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 длительной кислородотерапией и практически постоянный прием 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:
а) Если у котенка мутация проявится в аутосоме, то, чаще всего, она будет являются рецессивной. Данная аутосомная 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 маловероятна.

б) Если у котенка мутация возникнет в Х-хромосоме, то она будет передаваться по наследсту 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: Х^АХ^а     х      Х^АY
Г: Х^А, Х^а           Х^А, Y
F₁: X^AX^A - 25%; X^AX^a - 25%; X^AY - 25%; X^aY - 25%.
Наблюдается 4 типа генотипа. Расщепление по генотипу - 25% : 25% : 25% : 25% = 1 : 1 : 1 : 1.
Фенотип:
X^AX^A - здоровая кошечка - 25%; 
X^AX^a - здоровая кошечка - носительница мутации - 25%; 
X^AY - здоровый котик - 25%; 
X^aY - 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 передасть ее всему женскому потомству, и, при этом, мутация фенотипически не будет проявляться, но все кошечки станут носительницами её. Какое потомство будет у этих кошечек мы рассмотрели выше (смотри схему скрещивания 1.). 

Схема скрещивания (2)
Р: Х^АХ^А       х       Х^аY
Г: Х^А                    Х^а, Y
F₁: X^AX^a - 50%; X^AY - 50%.
Наблюдается 2 типа генотипа. Расщепление по генотипу - 50% : 50% = 1 : 1.
Фенотип:
X^AX^a - здоровая кошечка - носительница мутации - 50%; 
X^AY - здоровый котик - 50%.
Наблюдаемый фенотип:
здоровые котята - 100%.

Рассмотрим случай когда кошка является носительницей аллеля мутантного гена, а кот-мутант.

Схема скрещивания (3).
Р: Х^АХ^а        х      Х^аY
Г: Х^А, Х^а              Х^а, Y
F₁: X^AX^a - 25%; Х^аХ^а - 25%; X^AY - 25%; Х^аY - 25%.
Наблюдается 4 типа генотипа. Расщепление по генотипу - 25% : 25% : 25% : 25% = 1 : 1 : 1 : 1.
Фенотип:
X^AX^a - здоровая кошечка - носительница мутации - 25%; 
X^аX^а - кошечка-мутант - 25%;
X^AY - здоровый котик - 25%; 
X^aY - 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: Х^аХ^а       х      Х^аY
Г: Х^а                  Х^а, Y
F1: X^аX^a - 50%; X^аY - 50%.
Наблюдается 2 типа генотипа. Расщепление по генотипу - 50% : 50% = 1 : 1.
Фенотип:
X^аX^a - кошечка-мутант - 50; 
X_аY - котик-мутант - 50%.
Наблюдается единообразие потомства.

Выводы:
1) при скрещивании фенотипических мутантов у всего потомства фенотипически проявляется данная мутация.  
Таким образом, при возникновении мутации в аутосомных клетках фенотипическое проявление её в потомстве маловероятно, а при возникновении мутации в половых клетках проявление ее потомстве возможно с большой вероятностью у мужских организмов, и, значительно меньшей вероятность у женских организмов.
 

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:
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 18 хромосом и 36 хроматид. 
Во время эквационного деления (анафаза мейоза II) – хроматиды, значит будет 18 хромосом-хроматид. 
 

Задача 544.
Какие гаметы и в каком соотношении образуются у человека из овоцита 1-го порядка с набором хромосом 2А+ХХ при нерасхождении?
Решение:
В анафазу II центромеры делятся 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 овоцита с набором из 2А+ХХ (46 хр-м, 92 хр-ды, 4с) 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 (n = 46 хромосом, 2с или 2А+ХХ) с нормальным сперматозоидом (n = 23 хромосомы, 1с или А+У) образуется триплоид (69 хромосом или 3А+ХХУ); такой организм 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 32n2c, т.е. 640 хромосом, 640 хроматид и 2с ДНК.
 

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).