Mutációk

spontán v. indukált

gén-, kromoszóma – és genomiális mutációk

Mutációs ráta : generációs időegység alatti mutációs események száma génenként kifejezve.

Kromoszóma mutációk

Változások a kromoszómák szerkezetében

A kromoszóma mutációk fogalma

Kromoszóma mutációk azok a folyamatok, melyek kromoszóma részek átrendeződését, a kromoszómák számának megváltozását vagy akár az egész kromoszóma szerelvény számának változását eredményezik.

E változások többnyire mikroszkóppal láthatók és genetikailag analizálhatók.

Sok kromoszóma mutáció a sejt vagy szervezet abnormális működését okozza: abnormális génszám (inbalance) és pozíció vagy a törés okozta génfunkció hiány miatt.

Lehetőséget adnak a gének helyzetének és számának megváltoztatására a genetikai alapkutatásban, az orvostudomány, a növénynemesítés és az állattenyésztés területén és alapot adnak az evolúció folyamatának.

A citogenetika kombinálja a citológiát és a genetikát a genom szerveződésének megismeréséhez.

Kromoszómák topográfiája I.

A kromoszómák száma fajra jellemző tulajdonság.

Kromoszómák topográfiája II.

• A centroméra helyzete meghatározza a kromoszóma alakját.

Kromoszómák topográfiája III.

A kromoszóma szám és a centroméra helyzete alapján egy adott faj kromoszóma szerelvényének tagjai csoportosíthatók és az egyes kromoszómák azonosíthatók. Az ember kromoszóma szerelvénye.

A kromoszóma átrendeződések típusai

• Deficiencia vagy deléció egy kromoszóma darab kiesése.

• Duplikáció: egy kromoszóma régió megkétszereződése.

• Inverzió: egy kromoszóma szakasz 180 fokos átfordulása az adott kromoszómán belül.

• Transzpozíció: gének sorrendjének megváltozása egy kromoszómán.

• Transzlokáció: két nem homológ kromoszóma közötti részek kölcsönös kicserélődése. (Reciprok transzlokáció)

A kromoszóma átrendeződés mechanizmusa I.

• Átrendeződések létrejötte töréssel és újraegyesüléssel.

Deléciók keletkezésének mechanizmusai

• Egy törés terminális, két törés interszticiális deléciót eredményez.

Cri du chat – macskasírás szindróma

• Az ember esetében a genom kiegyensúlyozatlanság miatt a legkisebb deléciók is komoly abnormalitást okoznak.

• A macskasírás szindróma estében az 5. kromoszóma rövid (p) karjának vége hiányzik, és jár mikroencefáliával, holdszerű arccal és szellemi elmaradottsággal.

Rákos sejtek gyakran mutatnak deléciókat

Duplikációk

• Duplikációs diploid heterozigóta három kópiát hordoz az adott kromoszóma régióból. Párosodáskor duplikációs csavart láthatunk.

Duplikáció is mutathat fenotípust

• A Drosophila domináns Bar (B) szemalak mutációját duplikáció okozza. Elcsúszott párosodásból keletkező triplikációs

kromoszóma még erősebb fenotípust mutat.

A duplikációk lehetőséget adnak a mutációs változásoknak, a funkciók divergálásának

• Az emberi hemoglobin gén duplikációs változások eredménye. Különböző életkorokban különböző alegységek alakítják ki a

működő hemoglobin molekulát.

Sok hemoglobin betegség egyenlőtlen átkereszteződés eredménye

Inverziók

Ha két törés történik egy kromoszómán, a törés 180 fokkal elfordulhat az újraegyesülés előtt.

A delécióval és duplikációval ellentétben nem történik mennyiségi változás a genetikai anyagban.

Gyakran életképesek és nem mutatnak fenotípust. Ha a törés esszenciális funkciójú génben történik, akkor nem kapunk homozigótát.

Az emberi 3. kromoszóma inverziója

Egy

heterozigóta férfi

spermiumaiból

kimutatták a

rekombinációs

termékeket:

Normális 38%

Inverziós 32%

Dp(q)-Df(p) 17%

Dp(p)-Df(q) 13%

A Dp(q)-Df(p) terméket

kimutatták már

abnormális gyerekben,

de a fordított termék

letális.

Reciprok transzlokációk

• Ha akrocentrikus kromoszómák között történik, megváltozhat a kromoszóma szám is.

Két nem-homológ kromoszóma között kölcsönösen cserélődnek ki darabok.

Új kapcsoltsági viszonyokat alakít ki és drasztikusan megváltoztathatja a kararányokat.

Transzlokációk humán esetei I.

• Az 5p15;11q23 transzlokációs heterozigóta mutatja a „cri du chat” és a 11q duplikációval összefüggő szindrómát is.

Transzlokációk humán esetei II.

• Humán rákos sejtekben gyakran fordulnak elő transzlokációk.

Kromoszóma mutációk II.

Változások a kromoszóma számban

Euploidia

Egy faj alap kromoszómaszáma a monoploid szám (n).

A szervezetek, melyek ezek egészszámú többszörösét hordozzák az euploidok.

Azok az euploidok, melyek több mint kétszeresét hordozzák a kromoszómaszámnak a poliploidok.

A haploid szám (n) a gamétákban jelenlevő kromoszómaszám.

Pl.: a búza esetében 6n=42 és n=7.

Mono v. Haploidok

A hím méhek, darazsak, hangyák - parthenogenetikus fejlődés. Nincs normális meiózisuk. Ha meiózis történik annak valószínűsége, hogy az összes kromoszóma egy pólushoz vándoroljon = (1/2)x-1. Nagy szerepük van a modern nemesítésben. Pollenkultúraembrioidmonoploid növény.

A kolhicin biológiai hatása

• A kolhicin az őszi kikericsből kivont alkaloida, amely az osztódási orsót bénítja. Segítségével a sejtekben a kromoszómaszám

megkétszerezhető.

A kolhicin felhasználása

• Kolhicinkezelés használatával a steril monoploid növény fertilis diploiddá alakítható.

Poliploidok

Autopoliploidok, amelyek ugyanazon faj többszörös kromoszóma szerelvényét hordozzák.

Az allopoliploidok közelrokon fajok kromoszóma szerelvényeinek összeadódásából képződnek. Ilyenkor, mivel az eredeti fajok kromoszómái csak részlegesen azonosak, homeológ kromoszómákról beszélünk.

Triploidok

• 4n és 2n keresztezéséből jönnek létre. Meiózisuk zavart, életképes, teljes értékű gaméta keletkezésének

valószínűsége (1/2)x, annak valószínűsége, hogy két ilyen gaméta találkozzon és magot képezzen: (1/2)x x (1/2)x.

AutotetraploidokTöbbnyire a genom spontán megduplázódásai, melyek eredményeként nagyobb tömegű egyedeket kapunk.

Di-, tetra- és oktoploidok sztóma méretei.

Allopoliploidok (amphidiploidok)

• Az elsőt G. Karpecsenko szintetizálta 1928-ban a káposzta n1=9 és a retek n2=9 keresztezéséből. Az új faj neve: Raphanobrassica.

A Brassica-félék fajképződése

Az alloploiploidia

nagy szerepet

játszott a

fajképződésben.

A termesztett búza kialakulása

• A homológ párosodást a B csoport 5. kromoszómájának hosszabbik karján található Ph gén biztosítja.

Szomatikus sejthibridizációval előállított allopoliploidok

Protoplaszt + polietilénglikol (PEG) segítségével a sejtek fuzionáltathatók.

Nicotinana tabacum (2n =48) előállítható a N. sylvestris (2n=24) x N. tomentosiformis (2n=24) keresztezésével, de sejtfúzióval is.

A N. tabacum bármely szülőhöz visszakeresztezve 36 kromoszómás hibridet ad, melyben 12 kromoszóma párosodik és 12 univalens.

A két valószínű szülő egymással keresztezve 24 kromoszómás hibridet ad, melyben nincs párosodás, de N. tabacum előállítható ezek kolchicinezésével vagy a két szülő sejtfúziójával.

Poliploidia az állatvilágban

Laposférgek, piócák, garnélák megtermékenyítetlen petéiből (parthegonenezis) utódok fejlődnek. Gyakoriak a poliploid kétéltűek és hüllők. Az osztrigák tenyésztésében fontos szerepet játszik a triploidia.

Némely hal szintén poliploid. Kimutatható, hogy egy ilyen esemény két taxonómiai értelemben vett családot eredményezett. A Salmonoida (lazacfélék) család tagjai, bár különböző kromoszómaszámúak, de kétszer annyi DNS-t tartalmaznak, mint a hozzá taxonómiailag közelálló család tagjai.

A humán poliploid zigóták többnyire in utero elpusztulnak, bár triploid bébi születhet, de nem élnek túl.

Aneuploidia - nem euploid

Egy vagy néhány kromoszómával több, vagy kevesebb van az adott genomban.

2n-1= monoszóm

2n-2= nulliszóm (1 pár homológ elvesztése)

2n+1= triszóm

2n+1+1= kettős triszóm.

Egy haploid faj n+1 aneuploidját diszómnak nevezzük.

Monoszómok (2n-1)

• Többnyire végzetesek, egyrészt a genom kiegyensúlyozatlanság, másrészt a letális mutációk pszeudodomináns kifejeződése miatt.

• A mitózisban vagy meiózisban bekövetkező kromoszóma szétnemválás (nondisjunction) produkál monoszóm és triszóm gamétákat.

Emberi monoszóm a Turner szindróma (XO)

• 44A+1X, alacsony növésű, a váll és nyak közötti bőrlebennyel, menstruáció nélküli nő, 1/5000 gyakorisággal fordul elő.

Emberi triszómia: Kleinefelter szindróma (XXY)

• A Kleinefelter szindróma 1/1000 gyakoriságú fiúszületés. Nyúlánk, szellemileg elmaradott, steril.

• Ellenkezője az XYY genotípusú „szuperférfi” szintén 1/1000 gyakorisággal fordul elő. Meiózisuk XY típusú, nem adnak YY vagy XY gamétákat.

A 21-es kromoszóma triszómiája: Down kór

• Az élő születések 0,15%-a, gyakorisága az anya korától függ. Szellemileg visszamaradott (IQ=20-50), széles, lapos arc, távolálló szemek, alacsony növés, nagy, redőzött nyelv.

• A nő lehet fertilis és fele-fele arányban adhat normális és triszómiás utódokat. A férfiak nem reproduktívak. A közepes életkor kb. 17 év.

Az anya életkora és a Down kór gyakorisága

Egymillió megfogant emberi zigóta sorsa

Szomatikus aneuploidok

Spontán keletkeznek a testi szövetekben.

Embernél az XY zigótából XO/XYY utód jöhet létre az Y kromoszóma szétnemválása miatt az első osztódáskor.

Ha ez később következik be, XY/XO/XYY mozaik jön létre. XO/XY mozaik jöhet létre ha az Y elvész az első osztódáskor.

XX/XY mozaik kettős megtermékenyítésből származhat.

Gynandromophok

• A Drosophila bilaterális gynanderei. Egy w+m+/w m heterozigótából az első osztódáskor elveszett a w+m+ jellegeket hordozó X kromoszóma, így megjelenhet a

mutáns fenotípus.