Определение мутаций, причины возникновения, характер влияния.
Мутации – стойкие изменения в структуре ДНК и кариотипе. В силу действия внутренних и внешних факторов в генетическом материале возникают изменения – мутации, определяющие мутационную изменчивость.
Мутации, возникающие в естественных условиях среды, называют спонтанными, искусственно вызванные – индуцированными. И те и другие могут возникать как в генеративных клетках, так и в соматических. Мутации, возникающие в половых клетках, передаются в последующие поколения. Соматические мутации являются наследственными. Они влияют только на признаки самого мутантного животного.
Классификация хромосомных мутаций.
Бывают геномные (гетероплоидия) и структурные (абберации) мутации.
Геномные мутации.
Анеуплоидия Полиплоидия
Гиперплоидия Гипоплоидия 1. Триплоидия
2. Тетраплоидия
Тирсомия Полисомия Моносомия Нуллисомия
(2n+1) (2n+1,2,3…) (2n-1) (2n-2)
Структурные мутации.
Внутрихромосомные Межхромосмные
1. Инверсия Транслокация
2. Делеция
3. Дупликация
4. Нехватки
5. Изохромосомы
6. Кольцевые хромосомы
Полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом. За кратность берется гаплоидный набор.
Анеуплоидия – уменьшение или увеличение хромосом в кариотипе на 1 и 2.
Транслокация – обмен участками между хромосомами. Соединение хромосом в области центромер и теломер и перемещение отдельных фрагментов из одного участка в другой.
Инверсии – хромосомы разворачиваются на 180 градусов.
Делеции – потеря срединного фрагмента хромосомы.
Дупликация – удвоение фрагмента хромосомы или разных хромосом.
Нехватки – потеря кольцевого фрагмента хромосомы.
Изохромосомы – делятся не в той плоскости.
Кольцевые хромосомы – концы хромосом отрываются, и остатки собираются в кольцо.
Понятие о мутагенах, их классификация.
Мутагены – факторы, индуцирующие у животных генные и хромосомные мутации.
Классификация:
А) Физические мутагены.
Основными мутагенами этого класса являются ионизирующие излучения, ультрафиолетовые лучи и повышенная температура. Под воздействием ионизирующих излучений чаще всего возникают структурные перестройки хромосом и реже – генные мутации. Ионизирующие облучения могут нарушить процессы деления в соматических клетках, вследствие чего возникают нарушения и злокачественные образования. Сильное облучение может вызвать смерть.
Б) Химические мутагены.
Это вещества химической природы способные индуцировать мутации. К наиболее сильным относятся: алкилирующие соединения (иприт), аналоги азотистых оснований и нуклеиновых кислот (кофеин), акридиновые красители (акридин красный и оранжевый). Мутагенным действием обладают пестициды, гербициды. Химические мутации индуцируют как генные (чаще), так и хромосомные мутации.
в) Биологические мутагены.
Это простейшие живые организмы, вызывающие мутации у животных. К ним относятся вирусы, бактерии, гельминты, актиномицеты. Мутагенными свойствами обладают живые вакцины. Так же относят лекарственные препараты (сульфаниламиды, нитрофураны…), антибиотики, кормовые добавки, консерванты (особенно в случае их передозировки).
4. Генные мутации могут быть доминантными и рецессивными. Чаще мутантный ген - рецессивный, и при этом нормальный аллель подавляет действие измененного гена.
По характеру влияния мутантных генов на контроль биосинтеза белков и и ферментов выделяют пять типов мутаций.
- Гипоморфный - если ген мутирует в рециссивное состояние, то для мутантного аллеля чаще всего характерно уменьшение количества того же самого биохимического продукта, синтез которого определяется исходным доминантным аллелем данного гена.
- Гиперморфный - ген мутирует в рециссивное состояние, то для мутантного аллеля чаще всего характерно увеличение количества того же самого биохимического продукта, синтез которого определяется исходным доминантным аллелем данного гена.
- Антиморфный - мутации, при которых мутантный ген вызывает образование продукта, вызывающего торможение синтеза или действие продуктов исходного аллеля этого гена.
- Неоморфный - мутантный аллель определяет синтез в организме биохимического продукта, отличающегося от продукта, специфичного для исходного немутантного аллеля и не взаимодействующего с этим продуктом.
- Аморфный - в результате мутации перестает вырабатываться продукт, характерный для данного гена (инактивация)
В структуре ДНК наблюдается наличие участков, соответствующие участкам отдельных генов, следующих типов изменений:
1) замена (транзиции и трансверсии) одних нуклеотидов на другие;
2) вставка или добавление отдельных нуклеотидов в цепочку ДНК
3) делеция (потеря) отдельных нуклеотидов;
4) делеция групп оснований;
5) инверсия - поворот на 180 градусов отдельных оснований;
6) транспозиции - перенос пар оснований внутри гена на новое место.
Три основные категории генных мутаций:
1. Миссенс -мутации (транзиции, трансверсии) - возникают при замене нуклеотида внутри кодона. Приводит к вставке ошибочной аминокислоты, что в свою очередь изменяет физиологическую роль белка (создает фон для действия естественного отбора)
2. Нонсенс -мутации (транзиции, трансверсии) - появление внутри гена коцевых кодонов, за счет замены отдельных оснований в пределах кодонов. (процесс трансляции обрывается в месте появления терминального кодона).
3. Мутации сдвига рамки чтения - возникают при появлении внутри гена вставок оснований и делеций. (меняется смысловое прочтение информации гена в процессах синтеза белка из-за новых комбинаций оснований в триплетах, т.к. при выпадении или вставке происходит сдвиг в кодоне на одно основание. Вся цепь полипептида получает ошибочные аминокислоты).
5. Ионизирующие излучения, проникая в клетки, на своем пути вырывают электроны из молекул, что приводит к образованию положительно заряженных ионов. Освободившиеся электроны присоединяются к другим молекулам, которые становятся отрицательно заряженными. В результате облучения клеток образуются свободные радикалы водорода (Н) и гидроксила (ОН), которые тотчас дают новые соединения, в том числе и активную перекись водорода (Н2О2). Такие превращения в молекулах ДНК и кариотипе в итоге приводят к изменению функции генетического аппарата клеток, аберациям хромосом и возникновению точковых мутаций.
Ионизирующие облучения могут нарушить процессы деления в соматических клетках, вследствие чего возникают нарушения и злокачественные образования. Сильные облучения могут вызвать смерть.
Химические мутагены - это вещества химической природы, способные индуцировать мутации.
Наиболее сильные химические вещества - алкилирующие соединения. Их мутагенный эффект связан с введение в ДНК метиловых, этиловых, пропиловых и других радикалов, в результате чего происходят реакции метилирования, этилирования. Также сильновыраженным мутагенным эффектом обладают аналоги азотистых оснований и нуклеиновых кислот, акридиновые красители, а также азотистая кислота, гидроксиламин, формальдегид, перекиси и др.
Мутагенным действием обладают пестициды, гербициды, используемые в агрономии для борьбы с сорными растениями и вредными насекомыми. Мутации могут быть индцированы мин. удобрениями, прежде всего нитратами, которые превращаются сначала в нитриты, а затем в активные нитрозоамины.
Химические мутагены индуцируют как генные, так и хромосомные мутации. Особенности их - аккумуляция и передача при делении клеток и последующей генерации, более
6. Простейшие живые организмы, вызывающие мутации у животных, составляют класс биологических мутогенов. К ним относятся вирусы, бактерии, гельминты, актиномицеты, растительные экстракты и другие. Мутагенными свойствами обладают и живые вакцины. Мутагенное действие этих организмов связано с проникновением в клетки чужеродной ДНК.
При изучении кариотипов животных, зараженных вирусом свинной лихорадки, были обнаружены различные типы аббераций. Уровень аббераций зависел от дозы и продолжительности воздействия вируса.
Исследования показывают, что многие лекарственные препараты, используемые в ветеринарии, обладают мутагенными свойствами. Такой же эффект возможен вследствие использования антибиотиков, а также некоторых кормовых добавок и консервантов, особенно при их передозировке. В связи с этим необходима проверка каждого нового фармакологического средства на мутагенность, строгое соблюдение инструкций по применению лечебных препаратов - стимуляторов роста животных, различных ядохимикатов и всякого рода токсических средств.
7. Антимутагены – стабилизация мутационного процесса до естественного уровня. Им присуща такая характеристика, как физиологичность действия.
Передозировка витамина D2 приводит к нарушению сперматогенеза у самцов и причина врожденных аномалий у КРС.
Витамин Е снижает мутагенное действие ионизирующих излучений и хим. Соединений.
Витамин С способствует уменьшению частоты аббераций хромосом.
Витамин А и Каротин. Снижают естественное и искусственное мутирование в клетках у животных.
Витамин К1. Противостоит генотоксическому мутагенов пром. происхождения.
8. В результате производственных процессов в промхоз. и сельхоз. Накапливаются огромные количества веществ, часть из кот. Обладает мутагенной и тератогенной активностью. Некоторые мутагены(ДДТ, гексахлорбензол, и др. хлотиды.)накапливаются в живых организмах. Вирусы могут стать сильным фактором индуцированного мутагенеза. Хим. Загрязнения среды разведения животных. Приводит к концентрации в кормах нитритов и нитратов, вредное действие которых известно. Пестициды обладают очень сильным мутагенным св-вами. Радионуклиды сами по себя являются мощным фактором индукции мутаций, вызывая абберации. Неблагоприятная экологическая среда приводит к снижению иммунитета и увеличению нестабильности генетического аппарата животных.
9.Генетические аномалии – морфофункциональные нарушения в организме животных, возникающие в результате генных и хромосомных мутаций.
Наследственно-средовые аномалии – зависят от генотипа и факторов окружающей среды. Фенотипическое проявление этих признаков зависит от количества мутантных генов, обуславливающих аномалию.
Экзогенные аномалии – возникают в результате действия на организм, факторов внешней среды, являются ненаследственными, или экзогенными.
10) Тип наследования аномалий обычно определяется на основании анализа генеалогии – родословных, в которых должны быть записаны сведения о характере аномалий. Родословную начинают составлять с аномального животного – пробанда. Братья и сестры – сибсы. Особи мужского пола – квадрат, женского – круг, прямая между квадратом и кругом – скрещивание. Исследуют как минимум 5 поколений.
Типы наследования:
1- Аутосомный доминантный. Определяется 1 парой генов в аутосоме, по типу – доминант. Большая частота встречаемости. Болеют и самки, и самцы. От здоровых родителей – здоровое потомство, если 1 из родителей болен – больное. Аномалии в каждом поколении.
2- Аутосомный рецессивный. 1 пара генов в аутосоме. Относительно небольшая частота встречаемости. Болеют и самцы, и самки. От здоровых родителей могут быть аномальные потомки. Аномалии встречаются не в каждом поколении. При имбридинге частота проявления аномалий увеличивается.
3- Сцепленный с х-хромосомой. Ген расположен в х-хромосоме, может быть и доминантным, и рецессивным. Болеют обычно самцы, самки – носители при сцепленном рецессивном (при доминантном болеют и самки, и самцы, но самок в 2 раза больше)
4- Полигенный. Определяется несколькими парами генов. Разная степень выраженности аномалии, разный возраст проявления. Разновидностью четвертого типа являются аномалии с «пороговым» эффектом (не выражена степень признака, аномалия проявится только у тех животных, у которых количество вредных полигенов достигнет определенного числа)
11) КРС:
- анеуплоидия (трисомия, моносомия, нуллисомия)
- полиплоидия (триплоидия, мозаицизм)
- транслокации (центрическое слияние, реципроктные транслокации, транслокации тандемного типа)
- инверсии (перицентрическая)
- делеции
- нехватки
- поломки хромосом
Снижение плодовитости
Свинья:
- транслокации (реципроктные)
- анеуплоидия (трисомия, моносомия)
Снижения плодовитости
Овца:
- транслокация (робертсоновская)
Нет влияния на плодовитость
Лошадь:
- анеуплоидия (моносомия)
- полиплоидия (мозаицизм)
- транслокация (реципрокная)
Бесплодие
Птицы:
- изохромосомы
- транслокации
- анеуплоидия (гаплоидия, триплоидия, трисомия)
- полиплоидия (мозаицизм)
Гибель эмбрионов
12. Полиплоидия наиболее часто обнаруживается в бластоцитах свиней и редко у КРС. Частые случаи стерильности кобыл связаны с высокой частотой у этого вида моносомии по х-хромосоме. У свиней и коз часто наблюдают интерсексуальность, связанную с химеризацией ХХ/ХУ хромосом и имеющую генетическую обусловленность. У птиц 10-11% погибших эмбрионов оказываются гетероплоидными.
13. Наиболее важным фактором, определяющим наследственную устойчивость, является способность макрофагов подавлять рост бактерий в своей цитоплазме. В резистентном организме выделяют: 1) устойчивость к возникновению инфекции, т.е. устойчивость к первоначальной стадии размножения микробактерий и вирусов в хозяине;
2) устойчивость к дальнейшему развитию болезни, т.е. к удерживании инфекции в состоянии не проявляющей себя (латентность).
14. Метод ветеринарной селекции- это отбор тех животных которые наиболее устойчивы к заболеванию.
15. Генетический груз- это как правило рецесивные мутации в гетерозиготном состоянии, т.е. фенотипически не наблюдаемы. Вызывает летальный, полулетальный, снижение жизнеспособности, проявление различных аномалий.