Изменчивость (лекция 5)

1.

Изменчивость

2.

изменчивость
Фенотипическая
(ненаследственная)
модификационная
Генотипическая
(наследственная)
комбинативная
мутационная

3.

Фенотипическая (модификационная) изменчивость.
• Изменение фенотипа под действием факторов
среды
• Не затрагивает генотип
• Является результатом изменения работы
генов
• Обеспечивает приспособление организмов к
постоянно меняющимся условиям среды

4.

Модификационная изменчивость
- адаптивные реакции организма в ответ на
изменение условий среды
Норма реакции – обусловленный генотипом диапазон
изменений признака под действием среды
Признаки бывают :
- пластичные
- с широкой нормой реакции,
- непластичные - с узкой нормой реакции (константные)
Гены
Признак
Среда

5.

Пенетрантность – проявление гена в признак (%)
Экспрессивность – степень выраженности признака

6.

Примеры фенотипической изменчивости
Изменение окраски горностаевого кролика под действием
температуры

7.

Примеры фенотипической изменчивости –
мыши на разной диете

8.

Примеры фенотипической изменчивости
Трансгенные мыши агути (yellow agouti (Avy) mouse), имеют желтую шерсть
и предрасположенность к ожирению (рис слева). При добавлении в корм фолиевой
кислоты, витамина В12, холина и метионина развивается нормальное потомство без
отклонений (рис справа). Приобретенные в результате диеты изменения сохраняются
в нескольких последующих поколениях: детеныши мышей агути рожали нормальных
мышей даже при обычном питании.

9.

изменчивость
наследственная
генотипическая
мутационная
эпигенетическая
ненаследственная
фенотипическая
модификационная
генные мутации; SNP; ДНК-аддукты; альтернативный сплайсинг; варианты белков
метилирование ДНК
редактирование генома
хромосомные микроделеции
изменение длины теломер
геномные
амплификация генов
комбинативная

10.

Эпигенетическая изменчивость –
изменение экспрессии генов
при изменении структуры и химического состава хроматина
без нарушения последовательности нуклеотидов в ДНК
Является механизмом модификационной изменчивости

11.

Пример эпигенетических изменений ДНК –
метилирование ДНК
• Метилирование цитозина в местах с повтором Ц – Г; Г –Ц
может приводить к выключению гена
• Метильные группы наследуются в клеточных поколениях
• Изменение активности генов ведет к фенотипическим
проявлениям, которые также наследуются

12.

механизмы эпигенетики
Регулируют все этапы синтеза белка и проявления гена в признак
Ген
транскрипция
пре-м-РНК
механизмы
процессинг
контроля
м-РНК
(эпигенетические?)
трансляция
полипептид
посттрансляция
белок
признак

13.

Основные эпигенетические механизмы
Изменения хроматина (ДНК и гистонов)
1. Модификация (метилирование) ДНК
2. Модификация (ацетилирование, метилирование) гистонов
3. РНК-интерференция и другие ncРНК механизмы

14.

Метилирование ДНК и модификация гистонов (фосфорилирование,
метилирование, ацетилирование) определяют состояние хроматина (открытый или
закрытый) и активность генов

15.

Ацетилирование хвостов гистонов активирует хроматин, метилирование
закрывает

16.

Y-хромосома человека
Общая длина – 59 373 566 п.н.
Всего генов - 496
Псевдогенов - 330
Генов ncРНК - 85
Генов, кодирующих белки - 67
Не охарактеризованных участков – 14
• Гены ncРНК – гены, продуктом которых являются РНК, не
транслирующиеся далее в белок. Выполняют регуляторные
функции: контроль дифференцировки, поддержание
идентичности клеток и др. – Механизмы эпигенеза
• Из 22 тыс белок-кодирующих генов генома млекопитающих
более 2,5 тыс – гены транскрипционных факторов,
регулирующих активность других генов (самое большое
семейство генов) – Механизмы эпигенеза

17.

Инактивация Х хромосомы большой ncРНК Xist
Распространяясь по Х-хромосоме, эта РНК (Xist) инактивирует ее

18.

Генотипическая изменчивость
1. Комбинативная изменчивость –
комбинирование генов и хромосом при половом
размножении
Механизмы:
1. В мейозе: а) кроссинговер
б) случайное расхождение гомологичных
хромосом в анафазе-I
2. Случайное сочетание гамет при оплодотворении
3. Случайная встреча родительских особей
(панмиксия)
Значение – увеличение материала для
естественного отбора – ускорение эволюции

19.

Мутационная изменчивость
Мутации – внезапные и устойчивые изменения
генотипа, возникающие под влиянием факторов
внешней и внутренней среды, передаются по
наследству.
Термин введен в 1901 г. Гуго де Фризом.
Скачкообразные изменения, передающиеся по наследству.
• Мутагенез – процесс образования мутаций.
• Мутагены – факторы, вызывающие мутации.

20.

Классификация мутаций
По характеру изменения уровня организации
генетического материала различают:
1. Генные ( изменения гена)
2. Хромосомные ( изменение структуры хромосом )
3. Геномные ( изменение количества хромосом )

21.

1. Генные мутации
С заменой
пар оснований:
Пурин - Пурин
1. Транзиции
А
2. Трансверсии
Перимидин - Перимидин
Г
Пурин - Перимидин
Инверсии
ГАГ
Ц
Т
Перимидин - Пурин
А
Ц
А
Т
Г
Ц
Г
Т
ГТЦ
ГАГ ЦЦЦААГ ГТЦ

22.

Вызывющие сдвиг рамки считывания
( фреймшифт-мутации )
с изменением количества нуклеотидов
1. Делеции
ААТГ ГТАА ГГТТ
ААТГ ГГТТ
ГТАА
2. Дупликации
ААТГ ТГТГ
3. Транспозиции
ААТГ ААТГ ТГТГ
ААТГ ГГТГ
ГГТГ ААТГ
Происходят во время репликации ДНК
или во время репарации ДНК
и по результату могут быть:
- НОНСЕНС – мутациями – бессмысленные
- МИССЕНС – мутациями – меняет смысл
- НЕЙТРАЛЬНЫМИ мутациями

23.

Генные мутации
1927г.американский ученый Г.Мёллер облучал Rлучами дрозофилу получил множество мутаций.

24.

2. Хромосомные мутации
( аберрации )
1. Делеции
- терминальные
( дефишенси )
- интерстициальные
2. Дупликации
3. Инверсии
4. Транслокации
внутрихромосомные
- центрические кольца
- ацентрические кольца

25.

3. Геномные мутации
1. Гаплоидии ( 2n
n)
2. Полиплоидии ( 3n , 4n , 5n и т.д. )
3. Анеуплоидии
- трисомии ( 2n +1 )
- полисомии ( 2n +2, 2n +3 и т. д. )
- моносомии ( 2n – 1)
- нулисомии ( 2n – 2)

26.

Триплоидия у человека (3n)

27.

1. Спонтанные ( возникают в нормальных
условиях )
2. Индуцированные ( возникают в
результате воздействия мутагенов
различной природы )

28.

Мутагенные факторы
1. Физические
-излучения ( УФ, рентген,
ионизирующая радиация и др.)
2. Химические
- ионы тяжелых металлов, Н2О2, пестициды, компоненты табачного
дыма, хлорированная вода, цитостатики и пр.
3. Биологические
- РНК- содержащие вирусы, плесневые грибы, вырабатывающие
афалотоксины

29.

1. Генеративные
( передаются гаметами
следующему поколению при половом размножении)
2. Соматические
( наследуются при
вегетативном размножении. Могут приводить к
мозаицизму ).

30.

1. Отрицательные ( летальные)
2. Нейтральные ( не влияют на
жизнедеятельность )
3. Полезные ( повышают
адаптационные способности
организма - HLA-B57)

31.

1. Ядерные ( изменяют геном ядра )
2. Цитоплазматические ( изменяют
геном ДНК–содержащих органоидов –
митохондрий и пластид )

32.

Значение мутаций
• Биологическое – материал для эволюции
• Медицинское – наследственные болезни (10 000)
- врожденные пороки развития
- спонтанные аборты (50% - до
имплантации, 20% - после имплантации)
- снижение репродуктивной способности,
бесплодие
- генетический груз (около 20 рецессивных
генов наследственных заболеваний у каждого человека)
- онкологические заболевания