Понятие мутаций, классификация и значение для эволюции

Останнім часом також  ведуться інтенсивні дослідження з  індукованого мутагенезу на об'єктах промислового рибництва – коропа, товстолобика, райдужної форелі. Мета таких досліджень – визначення ефективності та особливості дії різних хімічних мутагенів з наступним відбором мутантів для подальшої селекції [11].

Отже, відбір індукованих  мутантів широко використовується в  сільському господарстві та селекції.

 

2.3. Значення мутацій у мікробіології

 

Коли в 1925 р. російські  генетики Г. А. Надсон і Г. С. Філіппов займалися опроміненням дріжджів променями  радію, вони вирішували не тільки наукові  завдання, їх метою було отримати і  нові штами дріжджів, корисні для  людини. Ця ідея зіграла особливо важливу роль після відкриття антибіотиків. Деякі гриби і бактерії виробляють речовини, що вбивають їх конкурентів – інших бактерій. Ці речовини назвали антибіотиками. Однак організми, що живуть у природі, виділяють дуже мало антибіотиків. Пеніцилін навчилися виділяти в чистому вигляді і застосовувати в медицині в 1940-1942 рр. У цей час він був дуже дорогим і тому недоступним для широкого застосування. У результаті використання радіації і хімічних мутагенів і відбору мутантів вже до 1954 р. продуктивність мікроорганізмів вдалося збільшити в 50 разів. Те ж відбувалося зі стрептоміцином, тетрацикліном та іншими антибіотиками [1].

В даний час все світове  виробництво антибіотиків засноване  на використанні мутантів, отриманих  під дією радіації чи хімічних мутагенів. Мікроорганізми, що виробляють антибіотики, піддавали дії мутагенів, потім серед його нащадків відбирали найбільш вдалі форми, розмножували їх і знову піддавали дії мутагенів. Ця процедура називається ступінчастим відбором. В результаті такого відбору продуктивність деяких мікроорганізмів вдалося збільшити в 1000 разів [7].

У 1964 р. в Інституті атомної енергії ім. І. В. Курчатова С. І. Аліханян з співробітниками отримав штам бактерій, що виділяє в 500 разів більше лізину, ніж вихідний штам.

 Були отримані мутантні  штами мікроорганізмів, що володіють  здатністю руйнувати шкідливі  речовини, що містяться в стічних  водах виробництва каучуку [18].

Цілком ймовірно, що сила нових методів з особливою силою проявлялася в селекції тих організмів, у яких для отримання мутацій і відбору можна використовувати багато особин, що дають швидку зміну поколінь. Багато бактерій, грибів, актиноміцетів й інших форм становлять великий практичний інтерес для сільського господарства і медицини. Перед мікробіологічною промисловістю, що дає амінокислоти, вітаміни, антибіотики, жири та інші речовини, відкриті величезні можливості [18].

Мутаційна селекція виявилася  незамінною ланкою в новій галузі інтенсивного використання найважливіших  мікроорганізмів на службі у людини. Вплив радіації чи хімічних мутагенів  на молекулярні структури і викликає нові форми протікання біохімічних  процесів у клітині [18].

Отже, мутаційна селекція є незамінною у галузі використання мікроорганізмів на службі у людини.

 

 

 

 

2.4.Значення мутацій в еволюції

 

Основи розуміння ролі мутацій в еволюції були закладені в 20-х рр. 20 ст. роботами радянського генетика С. С. Четверикова, англійських вчених Дж. Холдейна і Р. Фішера і американського вченого С. Райта, що поклали початок розвитку еволюційної генетики. Було показано, що всі спадкові зміни, що служать матеріалом для еволюції, зобов'язані мутації (комбінативна мінливість, що виникає шляхом утворення нових поєднань генів при схрещуванні, в кінцевому рахунку, теж є наслідком мутації, що зумовлюють генетичні відмінності перехресних особин) [18].

На відміну від модифікацій, мутації не є однозначною реакцією на викликаючий їх вплив: один і той же мутагенний фактор призводить до виникнення різноманітних мутацій, які зачіпають ті чи інші ознаки організму і змінюють їх у різних напрямках. Тому самі по собі мутації не мають адаптивного характеру. Однак постійно виникаючі у будь-якого виду живих істот мутації, багато з яких до того ж довго зберігаються в популяції в прихованому вигляді (рецесивні мутації), служать резервом спадкової мінливості, який дозволяє природному відбору перебудовувати спадкові ознаки виду, пристосовуючи його до мінливих умов середовища (зміни клімату або біоценозу, переселенню в новий ареал і т. п.) [17].

Найбільше значення для еволюції мають генні мутації. Незважаючи на відносну рідкість мутації кожного гена, загальна частота спонтанних генних мутацій дуже значна, тому що генотип багатоклітинних організмів складається з десятків тисяч генів [8].

Геномні і хромосомні мутації такі як поліплоїдія (кратне збільшення кількості хромосом) і дуплікації (подвоєння певних ділянок хромосом) відіграють особливу роль в еволюції. Це пов'язано з тим, що вони збільшують кількість генетичного матеріалу і тим самим відкривають можливість виникнення нових генів з новими властивостями [17].

 Коли ми порівнюємо  каріотип різних видів ссавців, ми виявляємо, що в ході еволюції цих видів відбувалися і закріплювалися і інші хромосомні мутації, такі як транслокації та інверсії. Каріотип людини відрізняється від шимпанзе та інших антропоїдів однієї транслокацією і декількома інверсіями. За десятки мільйонів років незалежної еволюції в каріотипу людини і землерийки виникли і закріпилися десятки різних транслокацій і інверсій. Ці хромосомні перебудови не могли б закріпитися, якби вони різко порушували життєздатність або плодючість їх носіїв [20].

 Мутаційний процес  є найважливішим фактором еволюції. Мутаційний процес змінює гени і порядок їх розташування в хромосомах і тим самим збільшує генетичну різноманітність популяцій. Він створює надлишкові копії генів і таким чином відкриває можливість ускладнення організмів. Мутації виникають випадково і не направлено. Адаптивна цінність кожної мутації не постійна. Вона визначає взаємодією мутантного алеля з іншими генами організму і з умовами середовища, в якому розвивається і живе мутантний організм [17].

 Мутаційний процес, створюючи  нові алелі генів, змінює частоти  алелів у популяціях. Завдяки тільки мутаційному процесу новий алель може практично повністю витіснити старий алель з популяції. Однак, це буде відбуватися вкрай повільно. Чим нижче частота алелі, тим повільніше вона буде змінюватися за рахунок мутацій. Якби мутаційний процес був єдиним фактором еволюції, то сама еволюція відбувалася набагато повільніше, ніж насправді. Частоти генів в популяціях змінюються не тільки і не стільки за рахунок мутаційного процесу, але завдяки дії інших чинників еволюції [17].

Отже, мутації служать резервом спадкової мінливості, що є матеріалом для еволюційного процесу.

 

ВИСНОВКИ

 

1. Мутації у природі спонтанні, передаються у спадок, зустрічаються досить рідко і можуть бути різних типів. Частота виникнення мутацій залежить від: генотипу організму, фази онтогенезу, стадії гаметогенезу, мітотичного і мейотичного циклів хромосом, хімічної будови окремих ділянок хромосом і ін.
2. Під мутаційним процесом, як правило, мають на увазі не тільки процес виникнення мутацій, але і їх накопичення, поширення та елімінацію. Мутагенез виникає при впливі на організм мутагенами – факторами, що викликають мутації. Існує три групи мутагенів: фізичні, хімічні та біологічні.
3. Генетична інформація будь-якого організму захищена від мутаційних ушкоджень. Існує ряд систем, що захищають організм від мутацій. Захист організму від мутагенних факторів здійснюється на декількох рівнях.
4. Мутаційний процес є причиною різноманітних спадкових захворювань.
5. Індуковані мутації знаходять широке використання у сільському господарстві, селекції, мікробіології, фармацевтиці тощо.
6. Мутаційний процес є найважливішим фактором еволюції. Мутації служать резервом спадкової мінливості, що є матеріалом для еволюційного процесу.

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

1. Айала Ф. Современная генетика : в 3 т. / Ф. Айала, Дж. Кайгер. – М.: Мир,1988.
2. Ауэрбах Ш. Наследственность / Ш. Ауэрбах. – М. : Высшая школа, 1969. – 307 с.
3. Бадалян Л. О.  Наследственные болезни у детей / Л. О. Бадалян. – М. : Медицина, 1971. – 344 с.
4. Бадалян Л. О. Наследственные болезни / Л. О. Бадалян, Ю. Е. Вельтищев. – М. : Медицина, 1980. – 350 с.
5. Биологический энциклопедический словарь / [Гл. ред. М. С. Гиляров]. – М. : Советская энциклопедия, 1986. – 574 с.
6. Бочков Н. П. Генетика человека (Наследственность и патология) / Н. П. Бочков. – М. : Знание, 1978. – 492 с.
7. Генетика / [Гуттман Б., Гриффите Э., Сузуки Д., Куллис Т.]. – М. : ЭКСМО, 2004. – 448 с.
8. Гилберт С. Биология развития : в 3 т. / С. Гилберт. – М.: Мир, 1993.
9. Головачев Г. Д. Наследственность человека / Г. Д. Головачев. – Т. : Наука, 1983. – 387 с.
10. Горбунова В. Н. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний / В. Н. Горбунова, В. С. Баранов СПб.: Мир и семья, 1997. – 288 с.
11. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. 3 тома. — М.: Мир, 1990 г.
12. Гринн Н. Биология / Н. Гринн – М. : Мир, 1993. – 256 с.
13. Дубинин Н. П. Новое в современной генетике / Н. П. Дубинин. — М.: Наука, 1989. – 298 с.
14. Инге-Вечтомов С. В. Генетика с основами селекции / С. В. Инге-Вечтомов. – М. : Высшая школа, 1989.
15. Кибернштерн Ф. Гены и генетика / Ф. Кибернштерн. – М. : Параграф, 1995. – 432 с.
16. Козлова С. И. Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование / С. И. Козлова. – М. : Знание, 1996. – 336 с.
17. Коржинский С. Гетерогенезис и эволюция. К теории происхождения видов / С. Коржинский. – СПб. :  Мир и семья, 1899. – 94 с.
18. Мюнтцинг А. Генетика / А. Мюнтцинг – М. : Высшая школа, 1967. – 231 с.
19. Приходченко Н. Н. Основы генетики человека / Н. Н. Приходченко, Т. П. Шкурат. – М. : Феникс, 1997. – 401 с.
20. Тихомирова М. М.  Генетический  анализ:   учебное   пособие / Л.: Издательство Ленинградского университета, 1990. – 378 с.