Наследственная (генотипическая) изменчивость

Наследственная (генотипическая) изменчивость

Изменчивость – это общее свойство всех живых организмов изменять свои признаки и свойства под влиянием окружающей среды.

Различают два типа изменчивости – наследственная и ненаследственная. Ненаследственная изменчивость – основа разнообразия всех живых организмов.

Наследственная изменчивость состоит из генотипической и цитоплазматической.

Цитоплазматическая изменчивость связана с изменениями в ДНК и РНК хлоропластов и митохондрий.

Генотипическая вносит основной вклад в наследственную изменчивость, она связана с изменениями в генотипе и подразделяется на мутационную и комбинативную.

Комбинативная – источник наследственного разнообразия, в ее основе лежит половое размножение. Основные ее источники:

- независимое расхождение хромосом в ходе мейоза;

- рекомбинация генов при кроссинговере;

- случайная встреча гамет при оплодотворении.

Эти источники действуют независимо и одновременно, создавая огромное разнообразие генотипов.

Мутационная изменчивость – является внезапным изменением в генотипическом материале ядра, то есть результатом мутации. Мутация с латыни переводится как изменение. Этот термин ввел в биологию голландский ученый генетик Гуго де Фриз в 1901 году.

Проведя анализ своих экспериментов, он сформулировал мутационную теорию, основные положения которой таковы.

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2. Мутации наследуются, то есть стойко передаются из поколения в поколение.

3. Мутации не направлены: мутировать может ген в любом локусе, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков.

4. Одни и те же мутации могут возникать повторно.

5. Мутации носят индивидуальный характер.

Эти положения важны и сегодня.

По характеру изменений генотипа мутации делятся на три группы: геномные, хромосомные и генные мутации.

Геномная мутация – вызывающая изменение числа хромосом в генотипе особи, сюда относится полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом в клетке по отношению к обычному набору. Примером может быть вид дикой пшеницы, имеющий восемь хромосом, когда культурные сорта пшеницы имеют по шестнадцать и тридцать две хромосомы. Полиплоидные растения очень плодовиты, репродуктивны, имеют крупные плоды, большие листья и обладают повышенной жизнеспособностью. Среди животных полиплоидия редка и более характерна для видов, утративших нормальный половой процесс, например земляных червей, у которых яйцеклетки развиваются без оплодотворения.

Второй тип геномных мутаций:  анеуплоидия – изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору, возникает в результате нарушения мейоза и образованием гамет. Она приводит к возникновению особей с аномальным числом хромосом. Так, одна добавочная хромосома у человека вызывает болезнь Дауна – физическую и умственную отсталость.

Хромосомная мутация – изменение в структуре хромосом, затрагивающие несколько генов. Выделяется несколько типов таких мутаций (Рис. 2): дупликация – удвоение участков хромосомы; делеция – выпадение участка хромосомы; инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов; концевая утрата – потеря концевых участков хромосомы; транслокация – обмен участками между негомологичными хромосомами.

Рис. Возникновение основных типов хромосомных мутаций 

Хромосомные мутации приводят к генетическому дисбалансу, что пагубно сказывается на нормальном развитии организма.

Генные мутации связаны с изменением нуклеотидной последовательности внутри одного гена, они влияют на белки, которые синтезируются на основе этого гена и сказываются на обмене веществ.

Факторы, вызывающие мутации называются мутагены и различаются тремя типами:

1. Физические мутагены – рентгеновские и гамма- лучи, нейтроны, протоны, температурное воздействие.

2. Химические мутагены – соли тяжелых металлов, кофеин, вещества, содержащиеся в табаке.

3. Биологические мутагены – процесс старения, внедрения чужеродного ДНК-вируса в геном другого организма.

Каждый живой организм несет в своем генотипе большое количество измененных, а следовательно, мутированных генов. Выделяются мутации вредные, приводящие к снижению жизнеспособности; нейтральные – не оказывающие никакого влияния на жизнеспособность организма и полезные мутации – позволяющие живому организму, имеющему этот признак выиграть в эволюционном процессе. По мнению Чарльза Дарвина, именно полезные мутации легли в основу эволюционного процесса.