ные формы получают обычно с помощью колхицина, который подавляет функцию веретена в делящихся клетках (3.10.1). В митозе каждая хромосома после метафазы разделяется на две хроматиды, однако они не могут расходиться к полюсам, и поэтому число хромосом удваивается (рис. 10.1).

Полиплоидизация может приводить к увеличению ширины листьев или размеров цветка и поэтому играет значительную роль в селекции кормовых и декоративных растений. Наилучшей часто оказывается тетраплоидная форма, ио у сахарной свеклы, например, наиболее урожайны триплоидные формы. Среди животных полиплоидами, имеющими практическое значение, до снх пор были только гусеницы тутового шелкопряда. Однако различия в числе хромосом у разных животных показывают, что и в нх эволюции играло какую-то роль изменение числа хромосом.

Полиплоидизация довольно часто происходит в определенных тканях организма в результате эндомитоза (3.5.2.7).

10.1.1.2. Гаплоидия. Гаплоидные ткани и гаплоидные высшие растения играют

важную роль прн определении частоты мутаций н при получении гомозигот из

гетерозигот с селекционными целями.

Гаплоидные формы растений во многих случаях получают исходя из культур пыльников (пыльниками называются четыре пыльцевых мешочка на тычинке, в которых образуются гаплоидные пыльцевые зерна; 8.3.1.2, рис. 8.5).

10.1.1.3. Анэуплоидия. У анэуплоидов нормальное число хромосом увеличивается или уменьшается менее чем на целый их набор. Анэуплоиды возникают тогда, когда не расходятся хроматиды отдельных хромосом в митозе или отдельные гомологичные хромосомы в мейозе (нерасхождение). В большинстве случаев у таких организмов обнаруживаются более и менее выраженные аномалии.

Важнейшие виды анэуплоидии — это моносомия (2п—1), нуллисомия (2л—2), трисомия (2п-\-1) и полисомия (2п+х).

Некоторые формы патологии у человека могут быть обусловлены анэуплоидностью. Чаще всего встречаются аномалии половых хромосом [синдром Тернера (ХО), синдром трипло-Х, синдром Клайнфельтера (XXY), синдром Дауна (трисомия 21)].

Цитологический диагноз болезни ставится по картине метафазных хромосом в лейкоцитах больного. После окрашивания акридином наиболее интенсивно флуоресцируют области, богатые А-Т. Благодаря этому с помощью флуоресцентного микроскопа можно индивидуально распознавать хромосомы, неразличимые по величине, и охарактеризовать каждую пару хромосом.

Анэуплондня у человека нередко приводит к бесплодию и в этих случаях не наследуется. У детей от матерей старше 38 лет частота анэуплоидии повы296 Глава 10

Наследственные изменения 297

шена (до 2,5%). Появление детей с изменеииым числом хромосом можно ограничить, если определять число хромосом на ранней эмбриональной стадии, исследуя клетки амииотнческой жидкости. Путем амииоцентеза на 14-й—18-й неделе беременности берут пробу амииотнческой жидкости; содержащиеся в ней клеткн можно выращивать in vitro, подсчитывать в них хромосомы н вы-нвлять некоторые биохимические дефекты, Амнноцентез проводится только в тех случаях, когда можно ожидать аномального развития плода. Если результаты исследования указывают на возможность серьезных дефектов, то по желанию родителей беременность прерывают и тем самым предотвращают рождение больного ребенка.

Большинство эмбрионов с аномальным числом хромосом оказываются нежизнеспособными, что приводит к спонтанному выкидышу.

Наличие анэуплоидных рядов как у диких и культурных растений, так и у животных указывает на большое значение анэуп-лоидии для видообразования. Анэуплоидные формы часто используют в селекции растений. Скрещивая растения с нуллисо-миками и моносомиками, в геном можно вводить определенную хромосому с желательными генами (хромосомные манипуляции).

Если у человека в результате делецни утрачен участок одной нз больших хромосом, это обычно приводит к'тяжелой аномалии (синдром Вольфа прн делении в хромосоме 4, синдром «кошачьего крика» при делеции в хромосоме 5).

Дупликации могут служить материалом для возникновения новых генов, так как в каждом из двух ранее идентичных участков могут происходить различные мутационные изменения.

При инверсиях и транслокациях общее количество генетического материала остается прежним, изменяется только его расположение. Такие мутации тоже играют значительную роль в эволюции, так как скрещивание мутантов с исходными формами затруднено, а их гибриды Fi чаще всего стерильны. Поэтому здесь возможно только скрещивание исходных форм между собой или мутантов между собой. Если у таких мутантов окажется благоприятный фенотип, они могут стать исходным пунктом для возникновения новых видов.

Структурные изменения могут происходить на уровне хро-матид или на уровне хромосом. Хромосомные мутации возникают до репликации ДНК, а хроматидные — после репликации.

10.1.2. ХРОМОСОМНЫЕ МУТАЦИИ

Для индукции мутаций особенно широко применяются ионизирующие излучения или алкилирующие агенты. Хромосомные мутации возникают и спонтанно, без вмешательства человека.

Различают следующие типы хромосомных мутаций (рис. 10.2):

1) делеции (выпадение участка хромосомы);

2) дупликации (удвоение участка);

3) инверсии (поворот участка на 180°);

4) транслокации (перенос участка на другую хромосому).

При делециях и дупликациях изменяется количество генетического материала. Степень фенотипического изменения зависит от того, насколько велики соответствующие участки хромосом и содержат ли они важные гены.

10.1.3. ГЕННЫЕ МУТАЦИИ И РЕПАРАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ

При генных мутациях изменяется нормальная последовательность нуклеотидов, свойственная дикому типу. Возникает новая, мутантная последовательность. Нормальный ген и возникшие из него мутантные гены называют аллелями. Аллели можно распознать благодаря тому, что они занимают в гомологичных хромосомах одинаковое положение и их нуклеотидные последо-. вательности в значительной части совпадают.

При генных мутациях могут происходить следующие структурные изменения:

1. Замена оснований — вместо одного основания появляется

другое.

2. Изменение числа нуклеотидов:

а) вставка новой для данного гена последовательности;

б) дупликация — удвоение участка;

в) делеция: потеря одного или нескольких нуклеотидов.

3. Инверсия — поворот участка гена на 180°.

10.1.3.1. Замена оснований происходят спонтанно с частотой от 10~5 до Ю-10. Это один из наиболее частых типов мутаций, имеющий большое значение как для эволюции, так и при получении мутантов для практических и исследовательских целей.

Хорошо изучены, например, мутации в генах, содержащих информацию для синтеза полипептидных компонентов красного пигмента крови — гемоглобина (см. рис. 2.5,Г), так как они важны для диагностики ряда заболеваний. Например, серповид-ноклеточная анемия представляет собой результат замены одно298 Глава 10

Наследственные изменения 299

Мутант / О®®©®©®®® -> 111 г | з 1415 |glg| 71 а {а

С НЬ*

I Последовательность аминокислот

Последовательность триплетов в ДНК

Рис. 10.3. Генная мутация. Замена основания в гене, содержащем информацию для синтеза В-цепн гемоглобина, н соответствующая замена аминокислоты.

го основания в (3-цепи глобина. По сравнению с нормальной jj-цепью здесь изменена только одна аминокислота — в положении 6 (рис. 10.3). Если мы выпишем для всех аминокислот кодоны тРНК (по табл. 5.1) и соответствующие триплеты ДНК, то для гена в данном участке получим последовательность, представленную на рис. 10.3. Нормальный ген должен отличаться от мутантного только одной парой нуклеотидов: аденин заменен в результате мутации тимином. Анализ последовательности ДНК подтвердил этот вывод.

10.1.3.2. Мутации с изменением числа нуклеотидов. Вставка

дополнительных или удаление имеющихся нуклеотидов сдвигает

последовательность триплетов, начиная от места мутации до

конца гена. Возникают мутанты со «сдвигом рамки», т. е. смещением границ между кодоками (табл. 10.1).

«Сдвиг рамки» в результате вставки или делеции одного нуклеотида приводит к тому, что, начиная с места мутации, изменяются все последующие аминокислоты. Часто в результате этого внутри гена получаются триплеты-терминаторы, что приводит к обрыву полипептидной цепи (5.1.2.1/2).

10.1.3.3. Изменение развития признака после генной мутации.

Генные мутации проявляются в признаках в результате синтеза ' соответствующих белков:

Измененная последовательность ДНК —>- Измеиеиная тРНК

^ Измененный структурный белок

—*? Измененная полнпептндная цепь

Измененный фермент

Изменение может привести либо к снижению или повышению .-активности, либо к полной ее потере, но может и не оказывать излияния на признак (в последнем случае мутацию большей «шстью не удается выявить). Как изменяется признак, зависит от места мутации в гене и от структуры измененной полипептидной цепи. Мутации могут происходить в различных участках пена. Из аллеля дикого типа а+ образуются мутантные аллели

Изменение аллеля дикого типа и его продуктов (тРНК цепи) в результате вставки и делеции

Честь последовательности

Аллель дикого типа ДНК

тРНК

Полнпептид-ная цепь -C-C-C-G-G-T-A-G-C-C-C-C--G-G-G-C-C-A-T-C-G-G-G-G--C-C-C-G-G-U-A-G-C-C-C-C—Pro—Gly—Ser— PrO—

После

вставки ДНК -C-C-C-C-G-G-T-A-G-C-C-C-C--G-G-G-G-C-C-A-T-C-G-G-G-G тРНК -C-C-C-C-G-G-U-A-G-C-C-C-C Полнпептндная цепь —Pro—Arg—amber (конец цепи)

После

делецин ДНК —GC-C-C-G-T-A-G-C-C-C-C--G-G-G-C-A-T-C-G-G-G-G тРНК -C-C-C-G-U-A-G-C-C-C-C Полнпептндная цепь —Pro—Val—Ala—Pro

fli> O2, a3,a„, и вместо фермента а соответственно синтезируются ферменты ш, а2 и т. д. (рис. 10.4).

Большинство генных мутаций дают отрицательный эффект и обусловливают выпадение какой-либо ферментативной активности. В зависимости от молекулярной основы дефекта степень его проявления может быть различной. Поэтому больные, страдающие одним и тем же наследственным заболеванием, могут сильно различаться по выраженности симптомов болезни.

У диплоидов мутации возникают только в одном из двух аллелей. В результате получаются гетерозиготы, у которых фенотип определяется взаимодействием аллелей (5.5).

При дефекте