Мутаційна та модифікаційна мінливість




Скачати 165.44 Kb.
Дата конвертації15.04.2016
Розмір165.44 Kb.
Голубівська ЗОШ Ι-ΙΙΙ ступенів

Реферат

на тему:

«Мутаційна та модифікаційна мінливість»

Виконувала: уч. 11 класу

Лупонос Яна

Перевірила: вч. біології

Гладкова О. О.

Голубівка 2011рік



План

Ι Види мінливості;

ΙΙ Модифікаційна мінливість, її властивості;

Статистичні закономірності модифікаційної мінливості;



ΙΙΙ Спадкова мінливість;

1 Комбінативна мінливість;

2 Типи мутацій;

3 Хромосомні мутації;

4 Генні мутації;

5 Причини виникнення мутацій;

6 Спонтанні (самочинні) мутації;

7 Біологічні антимутаційні механізми;

8 Властивості мутацій;

9 Значення мутацій у природі та житті людини;

10 Закон гомологічних рядів спадковості та мінливості.

Види мінливості

Мінливість є однією з найважливіших властивостей живих організмів. Мінливість буває ядерною(хромосоми в ядрі) і позаядерною (кільцева ДНК мітохондрій і пластид), спадковою і неспадковою.

Неспадкова, або модифікаційна мінливість(фенотипна) – це зміни фенотипу у зв’язку зі змінами умов середовища, не пов’язані зі змінами генотипу.

Спадкова мінливість (генотипна) - це зміни фенотипу, пов’язані зі змінами в генотипі. Розрізняють комбінативну і мутаційну.

Комбінативна спадкова мінливість. Пов’язана з виникненням різних комбінацій алель них генів, кон’югацією хромосом, випадковим поєднанням алель них генів при злитті гамет.

Мутаційна спадкова мінливість. Залежно від місця виникнення мутацій буває генною ( зміни генів), хромосомною ( зміни в хромосомах) і геномною ( зміни в наборі хромосом).

Модифікаційна мінливість, її властивості

Живі організми постійно відчувають дію різноманітних факторів середовища існування. Воно впливає на формування кількісних і якісних ознак. Якісні ознаки визначають описовим шляхом ( забарвлення квіток, насіння, волосся, статеві відмінності тощо). Кількісні ознаки визначаються шляхом вимірювання (маса тіла, ріст, об’єм тощо). Якісні ознаки менше піддаються впливу оточуючого середовища, ніж кількісні.

Модифікаційна мінливість спричинена факторами умов існування. Зміни ознак організму (фенотип) не пов’язані зі змінами генотипу. У формуванні ознак організму велику роль відіграють конкретні умови середовища.

Модифікації - це реакції на зміни інтенсивності чинників довкілля, що не стосуються генетичних структур організму і внаслідок цього не передаються іншим поколінням. Вони однакові для всіх генетиповоподібних організмів.

На масу і розміри тіла, органів тварин впливає якість і кількість їжі. Тварини, що не отримували достатньо якісної їжі, мають менші розміри, вагу, частіше хворіють тощо. У людей, які потрапляють в умови високогір’я, де в повітрі мало кисню, через певний час збільшується кількість еритроцитів.

Якщо китайську примулу з червоними квітками на момент формування пуп’янок перенеси з кімнати до теплої оранжереї(30-35`c), то з’являться білі квіти. Повернення до кімнати приведе до виникнення квіток із червоним забарвленням.



Властивості модифікацій:

  1. модифікації не успадковуються. У собак, яким відрізали хвости, цуценята народжуються хвостатими;

  2. ступінь вираження модифікації прямо залежить від інтенсивності й тривалості дії певного чинника на організм. Так, у рачків - артемій волохатість задньої частини черевця залежить від солоності води: чим більша солоність, тим більша волохатість;

  3. якщо припиняється дія фактора, що спричиняє модифікації, вони протягом життя можуть зникати. При зниженні рівня води у рослин - стрілиць зникнуть видовжені листки, а з’являються нові, стрілкоподібної форми;

  4. модифікаційні зміни, що виникли на ранніх стадіях розвитку, можуть зберігатися все життя. Якщо теля погано годувати з малого віку, то доросла тварина буде меншою, ніж представники того ж віку тієї ж породи;

  5. якщо модифікації зникли при припиненні дії чинника, то при поверненні її можуть виникати знов(тобто можуть носити зворотній характер). Високоногих коней з рівнини завозять у гори. Потомство поступово дрібнішає. Вивезені на рівнину невеличкі коні дають потомство, яке поступово збільшується у розмірах;

  6. при однаковому впливові на організм чинників виникають подібні модифікації, змінюються одні й ті самі ознаки в одних і тих самих межах, які обумовлені генотипом організму.

Більшість модифікацій спрямована на пристосування організмів до умов зовнішнього середовища. Так, загар захищає людину від сонячних опіків, заміна волосяного покриву ссавців - від дії низьких температур тощо.

Деякі модифікації не несуть адаптивного характеру. Так, затінення нижньої частини стебла картоплі веде до утворення надземних бульб.



Статистичні закономірності модифікаційної мінливості

Ознаки організмів можуть змінюватись лише в певних межах. Межі мінливості організму, які виникають під впливом чинників середовища та контролюються його генотипом, визначаються його нормою реакції. Мінливість ознаки можуть бути значною, але за межі норми реакції вона ніколи не виходить.



Норма реакції - це межі модифікаційної мінливості ознаки, які визначаються генотипом.

Деякі ознаки, наприклад, група крові та колір райдужної оболонки очей майже цілком визначаються генотипом. На інші значно впливають умови середовища існування. Прикладом може бути горностаєве (гімалайське) забарвлення у кролика(тіло біле, лапки, вушки, мордочка забарвлені в чорний колір). Горностаєві кролики та білі при народженні не забарвлені. Якщо в горностаєвого кролика на якій - небудь білій ділянці тіла видалити волосся, то забарвлення на ній буде залежати від температури. Під дією низьких температур шерсть буде чорною, високих- білою. На ділянках з чорним волоссям під дією підвищених температур буде рости біла шерсть. Народжуються кролики білими, бо знаходилися в умовах з високою температурою.

Ознаки(взаєморозташування внутрішніх органів), які мають важливе значення для підтримки життєдіяльності організму, мають найвужчі межі.

Модифікаційну мінливість визначають за допомогою складання варіаційного ряду. Для цього складають послідовність чисельних показників проявів певної ознаки, тобто варіант. Чим довший ряд, тим більший розмах модифікаційної мінливості. Залежить розмах від дії умов довкілля,але зумовлений генотипом. Ряд тим коротший, чим сталіші умови існування організму, і навпаки.

Максимальне число варіант приходиться на середні показники (середнє кількісне значення ознаки). Для характеристики модифікаційної мінливості підраховують середню величину:

М= ∑Ѵ�� , або М=Ѵn ��n n n

Де М – середня величина, V – варіанта ( розмір ознаки), ρ – частота зустрічальності, n – загальна кількість особин варіаційного ряду.

Розподіл варіант зображують за допомогою графіка – варіаційної кривої. Варіаційна крива – це графічне зображення кількісних показників мінливості певної ознаки. Зображення ілюструє розмах мінливості, частоту зустрічальності окремих варіант. Варіаційна крива допомогає встановити середні показники, норму реакції ознаки.

Спадкова мінливість

Комбінативна мінливість. Пов’язана з виникненням різних поєднання нових комбінацій генів ( рекомбінаціями ). Виникає як наслідок трьох процесів:



  1. кон’югації гомологічних хромосом у профазі;

  2. незалежного розходження хромосом в анафазі при мейозі l ;

  3. Випадкового сполучення алельних генів при злитті гамет під час запліднення.

Нове сполучання генів приводить до появи нових ознак у організмів, виникнення нових фенотипів.

У прокаріот можлива передача генетичної інформації за допомогою вірусів від однієї клітини до іншої.



Мутації (від лат. Mutation – зміна). Термін запропонував голландський учений Г. Де Фріз, який описав спонтанні мутації у одного з видів рослин. Мутації – це раптові стійкі не спрямовані зміни генетичного матеріалу. Вони спричинюють зміну однієї чи декількох спадкових ознак організму. Мутації можуть передаватися з генетичним матеріалом наступним поколінням. Мутації мають не спрямований характер: один і той самий мутагенний чинник може викликати мутації різних ознак. Однакові мутації можуть виникнути внаслідок дії різних мутагенів. Одні й ті ж мутації можуть виникати неодноразово.

Здатність до мутацій є універсальною властивістю всіх живих організмів.



Типи мутацій. Мутації можуть виникати в ядерному генетичному апараті клітини, у цитоплазматичних структурах, що містять неядерні гени – плазмідах, пластидах, мітохондріях.

Соматичні – це мутації, що виникають у нестатевих, соматичних клітинах. Можуть успадковуватись лише при нестатевому, вегетативному розмноженні.

Генеративні – це мутації, які виникли у статевих клітинах. Успадковуються при статевому розмноженні.

Спонтанні – це мутації, що виникають під впливом чинників навколишнього середовища або як результат біохімічних та фізіологічних змін в організмі.

Індуковані – це мутації, що викають як наслідок експериментального впливу (за допомогою мутагенів).

Залежно від впливу на життєдіяльність організмів розрізняють: позитивні, негативні, нейтральні.



Позитивні це мутації, які позитивно впливають на життєдіяльність організму. Виникають дуже рідко.

Нейтральні – це мутації, які за певних умов не впливають на життєдіяльність. При змінах умов існування можуть стати корисними.

Негативні - негативно впливають на життєдіяльність. Підрозділяються на летальні та сублетальні.

Летальні – мутації, що спричиняють загибель організму.

Сублетальні – мутації, які знижують життєдіяльність організму.

Мутації поділяються на нестійкі та стійкі.

Стійкі – мутації, що здатні тривалий час передаватися від покоління до покоління. Спостерігаються рідко.

Нестійкі – мутації, які через деякий час зникають. Відбуваються часто.

Залежно від характеру змін, які викають у генетичному апараті організму, мутації поділяють на генні (точкові), хромосомні та геномні.

Генні (точкові) мутації. Найбільш велика за обсягом частина мутацій. Вони спричинюють стійкі зміни окремих генів. Генні мутації не виявляються за допомогою мікроскопа.

Генні мутації бувають домінантними, субдомінантними (проявляються частково) та рецесивними (проявляються лише в гомозиготному стані).

Залежно від здатності алелей до змін власної структури, алелі поділяють на стійкі до мутацій та нестійкі (мутації у них відбуваються значно частіше).

Розрізняють різні перебудови генів. Найважливішими з них є нестачі (втрата кінцевих нуклеотидів), делекції (втрата некінцевої ділянки), дуплікації (повторення нуклеотидів кілька разів), інверсії (перевертаються кілька нуклеотидів на 180˚).

Однією з форм генних мутацій є множинний алелізм, при якому виникають не дві мутантні форми одного гена (домінантна та рецесивна), а ціла серія мутацій цього гена. Наприклад, у дрозофіли відома серія з 12 алелів, що виникають при мутації гена, який обумовлює колір очей (червоний, білий, темно – жовтий, медовий, абрикосовий, вишневий, кораловий, пурпурний та ін.)

Хромосомні мутації. Виникають як наслідок значних змін структури хромосом. Мають назву хромосомних змін, або аберацій. Хромосомні мутації можуть бути виявлені за допомогою світлового мікроскопа.

Найважливішими хромосомними хромосомними мутаціями є:

Нестачі – називаються такі аберації, при яких хромосома втрачає кінцеву ділянку. Вкорочується плече хромосоми. Фрагмент, що відірвався, губиться при поділі ядра.

Делеції – втрата ділянки хромосоми, але не кінцевої, а середньої. Значно не впливають на життєдіяльність організму, якщо втрачена ділянка мала, або не містить генів. Нестачі та делеції можуть викликати лише незначну зміну фенотипу. Легко виявляється при мікроскопічну дослідженні. У мейозі при кон’югації нормальної ділянки хромосоми з хромосомою, що втратила внаслідок делеції гомологічну ділянку, утворюється характерна петля.

Втрати ділянок хромосом у гетерозиготних організмів можуть призвести до проявів у фенотипі рецесивних генів, розташованих на ділянці, гомологічна котрої втрачена.

Дуплікації – ділянка повторюється кілька разів. Гени у хромосомі розташовані до дуплікації: АВС. Гени у хромосомі – після дуплікації: АВВС, АВВВС. Унаслідок дуплікації у дрозофіли одна ділянка хромосоми повторювалася вісім разів. Дуплікації ділянок хромосом можуть виникати не тільки в сусідніх, але й у різних частинах однієї. Дуплікація впливає на фенотип меншою мірою, ніж нестача та делеції.

Інверсії. Ділянка, що внаслідок двох її розривів відірвалася від хромосоми, прикріплюється на колишнє місце, попередньо перевернувшись на 180˚. Розташування генів у хромосом до інверсії: ABCDEFIH. Розташування генів після інверсії: AEDCBFIH. Розрив відбувся в ділянках між A і D, а також між E і F (повертання фрагмента BCDE). При інверсіях кількість генів не змінюється, тому вони мало впливають на фенотип організму. Хромосоми з інверсіями легко виявити цитологічно.

Транслокації. Це хромосомні перебудови, при яких відбувається обмін ділянками між декількома не гомологічними парами. Не змінюють кількість генів у геномі, тому не приводять до істотних змін фенотип. Може у зв’язку з порушенням мейозу утворюватись велика кількість нежиттєздатних гамет.

Транспозиції. Це вставка (інерція) невеликого фрагмента ДНК, що містить гени, перенесені з іншого місця геному, до будь – якої ділянки хромосоми. Найкраще досліджені у бактерій, плазмід, фагів, дріжджів, кукурудзи та дрозофіли. Інсерційні сегменти бактерій містять близько 1500 нуклеотидів. Великі транспозиції містять 3000 – 5000 нуклеотидів.

Однією з причин транспозицій вважають віруси.



Геномні мутації – це зміна кількості хромосом організму. Наслідком геномних мутацій є збільшення або зменшення хромосомних наборів або окремих пар хромосом.

Частіше йдеться про збільшення числа хромосомних наборів – поліплоїдію (від лат. Poly – багато). Одним із недоліків поліплоїдів є знижена насіннєва плодючість, яка пов’язана з особливостями перебігу їх мейозу. Можуть виникнути гамети з різною кількістю хромосом. Поліплоїдія відіграє велику роль в еволюції рослин як один із механізмів утворення нових видів. Використовується у селекційній практиці. Розрізняють аутополіплоїдію й алополіплоїдію.



Аутополіплоїдія. У клітинах організму декілька разів повторюється гаплоїдний набір хромосом, у якому представлено по одній із гомологічних хромосом.

Причини аутополіплоїдії різні: поділ хромосом без наступного поділу клітини, злиття статевих клітин із нередукованою кількістю хромосом, злиття соматичних клітин або їх ядер. Поліплоїди легше пристосовуються до несприятливих умов життя, легше переносять низькі температури й посуху. Існують у природі переважно серед рослин. Описана лише у тварин, що розмножуються партеногенетично.

Серед квіткових рослин 47 ℅ є поліплоїдними.

Алополіплоїдія. Виникає в результаті віддаленої гібридизації та наступного подвоєння кількості хромосом у гібридів.

Анеуплоїдія. Збільшується не кількість цілих геномів, а лише кількість хромосом у тій чи іншій гомологічній парі. Дуже змінює фенотип.

При трисомії всі пари хромосом нормальні, а одна з пар містить додаткову, третю, хромосому. У випадку трисомії у жінок 44 А + ΧΧΧ вони незначно відрізняються від нормальних.

Збільшення хромосом на одну в людини у 21 пари призводить до виникнення хвороби Дауна. Така людина живе не більше 30 років, розумово відстала, має зменшені розміри голови, пласке обличчя тощо.

Важкість порушень типу анеуплоїдії залежить від того, у якій саме парі відбулося збільшення хромосом.



Зменшення кількості наборів хромосом. При зменшенні набору хромосом утворюються гаплоїдні організми. Порівняно з диплоїдами мають менші розміри, зменшену продуктивність і плодючість. Використовують у селекції для отримання організмів, гомозиготних за всіма генами. Потім подвоюють кількість хромосом.

Зменшення числа хромосом окремих пар. Дуже змінює фенотип, негативно впливає на життєдіяльність і формування організму. Гірше, ніж при збільшенні хромосом окремих пар.

Із зародка людини з набором хромосом 44 А + Χ розвивається жінка з укороченою шиєю, із порушенням формування кісток, кровоносної системи тощо. Статеві залози не розвиваються.



Причини виникнення мутацій. Фактори, що викликають появу мутацій, називаються мутагенними.

Мутації виникають під дією мутагенів: фізичних (рентгенівське випромінювання, гамма – промені та ін.), хімічних (колхіцин, лікарські препарати тощо), біологічних (віруси).



Фізичні мутагени. Найбільше значення має іонізуюче випромінювання, особливо рентгенівське (гамма – промені). Також до фізичних мутагенів належать ультрафіолетові промені, низькі температури, підвищені, β- частинки, протони, швидкі та теплові нейтрони тощо. Рентгенівські промені вибивають електрони зі зовнішніх оболонок атомів або молекул, стають позитивно зарядженими. Вибиті електрони продовжують процес, перетворюють сполуки живих організмів. Підвищені температури можуть викликати збільшення кількості генних і навіть хромосомних мутацій.

Хімічні мутагени. Значний внесок у вивчення мутагенів хімічної природи зробила українська генетична школа на чолі з академіком С. М. Гершензоном. Хімічними мутагенами є лікарські препарати, барвники, синтетичні засоби тощо. Щорічно відкривають нові мутагени. Мутагенними чинниками хімічної природи є велика група алкілувальних сполук (диметилсульфат, етиленімін, нітрозоетилсечовина, 1,4-біс- діазоацстилбутан та ін.), аналоги азотистих основ, акридинові барвники, азотиста кислота, формальдегід, пероксиди тощо. Колхіцин руйнує веретено поділу, внаслідок чого набір хромосом подвоюється у клітині. Газ іприт (хімічна зброя) значно підвищує кількість мутацій (у 90 разів). Хімічні мутагени спричиняють мутації всіх типів.

Біологічні мутагени. Це віруси. Віруси збільшують кількість мутацій у клітинах. Здатні спричиняти генні й хромосомні мутації. Вважають, що віруси відіграють велику роль у еволюції прокаріот. Вони переносять генетичну інформацію з клітини до клітини між особинами різних видів (горизонтальний переніс генів).

Спонтанні (самочинні) мутації. Причини точно не з’ясовані, бо встановити їх важко. Серед причин спонтанних мутацій називають природний фон іонізуючих випромінювань, віруси, ультрафіолетові промені, а також продукти метаболізму самих клітин.

Різні гени одного виду мутують спонтанно з різною частотою. Неоднаковою є й частота виникнення мутацій однакових генів у різних генотипах. Частота спонтанних мутацій генів дуже мала. Вона обчислюється одиницями випадків на 1 млн. гамет. При експериментальному мутагенезі частота мутацій зростає в десятки та сотні разів. Такі мутації називаються індукованими.



Біологічні анти мутаційні механізми. Спрямовані на захист клітини від мутацій. Одним із захисних механізмів є вродженість генетичного коду: одну амінокислоту кодує більше, ніж один триплет. Повторюваність генів дозволяє при пошкодженні однієї ділянки використовувати іншу.

У клітині є ферменти, які виділяють ушкоджені ділянки. На їхньому місці виникають нові.



Властивості мутацій. До мутацій здатні всі живі істоти. Основні властивості:

  1. універсальність – можуть відбуватися у будь – якому організмі;

  2. неспрямованість – один і той же мутаген здатен викликати різні мутації, різні мутагени можуть викликати одну й ту ж мутацію;

  3. ступінь вираження мутації у фенотипі не залежить від інтенсивності й тривалості дії мутагену – при короткочасній та слабкій дії зміни можуть бути більшими, ніж від дії тривалої;

  4. не існує нижнього порогу дії мутагенів – вони завжди здатні викликати мутації ;

  5. на ранніх етапах розвитку чутливість до мутагенів значно вища, ніж у дорослих.

У сільському господарстві в селекції рослин їх використовують для підвищення продуктивності, виведення нових сортів із новими властивостями. Мутації використовують для розробки нових генетичних методів боротьби зі шкідниками сільського господарства. Наприклад, стерилізація самців шкідливих комах. Потомство, що утворюється від них , нежиттєздатних.

Значення мутацій у природі та житті людини.

У 1920 році видатний російський генетик і селекціонер М. І. Вавилов виявив певну закономірність для рослин близьких видів. Закон названий законом гомологічних рядів спадкової мінливості: генетично близькі види та роди, які зв’язані між собою єдністю походження, характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою закономірністю, що вивчивши ряд форм у межах одного виду чи роду, можна передбачити наявність форм із подібним поєднанням ознак у межах близьких видів чи родів.

Наприклад, у колосків злаків твердої пшениці та ячменю відомі форми з довгими та короткими остюками і без них. У пшениці, ячменю, вівса, кукурудзи існують голі та плівчасті зерна.

За цим законом, чим тісніші родинні зв’язки між організмами, тим передбаченіші можливості мутації у них.

М. І. Вавилов встановив цю закономірність для рослин, хоча вона властива для всіх організмів. Так, явище альбінізму зустрічається у всіх тварин, коротконогість – майже у всіх ссавців.

Історична спорідненість видів і родів визначає кількість спільних генів, тому мутації можуть бути подібними.

Закон гомологічних рядів дозволяє краще зрозуміти спрямованість еволюції споріднених груп.

Для сільського господарства закон дає можливість планування і створення нових сортів рослин, порід тварин. Для цього достатньо вивчити спадкову мінливість близьких видів.



Використана література :



  1. Біологія, ’’ довідник школяра і студента ’’ , Т. Л. Заведея, 2007 р., Донецьк, с. 197-206.

  2. Шкільний підручник ’’ Загальна біологія ’’, М. Є. Кучеренко, 2004 р., ’’ Генеза ’’ Київ.


База даних захищена авторським правом ©mediku.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка