Некоторые генные и хромосомные мутации
Генные мутации
Задача 540.
Заболевание наследуется аутосомно – рецессивно. Ген локализован на длинном плече 7 хромосомы. Наблюдается повышенная вязкость внеклеточной жидкости, сгущение секрета, особенно в поджелудочной железе, вызывающее кистообразное расширение протоков Вязкая мокрота может накапливаться в бронхах. Назовите заболевание, причины и помощь.
Решение:
Это муковисцидоз1 - мультисистемное, наследственное, опасное для жизни заболевание, характеризующееся поражением экзокринных желез, а также жизненно важных органов и систем: дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы, печени, слюнных и потовых желез, репродуктивной системы. Причиной патологических изменений при муковисцидозе является мутация гена, находящегося в длинном плече 7-й хромосомы и передающегося по аутосомно-рецессивному типу при наследовании двух мутантных генов родителей. Мутация приводит к нарушению структуры и функции синтезируемого белка, в результате чего секрет, выделяемый этими железами, становится чрезмерно густым и вязким.
Терапия муковисцидоза:
проведение активной муколитической терапии;
назначение бронхолитической терапии (ингаляционных бронходилататоров, в некоторых случаях кортикостероидов);
антибактериальную терапию, включая ингаляционную;
противогрибковую терапию (по показаниям);
лечение гепатотропными препаратами;
высококалорийную диету (иногда требуется дополнительное энтеральное зондовое питание).
Хирургические методы лечения муковисцидоза:
лапаротомия с резекцией части кишки (в период новорожденности при мекониальном илеусе);
полипэктомия (при полипозе носа);
постановка порт-системы (венозного катетера, имплантируемого под кожу) — при длительных курсах внутривенной антибактериальной терапии;
спленэктомия, шунтирующие и склерозирующие манипуляции (при портальной гипертензии);
плеврэктомия, плевродез (при повторных пневмотораксах).
При тяжелом течении заболевания необходимо пребывание пациента в условиях стационара с кислородотерапией и постоянном приеме антибактериальных препаратов.
Задача 541.
У одного котёнка возникла мутация в хромосомах половых клеток, а у другого в аутосомах. Как повлияют эти мутации на каждый организм? В каком случае мутация проявится у котёнка фенотипически?
Решение:
Рассмотрим случаи когда мутирует рецессивная аллель гена, так как подобная мутация происходит чаще всего.
Ι Если у котенка мутация проявится в аутосоме, чаще всего, она является рецессивной. Данная мутация будет по наследству передаваться поколениям котенка, но она проявится только в том случае, когда скрестятся друг с другом две особи, у которых есть мутантный ген. Это возможно при близкородственном скрещивании, но маловероятно. Еще менее вероятно проявление этой мутации при неродственном скрещивании, потому что проявление данной мутации повторно у представителей одного вида бесконечно маловероятно.
Рассмотрим схему скрещивания нормального организма с носителем аутосомной мутации:
Р: АА х Аа
Г: А А, а
F1: AA – 50%; Aa – 50%.
Фенотип:
AA – здоровый котёнок – 50%;
Aa – здоровый котёнок – 50%.
Наблюдается единообразие поколения, но половина потомства являются носителями мутации.
Рассмотрим схему скрещивания двух организмов, носителей мутации:
Р: Аа х Аа
Г: А, а А, а
F1: АА – 25%; Аа – 50%; аа – 25%.
Наблюдается 3 типа генотипа. Расщепление по генотипу – 1:2:1.
Фенотип:
АА – нормальный организм – 25%;
Аа – нормальный организм, носитель мутации – 50%;
аа - мутант – 25%.
Наблюдается 2 типа фенотипа. Расщепление по фенотипу – 3:1.
Из номальных организмов 25% не несут мутацию, 50% являются носителями мутации и 25%. 25% организмов являются рецессивными мутантами, т.е. несут две мутантные аллели.
Схема скрещивания мутантов друг с другом:
Р: аа х аа
Г: а а
F1: aa – 100%.
Все потомки являются мутантами.
ΙΙ Если у котенка мутация возникнет в половой Х-хромосоме, то она будет передаваться по наследству из поколения в поколение через половые клетки. При возникновении мутации в половой хромосоме женского организма, эта кошечка станет носительницей данной мутации, и, с вероятностью в 50%, у ее котят мужского пола (котики) эта мутация проявится фенотипически, а половина котят женского пола (кошечки) - станут её носительницами. Это можно проверить, составив схему скрещивания.
Мутация возникла в Х-хромосоме женского организма
Схема скрещивания (1)
Р: ХАХа х ХАY
Г: ХА, Ха ХА, Y
F1: XAXA - 25%; XAXa - 25%; XAY - 25%; XaY - 25%.
Наблюдается 4 типа генотипа. Расщепление по генотипу - 25% : 25% : 25% : 25% = 1 : 1 : 1 : 1.
Фенотип:
XAXA - здоровая кошечка - 25%;
XAXa - здоровая кошечка - носительница мутации - 25%;
XAY - здоровый котик - 25%;
XaY - котик-мутант - 25%.
Наблюдаемый фенотип:
здоровые котята - 75%;
котята-мутанты - 25%.
Наблюдается 2 типа фенотипа. Расщепление по фенотипу - 75% : 25% = 3 : 1.
Мутация возникнет в Х-хромосоме мужского организма.
Тогда кот передаст ее всему женскому потомству, и, при этом, мутация фенотипически не будет проявляться, но все кошечки станут носительницами её. Потомство у этих кошечек мы рассмотрели выше (смотри схему скрещивания 1).
Схема скрещивания (2)
Р: ХАХА х ХаY
Г: ХА Ха, Y
F1: XAXa - 50%; XAY - 50%.
Наблюдается 2 типа генотипа. Расщепление по генотипу - 50% : 50% = 1 : 1.
Фенотип:
XAXa - здоровая кошечка - носительница мутации - 50%;
XAY - здоровый котик - 50%.
Наблюдаемый фенотип:
здоровые котята - 100%.
Рассмотрим случай когда кошка является носительницей аллеля мутантного гена, а кот-мутант.
Схема скрещивания (3).
Р: ХАХа х ХаY
Г: ХА, Ха Ха, Y
F1:
XAXa - 25%; ХаХа - 25%;
XAY - 25%; ХаY - 25%.
Наблюдается 4 типа генотипа. Расщепление по генотипу -
- 25% : 25% : 25% : 25% = 1 : 1 : 1 : 1.
Фенотип:
XAXa - здоровая кошечка - носительница мутации - 25%;
XаXа - кошечка-мутант - 25%;
XAY - здоровый котик - 25%;
XaY - котик-мутант - 25%.
Наблюдаемый фенотип:
здоровые котята - 50%;
котята-мутанты - 50%.
Наблюдается 2 типа фенотипа. Расщепление по фенотипу - 50% : 50% = 1 : 1.
Выводы:
1) в данном скрещивании половина котят здоровы, а вторая половина - мутанты;
2) половина кошечек мутанты, а вторая половина - носительници аллели данной мутации;
3) полвина котиков здоровы, а вторая половина - мутанты.
Рассмотрим случай, когда кошка и кот оба фенотипические мутантны.
Схема скрещивания (4)
Р: ХаХа х ХаY
Г: Ха Ха, Y
F1: XаXa - 50%; XаY - 50%.
Наблюдается 2 типа генотипа. Расщепление по генотипу - 50% : 50% = 1 : 1.
Фенотип:
XаXa - кошечка-мутант - 50;
XаY - котик-мутант - 50%.
Наблюдается единообразие потомства.
Выводы:
1) при скрещивании фенотипических мутантов у всего потомства проявляется данная мутация;
2) при возникновении мутации в аутосомных клетках фенотипическое проявление её в потомстве маловероятно, а при возникновении мутации в половых клетках проявление ее в потомстве возможно с большой вероятностью у мужских организмов, и значительно меньшей вероятностью у женских организмов.
ΙΙΙ Если у котёнка возникла мутация в Y-хромосоме, то она будет передаваться по наследству только по мужской линии, т.е. проявится у котиков.
Рассмотрим схему скрещивания:
Р: ХАХА х ХАYa
Г: ХА ХА, Ya
F1: XAXA – 50%; XAYa – 50%.
Фенотип:
XAXA – здоровый организм - 50%;
XAYa – мутантный организм - 50%.
Как видим, все кошечки здоровые, а все котики мутантные.
Хромосомные мутации
Задача 542.
Получено четыре мутанта дрожжей, аутоторофных по лизину. При скрещивании с мутантами по генам LYS2 и LYS9 получены следующие результаты: "+" - рост гибрида на минимальной среде; "-" - отсутствие роста. Каковы генотипы неизвестных мутаций?
Решение:
LYS22 - аллель гена способности усваивать а-аминоадипиновую кислоту (промежуточный метаболит биосинтеза лизина) - "+";
LYS9 - аллель гена неспособности усваивать а-аминоадипиновую кислоту (промежуточный метаболит биосинтеза лизина) - "-";
Генотипы мутаций:
1) LYS2 - LYS9;
2) LYS9 - LYS2;
3) LYS2 - LYS2;
4) LYS9 - LYS9.
Задача 543.
В клетках эндосперма семян лилии содержится 36 хромосом. Сколько хромосом будет содержаться в клетках анафазы митоза, мейоза I и мейоза II?
Решение:
Кариотип эндосперма семян цветковых растний имеет вид: 2n2c. В результате митоза образуются дочерние клетки с материнским набором хромосом. Так как в анафазу митоза к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды, то дочерние клетки, образовавшиеся после митоза, будут иметь по 72 хроматиды-хромосомы.
При мейозе во время редукционного деления (анафаза мейоза I) расходятся пары хромосом, значит, будет 36 хромосом и 72 хроматиды.
Во время эквационного деления (анафаза мейоза II) 18 двухроматидных хромосом разделятся на 36 хроматид, которые разойдутся по полюсам клетки, значит, будет 36 хроматид-хромосом.
Задача 544.
Какие гаметы и в каком соотношении образуются у человека из овоцита 1-го порядка с набором хромосом 2А+ХХ при нерасхождении?
Решение:
Овоцит 1-го порядка содержит 46 хромосом и 92 хроматиды (2n4c).
В анафазу II центромеры делятся пополам и нити веретена деления разводят хроматиды к полюсам. Если эта анафаза не прошла, то хромосомы не могут разойтись к полюсам, поэтому образуется одно ядро с удвоенным набором хромосом, т.е. из овоцита 1-го порядка с набором хромосом 2А+ХХ образуется овоцит 2-го порядка с таким же набором хромосом, а не А+Х. И тогда в результате II-го мейотического деления из овоцита II-го порядка образовалась овотида с набором из 2А+ХХ (46 хр-м, 46 хр-д, 2n2c) и одно редукционное тельце с таким же набором хромосом.
Таким образом, в результате такого нарушенного деления при овогенезе из овоцита 1-го порядка образуется одна яйцеклетка (одна гамета) с набором хромосом 2А+ХХ и редукционное тельце (попутное тельце).
При оплодотворении яйцеклетки (2n = 46 хромосом, 2с или 2А+ХХ) с нормальным сперматозоидом (n = 23 хромосомы, 1с или А+У) образуется триплоид (69 хромосом и 69 хроматид или 3А+ХХУ). Организм-триплоид нежизнеспособен на ранних стадиях эмбрионального развития (эмбрион погибает).
Задача 545.
Сколько молекул ДНК будет содержать клетка, образовавшаяся в результате кратного увеличения количества хромосом в 5 раз из исходной клетки с 20 хромосомами, перед митозом?
Решение:
Так как клетка поделилась 5 раз и, при этом, не произошло образование 32 клеток в результате генерации, то можно предположить, что данная клетка будет содержать набор хромосом равный 32n32c, т.е. 640 хромосом, 640 хроматид.
Комментарии:
1Название заболевания происходит от латинских слов mucus – «слизь» и viscidus – «вязкий».
2Мутанты по гену LYS2 в отличие от дрожжей дикого типа способны усваивать а-аминоадипиновую кислоту (промежуточный метаболит биосинтеза лизина).
