Genetiske Variationer eller Mutationer i Fisker

I denne artikel vil vi diskutere om: - 1. Begrebet Genetik 2. Genetiske Variationer og deres Årsager 3. Genmutationer.

Begrebet genetik:

Med fremkomsten af undersøgelser i de sidste 56 år efter opdagelsen af dobbelt helixmodel af DNA (figur 37.1).

Genetik er opdelt i følgende grene, som er indbyrdes forbundne og overlappende forskningsområder:

(a) Transmission Genetics (undertiden benævnt Mendelian Genetics).

(b) Molekylær genetik og

Alle disse genetik sammen er ansvarlige for at forstå processen og overførslen af genetiske variationer fra generation til generation.

Endelig er det fastslået, at DNA er det genetiske materiale. Udseendet af karakter eller fænotype i organismen skyldes genetisk variation, dvs. ændringerne i sekvens af kodende region af genet og i dannelsen af nyt protein.

Ændringerne forekommer også i den ikke-kodende del af DNA / RNA også. Nu er det klart, at genetiske variationer er den eneste årsag til evolution. Genetiske variationer spiller også en vigtig rolle i populationsgenetisk.

Genetiske variationer og deres årsager:

Mutationer er de originale kilder til al genetisk mangfoldighed. Det er nu uden tvivl bevist, at de genetiske materialer er DNA eller RNA. Så ændringerne i DNA (lille eller stor) i en organisme er årsagerne til genetiske variationer.

Disse ændringer kan produceres enten internt eller eksternt eller ved visse midler og betegnes som mutationer. Den skarpe forskel mellem ægte mutation og andre ændringer i en organisme er dens arvelighed. Kimlinjemutationerne er vigtige, da de er arvelige og videreført til næste generation.

Mutationer er sjældne og forekommer, når et gen ændrer sig selv uden nogen åbenbar grund. Mutationer kan være skadelige, neutrale eller hjælpsomme. Skadelige mutationer forhindrer organismens overlevelse eller forårsager død. I dette tilfælde dør individet normalt før de kan reproducere og således elimineres mutantgenet.

Nogle mutanter er neutrale, hvilket betyder, at de hverken hjælper eller forhindrer det overlevende individ. I dette tilfælde kan organismen overleve for at reproducere og viderebringe det neutrale muterede gen til næste generation. Sommetider viser mutationen sig at være nyttig, hvilket betyder, at mutationen hjælper den enkelte til at overleve i miljøet.

I dette tilfælde kan organismen overleve for at reproducere og viderebringe det neutrale muterede gen til næste generation. Sommetider viser mutationen sig at være nyttig, hvilket betyder, at mutationen hjælper den enkelte til at overleve i miljøet.

Mutationer klassificeres som genmutationer og kromosomale mutationer. Entydigheden af individer inden for en art skyldes to faktorer; den ene er DNA (figur 37.1), og den anden er seksuel reproduktion. Det vigtige træk ved DNA er, at en DNA-streng kunne tjene som en skabelon til syntese af ny streng.

For det andet genereres en dannelse af mRNA, som koder for protein (aminosyrer), fra ani-sense-streng af DNA. Dette er den proces, hvormed det genetiske materiale kunne overholdes fra forælder til afkom. Den genetiske kode består af en lang række sammenhængende kodoner. Hver codon er en triplet af tre nukleotider, som koder for en aminosyre (20 aminosyrer, der danner protein).

Navne på disse aminosyrer med deres forkortelser er angivet i figur 37.2. Proteinet er dannet af kodende region af DNA'et. Den primære struktur af protein bestemmes af sekvenser af nukleotider eller baser, som koder sekvenser af aminosyrer. Det er også vigtigt at bemærke, at forskellige kombinationer af tre nukleotider ofte koder tilsvarende aminosyre (figur 37.3).

"Centralt dogma for molekylærbiologi" anfører, at genetisk information strømmer fra DNA til RNA til Protein (Figur 37.4).

Genmutationer:

Genmutationerne klassificeres yderligere som følger:

(A) Spontane mutationer.

(B) Insertion & deletion mutations eller Frame shift mutations

(A) Spontane mutationer:

De spontane mutationer eller baggrundsmutationer resulterer på grund af interne faktorer, såsom en replikationsfejl af DNA, fejl i rekombination, misparring af DNA-beskadigelse, aflejring, deaminering af baserne og bevægelse af transposoner. De forekommer ikke tilfældigt, men på grund af bestemte biokemiske ændringer.

Disse klassificeres yderligere som følger:

(1) Base-par substitution

(2) Silent Mutations

(3) Neutrale mutationer

(4) Missens mutationer

(5) Nonsensmutationer (Amber mutationer).

1. Udskiftning af basepar:

De mest almindelige DNA-mutationer (genmutationer) skyldes basepar (purin til purin, pyrimidin til pyrimidin og pyrimidin til purin eller vice versa) substitution i DNA's kodende område. Som regel, hvis der i en streng af DNA er G (nukleotid) til stede, vil der automatisk være C (nukleotid) i en anden streng, da de er gratis.

Hvis i en DNA-streng erstattes et basepar for eksempel G, så erstattes den tidligere kombination af GC med AT. Dette kan yderligere klassificeres som overgangsmutationer eller transversionmutationer. I overgangsmutation erstattes purin med en anden purin i samme DNA-streng, eller en pyrimidin erstattes af pyrimidin i samme DNA-streng, dvs. GC erstattes af AT og AT er erstattet af GC.

I transversion erstattes purinen med pyrimidin på samme DNA-streng, eller en pyrimidin erstattes af purin i samme DNA-streng, dvs. GC til CG eller TA og AT til AT til TA eller GC.

2. Silent Mutations:

Det er interessant at bemærke, at sekvenser udskiftning eller genmutation ikke altid vil frembringe synlige fænotypiske ændringer. Sådanne typer af mutationer er kendt som stille mutationer. For eksempel, hvis i en codon CUU på grund af mutation nu bliver CUA eller CUG eller CUC vil kode aminosyre, leucin.

Fra diagrammet er det klart, at forskellige kodon koder den samme aminosyre (figur 37.3). For eksempel er der seks kombinationer af kodoner, der koder leucin. Årsagen er, at selv om der er sket en baseparændring i en alleles codon på grund af mutation, men på grund af dannelsen af den samme aminosyre som slutprodukt er der ingen ændring i aminosyresekvenser i proteinet.

Den genetiske kode er degenererer og for det andet fordi mange kodoner er ansvarlige for kodning af samme aminosyrer. Anilin har fire kodon (GCU, GCC, GCA, GCG), mens histidin har to kodoner (CAU, CAC).

3. Neutral Mutation:

Neutrale mutationer er også basepar-substitution i allelens codon. Selvom codon producerer en anden aminosyre, ændrer ændringen af nogle få aminosyrer i den primære struktur ikke proteinens funktion. For eksempel hvis codon CUU i den originale allel er kodet, vil kodonen CUU kode leucin.

Men hvis CUU erstattes på grund af mutation og ændres til AUU, vil aminosyreisoleucinen blive kodet. De to aminosyre, leucin og isoleucin er kemisk ens, derfor vil ændringen i aminosyre ikke ændre proteinets funktion, så der vil ikke være nogen fænotypisk ændring. Det andet eksempel er insulinhormon.

Det humane insulin er heterodimert protein, der består af en a-kæde med 21 aminosyrer og en β-kæde med 30 aminosyrer (figur 37.5). Insulin fra andre dyr er også en dimmer, der ligner humant insulin. Imidlertid er pigmentinsulinet forskelligt fra humant insulin kun i en aminosyre i position 30 af β-kæde, i stedet for Thr er det Ala.

Ellers er der ingen ændring i sekvenserne af aminosyre i a og β-kæder. Insulinet af ko er forskellig fra mennesket i tre aminosyrer i stillinger a8 (Ala i stedet for Thr), α10 (Val i stedet for IIe) og β-30 (Ala i stedet for Thr).

Selv om nogle aminosyrer ændres, men ændringen i disse aminosyrer ikke er kritisk i insulinins funktion. Disse insulin er tilgængelige på markedet til human brug. De er fremstillet af rDNA teknologi.

4. Missensmutation:

En anden klasse af mutation er kendt som missense mutation, hvor der er en substitution i kun et basepar resulterende i dannelsen af en ny aminosyre. Nogle gange forårsager det nogle sygdomme.

Hypertrofisk kardiomyopati hos mennesker skyldes missensmutationer i exon 13 i MHC (Myosin heavy chain) β kæde, hvilket resulterer i adeninændringen for guanin og resulterer i dannelsen af gluatamin i stedet for arginin (figur 37.6). Denne missense mutation forårsager udvidelse af hjertet (venstre ventrikel).

5. Nonsensmutation (Amber Mutations):

Det er en form for mutation, hvor substitution af basepar resulterer i kodonet UGA, UAA eller UAG. Disse kodoner er nonsens codon. Ved sådan mutation dannes der ingen anden aminosyre undtagen produktion af originalt protein. I modsætning til missense-mutation viser nonsensmutationer sjældent delvis aktivitet, fordi proteinproduktet af allellerne ændres så radikalt.

(B) Rammeforskydningsmutationer / Insertion og Deletion Mutations:

I disse mutationer er der insertion eller deletion af et eller to basepar (ikke flere af tre) i DNA. Dette resulterer i ændret læseramme af mRNA. Hvis for eksempel den DNA kodende streng CAT CAT CAT CAT CAT har en enkelt basepar deletion ved basepar 6, vil mRNA'et læse CAU CAC AUC AUC AUC og så videre. Ramforskydningsmutationen har sædvanligvis en radikal virkning på proteinproduktet.

DNA-replikationsfejl kan forårsage mutationer (Tautomerisme):

Alle baserne (A, G, T, C) kan eksistere i naturen i to tautomere former, enten keto- eller enolformen, hvis den har en hydroxylgruppe, eller imino- og aminoformerne har en aminogruppe. Tautomerisk skift forårsager mutation, fordi de usædvanlige former for baserne ikke altid parrer ordentligt under DNA-replikation.

Sådanne mutationer eksisterer naturligt i en i 10.000 baser eller 10 x 10. Disse alternative strukturer parrer ikke ordentligt med dets komplementære baser (figur 37.7a og b).

(C) transposon indsættelse:

Disse er mobile elementer til stede i genomet og kan hoppe og indsætte i DNA'et. Det siges at 1-10 kb DNA er i stand til at bevæge sig inden for genomet. Det er også kendt, at 50 til 80% af mutationerne forårsaget af genforstyrrelsen. Disse er også ansvarlige for genetisk variation.

Kromosomale Aberrations er ansvarlige for artens oprindelse:

Forskellen mellem de kromosomale og genmutationer er, at omlejringen involverer lange segmenter af DNA, snarere end enkelt baser. Det forekommer sædvanligvis på tidspunktet for DNA-replikation. De kan ses i mikroskopisk billede ved profase på tidspunktet for chiasma formation.

Yderligere rekombination involverer i ikke-homologe søsterkromatider (enkelt DNA-molekyle fra ikke-homologe kromatider) i stedet for søsterchromatider.

Kromosomsteorien om arv antyder, at gener (DNA) er fysisk lokaliseret på kromosomer, og at Mendel-arven kan forklares med hensyn til kromosomadfærd under celledeling. Chancerne for mutationer er mere og kan forklares med følgende eksempel.

Hvis kromosometallet i diploid organisme er 10 par, kommer 10 fra mandlige (sæd), og 10 kommer fra kvindelige æg. Så ville de mulige kombinationer være (2) ¹⁰ = 1024 (Beaumont & Hoare, 2003). Sådanne tilfældige kombinationer er mulige i henhold til Mendel's uafhængighedsassortimentets hovedstol. Det betyder, at så mange genetiske variationer er mulige.

Selvom kromosomvariationer ikke længere anvendes som markører i befolkningsundersøgelser, spiller de en vigtig rolle i udviklingen og dannelsen af nye arter. Eksemplerne på fusion af kromosomer, der resulterer i dannelsen af nye arter, er tilgængelige i Drosophila-slægten.

Kromosomal mutation er en synlig ændring i kromosomstruktur. Kromosomer muterer og udvikler sig selv, og før allozymmarkørernes advent har nogle genetikere brugt meget af deres tid på at skrue ned mikroskoper efter arvelighed af kromosomale omlejringer.

Kromosomale aberrationer klassificeres som under:

(a) omstilling

(b) Inversion

c) sletning

(d) Duplikering

Kromosom nummer for hver art er fast, hvis antallet af kromosomer ændres, normalt; i bredere forstand ville det være en ny art. Den seksuelle reproduktion spiller en primær rolle i skabelsen af genetiske variationer.

De fleste af kromosomale omlægninger opstår som følge af fejl under meiosis. Kromosomsteorien om arv antyder, at gener (DNA) er fysisk lokaliseret på kromosomer, og at Mendel-arven kan forklares med hensyn til kromosomadfærd under celledeling.

For mennesker er antallet af kromosomer 46 (23 par, 22 autosomer og et par XX eller XY), men i æg eller i sæd er tallet kun 23 (haploid). I Drosophila melanogaster er antallet af kromosomer 8 (4 par, 3 par autosomer og et par enten XX eller XY).

en. Translokationsrolle og dannelsen af nye arter:

Eksemplerne på fusion af kromosomer, der resulterer i dannelsen af nye arter, er tilgængelige i Drosophila-slægten. Der er fem arter af Drosophila, nemlig subobscura, psuedoobscura, melanogaster, ananassae og willistoni.

De er afledt af fusion af kromosomer og translokation mellem ikke-homologe kromosomer. Fusion af kromosom opstår, når to ikke-homologe kromosomer smelter ind i en.

Den forfædrede tilstand findes i Drosophila subobscura, som besidder fem par acrocentrics (stangform) og et par prikker som kromosomer (figur 37.8). Drosophila pseudoobscura indeholder 4 par autosomer og et par prikker som kromosomer. Det siges, at 4 par i stedet for fem stammer fra fusion af et par autosome med X-kromosomer af subobscura.

De 4 par acentriske autosomer fusioneres i to par metacentrier i Drosophila melanogaster og D. ananassae, men i de sidstnævnte arter har en pericentrisk inversion transformeret det acentriske X-kromosom til en lille metacentrisk.

I Drosophila willistoni er der kun tre par kromosomer, hvor det forfædre dotlignende kromosom er inkorporeret i X-kromosomet. Udviklingen af karyotype i mange andre grupper er blevet udarbejdet.

b. inversion:

Ved inversion er der ingen sletning eller tilsætning af arveligt materiale. Et fragment af et kromosom slukkes og genhæftes til dets oprindelige position i omvendt orientering.

Det oprindelige kromosom kan indeholde centromere (pericentrisk inversion) eller det kan ikke (paracentrisk). Kromosomheterosygote inversioner kan genkendes ved tilstedeværelsen af sløjfer i de cytologiske præparater af cellen ved pachytenstadiet af meiose.

c. Sletning:

Kromosom deletioner opstår, når DNA-strengen går i stykker, men undlader at reparere. De fragmenter eller stykker af kromosom (DNA) deraf indeholder ikke centromere (acentriske fragmenter) vil gå tabt under efterfølgende celledeling. En sygdom kendt som Cri due Chat syndrom, hvor metal retardation, vækstrestriktion og kat som græd forekommer hos mennesker, skyldes sletning i kromosom.

d. Duplikering:

Kromosomal dobbeltarbejde giver en ekstra kopi af en blok af DNA (stykker af kromosom), der har en komplet gensekvens. Når duplikering indeholder en komplet gensekvens, kan det naturlige udvalg fungere uafhængigt af både den nye og den gamle sekvens for at producere divergerende varianter.

Meget gentagne DNA-sekvenser:

DNA'et, som er i stand til kodning af protein i mennesket, er meget lille. Kun 3% af DNA er funktionelt, og resten er junk DNA. Nogle af dette junk DNA indeholder pseudogener, genet på grund af ukendt årsag er ikke-funktionel.

Endnu andre dele af ikke-kodende DNA sammensat af dispergerede eller klyngede gentagne sekvenser af forskellig længde, fra et basispar (bp) til tusindvis af baser (kilo-baser, kb) i længden. De er spredt over genomområdet kaldet variable tal af tandem repeat (VNTR).

Disse er klassificeret som følger:

(1) Enkel tandem gentagelse (STR)

(2) Simple sekvenslængde polymorfisme (SSLP), som indeholder tandem (dvs. sammenkædede kæder). Disse sekvenser kan være korte (1 til 10 basepar) eller meget længere. Hovedfunktionen ved disse tandem-gentagelser er, at antallet af gentagelser kan variere mellem enkeltpersoner. Det er rapporteret, at forøgelse og fald i antallet af gentagelser forekommer under kopiering ved rekombination eller replikationsglidning.

De er ikke punktmutation, men forekommer meget hurtigere. Variationer i antallet af gentagelser ved denne satellit (gentager 100 til 5000 bp), minisatellit (5 til 100 bp) eller mikrosatellit (2 til 5 bp).

Mange menneskelige sygdomme kunne nu genkendes eller diagnosticeres på basis af triple nukleotid (DNA) gentagelser.

Det er nu påvist, at ABO-blodtyper hos mennesker styres af et gen med multiple alleler. På tidspunktet for human blodtransfusion for at undgå antigenantistofreaktion udføres blodgrupperingstest, som kun er at kende flere alleler.

Segregation og komplementære test bruges til at vide, om forskellige mutationer er alleler af samme gen eller forskellige gener.

polyploidi:

Forøgelse af antallet af kromosomer er kendt som polyploidi. Det er en tilstand, hvor enkeltpersoner har mere end to kopier af hvert kromosom. For eksempel har triploid tre sæt kromosomer, og tetraploid har fire. Polyploidi forekommer naturligt i nogle planter. Det bedste eksempel er hvede, som er hexaploid.

Tetraploidi forekom i den seneste historie af laksefisker. Polyploidi kan kunstigt induceres i normalt diploide arter til akvakulturprocesser. Organismer ændres gennem tiden og kan udvikle sig til nye organismer gennem evolutionens proces. Den vigtigste årsag til udvikling er genetiske variationer.