Мутационная изменчивость. Мутационная теория. Типы мутаций

Термин «мутация» впервые был предложенГ. Де Фризом в его классическом труде «Мутационная теория» (1901-1903).

Основные положения мутационной теории:

1.Мутация возникает скачкообразно , т.е. внезапно, без переходов.

2. Образовавшиеся новые формы наследуются, т.е. являются стойкими .

3. Мутации не направлены (т. е. могут быть полезными, вредными или нейтральными).

4. Мутации – редкие события.

5. Одни и те же мутации могут возникать повторно .

Мутация – это скачкообразное стойкое ненаправленное изменение генетического материала.

3. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Следующим после мутационной теории Де Фриза серьезным исследованием мутаций была работа Н.И. Вавилова по наследственной изменчивости у растений.

Изучая морфологию различных растений, Н.И Вавилов в1920 г . пришел к выводу, что, несмотря на резко выраженноеразнообразие (полиморфизм) многих видов , можно заметить и четкиезакономерности в их изменчивости . Если взять для примера семейство злаков, то окажется, что одинаковые отклонения признаков присущи всем видам (карликовость у пшеницы, ржи, кукурузы; колоски безостые, неосыпающиеся и т.д.).

Закон Н. И. Вавилова гласит: «Виды и роды,генетически близкие , характеризуютсясходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можнопредвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов».

Свой закон Н.И. Вавилов выразил формулой:

где G 1 , G 2 , G 3 , – виды, аa , b , c – различные варьирующие признаки.

Этот закон важен прежде всего для селекционной практики , потому что даёт направление поиска неизвестных форм у растений (вообще у организмов) данного вида, если они уже известны у других видов.

Под руководством Н.И.Вавилова были организованы многочисленные экспедиции по всему миру. Из разных стран были привезены сотни тысяч образцов семян культурных и диких растений для коллекции Всесоюзного института растениеводства (ВИР). Она до сих пор является важнейшим источником исходных материалов при создании новых сортов.

Теоретическое значение этого законасейчас не кажется столь большим, каким считалось в 1920 г. В законе Н.И. Вавилова содержалось предвидение того, что у близкородственных видов должны бытьгомологичные , т.е. сходные по структуре гены. В тот период, когда о структуре гена ничего не было известно, это был, безусловно, шаг вперед в познании живого (закон Н.И.Вавилова сравнивали по значимости с периодическим законом Д. И. Менделеева). Молекулярная генетика, секвенирование генов подтвердили правильность догадки Н.И. Вавилова, его идея стала очевидным фактом и уже не является ключом к познанию живого.

4. Классификация мутаций

Наиболее полную классификацию мутаций предложил в 1989 г. С. Г. Инге-Вечтомов . Приводим ее с некоторыми изменениями и дополнениями.

I . По характеру изменения генотипа :

Генные мутации, или точковые.

Хромосомные перестройки.

Геномные мутации.

II . По характеру изменения фенотипа :

Морфологические.

Физиологические.

Биохимические.

Поведенческие

III . По проявлению в гетерозиготе :

Доминантные.

Рецессивные.

IV . По условиям возникновения :

Спонтанные.

Индуцированные.

V . По локализации в клетке :

1. Ядерные.

2. Цитоплазматические (мутации внеядерных генов).

VI . По возможности наследования (по локализации в организме ):

1. Генеративные (возникшие в половых клетках).

2. Соматические (возникшие в соматических клетках).

VII . По адаптивному значению :

Полезные.

Нейтральные.

Вредные (летальные и полулетальные).

8. Прямые иобратные .

Теперь дадим пояснения по некоторым типам мутаций.

Мутационная теория , или, правильнее, теория мутаций, составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия законов Г. Менделя в трудах Г. де Фриза (1901-1903). Еще раньше к представлениям о скачкообразном изменении наследственных свойств пришел русский ботаник С.И. Коржинский (1899) в своем труде «Гетерогенезис и эволюция». Так что справедливо говорить о мутационной теории Коржинско- го-де Фриза. Гораздо обстоятельнее мутационная теория изложена в трудах Г. де Фриза, посвятившего большую часть жизни изучению проблемы (нутационной изменчивости растений.

На первых порах мутационная теория всецело сосредоточилась на фенотипическом проявлении наследственных изменений, практически не занимаясь механизмом их возникновения. В соответствии с определением Г. де Фриза мутация представляет собой явление скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака Определение понятия «мутация» вызывает трудности. До сих пор, несмотря на многочисленные попытки, не существует краткого определения мутации, лучшего, чем дал Г. де Фриз, хотя и оно не свободно от недостатков.

Основные положения мутационной теории Г. де Фриза сводятся к следующему:

• 1. Мутации возникают внезапно как дискрегные изменения признаков.
• 2. Новые формы устойчивы.
• 3. В отличие от ненаследственных изменений мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они представляют собой качественные изменения.
• 4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными.
• 5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.
• 6. Сходные мутации могут возникать неоднократно.

Как и многие генетики раннего периода, Г. де Фриз ошибочно считал, что мутации могут сразу давать начало новым видам, т. е. минуя естественный отбор. Г. де Фриз создал свою мутационную теорию на основе экспериментов с различными видами Oenothera. Парадокс заключался в том, что в действительности он не получил мутаций, а наблюдал результат комби нативной изменчивости, поскольку формы, с которыми он работал, оказались сложными гетерозиготами по транслокациям.

Строгое доказательство возникновения мутаций принадлежит В. Иоганнсену, изучавшему наследование в чистых (самоопыляющихся) линиях фасоли и ячменя. Полученный им результат касался количественного признака - массы семян. Мерные значения таких признаков обязательно варьируют, распределяясь вокруг некоей средней величины. Мутационное изменение подобных признаков и обнаружил В. Иоганнсен (1908-1913).

Так или иначе, но гипотеза о возможности скачкообразных наследственных изменений - мутаций, которую на рубеже столетий обсуждали многие генетики, получила экспериментальное подтверждение.

Крупнейшим обобщением работ по изучению изменчивости в начале XX в. стал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова (1920). Согласно этому закону близким видам и родам организмов свойственны сходные ряды наследственной изменчивости. Чем ближе таксономически рассматриваемые организмы, тем большее сходство наблюдается в ряду (спектре) их изменчивости. Справедливость этого закона Н.И. Вавилов проиллюстрировал на огромном ботаническом материале.

Закон Н.И. Вавилова находит подтверждение в изучении изменчивости животных и микроорганизмов не только на уровне целых организмов, но и отдельных их структур. Достаточно вспомнить эволюционный принцип параллелизма в развитии тканей, сформулированный А.А. Заварзиным.

Закон Н.И. Вавилова имеет большое значение для селекционной практики, поскольку прогнозирует поиск определенных форм культурных растений и животных. Зная характер изменчивости одного или нескольких близких видов, можно целенаправленно искать формы, еще не известные у данного организма, но уже открытые у его таксономических родственников. Своим законом гомологических рядов Н.И. Вавилов фактически заложил основы нового направления - сравнительной генетики.

Мутационная теория

Мутационная теория или теория мутаций - раздел генетики, закладывающий основы генетической изменчивости и эволюции.

Возникновение

Мутационная теория составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия Т. Морганом законов Менделя в начале 20 столетия. Можно считать, что она почти одновременно зародилась в умах голландца Де Фриза (1903) и отечественного ученого-ботаника С. И. Коржинского (1899). Однако приоритет в первенстве и в большем совпадении изначальных положений принадлежит российскому ученому . Признание основного эволюционного значения за дискретной изменчивостью и отрицание роли естественного отбора в теориях Коржинского и Де Фриза было связано с неразрешимостью в то время противоречия в эволюционном учении Ч. Дарвина между важной ролью мелких уклонений и их «поглощением» при скрещиваниях (см. кошмар Дженкина).

Основные положения

Основные положения мутационной теории Коржинского - Де Фриза можно свести к следующим пунктам :

1. Мутации внезапны, как дискретные изменения признаков
2. Новые формы устойчивы
3. В отличие от ненаследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они являют собой качественные скачки изменений
4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными
5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследуемых особей
6. Сходные мутации могут возникать неоднократно

Исследования Х. Де Фриза проводились на различных видах Oenothera , которые в ходе эксперимента не выщепляли мутации, а показывали сложную комбинативную изменчивость, поскольку эти формы являлись сложными гетерозиготами по транслокациям.

Строгое доказательство возникновения мутаций принадлежит В. Иоганнсену на основе экспериментов на самоопыляющихся линиях фасоли и ячменя - были исследованы массы семян, мутационное изменение этого признака и обнаружил В. Иоганнсен (1908-1913 гг). Примечательно то, что даже имея мутационный характер, масса семян распределялась относительно некоторых средних значений, тем самым ставя под сомнение третий пункт мутационной теории.

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Мутационная теория" в других словарях:

Утверждает, что из двух категорий изменчивости непрерывной и прерывистой (дискретной), только дискретная изменчивость передаётся по наследству. Разработана голл. ботаником X. Де Фризом в 1901 1903. Осн. положения М. т.: мутация возникает внезапно … Биологический энциклопедический словарь

Мутационная теория - * мутацыйная тэорыя * mutation theory теория, основанная на признании наследуемости только дискретных (мутационных) изменений в геноме организма. М. т. была разработана была Г. де Фризом в 1901 1903 гг. Ряд ее положений (создание видов в… … Генетика. Энциклопедический словарь

Возникла в результате открытия мутаций наследственных изменений признаков и свойств организмов. Согласно мутационной теории (российский ученый С. И. Коржинский, 1899, нидерландский Х. Де Фриз, 1901 1903), резкие, внезапные мутации решающий фактор … Большой Энциклопедический словарь

Возникла в результате открытия мутаций наследственных изменений признаков и свойств организмов. Согласно мутационной теории (российский учёный С. И. Коржинский, 1899, нидерландский X. Де Фриз, 1901 03), резкие, внезапные мутации решающий… … Энциклопедический словарь

Mutation theory мутационная теория. Tеория, основанная на признании наследуемости только дискретных (мутационных) изменений организма, разработана Х. Де Фризом в 1901 03; ряд положений М.т. (создание видов в результате мутаций без отбора и др.),… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

мутационная теория - ПАТОЛОГИЯ ЭМБРИОГЕНЕЗА МУТАЦИОННАЯ ТЕОРИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МУТАЦИОННОЙ ТЕОРИИ – 1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, без всяких переходов и не образуют непрерывных рядов. 2. Мутации передаются по наследству. 3. Они ненаправленны, т.е … Общая эмбриология: Терминологический словарь

Теория изменчивости и эволюции, созданная в начале 20 в. Х. Де Фризом. Согласно М. т., из двух категорий изменчивости непрерывной и прерывистой (дискретной), только последняя наследственна; для её обозначения Де Фриз ввёл термин Мутации.… … Большая советская энциклопедия

Теория происхождения видов, выдвинутая в нач. 20 в. Х. де Фризом, согласно которой новые виды возникают из старых скачкообразно, посредством крупных наследственных изменений мутаций. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, 2009 … Словарь иностранных слов русского языка

Возникла в результате открытия мутаций наследств. изменений признаков и свойств организмов. Согласно М.т. (X. Де Фриз, 1901 03), резкие, внезапные мутации решающий фактор эволюции, сразу ведущий к возникновению новых видов; естеств. отбору… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Мутационная теория канцерогенеза учение, согласно которому причиной возникновения злокачественных оп … Википедия

Книги

• Введение в изучение зоологии и сравнительной анатомии , Мензбир М.А.. Вниманию читателей предлагается книга выдающегося отечественного зоолога, академика АН СССР М. А. Мензбира (1855-1935), содержащая вводный курс зоологии и сравнительнойанатомии.…

Мутационная теория составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия Т. Морганом законов Менделя в начале 20 столетия. Можно считать, что она почти одновременно зародилась в умах голландца Хуго Де Фриза (1903) и отечественного ученого-ботаника С. И. Коржинского (1899). Однако приоритет в первенстве и в большем совпадении изначальных положений принадлежит российскому ученому. Признание основного эволюционного значения за дискретной изменчивостью и отрицание роли естественного отбора в теориях Коржинского и Де Фриза было связано с неразрешимостью в то время противоречия в эволюционном учении Ч. Дарвина между важной ролью мелких уклонений и их «поглощением» при скрещиваниях (см. кошмар Дженкина).

Основные положения мутационной теории Коржинского-Де Фриза можно свести к следующим пунктам:

1.Мутации внезапны, как дискретные изменения признаков

2.Новые формы устойчивы

3.В отличие от наследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они являют собой качественные скачки изменений

4.Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными

5.Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследуемых особей

6.Сходные мутации могут возникать неоднократно

ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ:

Мутация – это случайное явление, т.е. невозможно предсказать: где, когда и какое изменение произойдет. Можно только оценить вероятность мутации в популяциях, зная фактические частоты определенных мутаций.

Генные мутации выражаются в изменении структуры отдельных участков ДНК. По своим последствиям генные мутации делятся на две группы: мутации без сдвига рамки считывания и мутации со сдвигом рамки считывания.

Мутации без сдвига рамки считывания происходят в результате замены нуклеотидных пар, при этом общая длина ДНК не изменяется. В результате возможна замена аминокислот, однако из-за вырожденности генетического кода возможно и сохранение структуры белка.

Мутации со сдвигом рамки считывания (фреймшифты) происходят в результате вставки или потери нуклеотидных пар, при этом общая длина ДНК изменяется. В результате происходит полное изменение структуры белка.

Однако если после вставки пары нуклеотидов происходит потеря пары нуклеотидов (или наоборот), то аминокислотный состав белков может восстановиться. Тогда две мутации хотя бы частично компенсируют друг друга. Это явление называется внутригенной супрессией.

Нонсенс–мутации. Особую группу генных мутаций составляют нонсенс-мутации с появлением стоп-кодонов (замена смыслового кодона на стоп-кодон). Нонсенс-мутации могут возникать как вследствие замен нуклеотидных пар, так и с потерями или вставками. С появление стоп-кодонов синтез полипептида вообще обрывается. В результате могут возникать нуль-аллели, которым не соответствует ни один белок. Соответственно, возможно и обратное явление: замена нонсенс-кодона на смысловой кодон. Тогда длина полипептида может увеличиваться.

Методы выявления генных мутаций

Сложность выявления генных мутаций связана, во-первых, с рецессивностью большинства мутаций (вероятность их фенотипического проявления ничтожно мала), а во вторых с летальностью многих из них (мутанты не выживают).

Все множество методов выявления генных мутаций можно разделить на две группы: методы генетического анализа и биохимические методы.

1. Методы генетического анализа основаны на скрещивании возможных носителей мутации с тестерными линиями (линиями-анализаторами). Самый простой метод – это скрещивание носителей предполагаемой мутации с соответствующей рецессивно-гомозиготной линией, т.е. обычное анализирующее скрещивание.

Однако этот метод не позволяет выявить неизвестные мутации, а также летальные мутации. Поэтому создаются специальные тестерные линии для учета летальных мутаций.

2. Биохимические методы выявления мутаций исключительно разнообразны и основаны на применении различных методик.

а). Методики, основанные на выявлении определенных биохимических продуктов мутантных генов. Легче всего выявлять мутации по изменению активности ферментов или по утрате какого-либо биохимического признака. Например, у микроорганизмов на селективных питательных средах выявляются ауксотрофные формы, не способные синтезировать определенные вещества (по сравнению с нормальными, прототрофными формами).

б). Методики, основанные на непосредственном выявлении измененных нуклеиновых кислот и белков с помощью гель-электрофореза в сочетании с другими методиками (блот-гибридизации, авторадиографии).

Причины возникновения мутаций

По причинам возникновения различают спонтанные и индуцированные мутации.

Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без видимых причин. Эти мутации иногда рассматривают как ошибки трех Р: процессов репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Это означает, что процесс возникновения новых мутаций находится под генетическим контролем организма. Например, известны мутации, которые повышают или понижают частоту других мутаций; следовательно, существуют гены-мутаторы и гены-антимутаторы.

В то же время, частота спонтанных мутаций зависит и от состояния клетки (организма). Например, в условиях стресса частота мутаций может повышаться.

Индуцированные мутации возникают под действием мутагенов.

Мутагены – это разнообразные факторы, которые повышают частоту мутаций.

Впервые индуцированные мутации были получены отечественными генетиками Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925 г. при облучении дрожжей излучением радия.

Различают несколько классов мутагенов:

– Физические мутагены: ионизирующие излучения, тепловое излучение, ультрафиолетовое излучение.

– Химические мутагены: аналоги азотистых оснований (например, 5-бромурацил), альдегиды, нитриты, метилирующие агенты, гидроксиламин, ионы тяжелых металлов, некоторые лекарственные препараты и средства защиты растений.

– Биологические мутагены: чистая ДНК, вирусы, антивирусные вакцины.

– Аутомутагены – промежуточные продукты обмена веществ (интермедиаты). Например, этиловый спирт сам по себе мутагеном не является. Однако в организме человека он окисляется до ацетальдегида, а это вещество уже является мутагеном.

Термин «мутация» (от лат. mutatio – изменение) долгое время использовался в биологии для обозначения любых скачкообразных изменений. Например, немецкий палеонтолог В. Вааген называл мутацией переход от одних ископаемых форм к другим. Мутацией называли также появление редких признаков, в частности, меланистических форм среди бабочек.

Современные представления о мутациях сложились к началу XX столетия. Например, российский ботаник Сергей Иванович Коржинский в 1899 г. разработал эволюционную теорию гетерогенезиса , основанную на представлениях о ведущей эволюционной роли дискретных (прерывистых) изменений.

Однако наиболее известной стала мутационная теория голландского ботаника Хьюго (Гуго) Де Фриза (1901 г.), который ввел современное, генетическое понятие мутации для обозначения редких вариантов признаков в потомстве родителей, которые не имели этого признака.

Де Фриз разработал мутационную теорию на основе наблюдений за широко распространенным сорным растением – ослинником двулетним, или энотерой (Oenothera biennis ). У этого растения существует несколько форм: крупноцветковые и мелкоцветковые, карликовые и гигантские. Де Фриз собирал семена с растения определенной формы, высевал их и получал в потомстве 1…2% растений другой формы. В дальнейшем было установлено, что появление редких вариантов признака у энотеры не является мутацией; данный эффект обусловлен особенностями организацией хромосомного аппарата этого растения. Кроме того, редкие варианты признаков могут быть обусловлены редкими сочетаниями аллелей (например, белая окраска оперения у волнистых попугайчиков определяется редким сочетанием aabb ).

Основные положения мутационной теории Де Фриза остаются справедливыми и по сей день:

1. Мутации возникают внезапно, без всяких переходов.
2. Успех в выявлении мутаций зависит от числа проанализированных особей.
3. Мутантные формы вполне устойчивы.
4. Мутации характеризуются дискретностью (прерывистостью); это качественные изменения, которые не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (моды).
5. Одни и те же мутации могут возникать повторно.
6. Мутации возникают в разных направлениях, они могут быть вредными и полезными

В настоящее время принято следующее определение мутаций:

Мутации – это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Мутация – это случайное явление , т.е. невозможно предсказать: где, когда и какое изменение произойдет. Можно только оценить вероятность мутации в популяциях, зная фактические частоты определенных мутаций.

Генные мутации выражаются в изменении структуры отдельных участков ДНК. По своим последствиям генные мутации делятся на две группы:

• мутации без сдвига рамки считывания,
• мутации со сдвигом рамки считывания.

Мутации без сдвига рамки считывания происходят в результате замены нуклеотидных пар, при этом общая длина ДНК не изменяется. В результате возможна замена аминокислот, однако из-за вырожденности генетического кода возможно и сохранение структуры белка.

Мутации со сдвигом рамки считывания (фреймшифты ) происходят в результате вставки или потери нуклеотидных пар, при этом общая длина ДНК изменяется. В результате происходит полное изменение структуры белка.

Однако если после вставки пары нуклеотидов происходит потеря пары нуклеотидов (или наоборот), то аминокислотный состав белков может восстановиться. Тогда две мутации хотя бы частично компенсируют друг друга. Это явление называется внутригенной супрессией .

Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом . Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой . Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза – индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути – клетках-предшественницах спор и гамет). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.