Мутационная изменчивость

 

Ч.Дарвин справедливо считал, что одним из ведущих факторов эволюции является неопределенная наследственная изменчивость, которая в современном понимании соответствует мутационной изменчивости. Все признаки и свойства живых организмов могут быть подвержены мутационной изменчивости. Они могут усилить или уменьшить проявление любого признака, изменить характер его проявления, обусловить возникновение нового признака или свойства. Детальное изучение любого вида животных показывает наличие у них различного рода мутационных изменений. У дрозофилы в каждом поколении 25% откладываемых яиц содержат те или иные мутации. Не всякая мутация может проявиться, так как большинство из них рецессивные и в гетерозиготном состоянии не проявляются, а накапливаются в панмиктических популяциях в скрытом состоянии.

Н.П.Дубинин считает, что важную роль в наследственной изменчивости играют мутации структурных генов, а также преобразования в регуляторной области и в избыточной части ДНК. Все это способствует возникновению малых мутаций, накапливающихся в геноме. Частота возникновения малых мутаций значительно больше, чем макромутаций, возникающих в результате хромосомных перестроек. В целом хромосомные мутации имеют меньшее значение в эволюции, так как часто являются причиной стерильности особей из-за нарушения коньюгации гомологичных хромосом в мейозе. Важное значение в эволюции растений имеют геномные мутации – ауто- и аллополиплоидия.

Термин «мутация» был введен в генетику Г.де Фризом, голландским ученым, который в течение многих лет (1886-1901) изучал явление наследственной изменчивости у растения энотеры. Мутациями (от лат.mutatio – изменение, перемена) называют наследственные изменения признака, органа или свойства, обусловленные изменениями наследственных структур.

Мутации (Гершензон С.М., 1991) – это внезапные изменения генетического аппарата организма, приводящие к тем или иным изменениям его морфологических, физиологических или биохимических признаков (в совокупности называемых фенотипом организма). Мутации, возникающие в половых клетках (генеративные мутации), передаются по наследству, а мутации происходящие в клетках тела (соматические мутации), нередко приводят к генетической мозаичности (мозаичность эритроцитов вследствие анастомозов кровеносных сосудов, что вызывает бесплодие телочек – фримартинки). Те части развивающегося организма, которые образовались из несущей мутацию клетки (мутантной), оказываются измененными, другие же его части остаются неизменными. Соматические мутации у животных по наследству не передаются. Все мутации обязаны изменениям, происходящим в генетическом аппарате организма, в первую очередь в хромосомах клеточного ядра и находящихся в них генах, а также в генетическом аппарате внеядерных цитоплазматических структур (митохондрии, плазмиды), имеющихся в клетках.

Ф.Хатт в книге «Генетика животных»(1969) описывает мутации у различных видов сельскохозяйственных животных и птиц. В разведении животных особое внимание уделяют появлению нежелательных, вредных, летальных или полулетальных мутаций. Это бесшерстность, беззубость, укорочение позвоночника, укорочение нижней челюсти, сращение ноздрей, недоразвитие мозжечка - у крупного рогатого скота. Изогнутость передних конечностей, частичное отсутствие кожи, бесшерстность - у лошадей. Отсутствие конечностей, волчья пасть, паралич задних конечностей, дефекты строения копыт - у свиней. Уродливый череп, отсутствие конечностей, бесшерстность, дефекты строения копыт - у овец. Особенно много летальных мутаций описано у кур: коротконогость (ползающие куры), карликовость, отсутствие верхней или нижней части клюва, двупалость, отсутствие оперения, слепота. Большая часть мутаций у животных обусловливает патологическое развитие органов. Вместе с тем некоторые мутации используются человеком при создании новых пород норок, имеющих ценную окраску меха, разведение курчавоперых кур, серых каракульских овец и т.д.

Н.И.Вавиловым в 1935 г. был установлен закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости:

1. Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.

2. Целые семейства растений, в общем, характеризуются определенным циклом изменчивости, входящей через все роды и виды, составляющее семейство»

Этот закон полностью соответствует характеру мутационной изменчивости и у животных. Особое значение имеет этот закон при получении индуцированных мутаций.

Мутагенез- это процесс возникновения мутаций. Мутагенез может быть спонтанным (без вмешательства человека) и индуцированным (вызывают искусственно, воздействуя на организм специальными факторами, называемыми мутагенами). Растение, животное, микроорганизм у которого произошла мутация, называют мутантом.

Индуцированные мутации были изучены в 1927 г. американским генетиком Г.Меллером (при воздействии ультрафиолетовыми лучами на плодовую мушку дрозофилу), в СССР Сахаровым В.В., Лобашовым М.Е., Гершензоном С.М., Раппопортом И.А. Ультрафиолетовые лучи вызывают разнообразные повреждения нуклеиновых кислот, из которых наибольшее мутагенное значение имеют гидратация пирамидинов, особенно цитозина, и образование димеров пиримидинов, главным образом тимина. Гидратация цитозина, заключающаяся в присоединении воды к двойной связи между атомами углерода, приводит к появлению урацила, спаривающегося не с гуанином, а с аденином. Кроме того, гидратированные пиримидины образуют сшивки с белками, следствием чего может быть потеря отдельных нуклеотидов. Димеры пиримидинов ведут к таким же мутациям, потому что димер не спаривается ни с одним основанием и при репликации ДНК в синтезируемой новой нити напротив димера остается незаполненная брешь. Имеют место разрывы углеводно-фосфатного остова и некоторые другие изменения структуры молекул нуклеиновых кислот.

Мутагены делят на физические – это ионизирующее излучение (рентгеновские лучи, гамма-лучи, бета-частицы (электроны и протоны), нейтроны, альфа-частицы) и химические – это алкилирующие соединения (диметилсульфат, иприт – горчичный газ, этиленимин, N-нитрозоалкилмочевина, нитрозометилмочевина, нитрозоэтилмочесина), аналоги азотистых оснований, акридиновые красители, уретан, формальдегид. Мутагенны некоторые лекарства – кофеин, тиотэф, актиномицин, гикантон; некоторые инсектициды и гербициды – ДДТ, каптан, линдан, гидразин малеиновой кислоты, отдельные косметические средства – химические красители для волос и лаки для волос содержащие винилхлорид. К слабым мутагенным добавкам относится нитрит натрия, афлотоксин, производные нитрофурана. Ионизирующие излучения вызывают необратимые изменения генетического аппарата. Летальная доза для мыши составляет 600Р, для человека – 700Р. Еще различают критическую и стимулирующую дозы. Химические мутагены вызывают образование злокачественных опухолей у животных и человека.

Установлено, что мутагенными свойствами обладают вирусы. При патологических изменениях в зараженных вирусами клетках животного особенно часто встречаются хромосомные аберрации, главным образом разрывы хромосом, а также генные мутации. Данные показали значительное повышение частоты наследственных дефектов у детей, рожденных матерями, болевшими краснухой (вирусная болезнь) перед зачатием или в начале беременности. Сходные данные получены и для вируса гриппа.

Мутагенными свойствами обладают аттенуированные (ослабленные, потерявшие заразность) вирусы, используемые в качестве живых вирусных вакцин, которыми ежегодно иммунизируются многие миллионы детей для предотвращения их заражения полиомиелитом, корью. Но поскольку есть веские основания считать, что мутагенность вирусов определяется содержащейся в них нуклеиновой кислотой, а не вирусными белками, было бы очень желательно освобождать вирусные вакцины от нуклеиновой кислоты.