Страница 32 из 134
А триплоиды просто так не получишь, у них даже семян не образуется, но они удобны в практических целях человека, например для получения большей урожайности и плодов без семян (у арбузов, бананов и т. д.) У арбуза гаплоидный набор n = 11 хромосом. Скрещивание тетраплоидного (4n=44) и диплоидного (2n = 22) арбуза дало триплоид (3n = 33) — бессемянный, крупноплодный, устойчивый к заболеваниям, в отличие от родительских форм.
Межвидовое скрещивание можно наблюдать у близкородственных животных: осла с лошадью — мул, или у коня с ослицей — лошак, они более выносливы, хоть и бесплодны. Вероятность появления потомства у мулов и лошаков (а это зависит от того, отойдут ли при делении все хромосомы правильно к одному полюсу) равна одной второй в степени n, где n — гаплоидное число хромосом. С такой частотой будут образовываться яйцеклетки и сперматозоиды, соответствующие по хромосомному составу родителям — ослу или лошади. Видно, что вероятность эта очень мала.
Теперь поговорим о хромосомных мутациях. Хромосомные мутации — изменение числа отдельных хромосом в геноме (анеуплоидия) или целостности хромосом (перестройки). Это одна из причин болезней человека. Моносомия (In) или трисомия (3n) хромосомы в оплодотворенной яйцеклетке будут смертельны для плода (кроме половых и мелких хромосом), а в соматических клетках часто приводит к раку.
Каждая из 23 хромосом может быть покрашена в свой цвет (FISH гибридизация, справа). Каждая хромосома прокрашивается в штрих код (G-окрашивание, слева, полоса до 0,1 % от длины генома). Это позволяет увидеть изменение числа и структуры хромосом, в том числе при опухолевых заболеваниях. Опухолевые заболевания почти всегда связаны с перестройками генома. Хромосомы человека пронумерованы в порядке убывания размера от 1 до 22.
Хромосомы человека
Каждая из 23 хромосом м.б. покрашена в свой цвет (FISH гибридизация, справа)
Каждая хромосома прокрашивается в штрих код (D-окрашивание, слева, полоса до 0,1 %)
Это позволяет увидеть изменение числа и структуры хромосом, в том числе при раке.
Хромосомы человека пронумерованы в порядке убывания размера от 1 до 22
Синдром Дауна — трисомия по хромосоме 21
Изменение числа хромосом, как и всякая мутация, связано с физиологическим состоянием организма. С возрастом организм начинает функционировать хуже, это приводит, в частности, к повышению частоты рождения детей с синдромом Дауна. Подавляющая часть случаев синдрома Дауна вызвана нерасхождением пары хромосом 21 в мейозе у матери. Частота рождения детей с синдромом Дауна увеличивается с возрастом матери от 1/2000 в 20 лет до 1/12 в 50 лет. Но есть и семейные случаи — транслокация гена из хр21 на другую хромосому.
На слайде видно, что 21-я хромосома представлена трижды. Две копии вместо одной чаще присутствуют в еще неоплодотворенной яйцеклетке, а не в сперматозоиде. Это было выявлено по анализу микросателлитов, о чем будет рассказано на следующих лекциях. Сейчас до трех месяцев беременности можно провести хромосомный анализ, для этого берут клетки околоплодной жидкости и смотрят, есть ли трисомия по 21-ой хромосоме. Во многих европейских странах после 35 лет анализ беременной женщины на выявление у плода синдрома Дауна обязателен, в связи с повышением частоты рождаемости больных детей при увеличении возраста матери.
Теперь поговорим о хромосомных перестройках. Основные типы хромосомных перестроек:
1. дупликация — удвоение сегмента
2. делеция — утрата сегмента,
3. инверсия — переворот сегмента,
4. транслокация — перенос сегмента на другую хромосому Все они являются причинами многих болезней.
Перестройки хромосом в гаметах часто приводят к болезням человека — нарушениям морфологии, физиологии и поведения, особенно часто встречается дупликация и делеция, как правило, все такие болезни сопровождаются заторможенным умственным развитием, то есть чаще всего какие бы ни были хромосомные перестройки, они затрагивают развитие наших умственных способностей, ну а кроме этого болезни сопровождаются чаще всего недоразвитием каких-либо органов (например, маленькая голова).
Основные типы хромосомных перестроек:
1. дупликация — удвоение сегмента
2. делеция — утрата сегмента,
3. инверсия — переворот сегмента,
4. транслокация — перенос сегмента на другую хромосому
В эволюции геномные и хромосомные мутации чаще фиксируются у растений, реже у животных. Геномные мутации у животных обычно различают таксоны более высоких порядков например отряды (сельдевые и лососевые), а у растений это могут быть и виды (пшеница и другие культурные растения). Анеуплоидия и перестройки хромосом в гаметах обычно приводят к болезням у животных человека — нарушениям морфологии, физиологии, поведения, и резко снижают возможность оставить потомство. Тем не менее, сотни тысяч таких случаев зафиксированы на сегодня эволюцией — это почти любая пара родственных видов, различающиеся по структуре кариотипа (набора хромосом). Ясно, что такие изменения когда-то произошли у индивида и затем закрепились в поколениях.
Например, хромосома № 2 человека образована при транслокации, произошедшей у наших предков после ответвления от ствола всех приматов: у орангутанга, гориллы и даже шимпанзе (5 млн. лет расхождения). У всех этих наших родственников по две независимых хромосомы, которые лишь у человека оказались соединенными. Часто, хотя и не всегда, перестройки приводят к понижению жизнеспособности, но в нашем случае получилось не так, мы получили две разных хромосомы шимпанзе, которые соответствуют хромосоме № 2 человека. Это видно при поперечном окрашивании хромосом, которые выявляют идентичные в геноме фрагменты хромосом. Все люди на Земле имеют общего предка, у которого произошла эта транслокация (меньше 5 млн. лет назад)
Число хромосом у млекопитающих может различаться в десятки раз, хотя размер генома отличается менее чем на 20 %. У человека число пар хромосом 23, а у лошади — 66, у обитающего в Азии оленя-мунтжака — 6 хромосом. Исключение составляет южно-американский грызун, называемый красной вискашевой крысой (латинское название Tympanoctomys barrerae, английское — red viscacha rat), хотя крысе оно весьма отдаленный родственник). У этого животного геном не диплоидный, а тетраплоидный, содержит в два раза больше ДНК, чем у остальных млекопитающих, и 102 хромосомы.
Хромосома № 22 человека образована при трансляции, произошедшей у наших предков после ответвления от ствола всех приматов: у оранга, гориллы и даже шимпанзе (5 млн. лет расхождения) две разных хромосомы соответствуют хромосоме 2 человека. Все люди на Земле имеют общего предка, у которого произошла эта транслокация.