Закономерности изменчивости. Наследственная (генотипическая) изменчивость

Вопрос 1. Какие формы изменчивости вам известны?

Выделяют две формы изменчивости – модификационная (фенотипическая) и наследственная (генотипическая).

Модификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа, она связана с реакцией данного, одного и того же генотипа на изменение внешней среды: в оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу.

Генотипическая изменчивость подразделяется на мутационную и комбинативную.

Вопрос 2. Что такое мутация? Чем комбинативная изменчивость отличается от мутационной?

Мутациями называются скачкообразные и устойчивые изменения единиц наследственности - генов, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Термин “мутация” был впервые введен де Фризом. Мутации обязательно вызывают изменения генотипа, которые наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов.

Мутации возникают вследствие изменения структуры гена или хромосом и служат источником генетического разнообразия внутри вида. Благодаря постоянному мутационному процессу возникают различные варианты генов, составляющие резерв наследственной изменчивости. Однако разнообразие живых организмов, уникальность каждого генотипа обусловлены комбинативной изменчивостью – перегруппировкой хромосом при половом размножении и участков хромосом в процессе кроссинговера. При этом структура самих генов и хромосом остаётся той же, что и у родителей, но меняются сочетания наследственных задатков и характер их взаимодействия в генотипе.

Вопрос 3. Какие структуры клетки перестраиваются при мутационной изменчивости?

Мутации возникают вследствие изменения структуры гена или хромосом и служат источником генетического разнообразия внутри вида.

Вопрос 4. Сравните генеративные и соматические мутации. Что у них общего и чем они принципиально отличаются?

Мутации, возникающие в гаметах и клетках, из которых они образуются, называются генеративными, а происходящие в клетках тела организма, — соматическими. Генеративные мутации при половом размножении передаются последующим поколениям организмов. Соматические же мутации для эволюции и селекции организмов, размножающихся только половым путем, значения не имеют, зато у организмов с бесполым и вегетативным способами размножения они играют большую роль.

Вопрос 5. Составьте и заполните таблицу «Многообразие мутаций (по уровню возникновения)».

Вопрос 6. Какие критерии положены в основу классификации мутаций, представленных в учебнике? Предложите свои варианты классификаций мутаций.

Существует несколько классификаций мутаций по различным критериям. Мёллер предложил делить мутации по характеру изменения функционирования гена на гипоморфные (измененные аллели действуют в том же направлении, что и аллели дикого типа; синтезируется лишь меньше белкового продукта), аморфные (мутация выглядит, как полная потеря функции гена), антиморфные (мутантный признак изменяется, например, окраска зерна кукурузы меняется с пурпурной на бурую) и неоморфные.

В современной учебной литературе используется и более формальная классификация, основанная на характере изменения структуры отдельных генов, хромосом и генома в целом. В рамках этой классификации различают следующие виды мутаций: геномные; хромосомные; генные.

Вопрос 7. Что такое полиплоидия? Почему среди высших животных не существует полиплоидных организмов?

У простейших и у растений часто наблюдается увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору. Такое изменение хромосомного набора носит название полиплоидии. Степень её бывает различной. У простейших число хромосом может увеличиваться в несколько сотен раз. Широко распространена полиплоидия у высших растений. С увеличением числа хромосомных наборов в кариотипе возрастает надёжность генетической системы, уменьшается опасность снижения жизнеспособности в случае мутации. Полиплоидия нередко повышает жизнеспособность, плодовитость и другие жизненные свойства. В растениеводстве искусственно получают полиплоидные сорта культурных растений, которые отличаются высокой продуктивностью. У высших животных, например у млекопитающих, полиплоидия встречается лишь в некоторых тканях, например в клетках печени.

У раздельнополых животных как в естественных, так и в искусственных условиях полиплоидия встречается крайне редко. Это обусловлено тем, что полиплоидия, вызывая изменение соотношения половых хромосом и аутосом, приводит к нарушению конъюгации гомологичных хромосом и тем самым затрудняет определение пола. В результате такие формы оказываются бесплодными и маложизнеспособными.

Вопрос 8. Как можно вызвать увеличение частоты мутаций?

Число мутаций можно резко увеличить, воздействуя на организм мутагенными факторами: ионизирующим излучением, ультрафиолетовым излучением, повышенной температурой (напр., при выращивании мушек-дрозофил при температуре на 10 град. выше обычной число мутаций увеличивается в трое), химическими веществами (напр., солями свинца, ртути, формалином, хлороформом и т.д.) Колхицин применяется для получения полиплоидных форм растений и кариотипирования.

Причиной мутаций могут быть также вирусы.

Метод искусственного получения жизнеспособных полезных мутаций становится все более важным в селекции растений. Важная задача селекции - получение сортов, сочетающих высокую урожайность со скороспелостью, и эту задачу можно решить с помощью мутагенеза.

Вопрос 9. Объясните, почему Чарлз Дарвин называл наследственную изменчивость неопределённой.

Среди наследственных изменений, которые одни только и могут служить материалом для эволюции, Дарвин различал определенные и неопределенные. Определенные изменения, по мысли Дарвина, могут возникать у целой совокупности особей одного и того же вида при перемене внешних условий (климат, пища и т. п.) , причем эти изменения совершаются в одном определенном направлении. Неопределенными изменениями Дарвин называл изменения, происходящие в самых различных направлениях. Измененные особи могут при этом мало отличаться от исходных, но зато многообразие потомства оказывается очень значительным. В этом случае установить зависимость характера изменений от воздействия тех или иных конкретных условий окружающей среды практически невозможно.