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, T-C,C-T), в результате G-C-пара заменяется на A-T-пару 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-T- пара 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, γ- лучи, 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 ( г) 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, C- эндонуклеазой.

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.