Mutacje genomowe i czynniki mutagenne

Mutacje są to zmiany dziedziczne powstające nagle, skokowo w skutek zmiany genu w nowy jego allel (mutacje genowe – punktowe) lub zmiany struktury lub liczby chromosomów (aberracje chromosomowe i liczbowe). Mutacje genomowe zmieniają właściwą (euploidalną) liczbę chromosomów; są skutkiem zaburzeń w rozchodzeniu się chromosomów homologicznych w czasie mejozy lub zwielokrotnienia całego garnituru chromosomalnego. Mutacje mogą powstawać samoistnie lub pod wpływem czynników mutagennych, czyli mogą być wywoływane przez człowieka – indukowane. Mogą przejawiać się efektami fenotypowymi dużymi lub nieznacznymi. Termin mutacje został wprowadzony przez de Vriesa w 1909 roku, który prowadził badania na wiesiołku Lamarka – Oenothera lamarkiana.

Czynniki mutagenne:
- promieniowanie jonizujące oraz nadfioletowe
- czynniki chemiczne wpływające na DNA lub proces replikacji DNA
- kwas azotowy III – HNO2, który powoduje dezaminację (usuwa grupy NH2) zasad azotowych co prowadzi do zmiany zasad cytozyny na uracyl, itp.
- związki alkilujące (związki mające grupy alikilowe) np. pochodne iperytu
- analogi zasad np. 5 bromouracyl analog tyminy
- barwniki akrydynowe np. proflawina, akryflawina, oranż akrylowy, których działanie polega na deformacji helisy – powodując delecje lub insercje
- alkaloidy – kolchicyna prowadzące do poliploidalności
- czynniki metaboliczne np. deficyt jonów Ca i Mg
- wysoka temperatura
- sole met. Ciężki

Mutacje liczbowe – aberracje liczbowe:

Liczba chromosomów w komórkach somatycznych wynosi 2n – diploidalna – jest to liczba stała i charakterystyczna dla danego gatunku. W gametach liczba chromosomów wynosi 1n – haploidalna. Zmiany dotyczące liczby chromosomów to mutacje liczbowe.

1. aneuploidy – organizmy o strukturze genomu w postaci 2n-1 nonosomiki lub 2n+1 trisomiki; mutacje te dotyczą pojedynczej pary chromosomów przy czym pozostałe są normalne
2. euploidy – poliploidy dzielimy na autopoliploidy i alloploidy
a) autopoliploidy – organizmy posiadające zwielokrotniony cały garnitur chromosomalny tj. 2n; 3n; 4n; xn
- przyczyną tych mutacji jest brak rozdziału chromosomów w mitozie dzięki czemu może powstać jądro o podwójnej liczbie chromosomów i w wyniku dalszych podziałów wyrosnąć może osobnik poliploidalny (tzn. cały poliploidalny lub posiadający tylko niektóre tkanki poliploidalne)
- przyczyną mogą być również zaburzenia mejozy – brak rozdziału chromosomów
- inną przyczyną jest tzw. endomitoza – czyli replikacja chromosomów bez udziału jądra – prowadzi do poliplodalności
- w celu wywołania poliploidyzacji można zastosować takie czynniki mutagenne jak np. kolchicyna – alkaloid dezorganizujący wrzeciono kariokientyczne, nie hamując replikacji, uniemożliwia rozdział zrepliowanych chromosomów; kolchicyna stosowana jest powszechnie w rolnictwie w celu uzyskania poliploidalnych odmian pszenicy, kukurydzy itp. w celu uzyskania większych plonów, innym mutagenem prowadzącym do poliploidalności jest accnaften
- poliploidalność jest często spotykana u roślin np. gameta 2n + gameta 2n = osobnik 4n – tetraploid; gameta 1n + gameta 2n = osobnik 3n – triploid
- autopoliploidy – powstają w obrębie tego samego gatunku
b) alloploidy – amfiploidy – organizmy posiadające sumę diploidalnych diploidalnych liczb chromosomów dwóch form rodzicielskich o chromosomach niehomologicznych; czyli są to mutanty powstałe z połączenia dwóch różnych genomów; mieszańce są najczęściej niezdolne do życia – wyjątek muł – wykazujący większą żywotność w porównaniu z rodzicami; wszystkie bezpłodne

Znaczenie poliploidów:
a) u roślin zazwyczaj korzystne np. mutanty pszenicy, kukurydzy, buraków dają lepsze plony
- poliploidalnośc prowadzi do zwiększenia objętości komórki, wykazano jednak że nie wszystkie organy powiększają się jednakowo; zmiany te określono jako gigantyzm organów
- poliploidy mają zwykle mniej szparek oddechowych na powierzchni liścia, stąd mniej intensywna transpiracja – dlatego są bardziej odporne na suszę
- najbardziej korzystne są tetraploidy (4n) u form z wyższą liczbą chromosomów zachodzę nieprawidłowości w wykształcaniu się organów
b) u zwierząt mają zazwyczaj charakter letalny lub subletalny

Choroby genetyczne u ludzi spowodowane mutacjami genomowymi: (wywołane nondysjunkcją w pierwszym lub drugim podziale mejotycznym)

- trisomia 21 pary chromosomów (2n=47) tzw. zespół Downa lub idiotyzm mongoidalny – objawia się niedorozwojem umysłowym, niski wzrost, skośne szpary powiekowe, nieprawidłowości w rozwoju zębów, duży język, wąskie podniebienie, wady narządów wewnętrznych; pomimo upośledzenia chorzy osiągają pewien stopień rozwoju umysłowego; wykazują typowe cechy charakterologiczne – pogodne usposobienie, instynkt społeczny, upór; zespół Downa predysponuje do występowania białaczki (10x częściej)
- trisomia 13 pary chromosomów (2n=47) tzw. zespół Pataua – objawy: niedorozwój umysłowy, wady oczu, deformacja uszu, rozczep wargi, polidaktylia, wady narządów
- trisomia 18 para tzw. zespół Edwardsa – objawy: głęboki niedorozwój umysłowy, wady rozwojowe, wczesna śmierć w okresie niemowlęcym
- zespół Klinefeltera 2n + XXY u mężczyzn (niedorozwój jąder, obniżona inteligencja) i 2n + 3X u kobiet (zaburzenia miesiączkowania lub wtórny brak miesiączki, niski stopień inteligencji)
- zespół Turnera 2n + X – (niski wzrost, infantylizm narządów płciowych, bezpłodność)