Je li moguće povećati šanse za uspješnu mutaciju? mutacijska varijabilnost. Vrste mutacija. Uzroci mutacija u prirodi Adaptivna mutacija i spore

>> Obrasci varijabilnosti: mutacijska varijabilnost

Obrasci varijabilnosti: mutacijska varijabilnost.

1. Nasljeđuju li se modifikacije?
2. Što je genotip i fenotip?

Dakle, modifikacijske promjene se ne nasljeđuju. Glavni razlog za pojavu novih svojstava i svojstava u živim organizmima je manifestacija mutacija. Mutacije su promjene genotip nastalih pod utjecajem vanjskih ili unutarnje okruženje.

Pojam "mutacija" prvi su predložili Nizozemci 1901. godine znanstvenici Hugo de Vries, koji je opisao spontane mutacije u biljkama. Mutacije su rijetke, ali dovode do naglih skokova u osobinama koje se prenose s koljena na koljeno.

Mutacije mogu utjecati na genotip u različitim stupnjevima i stoga se mogu podijeliti na genske, kromosomske i genomske.

Genske, odnosno točkaste, mutacije su najčešće. Nastaju kada se jedan ili više nukleotida unutar jednog gena zamijene drugim. Kao rezultat aktivnosti gena dolazi do promjena, sintetizira se protein s promijenjenim slijedom aminokiselina, a samim time i s promijenjenim svojstvima, pa će se kao rezultat toga neki znak organizma promijeniti ili izgubiti. Zbog genskih mutacija bakterije, primjerice, mogu steći otpornost na antibiotike ili druge lijekove, promijeniti oblik tijela, boju kolonija itd.

Kromosomske mutacije nazivaju se značajne promjene u strukturi, koje utječu na nekoliko gena. Na primjer, može doći do takozvanog gubitka, kada se terminalni dio kromosoma otkine i neki geni se izgube. Takva kromosomska mutacija u 21. kromosomu kod ljudi dovodi do razvoja akutna leukemija- leukemija koja dovodi do smrti. Ponekad se središnji dio kromosoma "ošiša" i uništi. Ova kromosomska mutacija naziva se delecija. Posljedice brisanja mogu varirati od smrti do teških nasljedna bolest(ako se izgubi onaj dio kromosoma koji je sadržavao važne gene) dok nema poremećaja (ako se taj dio izgubi DNK, u kojem nema gena koji određuju svojstva organizma).

Druga vrsta kromosomske mutacije je udvostručenje nekih njegovih dijelova. U tom će se slučaju neki od gena pojaviti nekoliko puta u kromosomu. Na primjer, kod Drosophile je u jednom od kromosoma pronađen osmerostruko ponavljajući gen. Ova vrsta mutacije - duplikacija - manje je opasna za tijelo od gubitka ili diobe.

Tijekom inverzije kromosom se lomi na dva mjesta, a nastali fragment, zakrenut za 180°, ponovno se ugrađuje u prijelom. Na primjer, segment kromosoma sadrži geni A-B-C-D-E-F. Postojale su praznine između B i C, D i F, fragment IOP-a okrenut je i ugrađen u prazninu. Kao rezultat toga, regija kromosoma će imati struktura A-B-D-D-C-E-F. Konačno, moguće je prenijeti dio jednog kromosoma na drugi, koji mu nije homologan.

Genomske mutacije. U ovom slučaju ili nedostaje kromosom u genotipu ili, obrnuto, prisutan je dodatni. Najčešće se takve mutacije događaju ako se tijekom stvaranja gameta u mejozi kromosomi para raziđu i oba padnu u jednu gametu, au drugoj gameti jedan kromosom neće biti dovoljan.

I prisutnost dodatnog kromosoma i njegova odsutnost najčešće dovode do nepovoljnih promjena u fenotipu. Na primjer, kada se kromosomi ne odvoje, žene mogu formirati jajašca koja sadrže dva 21. kromosoma. Ako je takvo jaje oplođeno, tada će se roditi dijete s Downovim sindromom. Ova su djeca vrlo karakterističan izgled, patologija unutarnji organi, teški psihički poremećaji. Nažalost, djeca s Downovim sindromom rađaju se vrlo često.

Poseban slučaj genomskih mutacija je poliploidija, tj. višestruko povećanje broja kromosoma u stanicama kao rezultat kršenja njihove divergencije u mitozi ili mejozi. Somatske stanice takvih organizama sadrže 3n, 4n. 8n itd. kromosoma, ovisno o tome koliko je kromosoma bilo u spolnim stanicama koje su formirale ovaj organizam. Poliploidija je česta kod bakterija i biljaka, ali vrlo rijetka kod životinja. Mnoge vrste kultiviranih biljaka su poliploidi. Dakle, tri četvrtine svih žitarica koje čovjek uzgaja su poliploidne. Ako je haploidni set kromosoma (n) za pšenicu 7, tada glavna sorta uzgojena u našim uvjetima, meka pšenica, ima 42 kromosoma, tj. 6p. Poliploidi su kultivirana repa, heljda itd. Poliploidne biljke u pravilu imaju povećanu održivost, veličinu, plodnost itd. Trenutno su razvijene posebne metode za dobivanje poliploida. Na primjer, biljni otrov iz jesenskog šafrana - kolhicin može uništiti vreteno diobe tijekom stvaranja gameta, što rezultira gametama koje sadrže 2p kromosome. Kada se takve spolne stanice spoje, zigota će imati 4n kromosoma.

Velika većina mutacija je nepovoljna ili čak pogubna za organizam, jer uništavaju integralni genotip usaglašen milijunima godina prirodne selekcije.

Razlozi mutacija. Svi živi organizmi imaju sposobnost mutacije. Svaka pojedinačna mutacija ima uzrok, iako je u većini slučajeva ne angažiramo. Međutim, ukupni broj mutacija može se dramatično povećati korištenjem razne načine utjecaj na tijelo. Čimbenici koji uzrokuju mutacije nazivaju se mutageni.

Prvo, ionizirajuće zračenje ima najjače mutageno djelovanje. Zračenje povećava broj mutacija stotinama puta.

Drugo, mutacije uzrokuju tvari koje djeluju, na primjer, na DNK, razbijajući lanac nukleotida. Postoje tvari koje djeluju na druge molekule, ali i daju mutacije. Kolhicin je već spomenut gore, što dovodi do jedne od vrsta mutacija - poliploidije.

Treće, različiti fizički utjecaji također dovode do mutacija, na primjer, povećanje temperature okoliš.

Iz rečenog postaje jasno koliko je važno da u životu budemo okruženi sa što manje faktora koji uzrokuju mutacije. I apsolutno je nerazumno uništavati svoju buduću djecu korištenjem jakih mutagena. Primjerice, za kratkotrajni gubitak osjećaja za realnost, ovisnici o drogama uzimaju tvari koje uzrokuju nepopravljivu štetu mnogim tjelesnim stanicama, uključujući i one primarne. spolne stanice iz kojih se potom moraju razviti jajašca ili spermij.

Dakle, mutacijska varijabilnost ima sljedeće glavne karakteristike:

Mutacijske promjene nastaju iznenada, a kao rezultat organizam ima nova svojstva.
Mutacije se nasljeđuju i prenose s koljena na koljeno.
Mutacije nisu usmjerene, tj. nemoguće je sa sigurnošću predvidjeti koji točno gen mutira pod utjecajem mutagenog faktora.
Mutacije mogu biti korisne ili štetne za organizam, dominantne ili recesivne.

Genske, kromosomske i genomske mutacije. Gubitak. brisanje. dupliciranje. Inverzija. Downov sindrom. Poliploidija. Kolhicin. mutagene tvari.

1. Koje su glavne razlike između modifikacija i mutacija?
2. Koje vrste mutacija poznajete?
3. Što može umjetno povećati broj mutacija?
4. Koje su mutacije češće: korisne ili štetne?

Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biologija 9. razreda
Poslali čitatelji s web stranice

Sadržaj lekcije Pregled lekcije i okvir podrške Prezentacija lekcije Akcelerativne metode i interaktivne tehnologije Zatvorene vježbe (samo za nastavnika) Ocjenjivanje Praksa zadaci i vježbe, radionice za samoprovjeru, laboratorij, slučajevi razina složenosti zadataka: normalna, visoka, domaća olimpijada Ilustracije ilustracije: video isječci, audio zapisi, fotografije, grafike, tablice, stripovi, multimedijski eseji čipovi za znatiželjne jaslice humor, parabole, vicevi, izreke, križaljke, citati Dodaci vanjsko neovisno testiranje (VNT) udžbenici glavni i dodatni tematski praznici, slogani članci nacionalna obilježja pojmovnik ostali pojmovi Samo za učitelje

Stoga je Houseley odlučio testirati hoće li takvi mehanizmi izravno utjecati na gene kada se aktiviraju opasnim promjenama okoliša. U svom radu iz 2017. s timom usredotočio se na CUP1, gen koji pomaže kvascima da se odupru toksičnim učincima bakra. Otkrili su da kada je kvasac bio izložen bakru, varijacija u broju kopija CUP1 u stanicama se povećala. U prosjeku, većina stanica ima manje kopija ovog gena, ali stanice kvasca su stekle više - u oko 10% opće populacije - i postale su otporne na bakar, što im je omogućilo da napreduju. "Mali broj stanica koje su sve radile kako treba bile su u tolikoj prednosti da su mogle nadmašiti sve ostale."

Ali ova promjena sama po sebi nije puno značila: ako je bakar u okolišu uzrokovao mutacije, tada promjena u varijaciji broja kopija CUP1 ne može biti ništa drugo nego posljedica veće stope mutacije. Kako bi eliminirali tu mogućnost, istraživači su pametno redizajnirali gen CUP1 kako bi reagirao na bezopasni, nemutageni šećer, galaktozu, umjesto na bakar. Kada su promijenjene stanice kvasca bile izložene galaktozi, varijacija broja kopija također se promijenila.

Čini se da stanice usmjeravaju više varijacija na pravo mjesto u genomu gdje bi bile korisne. Dodatnim radom znanstvenici su identificirali elemente biološkog mehanizma koji stoji iza ovog fenomena. Poznato je da kada stanice repliciraju svoju DNK, mehanizam replikacije ponekad prestaje. Obično se mehanizam može ponovno pokrenuti i nastaviti raditi na mjestu gdje je stao. Kada ne može, stanica se vraća na ishodište replikacije, ali ponekad slučajno izbriše sekvencu gena ili napravi dodatne kopije. To rezultira uobičajenom varijacijom u broju kopija. No Houseley i njegov tim zaključili su da kombinacija čimbenika čini da će ove pogreške kopiranja vjerojatnije utjecati na gene koji aktivno reagiraju na okolišne stresore, te stoga vjerojatnije da će pokazati varijaciju broja kopija.

Ovdje je ključno to što su ovi učinci usmjereni na gene koji reagiraju na okoliš i mogu prirodnoj selekciji dati više prostora za fino podešavanje razina ekspresije gena koje su optimalne za određene probleme. Čini se da rezultati pružaju eksperimentalne dokaze da složeno okruženje može stimulirati stanice da kontroliraju te genetske promjene, što će maksimizirati njihov oblik. One također mogu podsjećati na zastarjele preddarvinističke ideje francuskog prirodoslovca Jean-Baptistea Lamarcka, koji je vjerovao da se organizmi razvijaju prenoseći okolišno stečene karakteristike na svoje potomke. Houseley tvrdi da je ta sličnost samo površna.

"Identificirali smo mehanizam koji je u potpunosti proizašao iz Darwinovog odabira nasumičnih mutacija i koji stimulira nenasumične mutacije na korisnim mjestima", kaže Housley. “Ovo nije Lamarckova adaptacija. Sve to jednostavno vodi istoj stvari, ali bez problema povezanih s Lamarckovom prilagodbom.”

Adaptivna mutacija i spore

Od 1943. godine, kada su mikrobiolog Salvador Luria i biofizičar Max Delbrück demonstrirali Nobelova nagrada znanstvenici kod kojih mutacije coli dogodila slučajno, opažanja SOS odgovora kod bakterija postupno su navela biologe da se zapitaju može li doći do važnih odstupanja od ovog pravila. Na primjer, u kontroverznom radu objavljenom u Natureu 1988., John Cairns s Harvarda i njegov tim otkrili su da kada su bakterije koje nisu mogle probaviti laktozu u mliječnom šećeru stavili u okruženje u kojem je šećer bio jedini izvor hrane, stanice su ubrzo razvile sposobnost pretvaranja laktoze u energiju. Cairns je tvrdio da ovaj rezultat pokazuje da stanice imaju mehanizme koji im omogućuju proizvodnju selektivnih mutacija koje su smatrale korisnima.

Eksperimentalna potvrda ove ideje pokazala se nedovoljnom, ali neki su biolozi bili nadahnuti da postanu pristaše šire teorije adaptivne mutacije. Vjeruju da čak i ako stanice ne mogu usmjeravati preciznu mutaciju pod određenim uvjetima, one se mogu prilagoditi, povećavajući stopu mutacije i promičući genetsku promjenu.

Čini se da se rad tima Houseley lijepo uklapa u ovu teoriju. Mehanizam kvasca "nema izbora ispred mehanizma koji kaže da moram mutirati ovaj gen kako bih riješio problem", kaže Patricia Foster, biologinja sa Sveučilišta Indiana. "Ovo pokazuje da se evolucija može ubrzati."

Hastings of Baylor se slaže i ističe da Houseleyev mehanizam objašnjava zašto se dodatne mutacije ne događaju u cijelom genomu. "Morate prepisati gen da bi se to dogodilo."

Teorija adaptivnih mutacija, međutim, nije dobro prihvaćena od strane većine biologa, a mnogi od njih su skeptični prema Cairnsovim originalnim eksperimentima i Houseleyevim novim. Oni tvrde da čak i ako viša stopa mutacije omogućuje prilagodbu na pritisak okoline, uvjerljivo dokazivanje da je povećana stopa mutacije sama po sebi prilagodba na pritisak bilo bi vrlo teško. “Ovo je tumačenje intuitivno privlačno,” kaže John Roth, genetičar i mikrobiolog sa Sveučilišta Kalifornija, Davis, “ali meni se ne čini ispravnim. Ne vjerujem da su ovi primjeri mutacija izazvanih pritiskom točni. Možda postoje i druga, ne najočitija objašnjenja za ovaj fenomen.

"Mislim da je Houseleyev rad izvrstan i da odgovara kontroverzi o adaptivnoj mutaciji", kaže Paul Snegowski, biolog sa Sveučilišta Pennsylvania. "Ali to predstavlja samo hipotezu." Da biste to potvrdili sa sigurnošću, "morat ćete to testirati na način na koji to rade evolucijski biolozi" - stvaranjem teorijskog modela i određivanjem može li se ta adaptivna promjenjivost razviti u razumnom vremenskom razdoblju, a zatim na određenim populacijama organizama u laboratorij za implementaciju ovog mehanizma.

Unatoč sumnjama, Houseley i njegov tim ustrajni su u svom istraživanju i smatraju ga ključnim za razumijevanje raka i drugih biomedicinskih problema. "Razvoj raka otpornog na kemoterapiju je čest i glavna je prepreka liječenju ove bolesti", kaže Houseley. On vjeruje da kemoterapija i drugi pritisci na tumor mogu potaknuti tumor na daljnju mutaciju, uključujući razvoj otpornosti na lijekove.

"Aktivno radimo", kaže Houseley, "ali ima još toga za doći."

Prema Quanti

Pitanje 1. Koje su glavne razlike između modifikacija i mutacija?
modifikacijska varijabilnost.
Varijabilnost modifikacije karakteriziraju sljedeća glavna svojstva:
1. Nenasljednost.
Modifikacijska varijabilnost je fenotipska, odnosno ne utječe na genotip. Stoga se modifikacije ne prenose s koljena na koljeno. Ako čimbenik koji ga uzrokuje prestane djelovati, nakon nekog vremena modifikacija može nestati. Mutacijska varijabilnost je promjena genotipa koja se javlja pod utjecajem čimbenika vanjskog i unutarnjeg okruženja, odnosi se na genotip, tj. Mutacije se prenose s generacije na generaciju.
2. Grupna priroda promjena.
Preinake su grupne prirode: pod istim uvjetima sve se jedinke iste vrste mijenjaju na sličan način. Osim toga, znajući koji čimbenik djeluje na skupinu organizama iste vrste, može se pretpostaviti u kojem smjeru će se dogoditi promjene. Mutacije nastaju iznenada, nesmjerno, isti mutagen u različitim organizmima može izazvati različite mutacije.
3. Jasna ovisnost smjera promjena o određenom utjecaju vanjskog okruženja.
Modifikacije su adaptivne prirode: zahvaljujući njima, tijelo se prilagođava promjenjivim uvjetima okoline. Na primjer, opekline od sunca, koje nastaju tijekom prekomjerne insolacije, služe za zaštitu dubokih slojeva kože i drugih organa i tkiva od jakog ultraljubičastog zračenja. Za to je zaslužan pigment melanin koji se na suncu u velikim količinama stvara u koži.
4. Brzina reakcije- odnosno granice ove vrste varijabilnosti određene su genotipom organizma. Granice varijabilnosti modifikacije, kontrolirane genotipom organizma, nazivaju se normom reakcije. Neki znakovi (na primjer, mliječnost goveda) imaju široku stopu reakcije, drugi (na primjer, boja dlake) imaju usku.
Dakle, možemo reći da se ne nasljeđuje samo svojstvo, već sposobnost organizma (određena njegovim genotipom) da ispoljava svojstvo u većoj ili manjoj mjeri, ovisno o uvjetima postojanja.
Mutacije.
Mutacije imaju niz svojstava:
1. nastati iznenada, i bilo koji dio genotipa može mutirati;
2. češće su recesivni, a rjeđe - dominantni;
3. može biti štetno (većina mutacija), neutralno i korisno (vrlo rijetko) za tijelo;
4. prenose se s koljena na koljeno;
5. su trajne promjene u nasljednom materijalu;
6. to su kvalitativne promjene, koje u pravilu ne čine kontinuirani niz oko prosječne vrijednosti svojstva;
7. može se ponoviti.
Mutacije nisu uvijek korisne. Često su štetni za tijelo i smanjuju sposobnost preživljavanja pojedinca.

Pitanje 2. Koje mutacije poznajete?
Mutacije se javljaju pod utjecajem vanjskih i unutarnjih utjecaja. Postoje generativne mutacije – javljaju se u gametama i somatske – javljaju se u somatskim stanicama i zahvaćaju samo dio tijela; potonji će se prenijeti na sljedeće generacije samo vegetativnim razmnožavanjem.
Prema prirodi promjena u genotipu, mutacije se dijele na nekoliko vrsta:
Točkaste, odnosno genske mutacije. Točkaste ili genske mutacije su promjene u pojedinim genima. To se može dogoditi kada se jedan ili više nukleotida u molekuli DNK zamijeni, ispusti ili umetne. Na primjer, povreda u nukleotidnoj sekvenci AGHCCA nukleotida može biti povezana s gubitkom (AG_CCA), s dodatkom (AGGTCCA) ili zamjenom (AGTCCA) jednog od njih. Rezultat mutacije gena je stvaranje novog proteina. Čak i jedan promijenjeni nukleotid može imati veliki utjecaj na održivost organizma. Ako se novi protein, koji se pojavio uz sudjelovanje mutiranog gena, uvelike razlikuje u svojoj strukturi i svojstvima od izvornog, organizam može umrijeti. Beznačajne promjene u proteinu neće utjecati na održivost jedinke.
Kromosomske mutacije. Kromosomske mutacije su promjene dijelova kromosoma ili cijelih kromosoma. Takve mutacije mogu nastati kao posljedica delecije - gubitka dijela kromosoma, duplikacije - udvostručenja bilo kojeg dijela kromosoma, inverzije - okretanja dijela kromosoma za 180°, translokacije - otkidanja dijela kromosoma i pomicanjem na novi položaj, na primjer, spajanjem drugog, nehomolognog, kromosoma. Strukturne kromosomske mutacije općenito su štetne za tijelo.
Genomske mutacije. Genomske mutacije sastoje se u promjeni (smanjenju ili povećanju) broja kromosoma u haploidnom skupu. Poseban slučaj genomskih mutacija je poliploidija - povećanje broja kromosoma u genotipu, višestruko od n. Ova pojava nastaje kada je diobeno vreteno poremećeno tijekom mejoze ili mitoze. Poliploide često karakterizira snažan rast, velike veličine. Većina kultiviranih biljaka su poliploidi. Heteroploidija je povezana s nedostatkom ili viškom kromosoma u jednom homolognom paru. Te su mutacije štetne za organizam; primjer je Downova bolest kod koje se u 21. paru pojavljuje dodatni kromosom (trisomija na 21. kromosomu).

Pitanje 3. Što može umjetno povećati broj mutacija?
Uzroci mutacija u prirodi nisu u potpunosti shvaćeni. Dokazano je da mutacije mogu biti uzrokovane upotrebom niza kemijskih sredstava (na primjer, iperit, kolhicin), pod utjecajem radioaktivnih izotopa, pod djelovanjem ionizirajućeg zračenja, ultraljubičastog, X-zraka. Čimbenici koji uzrokuju mutacije nazivaju se mutageni. Sposobnost mutiranja jedno je od glavnih svojstava gena. Svaki pojedini gen otporan je na djelovanje mutagenih faktora; ovaj fenomen je poznat kao "postojanost" gena. Međutim, zbog činjenice da u tijelu postoje tisuće gena, ukupan broj mutacija je značajan. Poznato je da 5% gameta kod Drosophila nosi mutacije. Za populacije se kaže da su "zasićene" mutacijama.

Pitanje 4. Koje su mutacije češće - korisne ili štetne?
Mutacije mogu biti štetne, neutralne ili korisne. Budući da su mutacije povrede genotipa prilagođene tijekom milijuna godina prirodnom selekcijom, one su u osnovi štetne za tijelo, čak često dovode do smrti jedinke. Ponekad mutacije mogu biti korisne za organizam pod određenim uvjetima. Na primjer, na otocima jaki vjetrovi, a leteći kukci često stradaju. U tim uvjetima, uslijed mutacija, pojavili su se oblici bez krila, za koje se pokazalo da su u povoljnijim uvjetima od kukaca s krilima.

umjetna mutageneza- novi važan izvor stvaranja polaznog materijala u oplemenjivanju bilja.

Korištenje ionizirajućeg zračenja i kemijskih mutagena značajno povećava broj mutacija. Međutim, značaj eksperimentalne mutageneze za uzgoj biljaka nije odmah shvaćen.

A. A. Sapegin i L. N. Delaunay prvi su istraživači koji su pokazali važnost umjetnih mutacija za oplemenjivanje biljaka. U svojim pokusima, provedenim 1928.-1932. u Odesi i Harkovu dobiven je cijeli niz ekonomski korisnih mutantnih oblika u pšenici. Unatoč tome, uporaba eksperimentalne mutageneze u oplemenjivanju biljaka Dugo vrijeme nastavio biti negativan. Tek krajem 1950-ih godina povećan je interes za eksperimentalnu mutagenezu. Povezano je, prvo, s velikim napretkom nuklearne fizike i kemije, koji je omogućio korištenje različitih izvora ionizirajućeg zračenja i visoko reaktivnih kemikalija za stvaranje mutacija, i, drugo, s proizvodnjom praktički vrijednih nasljednih promjena tim metodama. na najrazličitijim kulturama.

Radovi na eksperimentalnoj mutagenezi u oplemenjivanju biljaka posebno su se razvili posljednjih godina. Vrlo se intenzivno provode u SSSR-u, Švedskoj, Japanu, SAD-u, Indiji, Čehoslovačkoj, Francuskoj i nekim drugim zemljama. U Institutu za kemijsku fiziku Akademije znanosti SSSR-a osnovan je centar za kemijsku mutagenezu pod vodstvom I. A. Rapoporta, koji koordinira rad mnogih poljoprivrednih istraživačkih institucija koje koriste inducirane mutacije kao početni materijal za uzgoj.

Od velike su vrijednosti mutacije koje su otporne na gljivične i druge bolesti. Stvaranje imunih sorti jedan je od glavnih zadataka oplemenjivanja, au njegovom uspješnom rješavanju važnu ulogu trebaju imati metode radijacijske i kemijske mutageneze.

Uz pomoć ionizirajućeg zračenja i kemijskih mutagena moguće je otkloniti određene nedostatke sorti usjeva i stvoriti oblike s gospodarski korisnim svojstvima: nepoleganje, otpornost na mraz, otpornost na hladnoću, rano sazrijevanje, s visokim sadržajem bjelančevina i gluten.

Postoje dva glavna načina selektivne primjene umjetnih mutacija: izravno korištenje mutacija dobivenih od najboljih sorti u zoni i u procesu hibridizacije.

Metoda izravne upotrebe mutacija dizajnirana je za brzo stvaranje izvornog materijala potrebne karakteristike i svojstva. Međutim, izravna i brza uporaba mutacija, s obzirom na visoke zahtjeve koji se postavljaju pred suvremene uzgojne sorte, nije uvijek pozitivni rezultati. Početni materijal dobiven mutagenezom mora u pravilu proći kroz hibridizaciju. Ovo je drugi način korištenja umjetnih mutacija. U Krasnodarskom istraživačkom institutu za poljoprivredu, mutirana sorta ječma Temp uključena je u hibridizaciju sa sortom zapadnoeuropske selekcije koja je bila kontrastna u nizu svojstava. To je dovelo do velike genetske raznolikosti oblika i pojave transgresivnih linija. Iz ovih kombinacija odabrana je sorta jarog ječma Kaskad koja je superiornija u odnosu na izvorni oblici prinos i mnoge druge karakteristike.

Mutacije mogu promijeniti svoj fenotipski izraz ovisno o tome kojem genotipu pripadaju. To posebno vrijedi za male fiziološke mutacije. Stoga se križanjem kvalitativno mijenja utjecaj pojedinih mutacija na razvoj mnogih osobina i svojstava. Kombinacija inducirane mutageneze s hibridizacijom, tretiranje sjemena hibrida F 0 , F 1 i starijih generacija mutagenima, križanje mutantnih oblika međusobno i s najboljim sortama u zoni, te hibridizacija povratnog križanja također se široko koriste. Potonji se provodi prema sljedećoj shemi:

Mutant bilo kojeg oblika sa željenim X S obzirom na originalnu poboljšanu sortu s jednim svojstvom Fx X S obzirom na izvornu poboljšanu sortu 1 X S obzirom na izvornu poboljšanu sortu

Eksperimentalna mutageneza se koristi iu kombinaciji s udaljenom hibridizacijom. Umjetnim mutacijama u nizu slučajeva moguće je prevladati nekrižanje različitih udaljenih biljnih vrsta, kao i izvršiti transplantaciju translokacijom pojedinih kromosomskih lokusa divljih vrsta u kromosomski kompleks kulturnih biljaka. . Tako je E. Sears (SAD) uspio prenijeti iz Aegilopsa u genom pšenice vrlo mali komadić kromosoma koji kontrolira otpornost na hrđu. Kao rezultat, dobiven je normalno plodan oblik, koji se ne razlikuje od pšenice, ali ima otpornost na hrđu zbog translokacije. Na sličan je način F. Elliot prenio lokuse otpornosti na hrđu i plamenjaču iz pšenične trave u genom pšenice.

Iznimno je zanimljiv pokus G. Stubbea (DDR) o oplemenjivanju divlje rajčice sitnog ploda u procesu mutageneze. Ponovljenim petostupanjskim zračenjem rendgenskim zrakama i selekcijom doveo je veličinu ploda ovog oblika do normalne veličine.

Brojni su istraživači otkrili da je promjenjivost udaljenih hibrida mnogo veća od one intraspecifičnih i običnih linearnih sorti. Brojni pokusi pokazali su da učestalost i priroda nastalih mutacija podjednako ovise i o vrsti mutagena i o nasljeđu izvorne sorte.

Izbor početne sorte za dobivanje mutacija jednako je važan kao i odabir roditeljskih parova za hibridizaciju. Za stvaranje potrebnih mutacija potrebno je uzeti u obzir sposobnost sorti da stvaraju određene mutacije, kao i učestalost njihove pojave. Utvrđeno je da što su sorte bliže podrijetlu i genotipu, to su sličnije u učestalosti i prirodi nastalih mutacija, i obrnuto, što su sorte manje genetski srodne, to se više razlikuju u mutacijskoj varijabilnosti. Dakle, obrasci umjetne mutageneze u različitim sortama pokoravaju se zakonu homolognih serija u nasljednoj varijabilnosti.

Za dobivanje ekonomski vrijednih mutacija najviše se koriste gama zrake, X-zrake i neutroni, a od kemijskih mutagena alkilirajući spojevi: etilenimin, nitrozoetilurea, etilmetansulfonat i dr.

Koncentracija kemijskih mutagena i doza ionizirajućeg zračenja ne smije biti jako visoka. Za ozračivanje sjemena koriste se gama-zrake i X-zrake u dozama od 5 do 10 kR; ozračivanje brzim neutronima provodi se u dozama od 100 do 1000 rad. Ako je pelud izložen zračenju, doza se smanjuje 1,5-2 puta.

Kemijski mutageni obično se koriste u obliku vodenih otopina koncentracije 0,05-0,2% s trajanjem namakanja sjemena od 12 do 24 sata, čime se osigurava najbolje preživljavanje biljaka i očuvanje mutacija s gospodarski korisnim svojstvima među njima. Ne smije se dopustiti veliki vremenski razmak između tretiranja sjemena i sjetve, inače se može smanjiti klijavost i povećati štetni učinak. Kako bi se smanjio štetan učinak mutagena, preporuča se oprati tretirano sjeme u tekućoj vodi.

Različite generacije biljaka dobivenih iz sjemena izlaganjem mutagenima označene su slovom M s odgovarajućim brojčanim indeksima: M-1 - prva generacija, M-2 - druga itd.

Da bi se dobile ekonomski korisne mutacije u bilo kojoj sorti, preporuča se podvrgnuti 2000 do 4000 sjemenki mutagenom učinku. Selekcija mutacije najčešće se provodi u M2. Ali budući da nisu sve mutacije otkrivene u M1, one se ponavljaju u M2. Ponekad odabir počinje u M1. U ovom slučaju odabiru se dominantne mutacije, kao i visoko produktivne biljke za naknadnu selekciju genskih mutacija koje nisu povezane s kromosomskim preraspodjelama u potomstvu.

Prva generacija mutanata uzgaja se pod optimalni uvjeti prehrana i hidratacija. Biljke M1 vrši se odvojeno ili zajedno. Odvojenim vršidbama u drugoj generaciji siju se pojedinačna potomstva (obitelji) pojedinih biljaka, što olakšava izdvajanje mutacija s gospodarski korisnim svojstvima. U drugoj generaciji odabiru se mutanti s dobro definiranim vrijednim svojstvima i biljke kako bi se dobile male mutacije u sljedećoj generaciji. U budućnosti, mutacije se podvrgavaju selekciji ili se koriste u međusobnom križanju ili sa sortama.

Do danas su u svijetu stvorene mnoge mutirane sorte poljoprivrednih biljaka. Neki od njih imaju značajne prednosti u usporedbi s izvornim sortama. Posljednjih godina u istraživačkim ustanovama u našoj zemlji dobiveni su vrijedni mutirani oblici pšenice, kukuruza, sona i drugih ratarskih i povrtlarskih kultura. Zonirane su mutantne sorte ozime pšenice Kiyanka, jare pšenice Novosibirskaya 67, ječma Minsky, Temp, Debyut, soje Universal, lupina ranog Kijeva, Horizonta i Dnepra s visokim sadržajem proteina, zobi Zeleny, graha Sanaris 75 i drugih usjeva.

U Svesaveznom istraživačkom institutu za uljarice, prvi put u svijetu uzgojem metodom kemijske mutageneze, stvorena je sorta suncokreta Pervenets (maslinov mutant), čije ulje sadrži do 75% oleinske kiseline. Po kvaliteti nije niže od ulja dobivenog iz plodova suptropske zimzelene masline. Mnoge mutirane sorte trenutno se proučavaju u proizvodnim uvjetima i testiraju na sortnim parcelama Državne komisije za ispitivanje sorti poljoprivrednih kultura.

Posebnu pozornost uzgajivača privlači korištenje mutacija patuljastog rasta. Ovaj problem je u mnogim zemljama povezan s provedbom oplemenjivačkih programa za stvaranje sorata s niskim stabljikama intenzivnih žitarica koje uz navodnjavanje i primjenu visokih doza mineralnih gnojiva mogu dati prinose zrna od 100 c/ha i više. Jedan od najvrjednijih donora kratkih stabljika u pšenici bila je stara japanska zimska sorta Norin 10, koja ima tri para spontano nastalih recesivnih patuljastih gena dw (od engleskog dwarf - patuljak) s nejednakim učinkom (dwx>dw2>dwz) .

Ako obična sorta ima visinu stabljike veću od 150 cm, kod polupatuljastih sorti s jednim patuljastim genom visina stabljike je 100-110 cm, a kod sorti s dva i tri patuljasta gena 70-90 odnosno 45 cm. -50 cm.

Rad na stvaranju sorti pšenice s kratkim peteljkama korištenjem gena Norin 10 u Meksičkom međunarodnom centru za poboljšanje pšenice i kukuruza (CIMMYT) bio je iznimno učinkovit. Mnoge su zemlje razvile vlastite, lokalno prilagođene sorte intenzivnog tipa niske stabljike na temelju meksičke patuljaste pšenice.

Uz recesivne gene patuljastog rasta sorte Norin 10, u oplemenjivanju sorata intenzivnog tipa koriste se dominantni geni čiji su nosioci tibetanska pšenica Tot Roise (Tom Pus) i rodezijska sorta Olsen Dwarfs. Ovi geni smanjuju visinu stabljike kod pšenice čak i više nego recesivni geni. Njihovom uporabom moguće je stvoriti trogene patuljaste sorte ultraniskog rasta s visinom stabljike 30-35 cm. Pretpostavlja se da će proizvodnja takvih sorti povećati potencijal prinosa pšenice u uvjetima vrlo intenzivnog usjeva. uzgoj do 150 c/ha i više. U Krasnodarskom istraživačkom institutu za poljoprivredu dobiveni su kemijskom mutagenezom patuljasti mutanti iz sorti ozime pšenice Bezostaya 1 i Mironovskaya 808. Patuljasti mutanti Bezostaya 1, koji imaju dobru kvalitetu zrna i veću otpornost na zimu, naširoko se koriste u hibridizaciji.

Na temelju mutantnog patuljastog Krasnodarskog, 6 godina je uzgajana sorta ozime pšenice koja nije polijegala intenzivnog tipa Semi-dwarf 49. Institucije za uzgoj naše zemlje uspješno koriste prirodni mutant EM-I, koji nosi dominantni gen kratke stabljike. , za dobivanje visoko produktivnih sorti ozime raži.

Uz pomoć patuljastih mutanata riže, bilo je moguće stvoriti sorte koje su otporne na polijeganje, osjetljive na visoke doze mineralnih gnojiva, a također se razlikuju po visokoj plastičnosti zbog neutralne fotoperiodičke reakcije.

Vrijedne mutirane sorte ječma dobivene su u Austriji, FRG-u, DDR-u, SAD-u, Čehoslovačkoj i Švedskoj. U Krasnodarskom istraživačkom institutu za poljoprivredu, kemijskom mutagenezom, od sorte ozimog ječma Zavet dobiven je polupatuljasti 55M1 otporan na polijeganje. Na istom institutu dobiven je i divovski širokolisni debelasti mutant zobi i na njegovoj osnovi stvorena sorta Zeleny koja daje vrlo visoke prinose krmne mase.

Mutagenezom se također dobivaju patuljasti hibridi kukuruza. Za takve hibride treba povećati prinos i ubrzati sazrijevanje smanjenjem troškova hranjiva i vode za rast stabljike, što će ujedno omogućiti njihov uzgoj u puno većoj gustoći sadnje i korištenje u ponovnim usjevima.

Značenje biokemijskih mutacija iznimno je veliko. Tako su u kukuruzu spontane mutacije proteinskog kompleksa opaque-2 (dull-2) i floury-2 (fariny-2) poslužile kao osnova za stvaranje hibrida s visokim sadržajem esencijalnih aminokiselina. recesivni gen povećava sadržaj lizina u različitim genotipovima za 1,5-2 puta. Poludominantni gen fl2 ima tu sposobnost u manjoj mjeri, pod njegovom kontrolom sadržaj metionina značajno raste. Time se smanjuje količina zeina, a povećava sadržaj drugih proteina bogatijih ovim aminokiselinama. Kod nas su stvoreni prvi visokolizinski hibridi kukuruza Krasnodar 82VL, Krasnodar 303VL, Hercules L. Njihov protein sadrži približno 1,5 puta više lizina od konvencionalnih hibrida. Životinje hranjene zrnom hibrida kukuruza s visokim udjelom lizina značajno povećavaju prirast tjelesne težine, a trošak hrane znatno je niži nego kod obroka s običnim kukuruzom.

Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.

Pitanje 1. Koje su glavne razlike između modifikacija i mutacija?

Modifikacijska varijabilnost je fenotipska, odnosno ne utječe na genotip. Stoga se modifikacije ne prenose s koljena na koljeno. Ako faktor koji ga uzrokuje zaustavi svoje djelovanje, tada nakon nekog vremena modifikacija može nestati. Mutacijska varijabilnost je promjena u genotipu koja se javlja pod utjecajem čimbenika vanjskog i unutarnjeg okruženja, pripada genotipu, tj. Mutacije se prenose s generacije na generaciju.

Modifikacije su adaptivne prirode: zahvaljujući njima, tijelo se prilagođava promjenjivim uvjetima okoline. Na primjer, opekline od sunca, koje nastaju tijekom prekomjerne insolacije, služe za zaštitu dubokih slojeva kože i drugih organa i tkiva od jakog ultraljubičastog zračenja. Za to je zaslužan pigment melanin koji se na suncu u velikim količinama stvara u koži. Mutacije nisu uvijek korisne. Često su štetni za tijelo i smanjuju sposobnost preživljavanja pojedinca.

Preinake su grupne prirode: pod istim uvjetima sve se jedinke iste vrste mijenjaju na sličan način. Osim toga, znajući koji čimbenik djeluje na skupinu organizama iste vrste, može se pretpostaviti u kojem će se smjeru dogoditi promjene. Mutacije nastaju iznenada, nesmjerno, isti mutagen u različitim organizmima može izazvati različite mutacije.

Genske ili točkaste mutacije utječu na strukturu gena, tj. postoji kršenje nukleotidnog slijeda u molekuli DNA. Na primjer, povreda u nukleotidnoj sekvenci AGHTCCA može biti povezana s gubitkom (AG_CCA), s dodatkom (AGGTCCA) ili zamjenom (AGTCCA) jednog od njih.

Rezultat mutacije gena je stvaranje novog proteina. Čak i jedan promijenjeni nukleotid može imati veliki utjecaj na održivost organizma. Ako se novi protein, koji se pojavio uz sudjelovanje mutiranog gena, u svojoj strukturi i svojstvima znatno razlikuje od izvornog, organizam može umrijeti. Beznačajne promjene u proteinu neće utjecati na održivost jedinke.

Kromosomske mutacije povezane su s promjenama u strukturi kromosoma. Struktura kromosoma se mijenja kada je redoslijed gena u njemu povrijeđen. Da točno niz A-B-C-D-E-F s gubitkom mjesta može se pretvoriti u A-_-C-D-E-F, a s naglim udvostručenjem - u A-B-C-D-C-D-E-F. Može biti i drugih promjena.

Broj kromosoma također je podložan promjenama. U tom slučaju dolazi do takozvanih genomskih mutacija.

Genom - skup gena karakterističnih za haploidni skup kromosoma u organizmu određene vrste. Ako se broj kromosoma udvostruči, utrostruči, tj. poveća za čitav niz kromosoma, tada govorimo o poliploidiji (od grčkog polyplos - višestruk, eidos - pogled). Poliploidija nastaje kao posljedica kršenja divergencije kromosoma u mejozi.

Kromosomski set može se povećati ili smanjiti za jedan, dva ili više kromosoma. Takve mutacije, u pravilu, povlače za sobom poremećaje u strukturi i funkcioniranju vitalnih organskih sustava. Downova bolest je klasičan primjer takve mutacije: ljudi s ovom bolešću imaju tri kromosoma u 21. paru.

Pitanje 3. Što može umjetno povećati broj mutacija?materijal sa stranice

Broj i raznolikost mutacija može se povećati korištenjem mutagena. Muta-geni – čimbenici koji uzrokuju mutacije, uključuju prvenstveno ionizirajuće zračenje. Zračenje povećava broj mutacija stotinama puta. Mutageni su također ultraljubičasto zračenje, razni kemijski spojevi, uključujući tvari otrovne za tijelo.

Pitanje 4. Koje su mutacije češće - korisne ili štetne?

Budući da su mutacije povrede genotipa regulirane tijekom milijuna godina prirodnom selekcijom, one su u osnovi štetne za tijelo, čak često dovode do smrti jedinke. Ponekad mutacije mogu biti korisne za organizam pod određenim uvjetima. Na primjer, na otocima su česti jaki vjetrovi, a leteći kukci često stradaju. U tim uvjetima, uslijed mutacija, pojavili su se oblici bez krila, za koje se pokazalo da su u povoljnijim uvjetima od kukaca s krilima.

Niste pronašli ono što ste tražili? Koristite pretraživanje

Na ovoj stranici materijal o temama:

• mutacijska varijabilnost ukratko
• mutational variability sažetak
• mutacijska varijabilnost.Beljajev
• Što može umjetno povećati broj mutacija?
• Esej o mutaciji