутагенов вызывать у рыб генные мутации осуществляется методом анализа генов, контролирующих четко наследуемые качественные признаки. Удобным объектом для такого анализа является карп. Чешуйчатый покров карпов определяют две пары аутосомных генов (S и s; N u n), расположенных в разных хромосомах, а различные сочетания этих генов проявляются фенотипически в виде четырех форм карпов (чешуйчатые, разбросанные, линейные и голые).

Указанные гены чешуйного покрова были использованы для оценки частоты индуцированных мутаций. В этом случае нормальную необработанную икру разбросанных самок карпа (генотип ssnn) осеменяли спермой карпа, подвергнутой мутагенному воздействию. При этом, самцов подбирали таким образом, чтобы в полученном потомстве можно было обнаружить мутацию какого-либо аллеля.

Например, в скрещивании 1 в норме все потомки должны иметь генотип Ssnn и быть чешуйчатыми (♀ssnn x ♂SSnn → Ssnn). Очевидно, что появление в потомстве разбросанных (ssnn) карпов (связано с мутацией аллеля S в аллель s, а линейных карпов (SsNn) — с мутацией аллеля n в аллель N. Тогда, для указанных случаев скрещивание выглядит следующим образом:

Генотипы родителей	Типы гамет	Потомки
♀ssnn х ♂SSnn	♀ - sn; ♂ - Sn и sn	ssnn и Ssnn
♀ssnn х ♂ SsNn	♀ - sn ♂ - Sn и sN	Ssnn и ssNn