Genų mutacijos: genų mutacijų mechanizmas ir svarba
Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie „Morgan“ genų mutacijas: genų mutacijų mechanizmą ir svarbą!
Jie yra nauji staigūs paveldimi nepertraukiamieji variantai, kuriuos sukelia nukleotidų tipo ir DNR segmento, atstovaujančio geną arba cistroną, seka. Pirmosios užregistruotos genų mutacijos yra „Ancon Sheep“ (1791) ir „hornless“ (paplitę) galvijai (1889 m.). Pirmasis mokslinis genų mutacijų tyrimas prasidėjo, kai Morgan 1910 m. Drosophiloje atrado baltą akių bruožą.
Image Courtesy: cc.scu.edu.cn/G2S/eWebEditor/uploadfile/20120812232008746.jpg
Visi genai gali mutuoti. Tačiau mutacija skiriasi nuo genų. Kai kurie genai kartojasi kas 2000 gametų (pvz., R-genas, skirtas spalvai kukurūzuose), o kiti to nepadaro kelioms milijonoms gametoms (pvz., Wx + genas vaško endospermui). Mutacijos kryptis nėra nuspėjama. Tai gali atsitikti visomis įmanomomis kryptimis ir visais įmanomais laipsniais. Mutuotas genas gali mutuoti atgal į laukinį tipą.
Mutacijos gali atsirasti ir somatinėse, ir gemalo ląstelėse. Jie gali būti mirtini, žalingi, neutralūs arba naudingi. Dauguma mutacijų yra recesyvinės ir apima funkcijų praradimą. Keletas yra dominuojančios, pvz., Aniridijų mutacijos (akies rainelės nebuvimas). Dėl vidinių priežasčių genų mutacijos gali atsirasti natūraliai ir automatiškai.
Jie vadinami spontaninėmis mutacijomis. Kiti gaminami iš išorinių veiksnių arba cheminių medžiagų. Jie yra žinomi kaip sukeltos mutacijos. Organai taip pat turi mutatorių genus (sukelia mutacijas pakeitus polimerazės aktyvumą) ir antimutatorinius genus (patikrinkite nukleotidų sekos pakitimą replikacijos metu).
1. Spontaninės mutacijos:
Tai yra mutacijos, kurios atsitiktinai, natūraliai ir automatiškai atsiranda dėl vidinių priežasčių, nesusijusios su jokiu išoriniu veiksniu. Spontaninių mutacijų dažnis svyruoja nuo 1 iki 2000 m. Galimos priežastys:
i) Fono spinduliai:
Jie atsiranda natūraliai iš įvairių šaltinių, pvz., Saulės, radioaktyviųjų mineralų, (ii) Tautomers. Visos keturios azoto bazės taip pat vyksta jų tautomerinėse arba izomerinėse būsenose, sudarant arba amino grupę (-NH, pvz., Citoziną, adeniną), o ne amino grupę (-NH2) arba enolą (-COH, pvz., Timiną, guaniną). vietoj keto grupės (= CO). Tautomerai susieja su skirtingomis bazėmis, kad sukeltų seką, kaip AT, pakeistų į CG. (iii) citozino dezaminavimas. Citozinas lėtai deaminuoja, kad susidarytų uracilas, kurio poros su adeninu sukelia bazinės poros pasikeitimą, (iv) kopijavimo klaida. Yra daug veiksmų, susijusių su replikacija, transkripcija ir vertimu. Bet koks neteisingas pasirinkimas arba skirtingos grupės įvedimas sukels mutaciją. Dauguma kopijavimo klaidų koreguojamos įrodymo metu, tačiau kelios išeina ištaisymo.
2. sukeltos mutacijos:
Jie yra mutacijos, gaunamos reaguojant į konkrečius išorinius veiksnius ir chemines medžiagas. Mulleris (1927 m.) Buvo pirmasis, sukėlęs sukeltas mutacijas Drosophiloje, atskleisdamas jas rentgeno spinduliais. Specifiniai aplinkos veiksniai ir cheminės medžiagos, sukeliančios mutacijas, vadinami mutagenais.
Mutagenai:
Bet koks ekstraląstelinis fizinis ar cheminis veiksnys, galintis sukelti mutacijas arba padidinti organizmų mutacijų dažnį, vadinamas mutagenu.
1. Fiziniai mutagenai:
Jie yra dviejų tipų, temperatūros ir didelio energijos spinduliavimo.
i) temperatūra:
Temperatūros padidėjimas padidina mutacijų greitį Q 10 = 5. Tai dar labiau padidinama aukštesnėje temperatūroje. Temperatūros kilimas nutraukia vandenilio jungimąsi tarp dviejų DNR krypčių ir taip denatūruoja pastarąją. Jis sutrikdo sintetinį procesą, susijusį su replikacija ir transkripcija. Yra žinoma, kad ryžiais maža temperatūra padidina mutacijų greitį.
ii) didelio energijos spinduliuotė:
Tarp jų yra neutronai, alfa dalelės, kosminiai spinduliai, gama dalelės, beta spinduliai, rentgeno spinduliai, ultravioletiniai spinduliai ir tt. Ultravioletiniai spinduliai yra nejonizuojančios spinduliuotės, kurios veikia DNR, formuodamos timino dimerus. Jis sukelia DNR dvipusio lenkimo sąnarius, kurie sukelia neteisingą pateikimą. Kiti dideli energijos spinduliai yra jonizuojančiosios spinduliuotės. Jie jonizuoja DNR sudedamąsias dalis, kurios gali reaguoti su keliomis biocheminėmis medžiagomis.
Yra žinoma, kad rentgeno spinduliai deaminuoja ir dehidroksilina azoto bazes, sudaro peroksidus ir oksiduoja deoksiribozę. Mulleris (1927 m.) Pirmasis paskatino mutacijas Drosophiloje, naudodamas rentgeno spindulius. Jis rado 150 kartų daugiau mutacijų. Branduolinių avarijų ir atominių bombų spinduliavimas, nukritęs per Hirosimą ir Nagasakį Japonijoje, sukėlė daug mutacijų.
2. Cheminiai mutagenai:
Jie yra kelių tipų. Dažniausiai tai yra azoto rūgštis, alkilinantys agentai, baziniai analogai ir akridinai.
i) azoto rūgštis:
Tai deaminuojantis agentas, kuris keičia citoziną į uracilą, guaniną į ksantiną ir adeniną iki hipoksantino. Hipoksantino nesusipratimai su citozinu. Todėl A-T pakeičiamas H-C. Panašiai — G pakeičiamas U-A ir X X. Šios neįprastos arba draudžiamos bazinės poros sutrikdo replikaciją ir transkripciją. Vertimo metu susidaro nebaigti arba defektiniai polipeptidai.
ii) alkilinimo medžiagos:
Azoto sinepai [pvz., RN (CH2CI) 2 ], dietilsulfatas (DES), dimetilnitrozamino (DMN) ir kiti alkilinimo agentai sukelia azoto bazių metilinimą arba etilinimą. Pastarasis nesugeba susieti su įprastais partneriais, taip pat neleidžia atskirti dviejų DNR grandinių.
iii) Pagrindiniai analogai:
Jie panašūs į normalias DNR bazes, todėl vietoj jų įsijungia į DNR. Šio tipo bendrieji mutagenai yra 5-bromouracilas ir 5-fluorouracilas. Jie pakeičia DNR timiną ir suporuoja su guaninu. Taigi A-T pakeičiamas G-Bu arba Fu. Tai sutrikdo replikaciją, transkripciją ir vertimą.
iv) akridinai:
Jie yra dervos kilusios heteroaronijos plokščiosios molekulės, iš kurių gaminami keli dažikliai ir vaistai. Acridinai (pvz., Acriflavinas, proflavinas, euflavinas, akridino oranžinis) patenka į DNR grandines tarp dviejų bazinių porų ir sukelia kelis nukleotidus. Tokiu būdu DNR nukleotidų sekos rėmas bus trikdomas ir skaityti kitaip. Jis taip pat žinomas kaip rėmo poslinkis arba gibberinė mutacija.
Genų mutacijų mechanizmas:
Mažiausia geno dalis, kuri gali patirti mutaciją, yra žinoma kaip mutonas. Jis gali būti toks pats, kaip ir vienas nukleotidas. Dauguma genų mutacijų apima tik vieno cistrono nukleotidų arba azoto bazės pasikeitimą. Šios genų mutacijos vadinamos taškų mutacijomis.
Mutacija, apimanti daugiau nei vieną bazinę porą, vadinama bruto mutacija. Genų mutacijos paprastai atsiranda replikuojant DNR. Todėl jie taip pat vadinami kopijavimo klaidų mutacija. Genas gali patirti keletą taškų mutacijų. Tai sukuria daug alelių. Genų mutacijos pasireiškia trimis būdais: inversija, pakaitalas (dviejų tipų - perėjimas ir transversionas) ir rėmo perėjimas (dviejų tipų - įterpimas ir ištrynimas).
1. Inversija:
DNR iškraipymas mutagenais gali pakeisti bazinę cistrono seką atvirkštine tvarka. Procesas vadinamas inversija. Nauja seka natūraliai turės skirtingus kodonus, pvz.,
2. Pakaitavimas (pakeitimas):
Pakeičiant azoto bazę keičiama kita. Tai dviejų tipų, pereinamojo ir trans-versija.
a) Perėjimas:
Azoto bazė pakeičiama kita rūšimi, ty vienas purinas pakeičiamas kitu purinu (adenino ↔ guaninu), o vienas pirimidinas - kitu pirimidinu (citozinu ym timinu arba uracilu).
b) Trans-versija:
Čia purino bazė pakeičiama arba pakeista pirimidino baze ir atvirkščiai, pvz., Uracilas arba timinas su adeninu ir citozinu su guaninu.
3. Rėmelio poslinkio mutacija:
Jie yra tos mutacijos, kuriose bazinės sekos rėmo nuskaitymas perkeliamas į šoną arba į priekį, dėl vieno ar daugiau nukleotidų įterpimo (papildymo) arba atgaline kryptimi dėl vieno ar daugiau nukleotidų ištrynimo. Todėl rėmo poslinkio mutacijos yra dviejų rūšių: įterpimas ir ištrynimas.
a) Įterpimas:
Vienas arba daugiau nukleotidų pridedamas DNR segmente, kuriame yra cistronas arba genas.
b) Išbraukta:
Vienas ar daugiau nukleotidų prarandamas iš segmento, kuriame yra cistronas arba genas.
Kartais yra vienas įterpimas ir vienodas vienodo skaičiaus nukleotidų ištrynimas, kad rėmelis nejudėtų, bet mutacija atsiranda dėl vienos ar kelių kodonų keitimo.
Nesąmonės, tos pačios prasmės ir netinkamos mutacijos:
Nonsensinė mutacija yra ta, kuri sustabdo polipeptidų sintezę dėl galutinio ar nesąmoningo kodono, ty ATT (UAA), ATC (UAG) ir ACT (UGA), susidarymo. Klaidinga prasme mutacija yra ta, kuri apima kodono, kuris specifinėje polipeptido vietoje sukelia skirtingą aminorūgštį, pasikeitimą, kuris dažnai sukelia jo neveikimą.
Ta pati prasme mutacija yra tyli mutacija, kurioje kodonas keičiamas, tačiau pokytis nekeičia aminorūgšties specifiškumo (pvz., GCA → GCT arba GCC arba GCG).
Mutacijų svarba:
1. Kintamumas:
Mutacijos yra visų populiacijos variacijų šaltinis. Kintamumas didina organizmo gebėjimą prisitaikyti prie jos aplinkos ir užkirsti kelią mirčiai ar pablogėjimui nepalankioje aplinkoje.
2. Genų tyrimas:
Nebent ir kol genas mutuos ir turi recesyvinį ar tarpinį alelį, jis lieka nepastebėtas ir jo reikšmė individo fiziologijai ir fenotipui negali būti įvertinta.
3. Evoliucija:
Mutacijos yra evoliucijos šaltinis. Jie papildo naujus populiacijų skirtumus. Skirtumai leidžia kai kuriems organizmams geriau įsitvirtinti kovoje už egzistavimą. Todėl jie išgyvena, o kiti, turintys mažiau skirtumų, žūsta.
Procesas tęsiasi, o variacijos kaupiasi. Dėl to atsiranda naujų veislių, porūšių ir rūšių. Kartais viena mutacija sukelia naujesnių tipų organizmus, pvz., „Ancon Sheep“, „Delicious Apple“, „Navel Orange“, „Cicer gigas“ („Giant Gram“), Arachis hypogea var. gigantija (milžiniškas žemės riešutas). Poliploidija sukėlė daug naujų organizmų. Dirbtinai sukėlė naujų rūšių (pvz., Triticale) ir geresnį derlių.
4. Pramoninė mikrobiologija:
Darbuotojai nuolat plėtoja naujesnes mutantines mikroorganizmų rases geresniam fermentacijos gebėjimui (pvz., Mielėms), geresniam antibiotikų (pvz., Penicillium) ir kitų biocheminių medžiagų derliui.
5. Pavojus sveikatai:
Didėjantis mutagenų naudojimas kelia darbuotojams ir kitiems gyventojų sluoksniams pavojų, kad gali kilti žalingų mutacijų. Todėl kai kurios šalys jau nustatė mutagenų naudojimo apribojimus ir reglamentus. Rentgeno spindulių technikai ir atominių elektrinių darbuotojai visada įspėjami, kad jie turi būti ypač atsargūs atsitiktinio poveikio atžvilgiu.
6. Gyvulininkystė:
Yra keletas naminių gyvūnų ir augintinių. Visi jie kilę iš laukinių rūšių per mutacijas. Pastarosios mutacijos apima Ancon avis, ragainius galvijus, kailį be kačių ir tt Mutacijos atsirado dėl didesnio pieno kiekio, laktacijos, kiaušinių gamybos, mėsos kiekio, vilnos derlingumo, pritaikymo įvairioms aplinkoms. Šios naudingos mutacijos buvo paimtos gyvūnų augintojų.
7. Žemės ūkis:
Mutacijos turėjo beveik revoliucinę žemės ūkio dalį tiek civilizacijos pradžioje, tiek dabar, tobulindamos žemės ūkį, siekiant patenkinti vis didėjančio žmonių gyventojų poreikius.
i) Dėl staigių mutacijų, pvz., kviečių, ryžių ir aliejinių grūdų, medvilnės pūkelių, atsirado galimybė auginti kelis augalus.
(ii) Žiediniai kopūstai, kopūstai, Brussel daigai ir Knol Kohl yra visi mutantai, sukurti iš laukinių kopūstų.
(iii) Augalų augintojai naudoja sukeltas mutacijas, kad pagerintų pasėlių augalus, kad gautų didesnį derlingumą, maistinę vertę, šiaudų standumą, atsparumą būstui, mažesnę pasėlių brandinimo trukmę, atsparumą ligoms ir pan. IARI, Naujasis Delis.
Borlaugh sukūrė daugybę populiarių meksikiečių kviečių veislių, subūrus nykštukinius mutantus. Jie iš pradžių buvo raudoni. Indai nepatiko spalvos. Jų auginimą Indijoje pavertė gintaro sėklos spalva (pvz., Sharbati Sonora) per mutacijas.
iv) Didžiojo derlingumo ryžių veislė „Reimei“ gaminama gama spinduliuotės būdu.
(v) Gustafsonas (1941, 1947) sukūrė keletą miežių veislių, sukeltų mutacijas. Dvi bendros miežių mutacijos yra „erektoidai“ ir „eceriferum“. Be aukšto derliaus, jie derino daug kitų naudingų simbolių, pavyzdžiui, atsparumą sausrai ir ligoms.
vi) Augalinių augalų trukmės sumažinimas nedarant įtakos derliui buvo vienas iš svarbių mutacijų indėlių. Tokios mutacijos buvo pasiektos beveik visose kultūrose, įskaitant cukrų (18 mėnesių iki mažiau nei 10 mėnesių), Castor (9 mėn. - 4, 5 mėn., Pvz., Aruna veislė).
vii) vegetatyviniuose dauginamuose augaluose mutacijos yra vienintelis kintamumo tobulinimo ir vystymosi šaltinis. Sukeltos mutacijos yra somatinės. Somatinė bananų mutacija sukėlė Bhaskara veislę, kurioje vaisių dydis yra 35 cm x 12 cm. Be sėklų apelsinų ir be sėklų vynuogės yra somatinės mutacijos. Somatinės mutacijos taip pat padėjo pagerinti ananasus ir bulvę.
viii) Apie 50 proc. dabartinių augalų ir sodininkystės augalų natūraliai išsivystė iš poliploidinių, pvz., kviečių, ryžių, kukurūzų, gramų, medvilnės, bulvių, cukraus, bananų, ananasų, obuolių, kriaušių ir pan.
ix) Dekoratyviniuose augaluose buvo sukurta daug mutacijų, siekiant padidinti jų grožį, ilgesnį gyvenimą ir kvapą, pvz., Dahlia, Rosa, Chrysanthemum, Pa- paver.
